Источник калиброванных сигналов
Источник калиброванных сигналов относится к измерительной технике, в частности для метрологической аттестации многофункциональных средств измерения электрических величин (измерение напряжений, токов, сигналов от термопар), может быть использована для задания физических параметров напряжения и тока на входе измерителей-регуляторов температуры, измерительных преобразователей, и другой аппаратуры, которая предназначена для измерения сигналов напряжения и тока, а также сигналов от термопар, для питания и проверки тензорезисторных и терморезисторных датчиков, изменяющих свое сопротивление при вариации значения физического параметра, а также других типов датчиков с выходным сигналом напряжения или тока. В заявляемой полезной модели повышается точность, расширяются функциональные возможности (возможность одновременной работы генератора тока и напряжения, генерации и измерения напряжения/тока), снижается себестоимость (за счет применения современной элементной базы, средняя продажная цена ЭнИ-201И составляет 24000 руб., цена аналогов от 62000 руб. и выше). Источник калиброванных сигналов, содержит корпус с разъемами и с микропроцессором, связанным с индикатором и клавиатурой, размещенными на верхней части корпуса, с программируемым источником напряжения и программируемым источником тока, формирующими цифроаналоговые выходные сигналы, с аналого-цифровым преобразователем, с источником питания, размещенными вместе с микропроцессором внутри корпуса, с измерителем температуры, программируемый источник напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь, связанный одним входом с источником опорного напряжения, другим входом с микропроцессором, связанный выходом последовательно с тремя операционными усилителями, третий усилитель параллельно соединен с двумя аналоговыми ключами для переключения коэффициента усиления, в свою очередь связанными с выходом микропроцессора, программируемый источник тока содержит гальваническую развязку, которой отделен от микропроцессора, содержит цифроаналоговый преобразователь, одним входом связанный с источником опорного напряжения, другим входом с гальванической развязкой и выходом связанный с источником тока управляемого напряжением, в качестве измерителя температуры выбран датчик температуры связанный с микропроцессором через разъем на корпусе. 1 п. ф-лы / 3 ил
Источник калиброванных сигналов относится к измерительной технике, в частности для метрологической аттестации многофункциональных средств измерения электрических величин (измерение напряжений, токов, сигналов от термопар), может быть использован для задания физических параметров напряжения и тока на входе измерителей-регуляторов температуры, измерительных преобразователей, и другой аппаратуры, которая предназначена для измерения сигналов напряжения и тока, а также сигналов от термопар, для питания и проверки тензорезисторных и терморезисторных датчиков, изменяющих свое сопротивление при вариации значения физического параметра, а также других типов датчиков с выходным сигналом напряжения или тока.
Известен универсальный калибратор промышленных процессов АКИП 7301, 7302, оgисанный в INTERNETe, содержащий встроенный микропроцессор, и термопару, аналогоцифровой и цифроаналоговый преобразователи, дисплей с подсветкой, клавиши выбора режимов измерения в описании к проспекту сказано, что прибор осуществляет измерение/воспроизведение по трехпроводной схеме.
Недостатком указанного калибратора является его недостаточная точность (с учетом показаний таблицы проспекта), недостаточные функциональные возможности.
Известен многофункциональный калибратор «МЕТРАН 540», описанный в рекламном проспекте на сайте фирмы МЕТРАН www.metran.ru. Прибор в проспекте представлен с точки зрения применения, принципиальная схема не представлена, сказано, что источником питания является аккумуляторы или сеть переменного тока, есть графический дисплей и клавиатура на корпусе, электронный блок, термозонд, гальваническая развязка для одновременного измерения и воспроизведения сигналов.
Недостатком указанного калибратора является его недостаточная точность (с учетом показаний таблицы проспекта)
Известны калибратор технологических процессов FLYKE 726. У данного калибратора мощная возможность калибровки и непревзойденная точность, недостаток-не описано устройство, в печати не представлены ни структурная схема ни принципиальная схема.
Наиболее близким калибратором, выбранным в качестве прототипа является универсальный калибратор промышленных процессов АКИП 7301, 7302 фирмы АКИП Россия, описанный в INTERNETe, дата публикации 16.06.2008 г., содержащий корпус с гнездами (разъемами) и с микропроцессором, связанным с индикатором и клавиатурой, размещенными на верхней части корпуса, с программируемым источником напряжения и программируемым источником тока, формирующими цифроаналоговые выходные сигналы, с аналого-цифровым преобразователем, размещенными вместе с микропроцессором внутри корпуса, с измерителем температуры.
Недостатком указанного калибратора являются его недостаточные функциональные возможности, но высокая цена.
Технический результат - повышение точности, расширение функциональных возможностей (возможность одновременной работы генератора тока и напряжения, генерации и измерения напряжения/тока).
Технический результат в заявляемой полезной модели достигается за счет того, что в источнике калиброванных сигналов, содержащем корпус с разъемами и с микропроцессором, связанным с индикатором и клавиатурой, размещенными на верхней части корпуса, с программируемым источником напряжения и программируемым источником тока, формирующими аналоговые выходные сигналы, с аналого-цифровым преобразователем, с источником питания, размещенными вместе с микропроцессором внутри корпуса, с измерителем температуры, согласно полезной модели программируемый источник напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь, связанный одним входом с источником опорного напряжения, другим входом с микропроцессором, связанный выходом последовательно с тремя операционными усилителями, третий усилитель параллельно соединен с двумя аналоговыми ключами для переключения коэффициента усиления, в свою очередь связанными с выходом микропроцессора, программируемый источник тока содержит гальваническую развязку, которой отделен от микропроцессора, содержит цифроаналоговый преобразователь, одним входом связанный с источником опорного напряжения, другим входом с гальванической развязкой и выходом связанный с источником тока управляемого напряжением, в качестве измерителя температуры выбран датчик температуры связанный с микропроцессором через разъем на корпусе.
За счет того, что программируемый источник напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь, связанный одним входом с источником опорного напряжения, другим входом с микропроцессором, связанный выходом последовательно с тремя операционными усилителями, третий усилитель параллельно соединен с двумя аналоговыми, ключами для переключения коэффициента усиления, в свою очередь связанными с выходом микропроцессора, программируемый источник тока содержит гальваническую развязку, которой отделен от микропроцессора, содержит цифроаналоговый преобразователь, одним входом связанный с источником опорного напряжения, другим входом с гальванической развязкой и выходом связанный с источником тока управляемого напряжением, в качестве измерителя температуры выбран датчик температуры связанный с микропроцессором через разъем на корпусе, повышается точность, расширяются функциональные возможности заявляемого источника калиброванных сигналов.
Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет повысить точность, расширить функциональные возможности заявляемого источника калиброванных сигналов.
Заявляемый источника калиброванных сигналов обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Полезная модель может найти широкое применение в измерительной технике, в частности для метрологической аттестации многофункциональных средств измерения электрических величин (измерение напряжений, токов, сигналов от термопар), следовательно, обладает «промышленной применимостью».
Сущность предлагаемого источника калиброванных сигналов поясняется чертежами, где представлены:
на фиг. 1 - структурная схема источника калиброванных сигналов;
на фиг. 2 - вид спереди источника калиброванных сигналов;
на фиг. 3 - вид сзади источника калиброванных сигналов.
Источник калиброванных сигналов содержит корпус 1 с индикатором 2 и клавиатурой 3, разъемом 4, размещенными на корпусе 1. Внутри корпуса размещены микропроцессор 5, программируемый источник 6 напряжения, программируемый
источник 7 тока, аналого-цифровой преобразователь 8. Блок питания 9. Измеритель температуры - датчик 10 температуры, связанный с микропроцессором 5 через разъем 4.
Программируемый источник 6 напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь 11, связанный одним входом с источником 12 опорного напряжения, другим входом с микропроцессором 5, выходом последовательно с тремя операционными усилителями 13, 14, 15, третий усилитель 15 параллельно соединен с двумя аналоговыми ключами 16, 17 для переключения коэффициента усиления, аналоговые ключи 16, 17 входами в свою очередь связаны с микропроцессором 5.
Программируемый источник 7 тока содержит гальваническую развязку 18, которой отделен от микропроцессора 5, содержит цифроаналоговый преобразователь 19, одним входом связанный с источником 20 опорного напряжения, другим входом с гальванической развязкой 18 и выходом с источником 21 тока управляемого напряжением.
Источник калиброванных сигналов представляет собой программируемый источник 6 напряжения и тока 7, управляемые независимо друг от друга и имеющие гальваническую развязку 18 между собой. Принцип действия основан на аналого-цифровом преобразовании входных сигналов и цифроаналоговом формировании выходных.
Все управление и контроль осуществляет микропроцессор 5 (ATMega64), который осуществляет опрос клавиатуры 3 подключенной к входу микропроцессора 5, выводит всю необходимую информацию на индикатор 2-жидкокристаллический дисплей (в примере исполнения), в свою очередь подключенный к микропроцессору 5, выдает управляющие сигналы для аналого-цифрового преобразователя 8 (микросхема AD7793BRU(SSOP-16) и цифроаналоговых преобразователей 11, 19 (микросхема AD5545CRU(SSOP-16) программируемых источников напряжения 6 и тока 7.
Для связи источника калиброванных сигналов с компьютером и управления с его помощью осуществляется через интерфейс USB 22. Для реализации интерфейса USB 22 в источнике калиброванных сигналов используется специализированная микросхема FT232RL 23, Гальваническая развязка 18 выполнена на микросхеме ADUM1201ARZ(SO-8).
Микропроцессор 5 включает микросхему внешней памяти (микросхема AT24C512BN (SO-8), в которой хранятся настройки источника калиброванных сигналов и таблицы напряжений и токов, созданные пользователем в процессе работы. Применение внешней памяти существенно увеличивает количество циклов стирания-записи памяти, а большой размер памяти позволяет реализовать достаточное количество ячеек под таблицы.
Датчик 10 температуры микросхема DS18B20 (ТО-92) используется для измерения температуры окружающего воздуха, а также для термокомпенсации холодного спая при работе с термопарами. Датчик 10 температуры в примере исполнения установлен сбоку корпуса 1 в пружинящем кронштейне 23.
Блок питания 9 выполнен на трансформаторе, который питает все узлы и модули источника калиброванных сигналов. Три вторичных обмотки и набор из шести стабилизаторов напряжения микросхемы L7824ABUTR(SO-89), 7805A(ТО-220), LM723CN(DIP-14), две микросхемы L79L05ABZ(ТО-92), L7812ABUTR(SO-89) формируют все необходимые напряжения для работы источника калиброванных сигналов.
Источник калиброванных сигналов подключается к сети переменного тока через блок питания 9.
В программируемом источнике 6 напряжения источник 12 опорного напряжения выполнен на микросхеме REF195ES(SO-8), два операционных усилителя 13, 14, соответственно на микросхемах OP177FS(SO-8), третий операционный усилитель 15 на микросхеме AD706ARZ, аналоговые ключи 16, 17 соответственно на микросхемах LM17T(ТО-220), AD5545CRU(SSOP-16).
В программированном источнике 7 тока опорный источник 20 напряжения выполнен на микросхеме REF195ES(SO-8), источник 21 тока управляемый напряжением содержит четыре операционных усилителя Н на фиг. 1 не показаны) - соответственно микросхемы OP177FS(SO-8) и резистор VSR-0,25-200 Ом ± 0,01% ± 3 ppm.
Работа источника калиброванных сигналов.
После подачи напряжения питания микропроцессор 5 выполняет все необходимые операции и переводит программируемые источники напряжения 6 и тока 7 в те режимы работы, которые были перед его выключением.
Управление режимами работы пользователь осуществляет с помощью клавиатуры 3, расположенной на передней панели прибора. Микропроцессор 5 проверяет нажатие кнопок клавиатуры 3. При обнаружении нажатой кнопки микропроцессор 5 выполняет действия, согласно заложенной программе для нажатой кнопки. Результат выполнения команды отображается на индикаторе 2.
При получении команды на изменение значение выходного тока микропроцессор 5 рассчитывает значение кода, который необходимо загрузить в цифроаналоговый
преобразователь 19. После загрузки нового кода в цифроаналоговый преобразователь 19, на его выходе формируется напряжение соответствующее загруженному коду, которое подается на источник тока 21 управляемый напряжением. Стабильность заданного тока обеспечивается источником 20 опорного напряжения, и схемой источником тока 21 управляемого напряжением. Программируемый источник тока 7 отделен от остальных узлов ЭнИ-201И гальванической развязкой 18, благодаря которой возможно одновременное использование программируемых источников напряжения 6 и тока 7 и исключить взаимное их влияние друг не друга. В зависимости от значения кода загруженного в цифроаналоговый преобразователь 19 изменяется значение генерируемого тока.
Управление программируемым источником 6 напряжения осуществляется с помощью клавиатуры 3 расположенной на передней панели. При поступлении команды на изменение генерируемого напряжения микропроцессор 5 рассчитывает значение кода, который необходимо загрузить в цифроаналоговый преобразователь 11 для получения на выходе программируемого источника 6 напряжения заданного напряжения. Стабильность выходного напряжения определяется стабильностью источника опорного напряжения 12 и постоянством коэффициента передачи обратной связи, который задается с помощью аналоговых ключей 16, 17. Операционные усилителя 13, 14 являются вспомогательными и служат для согласования выхода цифроаналогового преобразователя 11 с операционным усилителем 15.
Аналоговыми ключами 16, 17 выбирается поддиапазон генерирования напряжения.
При выборе режима работы как измеритель внешнего напряжения или тока микропроцессор 5 начинает работу с аналого-цифровым пробразователем 8. Считанные данные об измеренном токе или напряжения выводятся на индикатор 2.
Выносной датчик 10 температуры используется в режиме эмуляции термопар и измерения температуры с помощью внешней термопары для компенсации холодного спая. Значение измеренной температуры с помощью выносного датчика 10 выводится на индикатор 2.
Все управление источником калиброванных сигналов ЭнИ-201И может быть выполнено с помощью клавиатуры 3, а также с помощью команд, отправляемых по интерфейсу 118 В 22 от компьютера. Внешний вид программы управления в этом случае с ЭнИ-201И аналогичен внешнему виду передней панели самого ЭнИ-201И.
Все указанные в описании радиоэлементы для ЭнИ-201И можно приобрести заказав поставщикам на следующих сайтах: диоды, стбилитроны, микросхемы кварцевый резонатор, интерфейсные микросхемы, транзисторы, USB http://www.compel.ru;
микроконтроллер, перационные усилители, аналогоцифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи http://www.argussoft.ru/Home.aspx; чип-резисторы, чип-конденсаторы, http://www.symmetron.ru/; резисторы многооборотные, межплатныесоеденители http:/www.trimmer.ru/; печатные платы http://www.techno-svyaz.ru/; предохранители ОАО Радиодеталь; разъемы, корпус, светодиоды http://www.rct.ru/; индикаторы http://www.rtcs.ru/; сетевой трансформатор http://www.transled.ru/.
В заявляемой полезной модели повышается точность, расширяются функциональные возможности заявляемого источника калиброванных сигналов, за счет того, что программируемый источник напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь, связанный одним входом с источником опорного напряжения, другим входом с микропроцессором, связанный выходом последовательно с тремя операционными усилителями, третий усилитель параллельно соединен с двумя аналоговыми ключами для переключения коэффициента усиления, в свою очередь связанными с выходом микропроцессора, программируемый источник тока содержит гальваническую развязку, которой отделен от микропроцессора, содержит цифроаналоговый преобразователь, одним входом связанный с источником опорного напряжения, другим входом с гальванической развязкой и выходом связанный с источником тока управляемого напряжением, в качестве измерителя температуры выбран датчик температуры связанный с микропроцессором через разъем на корпусе.
Источник калиброванных сигналов, содержащий корпус с разъемами и с микропроцессором, связанным с индикатором и клавиатурой, размещенными на верхней части корпуса, с программируемым источником напряжения и программируемым источником тока, формирующими аналоговые выходные сигналы, с аналого-цифровым преобразователем, с источником питания, размещенными вместе с микропроцессором внутри корпуса, с измерителем температуры, отличающийся тем, что программируемый источник напряжения содержит цифроаналоговый преобразователь, связанный одним входом с источником опорного напряжения, другим входом с микропроцессором, связанный выходом последовательно с тремя операционными усилителями, третий усилитель параллельно соединен с двумя аналоговыми ключами для переключения коэффициента усиления, в свою очередь связанными с выходом микропроцессора, программируемый источник тока содержит гальваническую развязку, которой отделен от микропроцессора, содержит цифроаналоговый преобразователь, одним входом связанный с источником опорного напряжения, другим входом с гальванической развязкой и выходом связанный с источником тока, управляемого напряжением, в качестве измерителя температуры выбран датчик температуры, связанный с микропроцессором через разъем на корпусе.
