mes proiect

Nita Dragos Catalin Grupa 8312 2012-2013

Masurari electronice si Achizitii de date

-Proiect-Ampermetrul de curent continuu

-Sa se proiecteze un instrument de masura numeric care sa indeplineasca functia de ampermetru de curent continuu cu scarile 0.2A,0.5A ,1A si 5A.Aparatul va avea

in circuitul de intrare rezistente universale,tensiune specifica 0,6V.Se va folosi un convertor analogic

numeric dubla panta-

Profesor indrumator :S.l.dr.ing.Nemtoi Mihaela

Student: Nita Dragos Catalin

Grupa: 8312

12012-2013


Cuprins1. Introducere

2. Tema proiectului

3. Schema bloc

4. Memoriu tehnic

5. Breviar de calcule

6. Calculul economic

7. Schema electrica in intregime a

instrumentului de masura

8. Cablajul imprimat

9. Bibliografie2

2012-2013


1. IntroducereImportanta aparatelor de masura fata de cele analogice

Semnalul purtator al informatiei de masurare (metrologic) care provine de la traductoare este in majoritatea cazurilor analogic. Aparatele de masurare numerice (digitale ) si sistemele de calcul , proceseaza informatiile numai sub forma numerica , motiv pentru care dupa o conditionare a acestora este necesara analog-digitala (numerica).

Conversia analog-digitala (A/D) este procesul prin care unui semnal analogic se asociaza o secventa de coduri numerice compatibile cu structura interna a aparatelor de masurare digitale si a calculelor.Acest proces este construit din trei erape succesive:

a) Esantionareab) Cuantizareac) Codarea

Conversia analog-digitala se realizeaza cu dispositive fizice specific,existand circuite de esantionare-memorare ce realizeaza esantionarea si circuire de conversie A/D care asigura cuantizarea si codarea. Separarea etapelor procesului de A/D este posibila si necesara numai din punctual de vedere al analizei conceptuale.

Principiul de funcţionare al unui aparat digital de măsurare constă în transformarea mărimii de măsurat cu variaţie continuă în timp, în semnale digitale, prelucrarea specifică a acestora şi afişarea sub o formă numerică.

32012-2013


Un semnal digital este un semnal cu 2 nivele, “0” şi “1”, informaţia fiind reprezentată prin prezenţa unuia sau a altuia din cele 2 nivele.

Avantajele aparatelor de masura numerice , fata de cele analogice, sunt ca cele numerice elimina erorile de citire( erori de scara,erori subiective,erori de calibrare etc),precizia de masurare este foarte mare (10-5....10-6 –cu cat afiseaza mai multe cifre cu atat precizia este mai mare), sensibilitatea foarte buna,evaluare rapida a valorii marimii masurate, viteza mare de masurare. Printre dezavantaje se numara costul foarte mare de fabricare si complexitatea acestuia.

Desi sunt de o mare diversitate au blocurile functionale commune conectate intre ele .

1.Circuitul de intrare- prelucreaza marimea de masurat pentru a obtine o marime convenabila la intrarea convertorului.El asigura impedanta de intrare foarte mare si poate fi:

a) amplificator cu mai multe etaje, pentru marimi de masurat mici;

b) atenuator pentru marimi de masurat prea mari;

c) redresor cand marimea de masurat este alternativa.

42012-2013


2. Convertorul analog-digital(CAD)-transforma marimea analogica de la intrare intr-o marime digitala (o serie de impulsuri) prin operatia numita discretizare.

3. Numaratorul - numara impulsurile de la iesirea convertorului in sistem de numeratie binar sau binar-zecima.

4. Decodorul - decodifica rezultatul masurarii, adica transforma rezultatul masurarii din binar, sau binar-zecimal in sistem zecimal.

5. Dispozitivul de afisare - afiseaza numeric rezultatul masurarii.

6. Blocul de alimentare alimenteaza celelalte blocuri functionale.

7.Blocul de comanda comanda functionarea automata a celorlalte parti componente.

52012-2013


2. Tema Proiectului

Sa se proiecteze un instrument de masura

numeric care sa indeplineasca functia de

ampermetru de current continuu cu scarile

0.2A,0.5A,1A si 5A.Aparatul va avea in circuitul de

intrare rezistente universale,tensiune specifica

0,6V.Se va folosi un convertor analogic numeric

dubla panta.

62012-2013


3. Schema Bloc

72012-2013


4. Memoriu tehnic

1. Alimentarea contine un amplificator cu rezistenta de intrare , divizor de tensiune pentru gamele de masurare si dispositive suplimentare(filtre, comutatore automate de gama s.a.)

Pentru alimentarea ampermetrului ,trebuie o sursa simetrica+/-5V, tensiunea de alimentare proprie ICL7107 este de 200 mv.

5 V

82012-2013


2. Divizorul de curent – este un circuit format din două sau mai multe rezistoare conectate în paralel şi alimentate de la o sursă de tensiune continuă. Prin fiecare rezistor trece o fracţiune din valoarea curentului absorbit de la sursa de alimentare în funcţie de valoarea rezistorului respectiv.

Are rolul de extindere a domeniului de masurare care consta in conectarea in paralel cu rezistenta proprie a ampermetrului (rezistenta sunt) .

Ecuatiile:

U sp=R1 I 1; R1=U / I

U sp=R2 I 2; R2=U / I

U sp=R3 I 3 ;R3=U / I

U sp=R4 I 4 ;R4=U /I

3. Amplificatorul Instrumental a fost conceput si realizat la exigentele impuse in mod special de canalele de intrare ale

92012-2013


aparatelor electronice de masurat(volmetre electronice , ampermetre electronice , mltimetre electronice s.a.m.)

Se utilizeaza in cazul aparitiei semnalelor ce variaza foarte lent in timp.Este proiectat sa amplifice cu fidelitate intr-o banda foarte larga de frecvente: de la 0 la cateva sute de megaherti.

4. Ciruitul de poarta face trecerea la partea digitala a

cirucitului. Este format din 2 amplificatoare operationale

5.Blocul de redresare

102012-2013


Redresarea este procesul de transformare a curentului alternativ în curent continuu. Redresarea este necesară pentru mulţi consumatori electrici la care curentul trebuie să aibă mereu acelaşi sens: instalaţii electrochimice, instalaţii de tratament în atmosferă controlată, motoare de curent continuu, acumulatoare şi bineinţeles aparatura electronică.Circuitele care execută această transformare se numesc circuite de redresare sau prescurtat redresoare. Circuitele redresoare pot lucra cu tensiune monofazată de 220V curent alternativ a reţelei obişnuite sau cu tensiunea trifazată de 3x380V curent alternativ a reţelelor de forţă.

În urma redresării se obţine o variaţie mare a curentului prin sarcină iar în cazul reţelei monofazate există momente în care curentul devine zero. Mulţi consumatori electrici nu suportă un asemenea regim pulsat de curent şi necesită o filtrare care să niveleleze forma acestuia.

Parametrii care definesc un redresor sunt: tensiunea medie redresată obţinută în sarcină: Us curentul mediu redresat care strabate sarcina: Is

factorul de ondulaţieγ=U p

U s

Randamentul de redresaren=PuPc

6. Convertorul Analog/Digital

112012-2013


Convertor Analogic Numeric reprezintă un bloc sau un circuit care poate accepta o mărime analogică (curent, tensiune) la intrare, furnizând la ieșire un număr care constituie o aproximare (mai mult sau mai puțin exactă) a valorii analogice a semnalului de la intrare.

Spre deosebire de o mărime analogică ale cărei valori se pot găsi în orice punct din domeniul său de variație, mărimea numerică (sau digitală) posedă numai o variație în trepte. Astfel, întreg domeniul de variație este divizat într-un număr finit de „cuante” (trepte elementare) de mărime determinată de rezoluția sistemului, în acest mod, diferența între cele mai apropiate valori numerice nu poate fi făcută mai mică decât această treaptă elementară, ceea ce face ca, principial, reprezentarea informației sub forma numerică să fie legată de introducerea unei erori, numită eroare de cuantificare.

Cu toate că un sistem pur analogic este capabil (cel puțin în mod teoretic) de o acuratețe mai bună decât un sistem hibrid (analog/numeric) această acuratețe este rar folosită în mod complet. Acest lucru se datorează formei analogice a semnalului care nu permite o citire, înregistrare sau interpretare de mare exactitate. Pe de-altă parte, datele sub formă numerică reprezintă deja o formă în care se face manipularea, prelucrarea sau memorarea lor, teoretic fără nici o eroare sau practic, cu erori extrem de mici. Odată transformate în forma numerică, datele pot fi prelucrate matematic, sortate, analizate sau folosite pentru diverse funcții de control mult mai precis, rapid și flexibil decât sub formă analogică, în plus, dacă după achiziția lor este nevoie de un volum mare de prelucrare, forma numerică prezintă din nou avantaj deoarece posibilitatea de acumulare a unor erori prin manipulări succesive este extrem de mică. De asemenea, forma numerică prezintă un avantaj considerabil în cazul păstrării datelor pentru durate mari, prin posibilitatea stocării lor în memorii nevolatile de mare capacitate.

122012-2013

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Eroare_de_cuantificare&action=edit&redlink=1

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Eroare_de_cuantificare&action=edit&redlink=1


Orice mărime electrică, având o formă analogică trebuie transformată în prealabil, într-o formă numerică pentru a putea fi prelucrată sub o formă sau alta de un astfel de sistem de prelucrare.

Este evident că un convertor A/N care prelucrează un semnal provenind de la un traductor de temperatură nu poate fi folosit la codificarea unui semnal video produs de o cameră de luat vederi. Cerințele impuse de fiecare dintre cazurile de mai sus sunt extrem de diferite, ele fiind determinate de caracteristicile diferite de frecvență (lățimea de bandă) ale semnalelor supuse conversiei, precum și de exactitatea cu care este necesară codificarea numerică a informației analogice. Din acest punct de vedere există o serie întreagă de sisteme de conversie analog/numerică, începând cu cele mai lente, destinate conversiei semnalelor statice, de bandă foarte joasă si ajungând până la sistemele de conversie ultra rapide, folosite la conversia semnalelor de bandă foarte largă (radar, TV etc.).

Convertoarele A/D introduc o eroare de metoda intriseca (eroarea de cuantizare) si erori instrumentale, datorita elementelor pasive si active analogice din structura dispozitivului. Regimul dinamic al convertoarelor A/D este caracterizat prin timpul de conversie Tc , definit ca intervalul de timp dintre momentul aplicarii semnalului analogic la intrarea convertorului si momentul obtinerii rezultatului digital N .

Viteza (rata) de conversie este invers proportional cu timpul de conversie si se exprima in numar de conversii pe secunda .Marimea analogica de intrare este intotdeauna tensiune electrica contunua , convertoarele A/D fiind realizate pentru tensiuni nominale de +5V si ±10V.

Divizarea intervalului de variație (tensiune, curent) al unei

mărimi analogice într-un număr determinat de trepte („cuante") de

amplitudine egală, în scopul exprimării valorii analogice sub formă

132012-2013


de număr, constituie procesul de cuantificare al unui semnal

analogic. Mărimea treptelor rezultate în urma cuantificării este egală

cu raportul dintre valoarea intervalului maxim de variație și numărul

lor, fiecare astfel de „cuantă”fiind delimitată de două nivele de

cuantificare succesive.Dependența dintre mărimea de ieșire a unui

convertor și mărimea sa de intrare reprezintă caracteristica de

transfer a convertorului. Deoarece una dintre cele două mărimi are

întotdeauna o variație analogică iar cealaltă o variație numerică,

caracteristica de transfer atât a unui CAN cât si a unul CNA are o

variație în trepte.

Rezoluția unui convertor este parametrul care caracterizează

numărul de stări (nivele) distincte care pot fi deosebite de convertor.

De obicei, rezoluția se exprimă în biți, în procente din valoarea

diapazonului de ieșire sau intrare sau în număr de nivele de

cuantificare (CAN). Rezoluția unui CAN determină numărul nivelelor

(treptelor) de cuantificare ale mărimii analogice de intrare.

Deoarece domeniul de intrare are o valoare determinată, rezoluția

unui CAN caracterizează capacitatea acestuia de a

„rezolva”(deosebi) două nivele apropiate ca valoare, fiind definită de

mărimea variației de intrare necesară pentru a produce la ieșire a

convertorului două schimbări de coduri consecutive. Această

variație este măsurată de la nivelul de intrare la care se face

142012-2013


trecerea între treptele ÷ și până la nivelul care produce

schimbarea treptelor ÷ .

Pentru un convertor având domeniul de intrare Vmax, o rezoluție de n

biți este echivalentă cu o variație a tensiunii de intrare egală cu

raportul . Se observa că în acest mod ea este practic

aceeași cu lățimea canalului sau treptei de cuantificare a CAN.

Spre exemplu, un CAN cu o rezoluție de 12 biți, care are deci 4096

de trepte de cuantificare, poate „rezolva”(discrimina) din

valoarea domeniului de intrare. Pentru un domeniu de 10 V această

rezoluție înseamnă = 2,45 mV, valoarea treptei de

cuantificare. În aplicațiile CAN la multimetrele numerice ce

obișnuiește ca rezoluția să se exprime în cifre zecimale, în acest

caz se folosește terminologia , , etc., cifre zecimale (digiți).

Semnificația acestei exprimări este: rezoluția digiți corespunde

numărului 1999 (respectiv sub formă de raport l:2000; rezoluția

digiți corespunde numărului 19999 (respectiv raportul l: 20.000) etc.

Rezoluția constituie un parametru de proiectare și nu o performanță

specifică. Această afirmație trebuie înțeleasă în sensul că „un

anumit convertor a fost proiectat să aibă o rezoluție de n biți”

152012-2013


Conversia analog numerică cu dublă pantă este ilustrată în următoarea figură:

162012-2013

NUM Log. c-da

CLK

Comutare

R

Vref

Vin

+

_

intrare ref

inURC

inURC

i i cT N Tx x cT N T

Per. fixă Timp măsurare

Integrare Integrare


Semnalul de intrare este integrat într-un interval de timp fixat , determinând la ieşirea integratorului o rampă liniară dacă este constant în timp. La sfârşitul intervalului de timp de integrare partea logică determină deconectarea semnalului analogic de intrare şi conectarea la o tensiune de referinţă în locul intrării analogice. Referinţa este de polaritate inversă faţă de semnalele de intrare.

Timpul în care tensiunea pe integrator devin zero este dependent de mărimea tensiunii la care a fost încărcat condensatorul. Dacă , se măsoară intervalul de timp de descărcare .

172012-2013


7. Registrul de memorie reprezinta locul unde sunt incarcate rezultatele obtinute in urma conversiei A/D si expediaza datele spre afisorul digital.

182012-2013


192012-2013


8. Convertorul de tensiune CMOS ofera performante avantajoase pentru ciruitele anterioare. Face conversia de la pozitiv la negativ pentru intrari cuprinse intre +1.5V si +10V

9.Unitatea de afisare reprezinta afisorul digital pe care se vor afisa datele masurate .

202012-2013


Dispozitivele indicatoare electro-optice convertesc informaŃia electrică într-o informatie de natură luminoasă. În cadrul acestor dispozitive, o importanŃă deosebită o prezintă dispozitivele de afisare alfa-numerice, dezvoltarea acestora fiind impusă de extinderea măsurărilor numerice. Există o gamă largă de dispozitive de afisare.

Diodele electro-luminiscente sunt realizate cu arseniură de galiu, fosfor, eventual alte substanŃe si au proprietatea că în cazul în care sunt direct polarizate (U=1,6...3 V) emit unde luminoase de culoare rosie, galbenă sauverde după compoziŃia materialului din care sunt confecŃionate. Cu ajutorul lor se pot realiza

sisteme de afisare cu segmente sau matrici (de regulă de culoare rosie).

212012-2013


5. Breviar de calcule

1. Rezistentea. 220Ωb. 47k Ωc. 10k Ωd. 15k Ωe. 100k Ωf. Rezistenta de scara1( 5A) -48k Ωg. Rezistenta de scara2(0.5A) – 3k Ωh. Rezistenta de scara3( 0.2A) – 0 Ω-sunt

2. Condensatoarea. 10 nFb. 220 nF

222012-2013


c. 470 nFd. 100 nFe. 100 pFf. 10 uF

3. Diodea. 1N4148

4. Circuite integratea. ICL7107b. ICL7660c. MAN6901

6.Calculul economicPiesa Nr. Piese Pret piesa Total

R. 220 Ω 1 0.05 RON 0.05 RON

R. 47 kΩ 1 0.05 RON 0.05 RON

R. 10 kΩ 2 0.05 RON 0.05 RON

R. 15 kΩ 1 0.05 RON 0.05 RON

R. 100 k Ω 1 0.05 RON 0.05 RON

R. 0 Ω 1 0.05 RON 0.05 RON

R. 3k Ω 1 0.05 RON 0.05 RON

R. 48 kΩ 1 0.05 RON 0.05 RON

C. 10 nf 1 0.15 RON 0.15 RON

232012-2013


C. 220 nF 1 0.6 RON 0.6 RON

C. 470 nF 1 0.6 RON 0.6RON

C. 100 nf 1 0.23 RON 0.23 RON

C.100 pF 1 0.65 RON 0.65 RON

C. 10 uF 2 3 RON 6 RON

Dioda1N4148 3 0.5 RON 1.5 RON

ICL7107 1 7.8 RON 7.8 RON

ICL7660 1 4.4 RON 4.4 RON

MAN6910 2 5 RON 10 RON

www.conexelectronic.ro PRET TOTAL: 32 RON

7. Schema electrica in intregime a instrumentului de masura

242012-2013


Calucularea rezistentelor de scara.

Rsp ¿ R ¿

U ¿ ; R¿=10k ;

U ¿= 0.2 A (tensiunea de intrare specifica a ICL7107)

R0.2 = 0 ( rezistenta sunt)

R0.5 = 0.5−0.20.2 R sp = 3kΩ

R0.5 = 5−0.20.2 R sp = 48kΩ

8.Realizarea cablajului

252012-2013


Cablajul este realizat in ULIBOARD11.0. Pentru realizarea lui practic se va folosii hartie press and peel. Realizarea se face astfel:

1. se face designul cu ajutorul programelor CAD.2. se imprima cu ajutorul imprimantei laser pe hartia press and

peel.3. se curete PCB-ul de grasime.4. Se va pune hartie cu partea imprimata peste PCB dupa

care se va apasa cu fierul de calcat pana dispar bulele de aer.

5. Urmeaza indepartarea cuprului in plus de pe PCB. Clorura feerica se va turna intr-o oala sau farfurie de plastic sau sticla.

6. gaurirea PCB-ului

262012-2013


-vedere Ultiboard-

272012-2013


-vedere Ultiboard 3D-

282012-2013


-imprimare press and peel-

292012-2013


9. Bibliografie

“Masurari electrice si neelectirce” – Liliana Miron , Carmen Ursoiu , Mihai Miron . Editura Academiei Fortelor Aeriene “Henri Coanda”

ICL7017 Datasheet Man6900 Series Datasheet Internet Direct Current Ammeters Datasheet

302012-2013

mes proiect

Documents