Индукционный измеритель перемещения - датчик давления

Автор: Dutchman
Опубликовано 19.09.2018
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2018!"

Кот, буду краток...

13 лет для кота, это что 40 для мужчины! Поэтому ты воздержись, а мы за тебя пригубим!!!!

Желаю еще столько же, и хвоста трубой!!!! С днюхой!!!!

… разработка появилась спонтанно и является конструкцией выходного дня (или двух). Взяться за создание этого устройства меня заставило следующее. Как-то во время проведения зловещих экспериментов в области производства валерьянки мне понадобился датчик давления, что-то типа МРХ***. Обзвон имеющихся в городе магазинов не дал результатов, сроки поставки под заказ ставились в районе месяца, ждать посылку с Али нужно было еще дольше. А во времени я был весьма ограничен – все зависело от настроения дрожжей, в этот момент шустро разбиравших простые и сложные сахара на запчасти. Тогда я вспомнил о статье Н. Панова и А. Вишницкого «Индуктивный измеритель перемещения», опубликованной в журнале Радио №9 за 1988г. и решил повторить с некоторыми доработками. Доработки коснулись источника питания, и был добавлен инструментальный усилитель для преобразования дифференциального сигнала в напряжение. В результате получилась следующая схема.

Часть схемы слева от микроамперметра Р1 полностью повторяет рабочую часть схемы авторов статьи с более современной элементной базой. Источник питания выполнен на TL431. Усилители А1-А3 являются собственно инструментальным усилителем. Усилитель А4 формирует напряжение смещения и защищает это самое опорное напряжение от проникновения помех. Напряжение смещения для нашей задачи оказывается весьма полезно, так как сами авторы в своей статье отмечают, что при нулевом положении якоря датчика выходной ток устройства не равен нулю, что обусловлено как геометрией деталей датчика, так и технологией изготовления катушек. При необходимости регулировкой смещения легко можно компенсировать как эти погрешности, так и при желании сделать устройство с ненулевым началом отсчета.
Датчик представляет собой две половинки ферритового сердечника трансформатора от китайской зарядки сотового телефона, на каждый из которых надета катушка (L1 и L2). Межу этими сердечниками на мембране закреплена пластинка из пермаллоя - якорь. Смещение мембраны вместе с якорем приводит к разбалансировке измерительного моста, влекущей в свою очередь за собой изменение напряжения на выходе устройства пропорциональное этому смещению. Конструкция датчика примерно следующая.

Щеки выполнены из фольгированного текстолита. На одной из них вытравлена печать и выполнен монтаж. На второй в отверстие впаяна трубка подключения к измеряемой системе. Кольца – в моем случае удачно подошли два кольца из винчестера от IBM PC XT на 40 мегабайт (!!!), те, что стояли между блинами. С мембраной все сложнее. Для разных применений нужен отдельный подбор материала. В моем случае (давление от 0 до 200 см водяного столба) подошла самоклеящаяся пленка в два слоя – клеящей стороной друг к другу. Между слоями вклеена пластинка якоря. Весь этот бутерброд склеен клеем. (тавтотавтотавтология)
Особых требований к катушкам нет. Необходимо только чтобы сердечники и количество витков были одинаковыми. В моем случае очень пригодилась возможность корректировки нуля – при разборке сердечника треснула одна из половинок. Склеил ее супермоментом и использовал по назначению. Количество витков не особо критично, так как измерительный генератор работает на частоте собственного резонанса, заданной индуктивностью катушек L1, L2 и емкостью конденсаторов С2, С3. Я мотал «сколько влезет». Влезло 280 витков ПЭЛШО 0.08. Мотал сразу пропитывая эпоксидкой. Для намотки по ходу дела изготовил намоточный станочек. На фото для подсказки "из чего это" лежит еще не доработанный донор.

Калибровка особых вопросов вызвать не должна. Сначала определяем «в ту ли сторону» работает мембрана – создаем давление/разрежение. Если не в ту – меняем местами катушки. Далее выставляем ноль. Далее по образцовому давлению выставляем напряжение на выходе (Допустим, подключаем шланг, наливаем в него воду так, чтобы разница воды в колене была 200 см, выставляем с помощью R3 напряжение на выходе 2 вольта. Получили 1 мВ/мм водяного столба).
При разработке печатной платы оставлена возможность работы со стрелочным микроамперметром. Для его подключения на плате предусмотрены контактные площадки. В таком случае LM324 со всей обвеской можно не впаивать. Если стрелочный амперметр не используется на его место нужно впаять резистор 10-100 Ом (подбирается).
Вот так это выглядит. Сори, на телефоне это выглядело четче ))))

Вот, собственно и все. Всем удачи!

Файлы:
Фотография
Архив ZIP

Все вопросы в Форум.