тельных системах или автоматических системах управления технологическими процессами (АСУТП).

Устройство для измерения экстремальных значений механических величин с помощью механотронов. В ряде случаев применения механотронных датчиков необходимо фиксировать максимальные и минимальные значения контролируемых механотроном механических величин. Часто для этих целей используются различные самопишущие приборы, однако при их использовании процесс получения информации отличается низкой оперативностью и сравнительно большой трудоемкостью.

Применение современных микроэлектронных устройств для обработки выходного сигнала механотрона позволяет значительно упростить измерение экстремальных значений механических величин.

На рис. 3.12 приведена схема устройства, которое позволяет с высокой точностью измерять как текущие, так и экстремальные значения различных механических величин, контролируемых механотроном.

Принцип работы устройства состоит в следующем.

Механическая величина преобразуется в электрический сигнал с помощью механотрона, включенного по мостовой схеме, описанной в § 3.1. Выходное напряжение механотрона подается на дифференциальный каскад, выполненный на операционном усилителе Л] с коэффициентом усиления, равным 10. Напряжение с вы-

Макс,

I Мин

2Т20в

27315

10-щ

-15В

Рис. 3.12. Схема устройства для измерения экстремальных значений механических величин с помощью диодного механотрона

хода усилителя Л] через резистор Ra подается на пиковый детектор, способный запоминать экстремальное значение входного сигнала в течение одной минуты с точностью 1 мВ [58].

Пиковый детектор состоит из двух операционных усилителей Лг и Аз, охваченных 1007о-ной отрицательной обратной связью, транзисторных ключей VTi, VT2, накопительной емкости Си диодов VDi, VD2 и резисторов Ri, R2- Управление режимом работы пикового детектора осуществляется с помощью переключателя Si. Если переключатель Sj находится в нейтральном положении, выходное напряжение пикового детектора всегда равно входному благодаря тому, что любое рассогласование выходного и входного напряжений пикового детектора будет усилено операционным усилителем Лг и использовано для перезаряда конденсатора Ci.

Напряжение на конденсаторе Ci равно выходному напряжению пикового детектора, поэтому при отрицательной разности выходного и входного напряжений детектора происходит заряд конденсатора Ci по цепи коллектор - эмиттер транзистора -резистор Rg до тех пор, пока входное и выходное напряжения пикового детектора не уравняются. При положительной разности выходного и входного напряжений детектора конденсатор С] разряжается по цепи коллектор-эмиттер транзистора VT2 - резистор Rio. Следовательно, выходное напряжение прибора при нейтральном положении переключателя Si равно текущему значению измеряемой механической величины, если ее изменение происходит с ограниченной скоростью, не превышающей скорость перезарядки конденсатора С].

Порог ограничения может быть определен исходя из постоянной времени цепи заряда и разряда конденсатора Ci, которая при указанных на схеме номиналах элементов равна 5 мс.

Работа пикового детектора в режиме измерения максимального значения выходного сигнала механотрона происходит при переводе переключателя S, в положение «Макс». В этом случае переход база-эмиттер транзистора VT2 оказывается замкнутым. Таким образом, транзистор VT2 оказывается запертым, а цепь разряда конденсатора С, разорванной. Следовательно, при отрицательной разности входного и выходного напряжений пикового детектора, которая появляется при уменьшении его входного напряжения, конденсатор разря-

жаться не будет и на выходе схемы напряжение будет поддерживаться равным последнему по времени максимальному значению входного сигнала. Следует отметить, что из-за наличия токов утечки конденсатор Ci постепенно разряжается. Однако скорость этого разряда очень мала, и выходное напряжение поддерживается на заданном уровне в течение одной минуты с точностью до 1 мВ.

При переводе переключателя Si в положение «Мин» происходит замыкание перехода база-эмиттер транзистора VTi; при этом блокируется цепь заряда конденсатора Ci и на выходе пикового детектора сохраняется последнее по времени минимальное значение измеряемой величины.

Пороговое устройство с релейной характеристикой для контроля различных механических величин. На рис. 3.13 показана схема порогового устройства, которое позволяет производить контроль за входной механической величиной (перемещением, усилием, давлением и т. п.) в заданных пределах ее изменения, определяемых верхним и нижним допусками на эту величину.

Устройство состоит из механотрона VL, преобразующего механическую величину в электрический сигнал, буферного усилителя Л, и компараторов и Аз, нагруженных на электромагнитное реле Ki, являющееся исполнительным элементом порогового устройства.

Установка границ допусков осуществляется переменными резисторами Ra {«Верхний допуск») и Rg {«Нижний допуск»), которые изменяют напряжение смещения

P3C-J2

Нижний, допуск

Рис. 3.13. Схема порогового устройства с релейной характеристикой 138

ко.мпараторов А и Лз. Если выходное напряжение механотрона, снимаемое с буферного каскада, выполнент ного на операционном усилителе Ль будет находиться в пределах от оп -смЛ ДО оп+см-, (где lon- опорное напряжение, снимаемое с прецизионного стабилитрона Дь t/cM Лз - напряжение смещения, компаратора Лз; {Усмд, -напряжение смещения компаратора Аг), то выходы компараторов будут закрыты и обмотка реле К\ обесточена.

Если выходное напряжение механотрона превысит напряжение бп + смл,. то выход компаратора Л отг кроется, и реле Кх сработает. При выходном напряжении механотрона, меньшем U--U,,,а, открывается выход компаратора Лз, что также приводит к срабатыванию реле Кх. . . i

Таким образом, реле К\ срабатывает при выходе контролируемой величины за пределы допуска, который можно изменять по напряжению в пределах О - 100 мВ в обе стороны от опорного напряжения. Погрешность срабатывания описанного устройства не более 0,1 мВ.

Аналого-цифровой преобразователь выходных сигналов механотронов. Функциональные возможности механотронных измерительных систем могут быть значительно расширены, если выходной сигнал механотронов будет преобразован в цифровой код. При проектировании устройства для преобразования выходного сигнала механотрона в цифровой код следует учитывать, что выходные характеристики механотронов имеют нелинейность порядка 1-2,5%, которая должна быть скомпенсирована при преобразовании выходного сигнала механотрона в цифровой код. Кроме того, в преобразователе должна быть предусмотрена возможность оперативной перестройки масштаба преобразования выходно-го:СИгнала механотрона в цифровой код, что связано, в частности, с необходимостью обеспечения взаимозаменяемости механотронов при наличии технологического разброса их параметров.

На рис. 3.14 - приведена схема аналого-цифрового преобразователя, рассчитанного на совместную работу с механотроном. При этом входными сигналами для преобразователя являются механические величины, предварительно преобразуемые в электрические величины с помощью механотронов. Преобразователь имеет Следующие технические характеристики:

выходной код - прямой двоичный код и двоично-десятичный код;

разрядность двоичного кода- 10;

разрядность двоично-десятичного кода-12 (три полные тетрады);

частота преобразования аналог-цифра-10 Гц.

При работе преобразователя механическая величина преобразуется механотроном VL в электрический сигнал, который через буферный дифференциальный усилитель Ai поступает на инверсный вход компаратора Лг. На прямой вход компаратора поступает напряжение с цифро-аналогового преобразователя Dg через согласующий усилитель A.

На входы параллельного кода Дд поступает код с двоичного счетчика, собранного на микросхемах D4, Dz, работой которого управляют импульсы, поступающие с

\10Н Чда

Рис. 3.14. Схема аналого-цифрового преобразователя

устройства управления. Последнее содержит два мультивибратора А 1, Oi 2, А-з, D 4 и распределитель импульсов на микросхеме Дг- Частота следования импульсов, вырабатываемых генератором, собранным на микросхемах и Д,-2 -100 кГц, частота генерато-

ра на микросхемах D- и D, 4 -10 Гц. На выходе распределителя Дг через каждые 100 мс появляются следующие друг за другом импульсы обнуления счетчиков (с выхода 1) и импульсы установки /?5-триггера (с выхода 3). После того как пройдут оба эти импульса, двоичный и двоично-десятичный (на микросхемах Де- Де) счетчики будут обнулены и на их входах разрешения V появится высокий уровень напряжения, разре-щающий счет импульсов.

Оба счетчика будут считать импульсы, поступающие с первого генератора, при этом на выходе микросхемы

выходных сигналов механотронов