Первичный преобразователь. Тензопреобразователь ВЮМА 4030 309.001 РЭ Описание. Тензопреобразователь ВЮМА предназначен для непрерывного пропорционального преобразования силы (серия С) или давления (серия Д) в электрический сигнал.
Климатическое исполнение тензопреобразователей по ГОСТ 15150 в рабочем интервале температур от -500С до 800С. Преобразуемый параметр: - сила от -5 до 5Н, - давление от 0,1 до 0,6 МПа. Электрическое питание осуществляется постоянным током 1,5±0,3 мА. Начальное значение выходного сигнала, соответствующее нулевому значению преобразуемого параметра, не должно превышать по абсолютной величине 10 мВ. Величина сопротивления моста должна находится в пределах 4,5±0,35 кОм. Нелинейность выходного сигнала в пределах номинального значения диапазона изменения преобразуемого параметра, выраженная в процентах от диапазона выходного сигнала, должна быть не более 0,15%. Перемещение конца рычага тензопреобразователей серии С , соответствующее изменению силы от нуля до верхнего предельного значения должно быть в пределах 0,25±0,003 мм. Вариация выходного сигнала от диапазона выходного сигнала, должна быть не более 0,1%. Изменение начального значения выходного сигнала на каждые 100С, вызванное изменением температуры окружающей среды по абсолютной величине, должно быть не более 2мВ. Величина сопротивления моста при температуре 80±30С должна быть не более 5,3кОм. Средний срок службы 12 лет. Устройство и работа тензопреобразователя.
Тензопреобразователь представляет собой цилиндрический корпус с присоединенным штуцером (преобразователь давления) или рычагом (преобразователь силы) на одном торце и контактным разъемом на противоположном торце.
Чувствительным элементом является сапфировая мембрана с кремниевыми тензорезисторами.
Сапфировая мембрана по всей плоскости жестко соединена с металлической (титановой) мембраной, образуя с ней двухслойную мембрану, жестко закрепленную в корпусе.
Двухслойная мембрана соединяется с мембраной, воспринимающей измеряемое давление, или с рычагом, воспринимающим измеряемую силу. Под действием давления или силы двухслойная мембрана деформируется, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов, собранных в мостовую схему.
В одну диагональ моста включен источник питания, а с другой диагонали снимается выходной электрический сигнал, пропорциональный механической деформации мембраны от приложенного давления или силы. В целях пассивной термокоррекции выходного сигнала используется внешнее сопротивление, включаемое параллельно одному из тензорезисторов моста.
Рис.5. Схема подключения тензопреобразователя. 4.2. Инструментальный усилитель.
В разрабатываемой микроконтроллерной системе входной блок состоит из измерительного моста и инструментального усилителя. Заметную роль в данной схеме играет входной, масштабный усилитель, в основном от того с какой точностью будет усиливаться входной сигнал, зависит погрешность преобразования АЦП. Согласно техническому заданию, входная величина измеряется сенсорным элементом (измерительный мост), а величина - с помощью датчика с токовым выходом.
Так как датчик имеет большую синфазную помеху, в качестве масштабного усилителя используется инструментальный, который согласовывает с опорным источником напряжения.
Схемы измерительного моста и инструментального усилителя имеют вид: Рис.6 . Измерительный мост и инструментальный усилитель. Таким образом при согласовании ОУ1 и ОУ2 результирующая погрешность будет определяться параметрами ОУ3. Измерительный мост преобразует значения входной величины в эквивалентное ей значение напряжения (с коэффициентом пропорциональности ), в соответствии с законом изменения значений реостата. Параметры ОУ выбираются из условия минимизации дрейфа нуля. Напряжение на выходе усилителя определяется соотношением: , где - коэффициент усиления схемы.
Примем В. Выбираем значения кОм, кОм. Таким образом, чтобы получить единичный коэффициент усиления ИУ нужно выбрать, тогда В. Рис.7. Схема канала №1. Рис.8. АЧХ и ФЧХ канала №1. В качестве прецизионного инструментального усилителя можно использовать МАХ 4195:.