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[图文]电容式位移发送器           ★★★ 【字体:
电容式位移发送器
作者:imefan    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2008-10-9    

  在工业控制系统中,位移发送器的任务就是把电动执行器输出的机械位移(直线位移、角位移)变量,转换成统一的DC 4~20mA标准信号,用以指示被调节机构的实际位置。并作为位置反馈信号与调节器配合构成闭环自动调节系统。

  通常位移发送器多采用差动变压器式结构,这种电路结构虽然比较稳定,但其制造工艺、造价和维修成本都相对较高。就此我们设计试制了这种电容式位移发送器,并通过了测试和实际应用,取得了良好的效果。

  电容式位移发送器主要由可变电容器(位移检测元件)和转换电路组成。而转换电路是由多谐振荡器、微分型单稳电路和输出级的U-I变换电路组成。在图1中,D1、D2组成了一个频率为820Hz、占空比t/T为50%的矩形波发生器,其输出信号直接驱动由D3、D4组成的单稳电路。此单稳电路的特点是它没有反馈保持回路,故它的输出脉宽域在0<td≤t之间。这个随Cx变化的脉宽信号,经U-I变换输出统一的标准电流信号。

电路工作原理

  多谐振荡器的信号由D2输出端引出,D2为高电平时单稳电路处于稳态,D3的输出端、D4的输入端、D5的输出端均为低电平。当D2输出为低电平时单稳电路进入暂稳状态,D3输出高电平时对Cx并通过R3和RP进行充电。同时D5也输出一高电平送入U-I输出级。而D4的输入端电压将随时间按指数规律降低,当这个电压低于D4的阈值电平时,输出跳变为高电平。经D5反相后又跳变为低电平。当D2输出的矩形波再跳变为高电平时,Cx则又通过R3和RP放电至D2的高电平结束,就此完成了一个单稳周期。各点波形见图2,输出脉冲的宽度td是和Cx成正比的,这个电压经R4、C2平滑后送至VT基极,放大并转换成DC的4~20mA统一信号。由于输出信号是从4mA起始的,可以避开VT的死区电压和非线性区,同时在发射极加有较大的负反馈电阻R5,能够有效改善温度稳定性和信号输出线性。
电路元件选择: IC采用六非门电路集成电路CD4069。Cx可以根据需要制成直行程式或角行程式线性可变电容器,以方便和执行器的机械连接。可变电容的容量范围可选择在10~300pF之间。容量取值大一些可减少杂散电容电路的影响。为了保证电路的稳定,电阻宜采用金属膜电阻。其他元件按电路图标称选择即可。

安装和调试

  整个电路装在一块85mm×58mm的印板上。应用时根据执行器的结构,将可变电容Cx与之机械连接。信号输出的零点由Cx的起始电容决定,调整Cx的起始电容,使输出为4mA。量程上限由电位器RP调整,配合机械位移的上止点,调整RP使其为20mA。经几次调整后即可达到使用要求。

 

文章录入:imefan    责任编辑:ImEfan 
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