Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту
The article presents the research results on a device for automatic measurement of the temperature stability of the output characteristics of voltage-to-frequency converters. The device can be used to measure mechanical stresses in the ship's hull.The main source of information on the state of...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.09 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1867750868945731584 |
|---|---|
| author | Zavadsky, Viktor Kharchenko, Roman Dranchuk, Sergii Tsatsko, Volodymyr |
| author_facet | Zavadsky, Viktor Kharchenko, Roman Dranchuk, Sergii Tsatsko, Volodymyr |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Viktor Zavadsky",
"institution": "National University «Odesa Maritime Academy», Odesа, Ukraine"
},
{
"author": "Roman Kharchenko",
"institution": "National University «Odesa Maritime Academy», Odesа, Ukraine"
},
{
"author": "Sergii Dranchuk",
"institution": "Odesa National Maritime University, Odesа, Ukraine"
},
{
"author": "Volodymyr Tsatsko",
"institution": "Odesa National Maritime University, Odesа, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Zavadsky, Viktor |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-11T12:20:10Z |
| description | The article presents the research results on a device for automatic measurement of the temperature stability of the output characteristics of voltage-to-frequency converters. The device can be used to measure mechanical stresses in the ship's hull.The main source of information on the state of the mechanical stress on the hull of the ship is the integrated monitoring system. Monitoring methods are based on measuring the frequency of the output signals from the sensors based on strain gages, which have a wide scatter of values for parameters and characteristics and depend on external factors. A possible solution to this problem is to use a device that would convert the analog sensor signal into a more noise-immune signal of another type, for example, voltage-to-frequency converter. It is for such systems based on synchronous integrated converters that the authors have developed a device for automatic measurement of the temperature stability of the output characteristics of frequency converters. Such device can measure the thermal stability of the convertor automatically, which makes it possible to analyze the effect of temperature on the output characteristics of the converter and to experimentally study the sensors in a wide range of operating temperatures (from room temperature to 70°C).The study of the thermal stability of the characteristics of such sensors made it possible to confirm the quality of its electronic components and to determine which parameters need to be adjusted. The device is a set of units, one of them being a control circuit based on the ATmega-16 RISC microcontroller. This design and the developed algorithm for the device operation makes it possible to determine the output frequency with a high accuracy (with a measurement time of 1 sec, the accuracy reaches 0.05%).The developed device allows finding the ways to increase the thermal stability of mechanical stress sensors based on integral converters. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2021.3-4.09 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 9ISSN 2309-9992 (Online)
1
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
УДК 629.5.064.5
К. т. н. В. А. ЗАВАДСЬКИЙ1, к. т. н. Р. Ю. ХАРЧЕНКО1, к. т. н. С. М. ДРАНЧУК2, к. ф-м. н. В. І. ЦАЦКО2
Україна, 1Національний університет «Одеська морська академія»,
2Одеський національний морський університет
E-mail: vaaz@ukr.net
ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОЇ СТАЛОСТІ
ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ НАПРУГИ В ЧАСТОТУ
Для підвищення безпеки та ефективності роботи
транспортних суден необхідно мати об’єктивну ін-
формацію про механічні напруження у корпусі суд-
на в будь-яких експлуатаційних режимах. На підста-
ві цієї інформації з’являється можливість управляти
судном в штормових умовах, не допускаючи переван-
таження корпусу і водночас працюючи на гранично
безпечному рівні. Дані про напруження у корпусі не-
обхідні також для автоматизації вантажних операцій
на суднах, оскільки рівномірність розподілу ванта-
жу (особливо на балкерах) сприяє підвищенню без-
пеки мореплавання.
Сьогодні до інтегрованої системи судна вхо-
дить моніторинг напружень у корпусі (hull stress
monitoring), мета якого — в реальному часі за-
безпечувати інформацією щодо цих напружень
упродовж рейсу та під час виконання вантажно-
розвантажувальних робіт. За результатами моніто-
Розроблено та реалізовано пристрій для автоматичного вимірювання вихідних характеристик перетворювачів
«напруга — частота» за різних значень температури, який можна використовувати для визначення механічних
напружень у корпусі судна. Експериментально досліджено роботу тензометричних датчиків суднового облад-
нання у поєднанні з такими перетворювачами. В запропонованій системі застосовуються тензорезистори та
інтегральні перетворювачі, характеристики яких значною мірою залежать від температури.
Ключові слова: тензорезистивні датчики, напруга, частота, перетворювач, температурна сталість.
рингу виробляються застереження (алярми) про на-
ближення контрольованих параметрів до критичних
значень [1], що врешті-решт сприяє зниженню екс-
плуатаційних витрат.
Згідно з документами ІМО система моніторингу
судна має містити наступне (рис. 1, а): датчики на-
пруження у корпусі судна (палубі); акселерометри
для визначення прискорень в носовій та центральній
частині судна для вимірювання вертикальних при-
скорень; мікропроцесорний блок для обробки отри-
маної інформації від датчиків та передачі результа-
тів до інтегрованої системи судна по магістральному
інформаційному каналу; пристрій зберігання отрима-
них даних. Загалом, методи моніторингу, засновані
на вимірюванні частоти вихідних сигналів з датчи-
ків, є актуальними та досліджуються вченими [2], як і
температурні залежності їхніх амплітудно-частотних
характеристик [3, 4].
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.09
Рис. 1. Система моніторингу напружень в корпусі судна фірми “Scimar” (а) та структурна схема блоку перетворюва-
ча напруги в частоту БНПЧ (б):
1 — акселератор; 2 — тензодатчики; 3 — датчики тиску води; 4 — інтегрована система ходового мостика; 5 — інструмен-
тальний підсилювач; 6 — синхронний перетворювач частоти AD7741; 7 — двійковий дільник частоти; 8 — джерело опорної
напруги; 9 — паралельний стабілізатор; 10 — стабілітрон на 5 В; 11 — електронний ключ
1
2 1 2
1
2
а)
5
2
6 7
8 9 10
11
Uзм
UвихUREF Iвх U
t
БНПЧ
Довга
лінія
б)
+5 В
+5 В
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–410 ISSN 2309-9992 (Online)
2
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
Традиційними датчиками механічних напружень
є тензорезистори, побудовані за мостовою схемою.
Недоліком тензорезисторів є великий розкид зна-
чень параметрів і характеристик та їхня залежність
від зовнішніх факторів, перш за все температури [5].
Невелика потужність вихідного сигналу тензоме-
тричних датчиків ускладнює його точне вимірюван-
ня та передавання на значні відстані, що пов’язано з
малою завадозахищеністю такого сигналу. Тому необ-
хідні пристрої, які б перетворювали аналоговий сиг-
нал датчика в більш завадозахищений сигнал іншо-
го типу, наприклад перетворювачі напруги аналого-
вого сигналу у частоту [6]. Вони мають такі перева-
ги: значну точність при мінімальній кількості преци-
зійних елементів, низьку вартість, підвищену завадо-
захищеність, малу чутливість до змін напруги жив-
лення, відсутність диференційної нелінійності [7].
Ці перетворювачі побудовані (рис. 1, б) на синхрон-
них інтегральних перетворювачах 6 типу AD7741 та
містять такі компоненти, як інструментальний під-
силювач 5, частотний дільник 7 та джерело опорної
напруги 8, кожний з яких впливає на температурну
сталість пристрою [8].
Метою цієї роботи є розробка пристрою, який до-
зволяє в автоматичному режимі проводити вимірю-
вання вихідних характеристик перетворювача напру-
ги аналогового сигналу у частоту залежно від темпе-
ратури з метою підвищення температурної сталості
перетворювача.
Принцип роботи пристрою
Пропонований пристрій дозволяє вимірювати
статичні параметри блоку перетворювання напру-
ги в частоту (БПНЧ) залежно від температури в діа-
пазоні від кімнатної до 70°С в автоматичному режи-
мі з передачею отриманих даних по інтерфейсу USB
до персонального комп’ютера. Подальша статистич-
на обробка отриманих даних та побудова необхід-
них температурних залежностей статичних параме-
трів виконується у середовищі Microsoft Office Excel.
Структурну схему такого пристрою наведено на
рис. 2. Він складається з таких блоків:
— термостат, в якому розташовано резистивний
нагрівач потужністю 200 Вт, датчики температури
(вимірювальний і регулюючий) та утримувач, в яко-
му закріплюється досліджуваний БПНЧ;
Рис. 2. Структурна схема пристрою для вимірювання статичних параметрів БПНЧ залежно від температури
Вхід USB
персонального
комп’ютера
Термостат
Блок живлення
Блок управлінняПристрій завдання
зразкових напруг
«Микросим-04М»
Джерело струму
63 мА
Вузол формування
імпульсів
Мікроконтролер
ATmega16
Регулюючий
транзистор
Стабілізатор
+12 B
Інтерфейс
USB
Трансформатор
Випрямляч 1
Випрямляч 2
ШІМ регулятор
БЖ +5 В
Інтерфейс RS232
РКІ-дисплей
Клавіатура 4×4
Управління кнопками
Датчик температури верхній
Досліджуваний БНПЧ
Датчик температури нижній
Резистивний нагрівач
= 12 В
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 11ISSN 2309-9992 (Online)
3
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
— пристрій завдання зразкової напруги Микро-
сим-04М [9], який живиться від постійної напруги
8—12 В і має інтерфейс RS232. Пристрій дозволяє
отримувати робочі коефіцієнти передачі від –3,1000
до +3,1000 мВ/В з кроком від 0,0001 до 3,1000 мВ/В.
Нелінійність вихідної напруги не перевищує 0,003%;
— мікропроцесорний блок управління, який вико-
нує функцію автоматичного вимірювання стати чних
параметрів БНПЧ за різних температур і передає дані
по інтерфейсу USART;
— блок живлення, який має силовий транзистор,
призначений для регулювання потужності резистив-
ного нагрівача.
Принципова схема блоку управління, виконана
на основі RISC-мікроконтролера фірми Atmel типу
ATmega-16 [10], містить рідкокристалічний дворядко-
вий 16-знаковий дисплей (РКІ), клавіатуру 4×4, тем-
пературні датчики, інтерфейс типу RS-232, два реле,
необхідні для управління кнопками пристрою завдан-
ня вхідної напруги, вузол формування вхідного сигна-
лу від перетворювача частоти, який підключається до
переривань INT0 мікроконтролера, інтерфейсу типу
USB, по якому отримана інформація передається до
персонального комп’ютера для подальшої обробки.
Зовнішній вигляд пристрою та термостату наве-
дено на рис. 3.
Вимірювання частоти виконується методом під-
рахунку кількості імпульсів за певний час вимірю-
вання, які поступають на вхід зовнішнього перери-
вання INT0 мікроконтролера [11]. Час вимірюван-
ня визначається таймером по перериванню COMPA.
Алгоритм вимірювання наведено на рис. 4.
Рис. 3. Зовнішній вигляд пристрою (а) та термостату (б):
1 — кришка термостату; 2 — пристрій завдання зразкової напруги; 3 — пульт управління; 4 — блок живлення; 5 — перетво-
рювач RS485-USB; 6 — роз’єднувач інтерфейсу RS485; 7 — роз’єднувач пульта управління; 8, 9 — роз’єднувачі інтерфейсу
та вихідної напруги пристрою 2; 10 — комп’ютер; 11 — мережевий вимикач; 12, 13 — вхідний та вихідний роз’єднувачі
БПНЧ; 14, 15 — верхній та нижній датчики температури; 16 — закріплювач БПНЧ; 17, 18 — роз’єднувачі вхідної напруги
та вихідного струму БПНЧ; 19 — індикатор включення нагрівача 20; 21 — БПНЧ
2 9 8 1 19 4 7 11
3 6 5 10
а) б) 12 13 14
17 20 21 15 16 18
Обробка переривань COMPA
Відновити SREG
Зберігання SREG
Встановити прапорець
«Кінець вимірювання»
Час вимірювання
закінчився?
Кінець переривань COMPA
Обробка переривань INT0
Прапорець
«Кінець вимірювання»
встановлений?
Зберігання SREG
Розрахувати частоту
Збільшити лічильник
імпульсів на 1
Відновлення SREG
Кінець переривань INT0
Так
Так
Ні
Ні
Рис. 4. Алгоритм вимірювання частоти в перериваннях INT0 та COMPA
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–412 ISSN 2309-9992 (Online)
4
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
Рис. 5. Алгоритм вимірювання статичних параметрів БПНЧ в автоматичному режимі
Початок
Ті = ТПОЧ
Ui = UПОЧ
Вимірювання ТН, ТВ
Ні
Так
Так
ТВ > Ti
Вимірювання fi
Передавання fi, Ui, Ti по RS-485
Ui+1 = Ui + ΔU
Ті+1 = Ті + ΔТ
Кінець
Вимкнути нагрівач
Ввімкнути нагрівач
Ввімкнути нагрівач
Вигляд даних вимірювання, які виводяться
по інтерфейсу USB
ТН < Ti
ТН = ТВ
Так
Ні
Ні
Ні
Ні
Так
Так
Ui+1 > Uкін
Ui+1 > Uкін
TН TВ Ui F
23,0 23,0 0,00 02497,60
23,0 23,0 0,01 02502,56
23,5 23,0 0,02 02507,52
23,0 23,0 0,03 02504,50
23,0 23,0 0,04 02497,52
22,5 23,0 0,05 02503,50
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 13ISSN 2309-9992 (Online)
5
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
Усі параметри пристрою встановлюються за до-
помогою клавіатури та виводяться на індикатор, а та-
кож можуть бути збережені у запам’ятовувальному
пристрої EEPROM. Такими параметрами є початко-
ва ТПОЧ та кінцева ТКІН температура, інтервал її змі-
нення ΔТ, початкове UПОЧ та кінцеве UКІН значен-
ня вхідної напруги U, інтервал її змінення ΔU, час
ТВИМ та кількість NВИМ вимірювань, швидкість пе-
редачі інтерфейсом.
Алгоритм роботи пристрою в режимі автомати-
чного вимірювання наведено на рис. 5. Після того
як встановлено необхідну початкову вхідну напругу
вказаним вище методом визначається частота на ви-
ході БПНЧ (при часі вимірювання 1 с точність дося-
гає 0,05%), значення якої передається до персональ-
ного комп’ютера по інтерфейсу USB у текстовому
форматі. Вимірювання виконуються задану кількість
разів. Після цього по команді з мікроконтролера за
допомогою силового транзистора вмикається на по-
вну потужність резистивний нагрівач і починається
отримання даних від верхнього (ТВ) та нижнього (ТН)
датчиків температури по інтерфейсу SPI. Коли тем-
пература нижнього датчика досягає необхідної вели-
чини, нагрівач вимикається. Після того як значення
температури з обох датчиків зрівнюються і встанов-
люється задана температура Т, вихідна частота ви-
мірюється певну кількість разів. Якщо температура
стає нижче заданої, то резистивний нагрівач вмика-
ється на половинну потужність до досягнення необ-
хідної температури.
На наступному етапі за командою з мікроконтро-
лера змінюється значення вхідної напруги U на пе-
ретворювачі, і процес вимірювання частоти повто-
рюється.
Описаний алгоритм працює до повного виконан-
ня завдання по вимірюванню статичної характерис-
тики БПНЧ за різних значень температури.
Основні параметри пристрою вимірювання тем-
пературної сталості БПНЧ наведено в таблиці.
Параметр пристрою Значення
Інтервал вимірювання частоти від 1,5
до 28 кГц
Точність вимірювання частоти за 5,0 с:
— для 2,5 кГц
— для 25 кГц
±4·10−3 %
±4·10−4 %
Відтворюваність вимірювання частоти близько
±2·10−3 %
Час вимірювання від 0,1
до 9,9 с
Кількість вимірювань при U = const від 1
до 99
Точність підтримки температури ±1,0 К
Точність вимірювання температури ±0,5 К
Експериментальні результати
Розроблений пристрій був використаний для до-
слідження температурної сталості параметрів БПНЧ
з подальшим аналізом отриманих результатів. На
рис. 6 для прикладу наведено отримані за різних
температур залежності нелінійності δ частоти ви-
хідного сигналу пристрою від амплітуди вихідної
напруги тензодатчика UД. Величина нелінійності,
тобто відхилення від лінійної залежності, розрахо-
вувалася за формулою
ВИМ ЛІН
ЛІН
δ 100%,
f f
f
(1)
де fВИМ, fЛІН — відповідно, реально заміряна частота та
частота, яка відповідає ідеальній лінійній вихідній ха-
рактеристиці, за заданої вихідної напруги UД (рис. 7).
З наведених на рис. 8 експериментальних даних
видно, що основні параметри БПНЧ — початкова
ча стота, коефіцієнт передачі, нелінійність вихідної
характеристики — залежать від температури. При
цьому коефіцієнт передачі та нелінійність розрахо-
вувалися за формулами
П
BX
Δ
Δ
fK
U
;
δ ΔδB Hδ 100%
Δ
f f
f
,
де Δf — величина змінення частоти перетворювача
при зміненні вхідної напруги на ΔUВХ.
Рис. 6. Залежності нелінійності δ частоти вихідного
сигналу тензодатчика від амплітуди вихідної напруги
тензодатчика UД для різних температур
Рис. 7. Заміряна (суцільна лінія) та ідеальна лінійна (штрих-
пунктир) вхідна характеристика тензодатчика
fМАХ
fПОЧ
fMIN
UMIN U0 = 0 UMАХ
δfН
f
δfВ
Δf
ΔUВХ
UД
δ, %
UД, мВ
0,08
0,04
0
–0,04
–5 0 5 10 15
60°С
50°С
29°С
40°С
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–414 ISSN 2309-9992 (Online)
6
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
Причинами цієї залежності може бути темпера-
турна несталість таких характеристик:
— коефіцієнта перетворення та вхідної напруги
зміщення в інтегральній мікросхемі (ІМС) AD7741;
— опорної напруги UREF, яка використовується
в ІМС AD7741 та інструментальному підсилювачі;
— коефіцієнта підсилення інструментального під-
силювача ІМС AD623 (внаслідок температурної за-
лежності опору зовнішнього резистора та вхідної на-
пруги зміщення).
Аналіз показує, що перша причина мало впли-
ває на температурну залежність параметрів БПНЧ,
оскільки температурна несталість коефіцієнта пере-
творення ІМС AD7741 складає всього ±16 ppm/К, що
залежить від властивостей самої ІМС.
Опорні напруги +2,5 та +1,25 В подаються з дже-
рела ІМС LT1004-2.5 і резисторного дільника, який
живиться від нього. Дільник виконано на резисторах
з відхиленням від номінального опору ± 0,1% і тем-
пературним коефіцієнтом опору (ТКО) ± 50 ppm/К,
а ТКО ІМС LT1004-2.5 складає ± 20 ppm/К. Таким чи-
ном, для підвищення температурної сталості опор ної
напруги 1,25 В необхідно використовувати більш тем-
пературно стабільні резистори.
Температурна несталість вихідної напруги змі-
щення інструментального підсилювача ІМС AD623
і вхідної напруги зміщення ІМС AD7741 в першу
чергу впливає на температурну несталість почат-
кової частоти перетворювача і складає, відповідно,
10 та 30 мкВ/К, що за напруги зміщення 1,25 В дає
приблизно 80 ppm/К [12].
Найсуттєвішою є температурна несталість коефі-
цієнта підсилення ІМС AD623, яку можна зменшити
підбором температурної сталості резистора, що вста-
новлює цей коефіцієнт. Дійсно, коефіцієнт підсилен-
ня визначається як
GU = 1 + RU / RG, (2)
де RU — опір внутрішнього резистора інструменталь-
ного підсилювача, RU = 100 кОм.
Після диференціювання (2) за температурою та
простих перетворювань отримаємо формулу для ви-
значення температурної несталості коефіцієнта під-
силення інструментального підсилювача
1
1
1 1 1δ
(δ δ ) ,
U
U u G
U
U u G G
U G G
dG dR dRG
G dT dT dTR R
R R
(3)
де δRU, δRG — відповідно, температурна несталість
опору внутрішнього та зовнішнього резисторів,
δRU ≈ ±10 ppm/К.
Як витікає з виразу (3), якщо внутрішній опір під-
силювача має додатний ТКО, то зовнішній резистор
інструментального підсилювача необхідно підбирати
з відповідним додатним ТКО, тоді змінення коефіці-
єнта підсилювання буде мінімальним. І навпаки, якщо
внутрішній опір підсилювача має від’ємний ТКО, то
зовнішній резистор інструментального підсилювача
необхідно підбирати з відповідним від’ємним ТКО.
Висновки
Розроблений пристрій для вимірювання темпе-
ратурної сталості перетворювачів напруги в частоту
в автоматичному режимі дозволяє проводити аналіз
впливу температури на вихідну характеристику пе-
ретворювача. Як показали дослідження, основними
причинами температурної несталості таких перетво-
рювачів є температурна несталість зовнішнього ре-
зистора, який визначає коефіцієнт підсилення інстру-
ментального підсилювача, та резистивного дільника,
що задає опорну напругу +1,25 В. Зменшити вплив
температури на температурну сталість перетворю-
Рис. 8. Температурні залежності початкової частоти fПОЧ
при U = 0 (а), коефіцієнта передачі KП (б) та нелінійності
вихідної характеристики δ (в) БПНЧ
а)
fПОЧ, Гц
7505
7595
7585
7475
25 35 45 55 Т, °С
б)
КП, Гц/мВ
1021
1020
1019
25 35 45 55 Т, °С
в)
δ, %
0,02
0,01
0
25 35 45 55 Т, °С
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–4 15ISSN 2309-9992 (Online)
7
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
вачів напруги в частоту можна шляхом підбору тем-
пературного коефіцієнта опору зовнішнього резис-
тора залежно від конкретної використовуваної інте-
гральної схеми інструментального підсилювача, чому
сприяє розроблений пристрій.
Подальші дослідження мають бути направлені
на вдосконалення розробленого пристрою для про-
ведення вимірювань за температури, нижче кімнат-
ної, що можливо з використанням елементів Пельтьє.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1. Вагущенко Л. Л. Интегрированные системы ходового мос-
тика. Одесса, Латстар, 2003, 170 с.
2. Дранчук С. М., Завадський В. А., Харченко Р. Ю. Моні-
торинг швидко змінних у часі процесів в суднових машинах, з по-
дальшим аналізом результатів ISSN2221-3805. Електротехнічні
та комп’ютерні системи, 2019, № 31(107), с. 118–127. https://doi.
org/10.15276/eltecs.31.107.2019.11
3. Криштоп В. Г. Экспериментальное моделирование тем-
пературной зависимости амплитудно-частотной характерис-
тики преобразователей вращательных движений на основе
электрохимических преобразователей. Электрохимия, 2014,
т. 50, № 4, с. 392–397. https://doi.org/10.7868/s0424857014040057
4. Ozerkin D. V., Bondarenko V. O. Using microthermostatting to
increase thermal stability of on-board electronics. Herald of the Bauman
Moscow State Technical University. Series Instrument Engineering,
2020, no. 3(132), pp. 18–36. https://doi.org/10.18698/0236-3933-
2020-3-18-36
5. Жадобин Н. Е., Королев, В. В., Заставный С. В. Контроль ме-
ханических напряжений и деформаций в корпусе судна. Контроль
и диагностика, 2010, № 2, с. 38–43.
6. Single and Multichannel, Synchronous Voltage-to-Frequency
Converters AD7741/7742. Datasheet. https://www.analog.com/en/
index.html (15 May 2021)
7. Дерябин В. Преобразователи напряжение – частота.
Инженерная электроника, 2004, № 8, с. 13–23.
8. Завадський В. А., Дранчук С. М., Чайка А. В. Аналогово-
частотний перетворювач для тензометричних датчиків судново-
го обладнання. Матеріали міжнародної науково-технічної кон-
ференції «Суднова електроінженерія, електроніка і автомати-
ка», Україна, Одеса, 2019, с. 50–54.
9. Имитатор тензодатчика «Микросим-04М». Версия 1.20.
Паспорт. Обнинск, НПП Метра, 2002, 21 с.
10. Естифеев А. В. Микроконтроллеры семейства Tiny и Mega
фирмы Atmel. Москва, Додэка-ХХI, 2006, 589 с.
11. Касаткин А. С. Автоматическая обработка сигналов
частотных датчиков. Москва, Энергия, 1966, 120 с.
12. Kitchin Ch., Counts L. A designer’s guide to instrumentation
amplifiers. Analog Devices Inc., 2000, 66 p.
Дата надходження рукопису
до редакції 08.07 2021 р.
V. A. ZAVADSKY1, R. Yu. KHARCHENKO1,
S. M. DRANCHUK2, V. I. TSATSKO2
Ukraine, Odesa, 1National University «Odessa Maritime Academy»,
2Odessa National Maritime University
E-mail: vaaz@ukr.net
DEVICE FOR INVESTIGATING THERMAL STABILITY OF CHARACTERISTICS
OF VOLTAGE-TO-FREQUIENCY CONVERTERS
The article presents the research results on a device for automatic measurement of the temperature stability of the output
characteristics of voltage-to-frequency converters. The device can be used to measure mechanical stresses in the ship's hull.
The main source of information on the state of the mechanical stress on the hull of the ship is the integrated monitoring system.
Monitoring methods are based on measuring the frequency of the output signals from the sensors based on strain gages, which
have a wide scatter of values for parameters and characteristics and depend on external factors. A possible solution to this
problem is to use a device that would convert the analog sensor signal into a more noise-immune signal of another type, for
example, voltage-to-frequency converter. It is for such systems based on synchronous integrated converters that the authors
have developed a device for automatic measurement of the temperature stability of the output characteristics of frequency
converters.
Such device can measure the thermal stability of the convertor automatically, which makes it possible to analyze the effect of
temperature on the output characteristics of the converter and to experimentally study the sensors in a wide range of operating
temperatures (from room temperature to 70℃).
The study of the thermal stability of the characteristics of such sensors made it possible to confirm the quality of its electronic
components and to determine which parameters need to be adjusted. The device is a set of units, one of them being a control
circuit based on the ATmega-16 RISC microcontroller. This design and the developed algorithm for the device operation makes
it possible to determine the output frequency with a high accuracy (with a measurement time of 1 sec, the accuracy reaches
0.05%).
The developed device allows finding the ways to increase the thermal stability of mechanical stress sensors based on integral
converters.
Keywords: strain gauges, voltage, frequency, converter, temperature stability.
DOI: 10.15222/TKEA2021.3-4.09
UDC 629.5.064.5
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 3–416 ISSN 2309-9992 (Online)
8
ЕЛЕКТРОННІ ЗАСОБИ: ДОСЛІДЖЕННЯ, РОЗРОБКИ
Опис статті для цитування:
Завадський В. А., Харченко Р. Ю., Дранчук С. М., Цацко В. І.
Пристрій для дослідження температурної сталості харак-
теристик перетворювачів напруги в частоту. Техно логия и
конструи рование в электронной аппаратуре, 2021, № 3–4,
с. 9–16. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.3-4.09
Cite the article as:
Zavadsky V. A., Kharchenko R. Yu., Dranchuk S. M., Tsatsko V. I.
Device for investigating thermal stability of characteristics of
voltage-to-frequiency converters. Tekhnologiya i Konstruirovanie
v Elektronnoi Apparature, 2021, no. 3–4, pp. 9–16. http://dx.doi.
org/10.15222/TKEA2021.3-4.09
REFERENCES
1. Vagushchenko L. L. Integrirovannyye Sistemy Khodovogo
Mostika [Integrated bridge systems]. Odessa, Latstar, 2003, 170 p. (Rus)
2. Dranchuk, S. M., Zavadsky, V. А., & Kharchenko, R. Y. (2019).
Monitoring processes in ship machines that change rapidly over time,
with subsequent analysis of results. Electrical and computer systems,
31(107), 118–127. https://doi.org/10.15276/eltecs.31.107.2019.11 (Ukr)
3. Krishtop V.G. Experimental modeling of the temperature de-
pendence of the transfer function of rotational motion sensors based
on electrochemical transducers. Russian Journal of Electrochemistry,
2014, vol. 50, no. 4, pp. 350–354. https://doi.org/10.7868/
s0424857014040057 (Rus)
4. Ozerkin D. V., Bondarenko V. O. Using microthermo-
statting to increase thermal stability of on-board electronics.
Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series
Instrument Engineering, 2020, no. 3(132), pp. 18–36. https://doi.
org/10.18698/0236-3933-2020-3-18-36
5. Zhadobin N. Ye., Korolev, V. V., Zastavnyy S. V. [Control of
mechanical stresses and deformations in the ship’s hull] Kontrol’.
Diagnostika, no. 2, 2010. pp. 38–43. (Rus)
6. Single and Multichannel, Synchronous Voltage-to-Frequency
Converters AD7741/7742. Datasheet. https://www.analog.com/en/
index.html (15 May 2021)
7. Deryabin V. [Voltage-frequency converters]. Inzhenernaya
Elektronika, 2004, no. 8, pp. 13–23. (Rus)
8. Zavadsky V. A., Dranchuk S. M., Chaika A. V. Analog-
frequency converter for ship equipment strain gauges. Materials
of the 9th International Scientific аnd Practical Conference “Ships’
Electrical Engineering, Electronics and Automation”, Ukraine, Odesa,
2019, pp. 50–54 (Ukr)
9. [Load cell simulator «Микросим-04М»] Version 1.20. Passport.
Obninsk, 2002, 21 р. (Rus)
10. Yestifeyev A. V. Mikrokontrollery Semeystva Tiny i Mega
Firmy Atmel [Atmel Tiny and Mega microcontrollers]. Moskow,
Dodeka-ХХI, 2006, 589 p. (Rus)
11. Kasatkin A. S. Avtomaticheskaya Obrabotka Signalov
Chastotnykh Datchikov [Automatic processing of signals from fre-
quency sensors]. Moskow, Energiya, 1966, 120 p. (Rus)
12. Kitchin Ch., Counts L. A designer’s guide to instrumentation
amplifiers. Analog Devices Inc., 2000, 66 p.
Васильківський І. С., Фединець В. О., Юсик Я. П. Виконавчі пристрої
систем автоматизації : Навчальний посібник. — Львів : Видавництво
Львівської політехніки, 2020.
Розглянуто виконавчий пристрій як одну з основних ланок
системи автоматичного управління. Наведено класифікацію
виконавчих пристроїв, загальні вимоги до них, їх монта-
жу та експлуатації, подано принципи й методи розрахунку,
підбору регулюючих органів, а також виконавчих механізмів.
Проаналізовано різні типи виконавчих механізмів, їхню бу-
дову та і принцип дії, статичні та динамічні характеристи-
ки. Розглянуто особливості управління різними виконавчими
механізмами і додаткові пристрої, необхідні для покращення
їхньої роботи.
Також здійснено класифікацію регулюючих органів, розглянуто їхні конструкції та
сферу використання. Наведено основні параметри та характеристики дросельних ре-
гулюючих органів, подано приклади задач розрахунку і вибору регулюючих органів.
Навчальний посібник дасть змогу студентам опанувати теоретичними знаннями та
підготуватися до практичної діяльності в галузі створення систем автоматизації. Може
бути корисним викладачам, спеціалістам з автоматизації.
Н
О
В
І
К
Н
И
Г
И
НОВІ КНИГИ
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-73 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-12T01:00:33Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/32/17602030d1831bb5b246df7499e19e32.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-732026-06-11T12:20:10Z Device for investigating thermal stability of characteristics of voltage-to-frequiency converters Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту Zavadsky, Viktor Kharchenko, Roman Dranchuk, Sergii Tsatsko, Volodymyr strain gauges voltage frequency converter temperature stability тензорезистивні датчики напруга частота перетворювач температурна сталість The article presents the research results on a device for automatic measurement of the temperature stability of the output characteristics of voltage-to-frequency converters. The device can be used to measure mechanical stresses in the ship's hull.The main source of information on the state of the mechanical stress on the hull of the ship is the integrated monitoring system. Monitoring methods are based on measuring the frequency of the output signals from the sensors based on strain gages, which have a wide scatter of values for parameters and characteristics and depend on external factors. A possible solution to this problem is to use a device that would convert the analog sensor signal into a more noise-immune signal of another type, for example, voltage-to-frequency converter. It is for such systems based on synchronous integrated converters that the authors have developed a device for automatic measurement of the temperature stability of the output characteristics of frequency converters. Such device can measure the thermal stability of the convertor automatically, which makes it possible to analyze the effect of temperature on the output characteristics of the converter and to experimentally study the sensors in a wide range of operating temperatures (from room temperature to 70°C).The study of the thermal stability of the characteristics of such sensors made it possible to confirm the quality of its electronic components and to determine which parameters need to be adjusted. The device is a set of units, one of them being a control circuit based on the ATmega-16 RISC microcontroller. This design and the developed algorithm for the device operation makes it possible to determine the output frequency with a high accuracy (with a measurement time of 1 sec, the accuracy reaches 0.05%).The developed device allows finding the ways to increase the thermal stability of mechanical stress sensors based on integral converters. Розроблено та реалізовано пристрій для автоматичного вимірювання вихідних характеристик перетворювачів «напруга — частота» за різних значень температури, який можна використовувати для визначення механічних напружень у корпусі судна. Експериментально досліджено роботу тензометричних датчиків суднового обладнання у поєднанні з такими перетворювачами. В запропонованій системі застосовуються тензорезистори та інтегральні перетворювачі, характеристики яких значною мірою залежать від температури. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2021-09-07 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.09 10.15222/TKEA2021.3-4.09 Technology and design in electronic equipment; No. 3–4 (2021): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 9-16 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 3–4 (2021): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 9-16 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2021.3-4 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.09/66 Copyright (c) 2021 Viktor Zavadsky, Roman Kharchenko, Sergii Dranchuk, Volodymyr Tsatsko http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | тензорезистивні датчики напруга частота перетворювач температурна сталість Zavadsky, Viktor Kharchenko, Roman Dranchuk, Sergii Tsatsko, Volodymyr Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| title | Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| title_alt | Device for investigating thermal stability of characteristics of voltage-to-frequiency converters |
| title_full | Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| title_fullStr | Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| title_full_unstemmed | Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| title_short | Пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| title_sort | пристрій для дослідження температурної сталості характеристик перетворювачів напруги в частоту |
| topic | тензорезистивні датчики напруга частота перетворювач температурна сталість |
| topic_facet | strain gauges voltage frequency converter temperature stability тензорезистивні датчики напруга частота перетворювач температурна сталість |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.3-4.09 |
| work_keys_str_mv | AT zavadskyviktor deviceforinvestigatingthermalstabilityofcharacteristicsofvoltagetofrequiencyconverters AT kharchenkoroman deviceforinvestigatingthermalstabilityofcharacteristicsofvoltagetofrequiencyconverters AT dranchuksergii deviceforinvestigatingthermalstabilityofcharacteristicsofvoltagetofrequiencyconverters AT tsatskovolodymyr deviceforinvestigatingthermalstabilityofcharacteristicsofvoltagetofrequiencyconverters AT zavadskyviktor pristríjdlâdoslídžennâtemperaturnoístalostíharakteristikperetvorûvačívnaprugivčastotu AT kharchenkoroman pristríjdlâdoslídžennâtemperaturnoístalostíharakteristikperetvorûvačívnaprugivčastotu AT dranchuksergii pristríjdlâdoslídžennâtemperaturnoístalostíharakteristikperetvorûvačívnaprugivčastotu AT tsatskovolodymyr pristríjdlâdoslídžennâtemperaturnoístalostíharakteristikperetvorûvačívnaprugivčastotu |