Каталог радиолюбительских схем

Простой детонометр

Особое внимание при его разработке было уделено максимально возможному упрощению схемы, простоте налаживания и калибровки прибора. Несмотря на то что детонометр собран всего на двух микросхемах и трех транзисторах. его основные метрологические характеристики не уступают соответствующим характеристикам серийно выпускаемого промышленностью детонометра типа 4И и полностью соответствуют требованиям ГОСТ 11948-78, СТ СЭВ 1359—78 и Публикации МЭК № 386—72.

Определение коэффициента детонации основано на измерении девиации частоты сигнала, воспроизведенного с измерительной сигналограммы на испытываемом ЛПМ или ЭПУ.

Изменение среднего за период значения такого напряжения прямо пропорционально изменению частоты входного сигнала.

Полосовой фильтр (C7R10R11R12C8 R13C9) выделяет из этой импульсной последовательности сигнал, пропорциональный колебаниям частоты входного сигнала, и одновременно формирует АЧХ в соответствии с характеристикой субъективного восприятия детонации [1]. Спад характеристики “взвешивания” в области частот ниже 4 Гц определяется конденсатором С7, выше 4 Гц — конденсаторами С8, С9.

Отфильтрованный сигнал, пропорциональный детонации, поступает на ОУ DA1. включенный неинвертирующим масштабным усилителем. Его коэффициент усиления определяется отношением одного из сопротивлений резисторов цепи ООС (R15—R18) к сопротивлению резистора R14. Для уменьшения длительности переходного процесса (при подаче на детонометр напряжения питания) между входами ОУ включен диод VD2, благодаря чему конденсатор С10 сравнительно быстро заряжается от источника +15 В по цепи R10R12R13VD2R14. После зарядки конденсатора C10 напряжения на входах ОУ становятся одинаковыми, диод VD2 закрывается и дальнейшего влияния на работу устройства не оказывает. Конденсатор СИ включен для обеспечения устойчивости ОУ и дополнительной фильтрации несущей частоты входного сигнала (3150 Гц) на “чувствительных” пределах измерения.

Усиленный сигнал с выхода ОУ поступает одновременно на выход “Осциллограф” (через цепь C14R25) и квазипиковый вольтметр (через резистор R19). Падение постоянного напряжения на резисторе R21, вызванное протеканием по нему базового тока транзистора VT3, вызывает отклонение стрелки прибора РА1 на 3...4 % от нулевой отметки шкалы и использовано для частичной компенсации нелинейности характеристики детектирования на начальном участке шкалы. Стандартная динамическая характеристика детонометра [2], обеспечивающая сопоставимость измерений при импульсном характере процесса детонации и приближающая данные измерений к их средней субъективной оценке, получена благодаря соответствующему выбору сопротивлений резисторов R19, R21 и емкостей конденсаторов С12, С13. Резистор R20 ограничивает максимальный ток коллекторов транзисторов V72 и VT3 на уровне 75 мА и предохраняет их тем самым от выхода из строя при случайном замыкании между собой или на общий провод проводников, соединяющих выходы дифференциального эмиттерного повторителя с измерительным прибором РА1.

Питать детонометр можно от любого однополярного источника постоянного тока напряжением +5±1 В с пульсациями не более 0,5 мВ. Потребляемый ток не превышает 25 мА.

Детали. В детонометре можно использовать любые постоянные резисторы с допускаемым отклонением от номинала ±10%. Сопротивления резисторов R14—R18 не должны отличаться от указанных на схеме более чем на 3 %. Подстроечный резистор R9 — также любого типа, например СПЗ-22а; конденсаторы — КМ-6, К73-9, К73-17 и т. п. с допускаемым отклонением ±30 %, электролитические — К50-6, К50-16, К53-1 и т. п.

Диоды VD2, VD3, VD4 можно заменить любыми маломощными германиевыми диодами с обратным сопротивлением не менее 500 кОм, отобранными, например, из диодов серий Д2, Д9, Д18, Д311 и т. п.

Вместо указанных на схеме можно использовать кремниевые транзисторы серий KT3107, КТ104 (VT1), КТ312, КТ3102 (VT2, VT3). Транзисторы VT1 и VT3 должны иметь статический коэффициент передачи тока h_21э>80, a VT3 - в пределах 150...250.

Микросхему К155ЛАЗ можно заменить на К133ЛАЗ, а в качестве ОУ DA1 — использовать любой ОУ с коэффициентом усиления постоянного тока не менее 25000, например, К140УД6, К140УД8, К544УД1 и т. п.

Измерительный прибор РА1 может быть практически любым с линейной шкалой и током полного отклонения (I_п) 50...200 мкА. Сопротивление добавочного резистора R24 должно быть таким, чтобы стрелка прибора отклонялась на конечную отметку шкалы при напряжении между эмиттерами транзисторов VT2 и VT3, равном 3 В. Для этого достаточно измерить сопротивление рамки прибора R_p и вычислить требуемое сопротивление по формуле:

Динамическая характеристика детонометра рассчитана на работу с приборами типов М24 и М96. Однако как показали испытания, использование стрелочных приборов с большим или меньшим временем установления показаний, таких, как М1690А, М265М, М906, М2027, М2003, а также используемых в универсальных ампервольтомметрах ТЛ-4, ТЛ-4М, Ц-4313, Ц-4353 и им подобных приводит к отличию динамической характеристики от требуемой не более чем на 10...12%. Поскольку дополнительная погрешность может проявиться только при резко выраженном импульсном характере детонации (что на практике встречается весьма редко), названные приборы можно смело рекомендовать для использования в детонометре без каких-либо изменений в схеме. При этом универсальные приборы (ампервольтомметры) можно использовать как в качестве микроамперметров. так и в качестве вольтметров. В последнем случае необходимо включить предел измерения постоянного напряжения 3 В и подключить вольтметр к эмиттерам транзисторов VT2 и VT3 непосредственно, без добавочного резистора R24.

Налаживание и калибровка. Как уже отмечалось, при разработке детонометра особое внимание было уделено максимальному упрощению его налаживания и калибровки. Поэтому для налаживания потребуются лишь два измерительных прибора: вольтметр постоянного тока с относительным входным сопротивлением 10 кОм/В (например, Ц-4313) и генератор синусоидального или прямоугольного напряжения частотой 3150 Гц.

Включив питание, после пятиминутного прогрева проверяют указанные на схеме постоянные напряжения в контрольных точках. При отличии напряжения на коллекторе транзистора VT1 от указанного на схеме более чем на 0,2 В необходимо подобрать резистор R3. Напряжение на стабилитроне VD1 должно находиться в пределах 5,3...5,7 В, в противном случае стабилитрон необходимо заменять. Отличие напряжений в остальных контрольных точках более чем на ±0,3 В свидетельствует о неисправности соответствующих микросхем или транзисторов.

После проверки статических режимов устанавливают необходимую длительность прямоугольных импульсов одновибратора. Для этого достаточно установить соответствующее значение постоянной составляющей импульсного напряжения. Делают это подстроечным резистором R9, подавая на вход детонометра синусоидальный или прямоугольный сигнал (частотой 3150 Гц и амплитудой около 1 В) и измеряя вольтметром постоянного тока напряжение на выходе элемента DD1.4, которое должно быть равно 2,3 В (в статическом режиме — 4,2 В). Длительность импульсов на выходе одновибратора в этом случае будет составлять примерно 40 % периода их повторения (рис. 2).

Проведенная таким образом калибровка с учетом собственной погрешности вольтметра постоянного тока и разброса сопротивлений резисторов цепи ООС усилителя DA1 позволяет измерять коэффициент детонации с погрешностью не более 15 %, что в подавляющем большинстве случаев вполне достаточно. При необходимости более точной калибровки можно воспользоваться калнбратором, описанным в [3|, или промышленной установкой для поверки детонометров, состоящей из декадного генератора сигналов инфранизких частот ГЗ-39. используется в качестве источника модулирующего напряжения) и частотно-модулируемого генератора сигналов ГЗ-103.