Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Технология /

Проектирование датчика

←предыдущая  следующая→
1 2 3 



Скачать реферат


ВВЕДЕНИЕ.

Любая автоматизация предполагает управление технологическими процессами на ос-нове сбора, обработки и накопления информации. Поэтому неотъемлемую часть автоматиче-ских устройств и автоматизированных систем управления (АСУ) составляют средства измере-ния. Применение АСУ процессами требует измерять в общей сложности около 2000 физиче-ских, химических и других величин. Измерения производят с помощью разнообразных датчи-ков, выполняющих функцию первичного элемента, который воспринимает информацию от объекта и преобразует ее для передачи в канал связи на вычислитель. Если датчики будут об-ладать недостаточным быстродействием, большой погрешностью, низкой надежностью, то и вся система вне зависимости от степени совершенства вычислительных устройств будет рабо-тать неудовлетворительно. Именно датчики определяют саму возможность и качественный уровень работы автоматических линий. Это - изначальные поставщики информации, их по-грешность не может быть скорректирована никакими последующими устройствами.

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ.

1.1 Разработать датчик предназначенный для измерения сил, развиваемых энергетиче-скими установками и агрегатами, и выдаче сигнала, пропорционального силе на вход телеметрической системы.

1.2 Пределы измерения сил Fном должны соответствовать значениям: Fном=(1,2,5,10,20) 102 Н

Частотный диапазон измерения датчика f=50 Гц

Основная погрешность составляет =0,5%

Измерительная схема датчика силы равноплечий мост с сопротивлением плеча 700 10 Ом.

Датчик запитывается от источника постоянного тока напряжением 15В

Величина питающего напряжения в процессе измерения может меняться не более чем на 0,05В.

1.3 Датчик должен работать в окружающей среде - воздух. Температура окружающей среды может меняться в пределах 500С

Относительная влажность окружающей среды до 95% при температуре +350С

Датчик должен быть работоспособен при:

• Вибрации с частотой fгр=5кГц и амплитудой А=0,5мм

• Воздействие ударов с амплитудой 50g и длительностью до 0,001с

• Воздействие перегрузки должно быть до 20% от предела измерения

• Воздействие боковой перегрузки до 15% от предела измерения.

1.4 Требования к надежности.

Время непрерывной работы датчика должно быть не менее 2 часов.

Технический ресурс датчика должен быть не менее 1000 часов.

Вероятность безотказной работы датчика не менее 0,9

1.5 Возможность хранения датчика в складских условиях не менее 10 лет.

1.6 Датчик должен иметь минимальные габаритные размеры и массу.

1.7 Обеспечение заданного предела измерения должно осуществляться в пределах еди-ного конструктивного оформления датчика с максимально возможной унификацией деталей и размеров.

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ.

Требования технического задания накладывают определенные ограничения на конст-рукцию, параметры и методы расчета разрабатываемого датчика. Так требования работоспо-собности датчика при воздействии вибрации предопределяет либо проектирование датчика с высокой собственной частотой, лежащей за пределами частотного диапазона вибрации, либо введения демпфирования, либо какие-то другие меры, обеспечивающие во-первых, неизмен-ность показаний датчика, а во-вторых его механическую прочность. Это же можно сказать и о линейных перегрузках. При воздействии на датчик температур изменяющихся в достаточно широких пределах ( 500С), происходит изменение геометрических размеров и упругих свойств механических элементов. В результате изменяется чувствительность датчика к изме-ряемой величине и появляется погрешность преобразования. Исключить влияние температуры на преобразование можно увеличением чувствительности к измеряемой величине и уменьше-нием чувствительности к дестабилизирующему фактору, каким является температура, приме-нением дифференциальных преобразователей, либо включением в измерительную цепь спе-циальных термокомпенсирующих элементов. Работа при взаимодействии повышенной влаж-ности предопределяет конструирование датчика с герметичным корпусом, выбор соответст-вующих материалов и покрытий.

По техническим требованиям основная погрешность изменения датчика не должна превышать 0,5%. Она зависит от ряда факторов, которые влияют на физические свойства и параметры отдельных звеньев цепи преобразования измеряемой величины. К ним относятся вибрации, температура, напряжение питания. Для уменьшения погрешности от напряжения питания следует применять стабилизированные источники питания. Составляющими основ-ной погрешности также являются погрешность от нелинейности и гистерезиса. Эффективны-ми мерами уменьшения этих погрешностей являются применение дифференциальных преоб-разователей, ограничение рабочего диапазона, правильный выбор материала упругого элемен-та, материала и конструкции тензорезисторов, технологии их изготовления.

Предел измерения силы Fном должен соответствовать Fном=(1,2,5,10,20) 102 Н, что гово-рит о высокой точности датчика.

3. ОБЗОР МЕТОДОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИЛЫ.

Для измерения силы используют много методов: индуктивный, струнный, тензорези-сторный.

У струнных датчиков выходной сигнал - частота. Это выгодно с частотными сигнала-ми. Они обеспечивают высокую точность отсчета и независимость показаний линии связи, но эти датчики не могут быть выполнены на низкие диапазоны измерения, на широкий диапазон вибрационных нагрузок, не могут работать в широком температурном диапазоне. Струнные датчики сложны и дороги в изготовлении.

Индукционные датчики просты, дешевы, технологичны, но обладают низкими точно-стными свойствами.

Тензорезисторные датчики благодаря своим преимуществам получили широкое при-менение (до 98% от числа всех датчиков). Они просты, надежны, могут питаться как от посто-янного, так и переменного источника питания. Обеспечивают широкий диапазон работы и практически не снижают жесткости конструкции системы. Недостатком этих датчиков являет-ся низкая величина выходного сигнала, недостаточно высокая точность преобразования и спе-цифическая технология.

В нашем случае выбираем в качестве метода преобразования силы тензорезисторный метод.

4. ОБЗОР ДАТЧИКОВ СИЛЫ.

Большое распространение для измерения силы получили тензорезисторные датчики, структурная схема которых представляет последовательное соединение трех измерительных преобразователей:

Где УЭ упругий элемент, ТР тензорезистор, ИЦ измерительная цепь. Измеряемая сила Fx прикладывается к УЭ так, что он деформируется на величину Е1. Деформация УЭ воспри-нимается установленным на него тензористорами, которые изменяют свое сопротивление на величину ЕR относительных единиц. Относительное изменение сопротивления тензорезистора измерительной цепью преобразуется в величину выходного сигнала Uвых. В тензорезисторных датчиках силы получили распространение две измерительные цепи: неравновесный мост и де-литель напряжения, который применяется в тех случаях, когда ограничены габариты датчика или если требуется измерять только динамическую составляющую.

На конструкцию датчика силы, его характеристики существенно влияет конструкция упругого элемента. В зависимости от этого датчики силы можно подразделить на датчики со стержневым, кольцевым, мембранным, балочным, упругим элементом.

Датчик со стержневым упругим элементом состоит из цилиндрического упругого эле-мента на наружной поверхности которого установлены тензорезисторы и компенсационные сопротивления, силовой и вспомогательной подушек, монтажной колодки, кожуха и разъема. Упругий элемент имеет хвостовик предназначенный для крепления датчика на объекте изме-рения. На нижней части упругого элемента предусмотрена выточка для крепления кожуха и площадка для установки разъема. Силовая и вспомогательные подушки контактируют между собой по сферической поверхности. Измеряемая сила прикладывается к силовой подушке и передается через сферический контакт вспомогательной подушке и упругому элементу, де-формирующемуся под действием этой силы. Упругий элемент в зависимости от предела изме-рения силы может быть выполнен и в виде сплошного стержня.

В конструкции датчика силы с кольцевым упругим элементом вместо стержня установ-лено кольцо с двумя жесткими участками вдоль вертикального диаметра, т.е. вдоль направле-ния действия силы. Тензорезисторы приклеены на внутренней и наружной поверхности коль-ца, на линии горизонтального диаметра.

Датчик силы с мембранным упругим элементом. Измеряемая сила прикладывается к силовой подушке, удерживаемой между крышкой и жестким центром мембраны, пружиной. В результате действия силы мембранный УЭ деформируется. Радиальные деформации мембра-ны воспринимаются наклеенными на нее тензорезисторами, собранными в мостовую ИЦ, вход и выход которой выведены на разъем. Резьбовой хвостовик предназначен для крепления дат-чика на объекте.

Датчик силы с балочным УЭ. Основным узлом этого датчика является чувствительный элемент выполненный в виде балки равного сечения, с жестко заделанным одним концом, с наклеенными на верхнюю и нижнюю части ее, тензорезисторами. Измеряемая сила приклады-вается к штоку, закрепленному на втором конце балки.

←предыдущая  следующая→
1 2 3 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»