У електровимірювальних приладах безпосередньої оцінки найчастіше використовуються рухливі покажчики, переміщення яких безпосередньо пов’язане зі значенням вимірюваної величини. Це прилади електромагнітної, електродинамічної, електростатичної, магнітоелектричної, теплової і т.п. систем. Весь діапазон вимірюваних значень зазвичай укладається в 30 – 100 поділок шкали вимірювального механізму. Роздільна здатність електровимірювального приладу, а також точність вимірювання залежить від його габаритів. Непереборним недоліком подібних систем індикації є неможливість роботи в темряві. В умовах трясіння, при наявності прискорень, магнітних полів, при зміні кута нахилу і т.д. точність показань значно погіршуються.

Принцип дії цветодінаміческіх вимірювальних приладів заснований на візуальному представленні вимірюваної величини у вигляді відтінку кольору [Рл 4/98-32, F 10/00-1085]. Відомо, що око середньостатистичного людини здатний розрізняти близько 10 ступенів (градацій) сірого кольору. Очі жителів Крайньої Півночі, де освітленість знижена, а колірна палітра дуже бідна, можуть розрізняти до 200 відтінків сірого. Істотно змінюється положення при переході на колірну гаму. Нетренований око звичайної людини здатний безпомилково розрізняти до 300 відтінків кольору, тренований – до декількох тисяч відтінків. Отже, змінюючи забарвлення індикатора, включеного на виході вимірювального приладу, можна розпізнавати вже не 30 – 100 поділок шкали, а на порядок вище – більше 300.

Найпростіші прилади для цветодінаміческіх вимірювань можуть бути реалізовані з використанням різнокольорових све-тоізлучающіх діодів (СІД) і загального Світлозбиральні екрану (рис. 33.1, 33.2) [Рл 4/98-32]. При плавній зміні рівня вхідного сигналу відбувається зміна колекторного струму вхідного транзистора. Змінюється і струм, що протікає через СІД, включений у його колекторних ланцюг. Оскільки сумарний струм СІД НІ і HL2 (рис. 33.1) визначається генератором стабільного струму (у найпростішому випадку це може бути резистор R2), відбувається перерозподіл струмів між СІД, змінюється співвідношення колірних складових в сумарному спектрі світіння. Діод VD1 або їх ланцюжок забезпечує початкове зміщення в точці А і призначений для компенсації падіння напруги на відкритому транзисторі VT1.

   

Рис. 33.1

В якості СІД можуть бути використані світлодіоди типу AJ1307 червоного (HL1) та зеленого або жовтого (HL2) кольору світіння. Можна застосувати двоколірний світлодіод-матрицю АЛС331 із загальним катодом, однак це зажадає зміни полярності живлення, включення діодів, використання транзистора р-п-р структури (КТ361). Замість діода VD1 може бути включений СІД, встановлений окремо (додаткова яркостная ахроматична індикація рівня сигналу), або спільно з HL1 і HL2 під загальним светособірающей екраном.

У вимірювальному приладі (рис. 33.2) рівень вхідного сигналу впливає на співвідношення струмів між світлодіодами HL1 і HL2 [Рх 6/99-53]. У цій схемі може бути також використаний генератор стабільного струму або його аналог, але оскільки для світлодіодів різного кольору світіння напруги прямого зміщення для забезпечення необхідної яскравості розрізняються, переважніше використовувати окремі резистори R2 і R3.

Зміна колірної гами в вимірювальних приладах (рис. 33.1 і 33.2) відбувається при подачі вхідного сигналу від О (зелене або жовте світіння) до 0,75 В (червоне свічення).

Для послідовного переключення трьох СІД залежно від величини вхідного сигналу може бути використаний модифікований нуль-індикатор К. Мечкова (рис. 33.3, 33.4) [МК 8/83-3, Рл 4/98-32]. У схемі на рис. 33.3 плавне послідовне перемикання СІД буде відбуватися при зміні рівня вхідного сигналу від 0,5 до 0,65 6, а в схемі на рис. 33.4 – від 0 до 1,5 В.

   

Рис. 33.2

   

Рис. 33.3

Основною проблемою управління різнокольоровими светодіо-дами є виражене нерівність значень прямих зміщень (Unc), при яких спостерігається помітне світіння СІД: чим коротше довжина хвилі випромінювання світлодіода – X, – тим більше це напруга. Визначити значення прямого зміщення на свето-діоді можна за наближеною формулою: Unc (S) = 1236A, (нм), див. також розділ 1 [Рл 4/98-32]. Штучно зрівняти значення напруг прямого зміщення світлодіодів в бік їх збільшення можна за рахунок включення додаткових германієвих, кремнієвих діодів або їх ланцюжків послідовно з СІД. можна за рахунок включення додаткових германієвих, кремнієвих діодів або їх ланцюжків послідовно з СІД.

   

Рис. 33.4

Для роботи пристроїв (рис. 33.3 і 33.4) необхідно виконання умов:

   

Так, експериментально встановлено, що ІПС СІД АЛ307 червоного свічення при 20 мА становить 1,65 В, зеленого – близько 2 В. Для колірної індикації сигналу у всьому видимому діапазоні довжин хвиль в якості HL2 необхідно використовувати синій, HL3 – зелений (жовтий), HL1 – червоний СІД (рис. 33.3) і, відповідно, HL2 – синій, HL3 + HL4 – зелений (жовтий), НІ – червоний СІД (рис. 33.4) з виконанням вищенаведеної умови.

Цветодінаміческій вимірювальний прилад з цифровим широтно-імпульсним керуванням може бути зібраний по схемі на рис. 33.5 [Рл 4/98-32]. Перерозподіл сумарної забарвлення світіння СІД відбувається при зміні вхідного сигналу від 0 до 1 В (рис. 33.6). Замість польового транзистора в схему можна включити термо-, фоторезистор чи іншої резистивний датчик з максимальним опором до 10 кОм. До входу (затвору) польового транзистора можна підключити і антену. Таким чином, цветодінаміческій вимірювальний прилад можна буде використовувати для індикації електричних і неелектричних величин.

   

Рис. 33.5

   

Рис. 33.6

На рис. 33.7 наведена схема, придатна для цветодіна-мічного індикації величини вхідного сигналу. Пристрій працює в широкому діапазоні вхідних частот і може бути використане для індикації налаштування радіоприймача на частоту прийнятого сигналу [Р 1/88-53]. Цей же індикатор застосуємо для балансування вимірювального моста; для оцінки напруженості електричних або магнітних полів у складі приладів і індикаторів, розглянутих у главі 20. Вхід індикатора підключають до вихідного каскаду індикатора поля.

Цветодінаміческіе прилади без будь-яких переробок можна використовувати в якості пристроїв цветомузикальний супроводу: індикатор (індикатори) підключають до виходу (виходів) УНЧ магнітофона, електропрогравач, радіоприймача, телевізора, CD-плеєра. Натомість СІД можна використовувати різнокольорові слабкострумові лампи розжарювання, однак при цьому потрібне підключення додаткових підсилювачів струму. Балони ламп слід забарвити спиртовими розчинами паст кулькових ручок. Допустимо використовувати плівкові або скляні світлофільтри.

   

Рис. 33.7

Найбільш дефіцитними елементами, що обмежують застосування цветодінаміческіх вимірювальних приладів в області спектра від синього до червоного кольору, є СІД синього кольору світіння. Для синтезу кольорової гами в межах від 470 до 660 нм можуть бути використані світлодіоди синього (470 нм) світіння, що поставляються фірмою Conrad Electronic (Німеччина) – Unc = 2,7 … 3,2 В при струмі 20 мА триколірні діоди тієї ж фірми: на основі GaAsP Unc = 1,7 В при 20 мА – 660 нм (червоний колір), GaP – 2,2 В, 565 нм (зелений колір), S / ‘С – 3,0 В, 470 нм (синій колір). Сині світлодіоди (440 нм) виробництва США працюють при струмі 20 мА і напрузі 3,0 … 3,7 В (Ledtronics Inc., СА та Cree Research Inc., NC). Сині світлодіоди (446 нм) російського виробництва КЛД901А на основі GaN мають робоче напруга 12 В при струмі 6 мА.

Для кількісного визначення вхідної напруги (рівня вимірюваного сигналу) поруч зі светосуммірующім екраном приладу слід наклеїти смужку колірної гами зі шкалою – покажчиком відповідності кожному напрузі відтінку кольору (типу лакмусового паперу). При цьому виходить своєрідний аналог мостового виміру: випромінювання невідомого спектрального складу зіставляється зі шкалою еталонних значень колірної гами. Смужку кольорового спектру можна виготовити на кольоровому принтері. Розтяжка переходів відтінків кольору і визначення меж використовуваної колірної гами може бути виконана в графічному редакторі на ПЕОМ.

Цветомодулірованние індикується прилади можуть бути використані для передачі даних по оптоволоконних лініях, відкритим оптичним каналам зв’язку, при дистанційному введенні інформації в ПЕОМ, для навчання тварин.

   

Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік