Principio de control del sistema de control de medición de tensión del transformador diferencial

Los instrumentos de prueba y dispositivos de control convencionales han sido reemplazados por instrumentos inteligentes más avanzados, lo que ha provocado enormes cambios en la distancia, función, precisión y nivel de automatización de los instrumentos de medición electrónicos tradicionales, y la correspondiente aparición de una variedad Se han desarrollado numerosos sistemas inteligentes de control de instrumentos, lo que ha mejorado significativamente la automatización de experimentos científicos y la ingeniería aplicada.

La báscula electrónica diseñada en este artículo utiliza una microcomputadora de un solo chip como componente principal y utiliza lenguaje ensamblador para el diseño de software. El hardware es principalmente un sensor de desplazamiento de transformador diferencial (LVDT), que mide 0 ~. 10 mm. La cantidad de electricidad producida por el sensor es una cantidad analógica, el valor numérico es relativamente pequeño y no puede alcanzar el rango de voltaje recibido por la conversión A/D. Por lo tanto, antes de enviarlo para conversión A/D, debe procesarse mediante amplificación, modelado y filtrado frontal. Luego, el resultado de la conversión A/D se puede enviar al microcontrolador para su procesamiento y visualización de datos.

1 Propósito del diseño

Los sensores de desplazamiento de transformador diferencial (LVDT) se usan ampliamente en sitios industriales y campos de prueba, como detección de procesos y control automático, medición de deformación, etc., y son Adecuado para contaminación por petróleo, luz y otros entornos hostiles. Este tipo de sensor es confiable y duradero, pero para usarlo para monitorear el desplazamiento mecánico, es necesario diseñar un dispositivo de medición que coincida con el sensor. El dispositivo de medición de desplazamiento desarrollado es adecuado para sitios industriales y diversos campos de prueba. Según los requisitos de uso, el sistema puede realizar: rango efectivo de 10 mm, precisión de 0,0 l mm; pantalla LED de 1 a 4 valores medidos al mismo tiempo; restablecimiento del valor cero y otras funciones. A través del diseño de este artículo, se han logrado los siguientes tres puntos:

(1) A través del diseño de este curso, profundizaremos nuestra comprensión de la aplicación de sensores de inductancia de transformador diferencial en la práctica de la ingeniería;

(2) ) Dominar los principios y métodos de uso de este sensor para formar un sistema de medición de desplazamiento;

(3) Dominar aún más las características de rendimiento y las aplicaciones de ingeniería de este sensor.

2 Principio de diseño del sistema

Este sistema utiliza una microcomputadora de un solo chip 89C51 con una memoria de programa incorporada de 4 KB. Su memoria de programa interna de 4 KB puede satisfacer las necesidades de este. los dispositivos periféricos se pueden minimizar; según el alcance efectivo y la precisión, este sistema utiliza el sensor AC-LVDT, un producto de soporte de un fabricante nacional; se utilizan cuatro grupos (5 en cada grupo) de tubos digitales LED de siete segmentos; para mostrar cuatro valores medidos al mismo tiempo; el muestreo de señales para el control del proceso debe ser más rápido y se debe utilizar un convertidor A/D de mayor velocidad. El diagrama de flujo del programa principal y el diagrama esquemático del sistema se muestran en la Figura 1 y la Figura 2 respectivamente.

Figura 1 Diagrama de flujo del programa principal

Figura 2 Diagrama de principio del sistema

3 Diseño del circuito de hardware

3.1 Principio de funcionamiento del sensor

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El transformador diferencial consta de una bobina primaria, dos bobinas secundarias y un núcleo de hierro. Según la diferente disposición de las capas interior y exterior, existen tipos de dos y tres etapas. Este experimento adopta la estructura de tres etapas. Cuando el transformador diferencial se mueve con el objeto bajo prueba, el núcleo del transformador diferencial también se mueve axialmente, lo que hace que cambie la inductancia mutua entre la bobina primaria y la bobina secundaria, lo que hace que cambie el potencial inducido de la bobina secundaria. de una etapa aumenta y el potencial inducido de la otra disminuye. Al conectar los dos secundarios en serie inversa (conectando los mismos extremos), se deriva una salida de potencial diferencial. El cambio en la inductancia mutua entre las dos bobinas se utiliza para provocar el cambio en el potencial inducido para obtener un voltaje de salida que tenga una cierta relación funcional con el valor medido, logrando así una medición no eléctrica. El más utilizado es el transformador diferencial de solenoide, que puede medir el desplazamiento mecánico dentro del rango de 1 ~ 100 (mm), vibración de baja frecuencia por debajo de 150 HZ, aceleración, tensión, gravedad específica, tensión y espesor. , Pesaje y otras cantidades físicas no eléctricas que pueden provocar cambios en el desplazamiento mecánico.

Figura 3 Diagrama de bloques del principio de medición

El principio de este transformador diferencial se basa en la plataforma de entrenamiento de sensores CSY2000. Los sensores de inductancia de transformador diferencial tienen las ventajas de una estructura simple, un rendimiento superior, una alta precisión de medición, una alta sensibilidad y un precio razonable.

3.2 Instalación del sensor del transformador diferencial

(1) Instale el transformador diferencial y el cabezal micrométrico (consulte el archivo adjunto: Uso del cabezal micrométrico) en el soporte de la plantilla experimental, como sigue como se muestra en la Figura 4.

Figura 4 Diagrama esquemático de la instalación del sensor del transformador diferencial

(2) El diagrama esquemático del transformador diferencial se ha impreso en la plantilla experimental, L1 es la bobina primaria L2 y L3; son las bobinas secundarias ;* indica el final con el mismo nombre.

Cablee según la Figura 2-3. El voltaje de excitación del lado primario L1 del transformador diferencial debe introducirse desde el terminal Lv del oscilador de audio en el chasis principal. Después de verificar que el cableado sea correcto, encienda el interruptor de alimentación principal. y ajuste la frecuencia del oscilador de audio a 4-5 KHz (puede usar el medidor de frecuencia del chasis principal para ingresar Fin al monitor) y ajustar la amplitud de salida de pico a pico a Vp-p = 2 V; con un osciloscopio: el eje X es 0,2 ms/div).

Figura 5 Diagrama de cableado e instalación experimental de rendimiento del transformador diferencial

3.3 Diseño del circuito de amplificación

El voltaje de salida del sensor es de 0 ~ 50 mV y la conversión A/D El voltaje que puede manejar el convertidor es de 0~5V, por lo que se debe agregar un circuito amplificador prediferencial antes del convertidor A/D para amplificar el voltaje. El factor de amplificación es 100 veces, de modo que el voltaje de salida sea de 0~5V. Dado que el único La aplicación de amplificadores operacionales requiere una alta precisión de adaptación de los circuitos periféricos, un ajuste de ganancia inconveniente y una impedancia de entrada diferencial baja, por lo que se adopta una estructura de tres amplificadores operacionales.

La estructura del amplificador de tres operaciones tiene las ventajas de una alta impedancia de entrada diferencial, una alta relación de rechazo de película, una corriente de polarización baja, una buena estabilidad de temperatura, una salida de un solo extremo con bajo ruido y un ajuste de ganancia conveniente y adecuado. Aplicación en circuitos de sensores. Como se muestra en la Figura 6, RG en la figura es la resistencia de ajuste de ganancia, solo R5 de todo el chip es una resistencia externa y el amplificador operacional A1 es un amplificador de entrada diferencial con una ganancia de 100.