控制仪电路设计论文

1电感线圈电感量的变化如何转变为电压的变化

将电感线圈串入控制仪中如图3所示的串联谐振回路中，对于这个回路，其输出电压USC随传感器电感线圈电感量L变化的关系曲线可用图4来表示。

2主动测量控制仪的工作电路设计

2.1振荡器电路的设计振荡器电路的设计见图6。由于在设计时始终使L0在整个工作区域内大于3.6mH，故实际工作时，选用了右半边曲线，即随着工件内孔的磨削，L0逐渐地增大，而USC则逐渐地减小，至此，被加工工件尺寸的变化就转变为电压的变化而输出了。1.3电信号的处理电信号的处理可用图5所示的框图来表示。振荡器作为LC串联谐振回路的交流电源，产生幅度(有效值)为1.1V，频率为20kHz的正弦波，采用的是LC回路选频振荡。整个振荡器分三级:第一级由晶体管BG101及选频回路(振荡线圈T1的初级及电容C104)构成;第二级由晶体管BG102、BG103构成的复合管所组成的功率放大级组成，这样可以提高振荡器的带负载能力;第三级是由大功率晶体管BG104所组成的输出级。开机后，+12V电压经过电阻R101限流，使稳压管产生6V的稳定电压，流过稳压管D101的电流。这一稳定的6V电压作为振荡管BG101集电极的电源，C101的作用是消除稳压管工作时的噪声。这一6V的电压经过电阻R102的作用使BG101基极电位升高，基极电位的升高使发射极的电位也升高，发射极通过发射极电阻R103使选频回路得电，于是，LC选频回路就开始产生电磁振荡，产生各种高次谐波。而其他频率的振荡则被抑制掉了。由于振荡线圈的初级是在同一个磁芯上相同方向连续绕制而成的，所以任何瞬间点B的电压都比点A的电压高。正反馈电容C103的作用是使BG101的基极电压继续上升，这样就形成了正反馈的作用，故振荡器得以工作。电容C102与电阻R103的作用均是负反馈，用以改善正弦波的波形。正弦波经振荡线圈耦合到次级，送到后级功率放大，电阻R104与电阻R105构成BG102的直流偏置电路，BG102的基极电压:由于BG103发射极电位为5.14V，而正弦波的最大值为槡1.12=1.56V，故二极管D102始终处于导通状态，其作用是隔离，使信号无法倒流，电容C110将输出波形中的直流分量隔去，使送到传感器中去的为不含直流成分的正弦波。另外，电容C108、电位器W102组成基准点取样电路，基准点的大小可调整W102得到，基准点的大小决定了传感器的前行程量(前行程量为控制仪电表示值，为0μm时二测点之间的距离与传感器为自由状态时二测点之间距离差的绝对值)。传感器电压线圈的信号经耦合线圈T2，由信号取样电位器W104的中心抽头输出。输出信号也是纯净的正弦波，其幅度随被加工工件尺寸的变化而变化。

2.2振荡器输出信号的整流滤波振荡器输出信号的整流滤波电路见图9。由于输出指示电表采用的是直流电流表，故需把电位器Wl04中心抽头输出的正弦波整流成直流信号，才能去电表指示，二极管D201A与二极管D202A及电容C204、C205就组成了整流滤波电路，三极管BG201、BG202组成的复合管如前所述一样是功率放大器，信号经电容C201耦合至BG201的基极，基极电位。信号由BG202的发射极输出，该点的直流电位为7.2－1.4=5.8V。电容C203为隔直电容，将纯净的正弦波信号电压送到二极管D201A、D202A去整流，电阻R204与R205组成整流二极管D202A的偏置电路，使D202A与D201A始终处于导通状，导通后，D202A的正极电位为1.4V(直流)，这样可提高检波的灵敏度。信号电压由电容C204取出后，由电阻R206、R207送到相加器IC201的反相端，振荡板上的基准电压经过另外一路反向极性的整流滤波电路，由电容C210取出后经电阻R216、R208也送到相加放大器的反相端，与信号电压相加后经运算放大器IC201作反相放大后由运算放大器的6脚输出。

2.3直流输出信号的再处理振荡器的输出信号经整流滤波后，由运算放大器IC201的6脚输出，其输出信号分4路，分别为高低精度量程转换电路、指示电路、线性补偿电路及发讯电路。运算放大器IC201的6脚输出的一路进行高低精度量程的电平比较转换，该控制仪采用单电表来代替双电表指示，故电表指针的二次回程中，电表满刻度所代表的量程是不同的(相差10倍)，第一次回程时，电表满刻度为500μm(每小格刻度为10μm)，第二次回程时，电表满刻度为50μm(每小格刻度为1μm)，指针在50μm处实现量程的转换。指示电路用发光二极管指示，指示高低量程挡位，指示磨削尺寸等。线性补偿电路带可调电位器，安装在仪表板上供操作者调节。

发讯电路共有4挡，粗磨、精磨、光磨及到尺寸发讯，由于其发讯电路完全一样，故只需取其中1路发讯为例，其余3路类推。由电阻R301、电位W301及电阻R302组成了发讯点的取样电路，调节W301，可使该路的发讯点随之而变。当调节好W301中心抽头的电位以后，运放IC301的同相输入端3脚的电位也就同时确定了，由于磨削开始时，IC201的输出端6脚的电压总是高于IC301的3脚电平，故IC301的输出端6脚为低电平(－12V)，此时三极管BG301的发射结处于反偏，BG301不导通，J1不吸合，随着磨加工的进行，IC201的输出端6脚(即IC301的反相输入端2脚)的电压逐渐下降，当下降至IC301的2脚电压低于3脚电压时，IC301的输出端6脚由原来的－12V变为+12V，此时，一方面使BG301的发射极处于正偏而导通，使继电器J1动作，另一方面使正反馈回路中的二极管D301导通，而使同相输入端3脚的电位高于原设定值约0.23V(可通过计算得到)，从而使输出端6脚的电位更加稳定，这样可使机械执行机构的动作稳定。此电路中，二极管D305为保护二极管，当IC301输出端6脚为负时，D305导通，使三极管BG301的发射结的反偏电压箝在0.7V，从而使BG301不至于因反偏电压过大而损坏，二极管D309为泄放二极管，为继电器线圈提供放电回路。

3主动测量控制仪的应用及性能指标

磨加工主动测量仪主要由主动测量控制仪和主动测量装置(或手动测量装置)组成［5］。主动测量控制仪与内圆磨自动检测规等各种检测装置配合使用，可广泛应用于全自动磨床，实现内外径磨加工主动测量，以提高加工精度和生产效率，减轻劳动强度，实现机床自动化，是轴承、汽车行业必备检测仪器。目前该产品主要与无锡机床厂生产的内圆磨床配套，也与成都机床厂生产的内圆磨床配套。

作者：俞建军单位：浙江机电职业技术学院