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無線電子工学および電気工学の百科事典 リニアスケールによる広範囲のEMI。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / インジケーター、センサー、検出器 業界で使用されているレベルメーター (DUT) は、ほとんどの場合セットアップが不便で、その測定値は時間に依存します。 これらの目的に使用される圧力トランスデューサには、測定の「チェーン」にいくつかのデバイスが含まれているため、慎重な調整が必要です。 溶液の密度の変化（温度変化による）も、レベル読み取り値の違反に寄与します。 差圧計に差圧を供給する接続チューブは、測定中に液体の流れがないため、タンク内に熱湯が入っていても凍結しやすくなります。 チューブの「詰まり」も同様で、頻繁なメンテナンスが必要です。 市販されている電子レベルメーター (EDM) には多くの部品が含まれていますが、測定値の直線性や安定性に欠けています。 協同組合によって製造される「手作り」EMD には発振回路を備えた回路が含まれていることが多く、適切に調整されていないと、液面が上昇するにつれて測定値が低下する可能性があります。 1990 年に ENZIM 工場 (Ladyzhin) では、以下の計画に従っていくつかの EIU が設置され、次の修理が行われました。電源チップ (PSU) は廃棄されました。 BP は私たちのスキームに従って作成されました。 電解コンデンサは数回交換されました。 センサー - シャンプーで「浸した」絶縁ケーブル - フッ素樹脂絶縁のケーブルに置き換えられました。 図 1 は、リニアスケールを備えた単純な静電容量計の図を示しています。 もちろん、読み取り精度という点ではデジタルに劣りますが、アマチュア無線家が部品を選択する場合、テストしたコンデンサーの静電容量がどちらの方向に異なるかが目盛りでわかるため、非常に便利です。
アマチュア無線家が複数の静電容量測定範囲用の回路を作成する場合 (DA2 タイマーの端子 6 と 1 を周波数設定 RC 回路の接続点に接続し、すべての同調抵抗をタイマーの端子 3 に恒久的に接続する必要があります)の場合、各静電容量測定範囲を調整するには、XNUMX つの例示的なコンデンサが必要になります。 タイマーの複雑な内部回路はシンプルに動作します。 2 つのコンパレータ (入力 6 と 3) と出力 XNUMX のフリップフロップには XNUMX つの定常状態があります。 1) 入力電圧が供給電圧の 1/3 よりも高い場合、出力はゼロになります。 2) 入力電圧が電源電圧の 2/3 より低い場合、出力電圧が高くなります。 これを念頭に置くと、コンデンサ C1 の両端の電圧は電源電圧の 1/3 と 2/3 の間で常に変動し、一連の矩形パルスがタイマーの出力で生成されます。 KR1006VI1 チップが優れているのは、抵抗 R1 の抵抗値を 200 オームから 10 MΩ に変更し、コンデンサ C1 の静電容量を 10 pF から最大値まで変更することで、マイクロ秒の数分の XNUMX から数百秒までの発振周期を得ることができるためです。 ツェナー ダイオード VD1 は常にタイマーの入力に取り付けられるため、セットアップ時にはんだごてやワイヤ上のネットワーク ピックアップによってタイマー入力が「ブレークスルー」されることはありません。 トランジスタ VT1 には、入力周波数信号 (タイマーからの) とテスト容量を電流に線形変換するためのノードが組み込まれています。 VT1 と VD2 が異常に含まれているため、出力パルスの電圧が増減する瞬間に、テスト対象のコンデンサが順番に再充電されます。 コンデンサがダイオード VD2 と抵抗 R4 (およびトランジスタとの「共通」抵抗 R7) を介して充電される場合、放電はトランジスタのベースの電位と高増幅特性により決まります。このトランジスタの電流はコレクタ回路を通ってさらに測定回路に伝わります。 トランジスタのベースに流れるのは、放電電流の XNUMX 分の XNUMX だけです。 コレクタ電圧を維持するために（トランジスタがアンプとして動作できるように）、分圧器 R4 と R5 を使用してベース電位が「プラス」電源に向かって「シフト」されます。 回路の「存続可能性」を確保するには、抵抗器 R2、R4、R7、R14 の抵抗値を小さくすべきではありません。 部品の番号は、このスキームの説明が後続の説明にも適しているように付けられています (同じ部品番号は同じ機能を実行します)。 コンバータの静電容量と周波数電流からの出力電流パルスは、コンデンサ C5 によって積分されます。 抵抗 R6 を使用すると、例示的なコンデンサに従って出力を調整できます。 コンデンサ C3 と C4 は電源電圧のリップルを平滑化し、C2 はタイマー コンパレータの比較ノードで一定の電圧を維持します。 テストされたコンデンサの回路内の短絡はトランジスタ VT1 を閉じ、事故にはつながりません。 PA1 測定ヘッドが大きい場合は、取り付けプレートを測定ヘッドの端子に直接取り付けることができます。 別ケースで安定化電源を作ることも可能です（図2）。
この回路は、単純な回路とは異なり、被測定コンデンサの一端が本体に取り付けられるように設計されているため、タンク内の導電性液体のレベルを測定できます（図3）。
テストされたコンデンサの代わりに、レベルセンサーの静電容量が回路の入力に接続されます。これは、静電容量の内側に垂直に固定された絶縁導体です。 PTFE で絶縁されたピンが入手できない場合は、PTFE 絶縁のケーブルを使用できます。 ケーブルの下部出力を絶縁するという「大がかりな」努力をしないようにするには、ケーブルの両端をシールおよび絶縁ボスを通して上に持ち上げる必要があります。 コンバータユニットは、接続ケーブルの「余分な」静電容量がコンバータの入力に接続されないように、容器からの静電容量センサーの出力近くに固定する必要があります。 電源と表示ヘッドは配電盤に取り付けられています。 電源と出力信号は 4 線ケーブルを通過します (レベルが測定された XNUMX つの容器が並んで配置されている場合、両方のトランスデューサに電力を供給し、出力信号を受信するには XNUMX 線で十分です)。 図 3 の回路と図 1 の回路の違いを考えてみましょう。 抵抗 R2 の値は高くして、調整範囲を狭めます。 コンデンサ C1 の静電容量は、発電機の周波数を「大まかに」決定し、オブジェクトに関連して設定されます。 この方式は広範囲に対応しており、数十ピコファラッドから数十マイクロファラッドの範囲で静電容量を測定できます。これは、「ガラスから海まで」の範囲のレベル測定に相当します。 センサーの線形静電容量は大きく異なります（ケーブルのフッ素樹脂絶縁体の厚さは約1mmですが、センサーとして低温の場所で使用できるケーブルの絶縁厚さは数mmになります）。 、液体が入った工業用タンクの高さはデシメートルから数十メートルまであります。そのため、指標となるデータを提供します。 入力容量と DA1 のジェネレーターの周波数からの出力信号の変化は線形であるため、オブジェクト上での回路のセットアップは簡単です。全容量での出力信号が小さい場合は、容量を減らす必要があります。 C1 を調整することで、ジェネレータの周波数が増加し、出力信号が増加します（またはその逆）。このような「大まかな」調整は数千回以内で簡単に行うことができます。 変換ユニットのトランジスタＶＴ１は「逆に」オンになり、その出力信号は、電源の「プラス」に接続された蓄積コンデンサＣ５および抵抗器Ｒ６に接続される。 トランジスタ VT1 と VT5 は、6 番目のピンを備えた PA2 測定ヘッドをケースに接続するために、R3 の両端の電圧降下をケースの「プラス」から来る 6 ～ 0 mA の出力電流に変換します。 出力信号は電流です。測定ヘッドの抵抗が変化しても（5番目の測定ヘッドが直列に接続されている場合でも）、読み取り値は変化しません。 これは、抵抗 R1 の両端の入力電圧降下と R6 の両端の「現在の」電圧を比較することによって決定されます。 比較トランジスタ VT8 は優れたゲインを備えており、複合トランジスタの 2 番目 (VT3) は電流増幅器として組み込まれています。 VT2 ペアの入力トランジスタの B-E 接合での電圧降下を補償するために、シリコン ダイオード VD6 が入力抵抗 R3 と直列に接続されています。 容量性センサーが短絡すると出力電流が増加するため、出力トランジスタは比較的強力です。 静電容量方式でレベルを測定する場合、タンク内に水がまだないときにセンサーの静電容量が初期 (ゼロ) であることが重要です。 出力デバイスの読み取り値を減らすために、トランジスタから抵抗器 R8 へ R9 を流れる電流の一部を「選択」します。 したがって、同調抵抗器 R9 によって決定される一部の電流は比較トランジスタ VT2 のエミッタ抵抗器を通過し、電流のこの部分は出力デバイスには流れません。 したがって、デバイスの完全なセットアップには次のものが含まれます。
予備の帰還体は抵抗器 R6 であり、DA1 の発生器の周波数を変更せずにその抵抗値を変化させると、出力信号の振幅も変化します。 施設でデバイスをセットアップするときに、他の宗派の部品をはんだ付けする必要がありますか? いいえ！ 産業用 (さらには輸入された) デバイスとは異なり、レベル センサーの容量性信号のシミュレーターを使用します (図 4)。
レベルセンサーを取り付けた後、タンクが空のとき（C0）と液体を100％充填した後のセンサーの静電容量（C100）を測定する必要があります。 その後、別の都市に電話をかけ、私たちのスキームに従ってEIMをはんだ付けしてセットアップすることができます。 実際、出力信号はセンサーの静電容量に比例し、静電容量に応じた信号変化の特性も線形です。 スケールの最初と最後を「バインド」すると、すべてが簡単にわかります。 産業用機器の 60 および 0% スケールを一貫して調整するために、100 cc の容器に水を何度も満たす必要はありません。 S1 を「設定」位置に切り替え、S2 トグル スイッチを少なくとも XNUMX 回「クリック」し、デバイスのスケールを連続的に調整する必要があります。 その後、水道メーターを一度通って容器を水で満たし、目盛りの整数の除算に対応するメーターの読み取り値を記録する必要があります。 実際には、もっと平凡にやります。 異なる場所にある静電容量計は異なる構成にすることができるため (入力側のワイヤが異なる場合でも)、容器の初期および最終の電気容量をシミュレートするコンデンサをその場で選択するよう努めます。 ある程度のスキルがあれば、3 ～ 5 の金種から容量を選択できます。 スケール上では（これは実践からのトリックです）、回路の切断やセンサーの破損がオペレーターを「襲う」ように、初期容量を0ではなく最初の除算に「設定」しようとします。 センサーの絶縁が損傷し、回路の入力が短絡すると、指針指示装置が目盛から外れます。 図3の回路は初心者による設置に適していますが、セットアップの容易さとスケールの直線性を確保するには、特に同じ測定に一連の機器が必要な場合は、図5に従って回路を作成することをお勧めします。条件。
この図を前の図よりも詳しく見てみましょう。図内の部品の番号は同じであるため、この説明では前の図についても説明します。 電圧リップルを平滑化する詳細:
アクティブ (非線形) 要素:
電流リミッター:
調整可能な要素：
調整限界 (インプレース):
調整の制限が必要なのは、同じ入力信号制限を持つ一連のデバイスを製造するときに、一連の標準抵抗に含まれていない定格の可変抵抗器を探す必要がなく、同時にデバイスが適切な抵抗値を備えていることを確認するためです。基準を中心とした狭い範囲内で調整されています。 調整を容易にします。 業界がデバイスを製造する場合、そのようなリミッターはスイッチやジャンパーを使用して作成されますが、アマチュア無線家にとっては、希望の定格の抵抗をはんだ付けする方がはるかに簡単です。 カスケードの必要な動作モードをサポートする詳細：
前の回路と同様に、この回路には、タンクが空で液体で満たされているときのセンサーの静電容量をシミュレートする固定コンデンサが含まれています。 市販の容量性レベルトランスミッタと比較して、この回路には次の利点があります。
著者：N.P.ゴレイコ
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