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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA EMI de amplio rango con una escala lineal. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Indicadores, sensores, detectores Los medidores de nivel (LM) utilizados en la industria suelen ser incómodos de configurar; sus lecturas dependen del tiempo. Los transductores de presión utilizados para estos fines contienen varios dispositivos en una “cadena” de medición y, por lo tanto, requieren un ajuste cuidadoso. Los cambios en la densidad de las soluciones (debido a cambios de temperatura) contribuyen a la violación de la lectura del nivel. Los tubos de conexión que suministran presión diferencial a los manómetros diferenciales no tienen ningún flujo de líquido durante las mediciones, por lo que incluso con agua caliente en el recipiente, los tubos se congelan fácilmente. La situación es la misma con un tubo "obstruido": se requiere un mantenimiento frecuente. Los medidores de nivel electrónicos industriales (ELM) a menudo contienen una gran cantidad de piezas, pero carecen de linealidad y estabilidad de las lecturas. Las EIU "caseras" fabricadas por cooperativas a menudo tienen circuitos con circuitos oscilantes y, si se configuran incorrectamente, sus lecturas pueden disminuir a medida que aumenta el nivel del líquido. En la planta de ENZIM (Ladyzhin) en 1990, se instalaron varias EIU de acuerdo con los diagramas siguientes y se realizaron los siguientes trabajos de reparación: se descartó el chip de suministro de energía; La fuente de alimentación fue fabricada según nuestro diseño; cambié el condensador electrolítico un par de veces; el sensor (el cable aislado estaba “empapado” con champú) fue reemplazado por un cable con aislamiento fluoroplástico. La Figura 1 muestra el circuito de un medidor de capacitancia simple con escala lineal. Por supuesto, es inferior en precisión a los digitales, pero al seleccionar piezas, es muy conveniente para un radioaficionado, ya que la escala muestra en qué dirección difiere la capacitancia de los condensadores que se prueban.
Si un radioaficionado crea un circuito para varios rangos de medición de capacitancia (los pines 2 y 6 del temporizador DA1 deben conectarse al punto de conexión de los circuitos RC de ajuste de frecuencia, y todas las resistencias de ajuste deben estar conectadas permanentemente al pin 3 del temporizador) , luego, para configurar cada rango de medición de capacitancia, se requerirá un modelo de capacitor. El complejo circuito interno del temporizador funciona de forma sencilla. Dos comparadores (entradas 2 y 6) y un circuito disparador con salida 3 tienen dos estados estables: 1) salida cero cuando la tensión de entrada es superior a 1/3 de la tensión de alimentación; 2) voltaje de salida alto cuando el voltaje de entrada es inferior a 2/3 del voltaje de suministro. Teniendo esto en cuenta, el voltaje en el condensador C1 fluctúa constantemente entre 1/3 y 2/3 del voltaje de suministro y se genera una secuencia de pulsos rectangulares en la salida del temporizador. Lo bueno del microcircuito KR1006VI1 es que al cambiar la resistencia de la resistencia R1 de 200 ohmios a 10 MOhm y la capacitancia del condensador C1 de 10 pF al máximo, se puede obtener un período de oscilación desde fracciones de microsegundo hasta cientos de segundos. . El diodo Zener VD1 siempre se instala en la entrada del temporizador para que durante la configuración no "atraviese" las entradas del temporizador con interferencia de la red en el soldador y los cables. El transistor VT1 contiene una unidad para la conversión lineal de las señales de frecuencia de entrada (del temporizador) y la capacitancia bajo prueba en corriente eléctrica. Gracias a la inusual inclusión de VT1 y VD2, se turnan para recargar el condensador bajo prueba en momentos en que el voltaje de los pulsos de salida aumenta y disminuye. Si el condensador se carga a través del diodo VD2 y la resistencia R4 (así como la resistencia R7 "común" con el transistor), entonces la descarga está determinada por el potencial de la base del transistor y, debido a las altas propiedades amplificadoras de este transistor. , se produce a lo largo del circuito colector y más adelante en el circuito de medición. ¡Solo dos centésimas partes de la corriente de descarga llegan a la base del transistor! Para mantener el voltaje del colector (para que el transistor pueda funcionar como amplificador), el potencial de base se "desplaza" hacia el suministro "más" mediante un divisor R4 y R5. Para garantizar la "supervivencia" del circuito, no se debe reducir la resistencia de las resistencias R2, R4, R7, R14. La numeración de las piezas es tal que la descripción de este circuito también es adecuada para los siguientes (los mismos números de pieza realizan la misma función). Los pulsos de corriente de salida del convertidor de capacitancia y frecuencia-corriente están integrados por el capacitor C5. Usando la resistencia R6, puede ajustar la salida usando un capacitor modelo. Los condensadores C3 y C4 suavizan las ondulaciones del voltaje de suministro, C2 mantiene un voltaje constante en los nodos de comparación de los comparadores de temporizador. Un cortocircuito en el circuito del condensador bajo prueba cierra el transistor VT1 y no provoca ningún accidente. Si el cabezal de medición PA1 es grande, la placa de montaje se puede fijar directamente a los terminales del cabezal de medición. Se puede fabricar una fuente de alimentación estabilizada en una caja aparte (Fig. 2).
El circuito está diseñado de tal manera que un terminal del condensador que se está midiendo está conectado a la carcasa, a diferencia de los circuitos más simples, por lo que dicho circuito le permite medir el nivel de líquidos conductores en los tanques (Fig. 3).
En lugar del capacitor bajo prueba, se conecta un capacitor del sensor de nivel a la entrada del circuito: un conductor aislado fijado verticalmente dentro del capacitor. Si no dispone de un pin con aislamiento de fluoroplástico, puede utilizar un cable con aislamiento de fluoroplástico. Para no hacer esfuerzos "titánicos" para aislar la salida inferior del cable, que aún así se atascará, es necesario pasar ambos extremos del cable a través de las protuberancias de sellado y aislamiento. La unidad convertidora debe fijarse cerca de la salida del sensor de capacitancia del barco para que no se suministre capacitancia "extra" del cable de conexión a la entrada del convertidor. La fuente de alimentación y el cabezal indicador están instalados en el panel eléctrico. La fuente de alimentación y la señal de salida pasan a través de un cable de 4 hilos (si dos recipientes con niveles medidos se encuentran uno al lado del otro, cuatro cables son suficientes para suministrar energía y eliminar la señal de salida de ambos convertidores). Consideremos las diferencias entre el circuito de la Fig. 3 y el circuito de la Fig. 1. La resistencia R2 tiene un valor mayor para reducir el rango de sintonización. La capacitancia del condensador C1, que determina "aproximadamente" la frecuencia del generador, se ajusta en relación al objeto. El circuito es de amplio rango, le permite medir capacitancia en el rango de decenas de picofaradios y decenas de microfaradios, lo que corresponde a medir el nivel en el rango "desde un vaso hasta el océano". La capacidad lineal del sensor es muy diferente (el aislamiento fluoroplástico del cable tiene un espesor de aproximadamente 1 mm, y el cable, que se puede utilizar en lugares con bajas temperaturas como sensor, puede tener un espesor de aislamiento de varios milímetros), Los tanques industriales con líquidos tienen una altura desde decímetros hasta decenas de metros, por lo que damos datos orientativos. Debido a la naturaleza lineal del cambio en la señal de salida de la capacitancia de entrada y la frecuencia del generador en DA1, configurar el circuito en el sitio no es difícil: si la señal de salida con capacitancia total es pequeña, la capacitancia C1 debe reducirse para que la frecuencia del generador aumenta y la señal de salida aumenta (y viceversa), y un ajuste tan "bruto" es fácil de realizar miles de veces. El transistor VT1 de la unidad de conversión se enciende "al revés" para que su señal de salida esté conectada al condensador de almacenamiento C5 y la resistencia R6 conectada al "más" de la fuente de alimentación. Los transistores VT2 y VT3 convierten la caída de voltaje en R6 en una corriente de salida de 0...5 mA, proveniente del "más" a la carcasa para conectar el cabezal de medición PA1 con el segundo terminal a la carcasa. La señal de salida es actual: cuando cambia la resistencia del cabezal medidor (incluso cuando el segundo está conectado en serie), el valor de las lecturas no cambia. Esto se determina comparando la caída de voltaje de entrada a través de la resistencia R6 y el voltaje "actual" a través de R8. El transistor de comparación VT2 tiene una buena ganancia y el segundo de los transistores que lo componen (VT3) se incluye como amplificador de corriente. Para compensar la caída de voltaje en la unión B-E del transistor de entrada del par VT2, se conecta un diodo de silicio VD6 en serie con la resistencia de entrada R3. El transistor de salida es relativamente potente, ya que cuando se cortocircuita el sensor capacitivo, la corriente de salida aumenta. Al medir el nivel mediante el método capacitivo, es esencial que la capacitancia inicial (cero) del sensor esté presente cuando todavía no hay agua en el recipiente. Para reducir las lecturas del dispositivo de salida, "quitamos" parte de la corriente a través de R8 desde los transistores hasta la resistencia R9. Por lo tanto, algo de corriente, determinada por la resistencia de ajuste R9, fluye a través de la resistencia del emisor del transistor de comparación VT2, ¡y esta parte de la corriente no fluye hacia el dispositivo de salida! Por lo tanto, la configuración completa del dispositivo incluye:
El elemento de ajuste del rango de reserva es la resistencia R6, cuyo cambio sin cambiar la frecuencia del generador en DA1 también conduce a un cambio en la oscilación de la señal de salida. ¿Es necesario soldar piezas de otras clasificaciones al instalar el dispositivo en el sitio? ¡No! A diferencia de los dispositivos industriales (e incluso importados), utilizamos simuladores de la señal capacitiva de un sensor de nivel (Fig. 4).
Después de instalar el sensor de nivel, es necesario medir la capacidad del sensor cuando el recipiente está vacío, C0, y después de llenarlo al 100% con líquido, C100. Después de eso, puede llamar por teléfono a otra ciudad y soldar y configurar la EIU allí de acuerdo con nuestro esquema. De hecho, la señal de salida es proporcional a la capacitancia del sensor y la naturaleza del cambio de señal dependiendo de la capacitancia también es lineal. Si "vincula" el principio y el final de la escala, ¡todo resultará sencillo! No es necesario llenar muchas veces recipientes de 60 cc con agua para ajustar consistentemente la escala de 0 y 100% de un dispositivo industrial. Es necesario cambiar S1 a la posición "Configuración" y "hacer clic" en el interruptor de palanca S2 al menos cien veces, ajustando secuencialmente la escala del dispositivo. Después de esto, es necesario llenar el recipiente con agua una vez a través de un medidor de agua y registrar las lecturas del medidor correspondientes a divisiones de escala completa. En la práctica, hacemos las cosas de manera más prosaica. Dado que los medidores de capacitancia en diferentes lugares se pueden configurar de manera diferente (¡incluso un trozo de cable diferente en la entrada!), intentamos seleccionar capacitores en el sitio que simulen las capacitancias eléctricas inicial y final del recipiente. Con algo de habilidad, puedes seleccionar un contenedor entre 3...5 denominaciones. En la escala (este es un truco de la práctica), intentamos "establecer" la capacitancia inicial no en 0, sino en la primera división, de modo que la desconexión del circuito o la rotura del sensor "llamaron la atención" de el operador. El daño al aislamiento del sensor, que provoca un cortocircuito en la entrada del circuito, hace que el dispositivo indicador del puntero se “descalque”. El diagrama de la Fig. 3 es adecuado para que lo instalen principiantes, pero para garantizar la facilidad de configuración y la linealidad de la escala, es mejor hacer un diagrama de acuerdo con la Fig. 5, especialmente si se requieren una serie de dispositivos para la misma medición. condiciones.
Veamos este diagrama con más detalle que los anteriores, y como la numeración de partes en los diagramas es la misma, esta descripción también explicará los diagramas anteriores. Detalles que suavizan las ondas de tensión:
Elementos activos (no lineales):
Limitadores de corriente:
Elementos ajustables:
Límite de ajuste (en su lugar):
Limitar los ajustes es necesario para que al fabricar una serie de dispositivos con los mismos límites de señal de entrada, no sea necesario buscar resistencias variables con un valor que no esté incluido en el rango de resistencias estándar y al mismo tiempo asegurarse de que los El dispositivo se ajusta dentro de un rango estrecho alrededor de las normas, es decir. facilitar los ajustes. Si los dispositivos se fabricaran en la industria, dichos limitadores se fabricarían mediante interruptores o puentes, pero es mucho más fácil para un radioaficionado soldar una resistencia del valor requerido. Detalles que sustentan el modo de operación requerido de las cascadas:
Al igual que los anteriores, este circuito contiene condensadores de capacidad constante, simulando la capacitancia del sensor cuando el recipiente está vacío y lleno de líquido. En comparación con los convertidores de señal de sensor de nivel capacitivo fabricados comercialmente, el circuito tiene las siguientes ventajas:
Autor: N. P. Goreiko
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Comentarios sobre el artículo: invitado Cómo contactar a N.P. Goreiko, el autor del artículo ¿EMI de amplio rango con una escala lineal? Goreiko Nikolái Han pasado 30 años desde la creación, instalación de estos esquemas, me alegro de que hayamos logrado dar un paso adelante. Después de la puesta en marcha de mis dispositivos electrónicos, un día el jefe preguntó por qué en el dispositivo francés hay un circuito electrónico cerca del sensor y cerca de la fuente de alimentación, y en mi circuito la electrónica está solo cerca del sensor y cerca de la fuente de alimentación. es solo un dispositivo indicador ... respondí modestamente, ¡porque entiendo mejor este problema!
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