Линейный преобразователь сопротивление-время

Преобразователи, основанные на изменении сопротивления, такие как тензодатчики и пьезорезистивные устройства, находят широкое применение при измерении рада физических параметров. В приложениях, где для сбора данных и обработки сигналов используются цифровые процессоры или микроконтроллеры, выходной сигнал преобразователя должен принимать вид, подходящий для преобразования в цифровой формат. Изменение сопротивления таких датчиков желательно преобразовывать в пропорциональную частоту или временной интервал, чтобы выходные данные можно было легко представить в цифровом виде с помощью счетчика/таймера. Схема на Рисунке 1 линейно преобразует сопротивление датчика RS в пропорциональный период времени. Схема по существу представляет собой релаксационный генератор, состоящий из источника тока, усилителя сигнала моста, компаратора и триггера. Ток IS идет по двум путям через резисторы R1 и R2, как если бы два резистора были соединены параллельно. Считая операционный усилитель идеальным, условие возникновения генерации можно выразить неравенством

Вебинар «Необычное в обычном. Сравнительный анализ современных решений Recom» (27.01.2022)

где R4 + RS = RX.

Эта простая схема преобразует значение сопротивления в период времени.
Рисунок 1. Эта простая схема преобразует значение сопротивления в период времени.

Формы сигналов на входе и выходе компаратора IC2 показаны на Рисунке 2. T1 и T2 – это временные интервалы, в течение которых выходной сигнал компаратора принимает уровни VS1 и –VS2, соответственно. Выходные импульсы компаратора IC2, ограниченные стабилитроном, служат тактовым входным сигналом D-триггера. С помощью триггера 7474 формируется прямоугольный выходной сигнал, поочередно меняющийся между высоким и низким уровнем с периодом

Эта формула показывает, что схема преобразует изменение сопротивления датчика в пропорциональный период времени ΔT с чувствительностью

Стоит упомянуть следующие характерные особенности схемы на Рисунке 1:

  • Датчик заземлен, поэтому можно легко изменять чувствительность преобразования, изменяя сопротивления резисторов R1 или R2.
  • Не влияя на чувствительность преобразования, можно настроить значение смещения TO (при котором изменения периода T происходят из-за изменения сопротивления датчика), подбирая сопротивления резисторов R3 или R4.
  • Напряжения смещения операционных усилителей оказывают противоположное влияние на периоды T1 и T2, поэтому их влияние на общий период T (T1 +T2) неощутимо.
  • Благодаря источнику тока выходной сигнал малочувствителен к помехам в линии и к изменениям пороговых уровней VS1 и VS2.
Форма сигналов на входе и выходе компаратора IC2.
Рисунок 2. Форма сигналов на входе и выходе компаратора IC2.

Рассмотрим пример преобразования сопротивления платинового датчика Pt100 в диапазоне от 119.4 до 138.51 Ом, что соответствует диапазону температур от 50 до 100 °C, в периоды времени от 10 до 12.5 мс. Конструкция проста. Поскольку ток, проходящий через датчик, является частью тока IS, IS должен быть достаточно низким, чтобы ошибка, обусловленная саморазогревом, оставалась на приемлемо низком уровне. В этой конструкции используется диодный стабилизатор тока 1N5287, обеспечивающий ток IS примерно 0.33 мА и имеющий динамическое сопротивление лучше 1.35 МОм. Более хороший источник тока можно сделать на основе микросхемы регулятора напряжения. На следующем шаге, используя подходящие и удобные фиксированные номиналы для R1 и C, нужно подстройкой потенциометра R2 установить необходимую чувствительность 130.82 мкс/Ом. Далее при фиксированном значении R4 следует настроить R3, чтобы получить смещение, требуемое для выходного сигнала T. Номиналы компонентов для этого примера показаны на Рисунке 1. Все резисторы имеют допуск 1% и рассчитаны на рассеиваемую мощность 0.25 Вт, а конденсатор C – пленочный поликарбонатный.

  1. Datasheet Central Semiconductor 1N5287
  2. Datasheet Texas Instruments LF411
  3. Datasheet Texas Instruments SN7474N

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 100
сейчас смотрят 24
представлено поставщиков 1575
загружено
позиций
25 067 862