Частотные датчики для измерения неэлектрических величин на основе LC-генераторов

Методы построения LC-генераторов. В большинстве случаев при построении частотных датчиков находят применение генераторы с параллельными LC-контурами. В реальных схемах наряду с простейшим двухэлементным контуром часто используются трех- и четырехэлементные резонансные контуры, позволяющие уменьшить связь частотозадающей цепи с усилителем, и таким образом повысить стабильность частоты. В технической литературе схемы 1 и 2 часто называют индуктивными трехточечными схемами или схемами Хартли, схемы V и VI — емкостными трехточечными схемами или схемами Колпица, а генераторы с контурами III и IV называют генераторами Лапкина и с контурами VII и VIII — генераторами Клаппа. Таким образом, минимальные значения коэффициентов pl и р2 ограничены крутизной используемого усилителя. Чаще других при построении частотных датчиков находят применение генераторы по схеме Клаппа или Лапкина. На практике используются и другие генераторы. Полупеременный резистор позволяет установить нужную величину фактора регенерации путем регулировки связи усилителя с контуром или путем регулировки отрицательной обратной связи в самом усилителе.

Погрешности, вносимые LC-генератором в общую погрешность датчика, складываются из нестабильности и нелинейности.

Нестабильность частоты LC-генератора вызывается изменением параметров избирательной цепи (емкости, индуктивности, добротности контура) и изменением характеристик усилителя (фазового сдвига, входных и выходных емкостей и сопротивлений). В свою очередь причинами этих изменений являются изменения окружающей температуры, напряжения питания, а также нестабильность элементов генератора с течением времени. В настоящее время не составляет проблемы стабилизировать напряжение питания генератора и исключить тем самым соответствующую составляющую нестабильности частоты. Однако при испытаниях генератора имеет смысл отключать стабилизатор и снимать зависимость частоты от напряжения питания, так как эта зависимость характеризует влияние усилителя на частоту генератора. У лучших образцов LC-генераторов изменение напряжения питания на 10% вызывает изменение частоты порядка (2 / 5)10% или (2 /5) 105. У большинства LC-генераторов частота изменяется на (2/ 5) 10-2% при изменении напряжения питания на 10%.

Температурный коэффициент частоты генератора определяется в основном нестабильностью элементов LC-контура и при использовании конденсаторов и катушек индуктивности с весьма малыми температурными коэффициентами может быть снижен до величины порядка 2*10-2% на 10 град (2*10-5 1/град). Вообще же значения температурного коэффициента частоты LC-генераторов лежат в пределах (5/ 10) 10-2% на 10 град или (5/10) 10-5 1/град.

При использовании катушек индуктивности с ферритовыми сердечниками следует учесть, что температурный коэффициент магнитной проницаемости ферритов может достигать величины 5—7% на 10град. Значение температурного коэффициента имеет большой разброс от партии к партии при одной и той же марке материала и изменяется, кроме того, в диапазоне температур. Уменьшить температурный коэффициент индуктивности можно введением воздушного зазора в магнитопроводе. Зависимость индуктивности от температуры при этом уменьшается во столько же раз, во сколько индуктивность сердечника без зазора больше индуктивности сердечника с зазором. Нестабильность частоты LC-контура с катушкой индуктивности на ферритовом сердечнике с зазором может составлять примерно 0,1% на 10 град в диапазоне температур от 20 до 70° С .

При построении частотного датчика целесообразно не изменяющийся элемент контура подбирать с таким температурным коэффициентом, который скорректирует температурный коэффициент всего датчика в целом. Возможна также ручная подрегулировка этих элементов в соответствии с температурой. В силоизмерительном датчике с индуктивным первичным преобразователем подрегулировкой емкостей в зависимости от температуры окружающей среды удалось снизить температурную погрешность датчика в целом до (3/5) 10~ % на 10 град.

Для уменьшения нестабильности частоты следует по возможности изолировать генератор от влияния окружающей среды. Например, генератор описанного в работе датчика для измерения давления в трубопроводе помещался в скважину на глубину 3м, где температура в течение года колебалась в пределах 4,5 + 0,9° С. Суточный дрейф частоты такого датчика не превышал 5-10-4 (0,05%). В частотном датчике, предназначенном для кондуктометрических измерений, катушка колебательного контура генератора по схеме Клаппа и дроссель в цепи катода лампы, намотанные на кварцевой трубке, вместе с лампой и переменным конденсатором находились внутри экрана с двойными стенками, между которыми пропускалась термостатированная вода. Кратковременная нестабильность частоты такого генератора составляла величину порядка 10-8 -10-9 (10-6 — 10-7%).

При прочих равных условиях стабильность частоты тем выше, чем выше добротность контура. Добротность определяется в основном потерями в катушке индуктивности. На (рис.2.1) приведены экспериментально полученные значения добротности LC-контура при использовании катушек индуктивности с ферритовыми сердечниками в функции частоты при различных величинах воздушного зазора в магнито-проводе. Катушка индуктивности имела следующие данные: число витков обмотки 2 Х 50 из провода литцендрат 6 Х 0,07мм, сердечник броневого типа диаметром 11 мм из марганцецинкового феррита с магнитной проницаемостью Ц = 2000. Зависимости, приведенные на (рис.2.1), показывают, что диапазон наиболее выгодных рабочих частот генератора с катушками на ферритах равен 300 — — 1200 кГц. В этом диапазоне частот добротность контура составляет не менее 120 — 160.

Информация по теме:

Выбор типа погрузочно-разгрузочных механизмов
Механизмы для погрузки и разгрузки автомобилей, устанавливаемые на погрузочных пунктах, могут быть стационарные или передвижные. Иногда погрузочно-разгрузочный механизм может быть установлен на автомобиле и получать привод от его двигателя. Для хранения охлажденного мяса и его замораживания в подве ...

Характеристика автотранспортного предприятия
На предприятии имеются автомобили БеЛАЗ 548. Списочное количество автомобилей 92. Среднесуточный пробег 243 км. Категория эксплуатации V, при тепло-влажном климате. Пробег с начала эксплуатации в процентах: До 0.25-21; 0.25-0.5-21; 0.5-0.75-21; 0.75-1.0-17; 1.0-1.25-20. Режим работы предприятия сос ...

Заполнение грузового отделения сформированными грузовыми единицами
Рассчитаем возможное количество перевозимых паллетов, исходя из грузоподъемности (полезной нагрузки транспортного средства). Необходимо учитывать ограничение по фактической массе транспортного средства – 40 000 кг. Таким образом, рассчитаем максимально допустимую массу груза: M= 40000-mтяг-mпп= 400 ...