Проектирование функциональной схемы измерительной цепи датчика с двухэлементной комплексной схемой

Аннотация: в данной работе предлагается

 программа, обеспечивающей проектирование функциональной схемы измерительной цепи  датчика с двухэлементной комплексной схемой замещения его параметрического преобразователя, причем измерительная цепь должна обеспечивать преобразование любого из параметров схемы замещения ПП в частоту синусоидального напряжения.  Эта система должна быть интегрирована в уже существующую САПР измерительных цепей датчиков, разработанную Н. Мазаем и Т. Шариковой в ходе их дипломного проектирования.

Ключевые слова: функциональная схема, САПР, измерительная цепь датчиков, иммитанс, ёмкостные и индуктивные датчики, фазочувствительный        выпрямитель.

Принцип действия преобразователей пассивных величин в частоту основан на сопоставлении коэффициентов передачи частотно зависимого и частотно независимого каналов при изменении частоты, напряжения подаваемого на их входы. Структурная схема таких ИЦ с частотно –временным выходным сигналом приведена рисунке 1, где Г-генератор синусоидального напряжения ,В – выпрямитель; ФЧВ - фазочувствительный выпрямитель; СС –схема сравнения. Исследуемый двухполюсник включается в частотно зависимый канал, выходное напряжение которого состоит из синфазной и квадратурной составляющих, одна из которых выделяется фазочувствительным выпрямителем и подается на вход схемы сравнения СС. С целью минимизации схемы ИЦ  будем использовать только квадратурную составляющую. Равенство напряжений на входе схемы сравнения достигается изменением частоты генератора. В момент достижения указанного равенства частота генератора пропорциональна квадратурной составляющей, а следовательно, и одному из параметров двухполюсника.

Рассмотрим  сигнальный граф ИЦ;

Обобщенный граф измерительной цепи с частотно-временным выходным сигналом, где [pic 1]- выходное напряжение генератора; [pic 2] - напряжение пропорциональное [pic 3]; [pic 4]  - опорное

напряжение для фазочувствительного выпрямителя; [pic 5] - сигнальное напряжение для фазочувствительного выпрямителя; [pic 6], [pic 7]- оператор фазочувствительного выпрямления; [pic 8] - оператор схемы сравнения; [pic 9] - коэффициент преобразования пассивной величины [pic 10] в напряжение [pic 11]; [pic 12] - коэффициент передачи системы уравновешивания. Проектирование ИЦ основано на целенаправленной детализации обобщенного графа в соответствии с техническим заданием.

 Реализация преобразования пассивной величины в активную величину.

Преобразование [pic 13] в напряжение [pic 14] можно осуществить разными способами, причем наиболее точным является преобразование на основе инвертирующего усилителя, цепь обратной связи которого состоит из ПП и образцового элемента. Графы такой реализации также приведены на рисунке 1, причем на рисунке а- приведен граф прямо пропорционального преобразования [pic 15] в напряжение [pic 16], а рис.б – для обратно пропорционального преобразования [pic 17] в напряжение [pic 18].

Для обеспечения работы системы автоматизированного проектирования необходимо перейти от графического представления информации о техническом задании к аналитическому.

[pic 19]

Рисунок 1

Далее рассмотрим математическое обеспечение проектирования измерительных цепей датчиков.

Поскольку структура проектируемых измерительных цепей ёмкостных  и индуктивных датчиков одна и та же, а ее реализация определяется видом преобразуемого параметра ПП датчика, то методика проектирования таких ИЦ строится на основе формализованной записи иммитанса [pic 20] (комплексного сопротивления [pic 21] или комплексной проводимости [pic 22]) двухэлементного нерезонансного двухполюсника. Для обеспечения САПР представим формализованную запись иммитанса ПП датчика (комплексного сопротивления или проводимости) одним выражением  (1):