Расчет измерительных преобразователей

Актуальность курсовой работы
Проектирование – процесс преобразования исходного описания объекта в его окончательное описание на основании комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера. Процесс проектирования начинается прежде всего с определения той области техники, к которой относится объект проектирования. Проектирование средства измерения (далее «СИ») начинается с анализа с его структурной и функциональной схем. Далее рассматриваются метрологические характеристики проектируемого СИ, возникающие погрешности, информационные аспекты преобразования сигнала. В этой связи приобретают особое значение рациональный выбор первичных преобразователей физических величин и полей, для измерения параметров которых предназначено СИ.
2

Цель и задачи курсовой
работы
Целью курсовой работы является конструирование многопредельного измерительного преобразователя среднеквадратического значения тока.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи:
1) Приведен обзор литературы по измерительному преобразователю;
2) На основе функциональной схемы, приведённой в техническом задании, разработана принципиальная схема преобразователя.
3) Выполнено моделирование принципиальной схемы на базе компьютерного симулятора MultiSim.
4) Приведены результаты моделирования устройства, дана оценка полученной точности преобразования.
3

Многопредельный измерительный преобразователь среднеквадратического значения тока
4
ПТН –преобразователь ток–напряжение; УМ –аналоговый умножитель; ФНЧ –фильтр нижних частот; ДЕЛ –аналоговый делитель; ОУ –операционный усилитель
.

Анализ режимов работы измерительного преобразователя
5
Сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:
– на выходе преобразователя тока в напряжение

Анализ режимов работы измерительного преобразователя
6
Сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:
– на выходе первого делителя

Анализ режимов работы измерительного преобразователя
7
Сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:
– на выходе умножителя

Анализ режимов работы измерительного преобразователя
8
Сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:
– на выходе фильтра

Анализ режимов работы измерительного преобразователя
9
Сигналы на выходах блоков с учетом их функций преобразования будут иметь следующий вид:
– на выходе операционного усилителя
где КПТН, КФНЧ, Кум, КУ – коэффициенты преобразования(передачи)
преобразователя тока в напряжение, делителя, фильтра низких частот,
умножителя и выходного операционного усилителя соответственно.

Анализ режимов работы измерительного преобразователя
10

Разработка принципиальной схемы
15
Умножитель
Для реализации умножителя выбираем микросхему AD734AQ, функциональная схема и цоколёвка которой показана на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 — Функциональная схема и цоколёвка микросхемы AD734AQ

Разработка принципиальной схемы
16
Рисунок 3.2 — AD734AQ в режиме умножителя

Разработка принципиальной схемы
17
Рисунок 3.3 — AD734AQ в режиме делителя

Фильтр нижних частот
18

Максимальный коэффициент передачи в полосе пропускания составляет
19
Фильтр нижних частот

Моделирование работы измерительного преобразователя
20
Рисунок 4.1 — Модель умножителя в симуляторе Multisim
Рисунок 4.2 — Модель делителя в симуляторе Multisim

Моделирование работы измерительного преобразователя
21
Рисунок 4.3 — Модель фильтра НЧ и его АЧХ в симуляторе Multisim

Моделирование работы измерительного преобразователя
22
Рисунок 4.4 — Модель измерительного преобразователя

Моделирование работы измерительного преобразователя
23
Рисунок 4.5 — Осциллограммы сигналов в схеме

Расчет погрешности измерительного преобразователя
24

Заключение
В процессе работы над проектом был разработан измерительный преобразователь, который преобразует входной ток в диапазоне 0,5…7 мА в выходное напряжение в диапазоне 0,5…7 В.
В качестве основного элемента, выполняющего аналоговые арифметические операции, использована микросхема AD734, которая в зависимости от схемы включения выполняет функции перемножителя или делителя.
Линейность преобразователя оказалась невысока, особенно это заметно у нижней границы диапазона входных токов. Связано это, по всей видимости, со смещением микросхемы AD734 в районе нулевых выходных напряжений, которое не удаётся скомпенсировать.
25