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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA EIU de amplo alcance com escala linear. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Indicadores, sensores, detectores Os medidores de nível (LM) usados na indústria são, em sua maioria, inconvenientes de configurar; suas leituras dependem do tempo. Os transdutores de pressão utilizados para esses fins contêm vários dispositivos em uma “cadeia” de medição e, portanto, requerem ajustes cuidadosos. Mudanças na densidade das soluções (devido a mudanças na temperatura) contribuem para a violação da leitura do nível. Os tubos de conexão que fornecem pressão diferencial aos manômetros diferenciais não possuem fluxo de líquido durante as medições, portanto, mesmo com água quente no recipiente, os tubos congelam facilmente. A situação é a mesma com um tubo “entupido”: é necessária manutenção frequente. Os medidores de nível eletrônicos industriais (ELMs) geralmente contêm um grande número de peças, mas carecem de linearidade e estabilidade de leituras. EIUs “caseiros” fabricados por cooperativas geralmente possuem circuitos com circuitos oscilantes e, se configurados incorretamente, suas leituras podem diminuir à medida que o nível do líquido aumenta. Na fábrica ENZIM (Ladyzhin) em 1990, vários EIUs foram instalados conforme diagramas abaixo e foram realizados os seguintes reparos: o chip da fonte de alimentação foi descartado; A fonte de alimentação foi fabricada de acordo com nosso projeto; troquei o capacitor eletrolítico algumas vezes; o sensor - o cabo isolado estava “encharcado” de shampoo - foi substituído por um cabo com isolamento fluoroplástico. A Figura 1 mostra o circuito de um medidor de capacitância simples com escala linear. Claro que é inferior em precisão aos digitais, mas na hora de selecionar as peças é muito conveniente para um radioamador, pois a escala mostra em que direção difere a capacitância dos capacitores testados.
Se um radioamador fizer um circuito para várias faixas de medição de capacitância (os pinos 2 e 6 do temporizador DA1 devem ser conectados ao ponto de conexão das cadeias RC de ajuste de frequência, e todos os resistores de corte devem estar permanentemente conectados ao pino 3 do temporizador) , então, para configurar cada faixa de medição de capacitância, será necessário um modelo de capacitor. O complexo circuito interno do temporizador funciona de forma simples. Dois comparadores (entradas 2 e 6) e um circuito de disparo com saída 3 possuem dois estados estáveis: 1) saída zero quando a tensão de entrada for maior que 1/3 da tensão de alimentação; 2) alta tensão de saída quando a tensão de entrada está abaixo de 2/3 da tensão de alimentação. Levando isso em consideração, a tensão no capacitor C1 flutua constantemente entre 1/3 e 2/3 da tensão de alimentação, e uma sequência de pulsos retangulares é gerada na saída do temporizador. O bom do microcircuito KR1006VI1 é que alterando a resistência do resistor R1 de 200 Ohm para 10 MOhm e a capacitância do capacitor C1 de 10 pF ao máximo, você pode obter um período de oscilação de frações de microssegundo a centenas de segundos . O diodo Zener VD1 é sempre instalado na entrada do temporizador para que durante a configuração ele não “rompa” as entradas do temporizador com interferência da rede no ferro de solda e nos fios. O transistor VT1 contém uma unidade para conversão linear dos sinais de frequência de entrada (do temporizador) e da capacitância sob teste em corrente elétrica. Graças à inclusão incomum de VT1 e VD2, eles se revezam na recarga do capacitor em teste nos momentos em que a tensão dos pulsos de saída aumenta e diminui. Se o capacitor for carregado através do diodo VD2 e do resistor R4 (assim como do resistor R7 “comum” ao transistor), então a descarga é determinada pelo potencial da base do transistor e, devido às altas propriedades amplificadoras deste transistor , ocorre ao longo do circuito coletor e mais adiante no circuito de medição! Apenas duzentos avos da corrente de descarga vão para a base do transistor! Para manter a tensão do coletor (para que o transistor possa funcionar como um amplificador), o potencial de base é “deslocado” para a alimentação “mais” usando um divisor R4 e R5. Para garantir a “capacidade de sobrevivência” do circuito, a resistência dos resistores R2, R4, R7, R14 não deve ser reduzida. A numeração das peças é tal que a descrição deste circuito também é adequada para os subsequentes (os mesmos números de peças desempenham a mesma função). Os pulsos de corrente de saída do conversor de capacitância e frequência-corrente são integrados pelo capacitor C5. Usando o resistor R6, você pode ajustar a saída usando um capacitor modelo. Os capacitores C3 e C4 suavizam as ondulações da tensão de alimentação, C2 mantém uma tensão constante nos nós de comparação dos comparadores de temporizador. Um curto-circuito no circuito do capacitor em teste fecha o transistor VT1 e não causa acidente. Se o cabeçote de medição PA1 for grande, a placa de montagem pode ser fixada diretamente nos terminais do cabeçote de medição. Uma fonte de alimentação estabilizada pode ser fabricada em uma caixa separada (Fig. 2).
O circuito é projetado de forma que um terminal do capacitor medido seja conectado à carcaça, ao contrário dos circuitos mais simples, portanto tal circuito permite medir o nível de líquidos condutores em tanques (Fig. 3).
Em vez do capacitor em teste, uma capacitância do sensor de nível é conectada à entrada do circuito - um condutor isolado fixado verticalmente dentro da capacitância. Se um pino com isolamento de fluoroplástico não estiver disponível, você poderá usar um cabo com isolamento de fluoroplástico. Para não fazer esforços “titânicos” para isolar a saída inferior do cabo, que ainda ficará presa, é necessário passar as duas pontas do cabo pelas saliências de vedação e isolamento. A unidade conversora deve ser fixada próxima à saída do sensor de capacitância do recipiente para que a capacitância “extra” do cabo de conexão não seja fornecida à entrada do conversor. A fonte de alimentação e o cabeçote indicador estão instalados no painel elétrico. A fonte de alimentação e o sinal de saída passam por um cabo de 4 fios (se dois vasos com níveis medidos estiverem localizados próximos um do outro, quatro fios são suficientes para fornecer energia e remover o sinal de saída de ambos os conversores). Vamos considerar as diferenças entre o circuito da Fig. 3 e o circuito da Fig. O resistor R1 tem um valor maior para reduzir a faixa de sintonia. A capacitância do capacitor C2, que determina “aproximadamente” a frequência do gerador, é definida em relação ao objeto. O circuito é de amplo alcance, permite medir capacitância na faixa de dezenas de picofarads e dezenas de microfarads, o que corresponde à medição do nível na faixa “de um copo ao oceano”. A capacidade linear do sensor é muito diferente (o isolamento fluoroplástico do cabo tem uma espessura de cerca de 1 mm, e o cabo, que pode ser utilizado em locais com baixas temperaturas como sensor, pode ter uma espessura de isolamento de vários milímetros), tanques industriais com líquidos têm altura de decímetros a dezenas de metros, portanto, fornecemos dados indicativos. Devido à natureza linear da mudança no sinal de saída da capacitância de entrada e da frequência do gerador em DA1, configurar o circuito no local não é difícil: se o sinal de saída na capacitância total for pequeno, a capacitância C1 deve ser reduzida para que a frequência do gerador aumenta e o sinal de saída aumenta (e vice-versa), e um ajuste tão “áspero” é fácil de fazer milhares de vezes! O transistor VT1 da unidade de conversão é ligado “ao contrário” para que seu sinal de saída seja conectado ao capacitor de armazenamento C5 e ao resistor R6 conectado ao “mais” da fonte de alimentação. Os transistores VT2 e VT3 convertem a queda de tensão em R6 em uma corrente de saída de 0...5 mA, vinda do “mais” para a caixa, a fim de conectar o cabeçote de medição PA1 com o segundo terminal à caixa. O sinal de saída é atual - quando a resistência do cabeçote de medição muda (mesmo quando o segundo está conectado em série), o valor das leituras não muda. Isso é determinado comparando a queda de tensão de entrada no resistor R6 e a tensão de “corrente” em R8. Comparando o transistor VT2 tem um bom ganho, e o segundo dos transistores constituintes (VT3) está incluído como amplificador de corrente. Para compensar a queda de tensão na junção BE do transistor de entrada do par VT2, um diodo de silício VD6 é conectado em série com o resistor de entrada R3. O transistor de saída é relativamente poderoso, pois quando o sensor capacitivo está em curto-circuito, a corrente de saída aumenta. Ao medir o nível pelo método capacitivo, é imprescindível que a capacitância inicial (zero) do sensor esteja presente quando ainda não há água no recipiente. Para reduzir as leituras do dispositivo de saída, “retiramos” parte da corrente através de R8 dos transistores para o resistor R9. Assim, alguma corrente determinada pelo resistor de corte R9 flui através do resistor emissor do transistor de comparação VT2, e esta parte da corrente não flui para o dispositivo de saída! Assim, a configuração completa do dispositivo inclui:
O elemento de ajuste da faixa de reserva é o resistor R6, cuja alteração na resistência sem alterar a frequência do gerador em DA1 também leva a uma alteração na oscilação do sinal de saída. É necessário soldar peças de outras classificações ao configurar o dispositivo no local? Não! Ao contrário dos dispositivos industriais (e até importados), utilizamos simuladores do sinal capacitivo de um sensor de nível (Fig. 4).
Após a instalação do sensor de nível, é necessário medir a capacidade do sensor quando o recipiente estiver vazio, C0, e após encher 100% com líquido, C100. Depois disso, você pode ligar para outra cidade e soldar e configurar a EIU de acordo com nosso esquema. Na verdade, o sinal de saída é proporcional à capacitância do sensor, e a natureza da mudança do sinal dependendo da capacitância também é linear. Se você “ligar” o início e o fim da escala, tudo ficará simples! Não há necessidade de encher recipientes de 60 cc com água muitas vezes para ajustar consistentemente a escala de 0 e 100% de um dispositivo industrial. É necessário colocar S1 na posição “Configurações” e “clicar” na chave seletora S2 pelo menos cem vezes, ajustando consistentemente a escala do dispositivo. Depois disso, você precisa encher o recipiente com água uma vez através de um hidrômetro e registrar as leituras do medidor correspondentes às divisões da escala inteira. Na prática, fazemos as coisas de forma mais prosaica. Como os medidores de capacitância em locais diferentes podem ser configurados de maneira diferente (até mesmo um pedaço de fio diferente na entrada!), tentamos selecionar capacitores no local que simulem as capacitâncias elétricas inicial e final da embarcação. Com alguma habilidade, você pode selecionar um recipiente entre 3...5 denominações. Na escala (este é um truque da prática), tentamos “definir” a capacitância inicial não para 0, mas para a primeira divisão, para que a desconexão do circuito ou a quebra do sensor “chame a atenção” de o operador. Danos ao isolamento do sensor, levando a um curto-circuito na entrada do circuito, fazem com que o dispositivo indicador do ponteiro fique “fora de escala”. O diagrama da Fig. 3 é adequado para instalação por iniciantes, mas para garantir facilidade de configuração e linearidade da escala, é melhor fazer um diagrama de acordo com a Fig. condições.
Vejamos este diagrama com mais detalhes do que os anteriores, e como a numeração das peças nos diagramas é a mesma, esta descrição também explicará os diagramas anteriores. Detalhes que suavizam as ondulações de tensão:
Elementos ativos (não lineares):
Limitadores de corrente:
Elementos ajustáveis:
Limite de ajuste (em vigor):
Limitar os ajustes é necessário para que ao fabricar uma série de dispositivos com os mesmos limites de sinal de entrada, não seja necessário procurar resistores variáveis com valor que não esteja incluído na faixa de resistências padrão e ao mesmo tempo garantir que o dispositivo é ajustado dentro de limites estreitos em torno das normas, ou seja, tornar os ajustes mais fáceis. Se os dispositivos fossem fabricados pela indústria, esses limitadores seriam feitos usando interruptores ou jumpers, mas é muito mais fácil para um radioamador soldar um resistor com o valor necessário. Detalhes que suportam o modo de operação necessário das cascatas:
Semelhante aos anteriores, este circuito contém capacitores de capacidade constante, simulando a capacitância do sensor quando o recipiente está vazio e cheio de líquido. Comparado aos conversores de sinal de sensor de nível capacitivo fabricados comercialmente, o circuito tem as seguintes vantagens:
Autor: N.P. Goreiko
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Comentários sobre o artigo: convidado Como entrar em contato com N.P. Goreiko, autor do artigo Wide-range EMI with a linear scale? Goreiko Nikolai 30 anos se passaram desde a criação, instalação desses esquemas, fico feliz por termos conseguido dar um passo à frente. Após o comissionamento do meu EMD, um dia o patrão perguntou por que no aparelho francês existe um circuito eletrônico próximo ao sensor e próximo à fonte de alimentação, e no meu circuito a eletrônica fica apenas próximo ao sensor, e próximo à fonte de alimentação existe apenas um dispositivo indicador ... respondi modestamente - porque entendo melhor esse assunto!
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