تبلیغات اینترنتیclose
ترازوي الكترونيكي

برخی مزایا عبارتند از:

- امکان پردازش دلخواه روی داده ها توسط روشهای آنالوگ یا دیجیتال

- به دست آمدن پاسخ بالا

-اندازه گیری از راه دور که کاربردهای بسیار زیادی در زمینه های مختلف مانند پزشکی و صنایع هوایی و... دارد.

انتقال آسان و با صرفه سیگنال به کمک کابل مسی و فیبرهای نوری یا امواج رادیویی .

امکان جمع آوری اطلاعات از حس کننده های مختلف تنها با یک خط انتقال با استفاده از ایده گذرگاه

مصرف کم و امپدانس ورودی بالا و در نتیجه جذب انرژی بسیار کم از محیط فیزیکی تحت اندازه گیری

امکان ساخت کلیه بلوکهای تشکیل دهنده یک سیستم اندازه گیری روی یک تراشه که در این حالت آن راحس کننده هوشمند می نامند.

-استفاده از تکنولوژی پیشرفته سیلیسیم جهت ساخت سنسور های بسیار کوچک وامکان تولید انبوه آنها با قیمت کم .

چکیده

هدف طراحی و ساخت یک ترازوی دیجیتال در محدوده وزنی gr 200 تا 2 kgr با دقت حدود 10 در صد می باشد.

اولین بخشی که برای ساخت هرسیستم اندازه گیری الکترونیکی

باید طراحی شود سنسوراست. سنسوراین ترازو جزو سنسورهای جابجایی می باشد که با افزودن بخش های مکانیکی به آن تبدیل به یک سنسور نیروی وزن شده است.در ساخت این سنسوراز قوانین الکترومغناطیسی که در ساخت سیم پیچ ها برقراراست استفاده شده است. یعنی سنسور بر اساس تغییررلوکتانس کارمی کند. اصطلاحا" به این سنسور رلوکتانس متغیر گفته می شود.

مرحله بعدی آشکارسازی تغییرات رلوکتانس در یک مدار الکترونیکی است که با ساخت چندین طبقه مدارات مختلف تغییرات رلوکتانس به تغییرات یک ولتاژ DC تبدیل شده است . دراین مرحله لازم است رابطه ولتاژ خروجی با مقدار جابجایی یا وزن به دست آید.

حال باید با توجه به مشخصه به دست آمده داده های خروجی را به اطلاعات وزنی تبدیل نماییم برای انجام این کار ابتدا یک تقریب خطی از مشخصه ورودی-خروجی به دست می آوریم سپس برای تبدیل مقادیر ولتاژ DC خروجی به وزن از این تقریب خطی کمک گرفته و ضرایب را در مدار الکترونیکی واردمی کنیم.در نهایت آنچه روی نمایشگر مشاهده می شود وزن شی قرار گرفته روی کفه ترازو می باشد

با توجه به نتایج به دست آمده حدود 10 در صد در خروجی خطا داریم که با توجه به مسایل مکانیکی از قبیل اصطکاک وایده آل نبودن فنرها ونیز خطاهای موجود در تقریب های خطی و ... این خطا غیر قابل اجتناب می باشد.



ساختار بلوکی ترازوی دیجیتال در نگاه کلی متشکل از بلوکهایی است که برای هر سیستم اندازه گیری به کار می رود

1- محيط تحت اندازه گیری 2- كميت تحت اندازه گیری

3- حس كننده ابتدايي 4- تغيير متغير

5- تبديل داده به اطلاعات 6- انتقال داده

7- ذخيره داده 8- پردازش داده

9- نمايش

روش ساخت

.1 حس كننده ( سنسور) ابتدايي

.1حس كننده ( سنسور) ابتدايي

حس كننده ( سنسور) ابتدايي دراين مدار از نوع حس كننده رلوكتانس متغير مي باشد كه ساختار ان در زير شرح داده مي شود

قبل از شرح اصول كار اين نوع حس كننده ها لازم است يادآوري مختصري از يك مدار مغناطيسي انجام دهيم

يك مدار مغناطيسي شامل يك حلقه فرو مغناطيسي مي باشد كه روي آن n دور سيم حامل جريان پیچیده شده است با استفاده از قضیه دوگانی

می توان سیم پیچ را به عنوان نیروی محرکه مغناطیسی دانست که باعث ایجاد فلوی مغناطیسی( φ) در مدار می شود .

Rφ= mmf

ni=mmf

ni/R =φ

مقدار اندوكتانس يا خود القا L مربوط به سیم پیچ بر حسب تعريف عبارت است ازنسبت شار دور بر واحد جريان

L=λ/i=nφ/i=n²/R

با استفاده از فرمول فوق و محاسبه رلوكتانس مدار مي توان اندوكتانس يك سنسور القايي را محاسبه نمود مقدار رلوكتانس نيز توسط رابطه زير به دست مي آيد

R=L/µµ.A

به طوري كه L طول كل مسير شار و µ ضريب نفوذ مغناطيسي نسبي مدار مغناطيسي µ .ضريب نفوذ مغناطيسي هواي آزاد

µ.= 4π*10^-7 H/m

وA سطح مقطع مسير شار مي باشد

در حالتيكه هسته توسط يك فاصله هوايي متغير به دو قسمت تقسيم مي شود رلوكتانس كل مدار عبارت است از جمع رلوكتانس هر دو هسته به علاوه رلوكتانس مربوط به فاصله هوايي .

از آنجاييكه ضريب نفوذ مغناطيسي نسبي هوا تقريبا" يك وبراي ماده مغناطيسی چندین هزار می باشد لذا وجود فاصله هوایی باعث افزایش خیلی زیاد در رلوکتانس مدار ودر نتیجه کاهش شار مغناطیسی و اندوکتانس می شود. بنابراین یک تغییر کوچک در فاصله هوایی باعث یک تغییر قابل اندازه گیری در اندوکتانس می شود واصول یک سنسور جابجایی القایی بر همین اساس می باشد.

شکل زیر ساختمان داخلی بخش اصلی سنسور مورد استفاده در مدار ترازوی دیجیتال را نشان می دهد.

با تغيير مكان هسته فریت مقادیرL1.L2.M تغییر می کند . اما تنها مقدار L2 (نسبت شار دور بر واحد جریان در سیم پیچ ثانویه)است كه در فرکانس اسیلاتور موثر است .

)Rرلوكتانس) براي اين سيم پیچ از رابطه زير به دست مي آيد:

(هسته فريت)R+(هسته هوايي)R=R

R=(d/µµ.A)+((l-d)/ µ.A)=l/ µ.A +(d/ µ.A)(1/µ-1)=R.+kd

k=(1/ µ.A)(1/µ-1)

مقدار رلوكتانس بدون وجود هسته R.= l/ µ.A

L= n²/R= n²/( R.+kd)=L./(1+αd) *

اندوكتانس در فاصله هوايي صفر L.= n²/R.

α=k/R.

ملاحظه می شود مقدار L (اندوکتانس سلف ) با تغيير مقدار d (اندازه جابجايي هسته فريت) تغييرمي كند.براي آشكار سازي اين تغييرات

مي توان سلف مذكور را در يك اسيلاتور الكتريكي به كارگرفته و تغییرات اندوکتانس را تبدیل به تغییرات فرکانس نموده و در نهایت با توجه به فنر مورد استفاده در سیستم مکانیکی ترازو دستگاه را برای وزن های مختلف درجه بندی (کالیبره) نمود. معادله * را براي هر نوع سنسور جابجايي رلوكتانس متغير مي توان به كار برد. اما همان طور كه مشاهده مي شود رابطه بين L و d غير خطي است . يكي از راه حل هاي اين مشكل محدود كردن حدود تغييرات dمي باشد.در اين روش سنسور مورد استفاده در محدوده خاصي از تغييرات جابجايي (وزن) مي تواند كار كند.

براي تعيين مقادير ماكزيمم و مي نيمم تغييرات d از بسط سري تيلور

استفاده مي كنيم.

معادله * را حول نقطه d برابر صفر بسط مي دهيم.

L= L./(1+αd)=L.+d(-αL.)+(d²/2)(2α²L.)+(d³/6)(- 6α³L.)+…

با توجه به رابطه بالا مشا هده مي شود كه ا گرمحدوده تغييرات d را طوري تعيين كنيم كه رابطه روبرو 1>αd

بر قرار باشد مي توان از جملات سوم به بعد صرفه نظر نمو د ورابطه اندوكتانس با جابجايي به يك رابطه خطي تبديل مي شود .

بدين ترتيب مي توان با استفاده از روابط رياضي محدوده تغييرات d را براي اينكه كل مدار مربوطه به صورت سنسور خطي عمل نمايد تعيين نمود.

براي آنكه محدوده كار سنسور افزايش يابد مي توان از تقريب خطي

تكه اي استفاده نمود يعني منحني مربوط به خروجي سنسور را به خطوط متقاطع كنار هم تبديل كرده سپس با استفاده از سلكتور در ساختار سنسور براي هر محدوده كاري بخش خطي مربوط به همان قسمت را انتخاب مي كنيم.بدين ترتيب درهرمحدوده كاري مدارات مرتبط با معادله خط همان محدوده عمل خواهند كرد و خروجي سنسور جواب واقعي مي باشد .

2. طبقه تغيير متغير

حال لازم است تغييرات اندوكتانس سلف را به تغييرات يكي از كميت هاي الكتريكي تبديل نماييم. براي آشكار سازي تغييرات اندوكتانس دو راه وجود دارد:

استفاده از پل انحرافي

استفاده سلف در يك اسيلاتور

از آنجا كه در يك پل انحرافي به يك اسيلاتور دقيق نيازمنديم بنابراين

مستقيما" از اسيلاتور جهت تبديل تغييرات اندوكتانس به كميت الكتريكي استفاده شده است.

اسیلاتورمورد استفاده از نوع اسیلاتور هایLC است که در آن حس کننده رلوکتانس متغیر به عنوان سلف استفاده شده است همچنین چون حس کننده دارای دو سیم پیچ می باشد در اسیلاتور برای ایجاد فیدبک مثبت ازآن استفاده می شود.

در شکل بعد مدار اسیلاتور نشان داده شده است . با جابجایی هسته فریت مقدار اندوکتانس مربوط به هر دو سیم پیچی تغییر می کند اما تنها اندوکتانس سیم پیچ ثانویه(2 L )در فرکانس خروجی اسیلاتور تاثیر دارد.

در شروع کار آنقدر پتانسیومتر را می چرخانیم تا اسیلاتور نوسان کند یعنی شرایط لازم برای نوسان اسیلاتور فراهم شود.

بعد از این اسیلاتور همچنان نوسان می کند و جابجایی هسته فریت در داخل آن سبب کاهش فرکانس خروجی می گردد. اما با هربار خاموش شدن مدار لازم است بعد از روشن کردن مجددا" پتانسیومتر را دستکاری کنیم.

در مرحله بعد باید تغییرات فرکانس را به طریقی آشکارسازی کنیم.

برای آشکارسازی تغییرات فرکانس دو راه وجود دارد

.1 اندازه گیری مستقیم فركانس

2 .تبدیل فرکانس به ولتاژ و اندازه گیری ولتاژ خروجی

اگر برای آشکار سازی تغییرات فركانس ازروش های مستقیم استفاده کنیم سیستم پیچیده ای مبتنی بر میکروپروسسورخواهیم داشت بنابراین برای داشتن مدار ساده ترو ارزان قیمت تبدیل فرکانس به ولتاژمي تواند روش مناسبي باشد.

در اینجا خروجی اسیلاتور از دو شمارنده تقسیم برده عبور می کند.بدین ترتیب هم شکل موج سینوسی به شکل موج مربعی تبدیل می شود و هم اینکه فرکانس خروجی اسیلاتور تقسیم بر عدد صد می شود.

بدین ترتیب در قسمت بعد که مدار آشکارساز فاز است افزایش

پریود خروجی اسیلاتور بیشتر مشهود می باشد و خطا کمتر خواهد بود.

قسمت دوم مدار اختلاف فاز شکل موج خروجی از شمارنده دوم

را با موج مربعی با فرکانس( 1.92KHZ ) آشکارمی سازد.

فرکانس( 1.92 KHZ )در واقع فرکانس موج خروجی از شمارنده دوم درحالت بدون فریت می باشد.مدار آشکارسازی که در اینجا استفاده شده است آشکارساز سطح(مثلثی)نام دارد.

مدار آشكار ساز فاز

1. آی سی 4017

پایه های 8,13,15 زمین شده است وپایه 12 به پایه 14 آی سی 2 و پایه 16 به منبع متصل است .

2. آی سی 4017

پایه های 8,13,15 زمین شده است وپایه 12 به پایه 4 آی سی 3 و پایه 2 آی سی 4 و پایه 16 به منبع متصل است .

3. آی سی 555

پایه 1 مستقیما" وپایه هاي 2,5,6 توسط خازن زمین شده است وپایه 3 به پایه 1آی سی 4 و پایه 8 به منبع و پایه 7 به دو ديود متصل است

آی سی 4030

پایه 7 مستقیما" وپایه 3 توسط خازن زمین شده است و پایه 14به

منبع متصل است.


به ترتيب خروجي هاي : تقسيم كننده . مونو استابل وXOR

ولتاژخروجی آشکار ساز از رابطه زیر بدست می آید

1/(RC)∫Vd dt=1/(10^5*10^-6)((T-T.)/2*5) $ = Vo

ودر این رابطه T دوره تناوب موج مربعی خروجی از تقسیم کننده دوم وT. دوره تناوب موج مربعی خروجی از تقسیم کننده دوم وقتی که هسته فریت داخل سیم پیچ نشده است.

R مقاومت در بخش LPF و C خازن موجود در بخش LPF است.

از رابطه $ در می یابیم که ولتاژ خروجی آشکار ساز با دوره تناوب T رابطه خطی دارد.

از سوی دیگرمی دانیم LC √ π =2 T یعنی T نسبت به f

رابطه خطی تری با اندوکتانس دارد بنابراین با اتخاذ این روش

خروجی مدار رابطه خطی تری با اندوکتانس خواهد داشت واین

از مزایای مدار به حساب می آید.البته رابطه $ تا زمانی صحیح

است که T-T. از T. کوچک تر باشد.برای مقادیر بزرگترT-T.

با توجه به نمودار بعد می توان ولتاژخروجی را به دست آورداما

در این مدار همواره T-T. از T. کمتر خواهد بود.

بنابراین رابطه خطی $ همواره بر قرار است.

3. طبقه تبدیل داده

طبقه تبدیل داده به اطلاعات بسته به روش آشکار سازی گوناگون است.

در روش فرکانس به ولتاژاین طبقه می تواند در طبقه بعد که شامل انتقال اطلاعات با نمایشگر ها است ادغام شود . در اینجا با به دست آوردن تقریب خطی از مشخصه مدار داده های خروجی از سنسور را به اطلاعات وزنی تبدیل می کنیم.

این تبدیل با محاسبه تقریبی a و b در رابطه زیر انجام

می گیرد.

Vout=aVin+b

عدد نمایش داده شده روی نمایشگر: Vout وولتاژ dc خروجی از آشکار ساز: Vin

محاسبه مقادیر a و b با روش تقریب حداقل مربعات و تنظیم آنها در مدار با استفاده از آی سی L7107 انجام می گیرد.

آی سی L7107 یک ولت متر AC کامل است که برای کار با نشان دهنده LED به کار می رود.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ شنبه 30 دی 1391 توسط حميد تلك آبادي