Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
роботи
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Системи управління і автоматики
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Дипломна робота
Предмет:
Охорона праці
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Дрогобицький механічний технікум
”Узгоджено” ”Затверджую”
Голова циклової комісії Заступник директора
____________________ по навчальній роботі
підпис прізвище
____________________ __________________
дата підпис прізвище __________________
дата
Дипломна робота
Спеціальність: 5.09.14.04 ”Обслуговування систем
управління і автоматики”
Тема роботи:
ДМТЕ 900900800 ПЗ
позначення документа
Розробив:________________________________ Баб`як .
підпис прізвище
Керівник роботи:__________________________ Лазарів М.М.
підпис прізвище
Консультант з
економічних питань:_______________________ Винницька О.Й.
підпис прізвище
Консультант з
питань охорони праці:______________________ Йосифів Й.В.
підпис прізвище
Рецензент:_________________________________
підпис прізвище
2009 р.
Міністерство освіти і науки України
Дрогобицький механічний технікум
Відділення денне група ЕК-41
Спеціальність: 5.09.14.04 ”Обслуговування систем
управління і автоматики”
”Затверджую”
Заступник директора
по навчальній роботі
_______ П.М. Ренжин
”____” ________2007 р.
Завдання на дипломну роботу
Студента Баб`яка Романа Васильовича
прізвище, ім’я, по-батькові
1. Тема дипломної роботи:
Затверджено наказом від ”___”______________2009 р. №______
2. Термін виконання дипломної роботи ________________________
3. Вихідні дані до дипломної роботи ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Зміст
Завдання
Анотація
Вступ ………………………………………………………………………
1 Загальний розділ
1.1 Структурна схема лабораторного стенду для дослідження пружності консольної балки. ……….....…………………………………………
1.2.Деформації та механічні напруження …………………........……….
1.3 Основні характеристики тензорезисторів. …………………………..
2 Спеціальний розділ
2.1 Опис принципової електричної схеми ………………………………..
2.2. Вибір та обґрунтування елементної бази……………………………...
2.3. Розрахунок блоку живлення…………………………………………...
2.4. Будова АЦП……………………………………………………………..
2.5. Розрахунок мостової схеми…………………………………………….
2.6. . Розрахунок операційного підсилювача……………………………
2.7. Розрахунок надійності…………………………………………………
2.8. Розрахунок технологічності …………………………………………..
3 Організаційно-економічний розділ
4 Охорона праці
Висновки………………………………………………………..........………..
Література ………………………………………………….........………………
Специфікація …………………………………………………........……………
Анотація
В даному дипломному проекті описана розробка і дослідження макету лабораторного стенду який призначений для вимірювання пружності консольної балки за допомогою тензорезисторів, які закріплені на балці.
Дипломний проект включає в себе всі дані про вузол, принцип дії і його складових частин, вказівки по його наладці, а також електричні, економічні розрахунки та розрахунки надійності і технологічності конструкції.
При вивчені пристрою слід дотримуватись техніки безпеки, і наочно спостерігати за зміною форми балки відносно попереднього положення, за допомогою прикріпленої лінійки.
Вступ
Електроніка – область науки і техніки, яка займається створенням і практичним використанням різних пристроїв і приладі, робота яких основана на зміні концентрації і переміщені заряджених частин у вакуумі, газі або твердих кристалічних тілах. Електроніка знаходить все більш широке застосування майже в усіх областях науки і техніки, що обумовлено високою чутливістю, швидкодією, універсальністю і малими габаритами розмірами електронних пристроїв.
Висока чутливість електронних пристроїв забезпечується з допомогою різних підсилювальних схем.
Швидкодія визначається самою природою електричних коливань. Цей параметр непохитно підвищується у зв’язку з мікромініатюризацією елементів і пристроїв в цілому. Універсальність обумовлена можливістю перетворення всіх видів енергії (механічної, теплової, світлової, звукової, променевої) в електричну енергію, на зміні і перетворені якої основана дія всіх електронних схем.
Галузь електроніки, яка займається застосуванням в промисловості різних електронних пристроїв, які дозволяють здійснювати контроль регулювання і управління виробничими процесами, називають промисловою електронікою. До промислової електроніки відносять також системи перетворення струму, які широко використовуються в енергетичних установках і на електрофікованому транспорті.
Слід особливо відмітити велику роль радіоелектроніки в забезпечені високих швидкостей управління при доволі високій точності. Космонавтика, ядерна фізика, обчислювальна і вимірювальна техніка, енергетика, транспорт і багато інші галузі промисловості широко використовують засоби радіоелектроніки для управління і контролю самих різноманітних процесів.
Прогрес в області промислової електроніки, електромагнітної техніки дозволив створити нові високоефективні засоби, які у відповідності з обчислювальної техніки і сучасними досягненнями в торії автоматичного управління осилили шляхи розвитку системи електроавтоматики.
При управлінні складними виробничими процесами в промисловості широко використовують елементи і системи електроавтоматики, з допомогою яких якісно і кількісно перетворюється сигналив ходу і виходу різних засобів і систем автоматизації.
Система електроавтоматики – це сукупність об’єкта управління і електричного автоматичного управляючого пристрою, які взаємодіють між собою.
Системи і пристрої електроавтоматики виконують такі задачі, як контроль, сигналізація, блокіровка, захист і автоматичне управління. Пристрої автоматичного контролю визначають якість продукції і правильність протікання технологічного процесу, забезпечення надійної і безаварійної роботи обладнання і інше.
Пристрої блокіровки і захисту запобігають неправильному порядку роботи засобів електроавтоматики або технологічного процесу і забезпечують відключення відповідного обладнання при ненормальних режимах. Основна вимога до пристроїв захисту і блокування – висока надійність роботи.
Системи електроавтоматики функціонують по команді обслуговуючого персоналу по заданій програмі або автоматично, в залежності від значення будь-яких параметрів, які визначають бажаний хід процесу в об’єкті управління.
Основними задачами найближчого майбутнього як завжди являються подальше прискорення втілення досягнень електроніки в народне господарство, підвищення ефективності народних досліджень, вдосконалення технології виробництва електронних пристроїв і систем, підвищення продуктивності праці, якості і надійності виробів, економія матеріальних і трудових ресурсів, вдосконалення управління галузями і підприємствами на основі широкого використання автоматичних систем.
Загальний
розділ
1.1 Деформації та механічні напруження
Деформація- зміна форми чи розмірів тіла (частини тіла) під дією зовнішніх сил або при нагріванні чи охолодженні тіла і т.п. Розрізняють пружну і пластичну деформацію. Механічне напруження-це міра внутрішніх сил, що виникають в тілі під дією зовнішніх сил, зміни температури тіла і т.п. факторів.
Як пружні перетворювачі порівняно великих сил (понад 10 кН) широко застосовуються суцільні стержні. Порожнисті стержні дають змогу підвищити чутливість перетворювачів, однак межі їх перетво рення не нижчі, ніж 0,5 кН. Загальним недоліком стержневих пружних елементів є надзвичайно малі вихідні переміщення, тому вони викорис товуються лише з тензорезистивними вторинними перетворювачами. Іншим їх недоліком є неідентичність їх перетворювальних характерис тик під час роботи на стиск та на розтяг.
Певні переваги перед стержневими мають кільцеві пружні елемен ти. Вони мають порівняно великі вихідні переміщення, що дає змогу використовувати їх в ємнісних та індуктивних давачах. Кільцеві пружні елементи є чутливішими і можуть застосовуватись для перетворень сил у межах від декількох десятків ньютон до одиниць кілоньютон.
Найчутливішими до дії сил є балкові пружні елементи. Вони технологічні, деформації стиску та розтягу в них повністю ідентичні. Розподіл напружень по довжині балки рівномірного поперечного пере тину є нерівномірним. Для отримання рівномірного розподілу напру жень застосовують так звану балку рівномірного опору згину.
Найпоширенішим пружним перетворювачем тиску є штивна мем брана. Вона може використовуватись як перетворювач тиску в дефор мацію або як перетворювач тиску в переміщення. Вибираючи мембрани і кільцеві пружні елементи як первинні перетворювачі тензорезистив них давачів, необхідно враховувати наявність зон деформації стиску та зон деформації розтягу.
Як пружні перетворювачі тиску використовують також циліндрич ні оболонки, трубки Бурдона.
Матеріали, які застосовуються для виготовлення механічних пружних елементів, повинні відповідати певним вимогам. Оскільки пружні елементи є складовою частиною вимірювальних перетворю вачів, а їх характеристики безпосередньо впливають на метрологічні характеристики перетворювача, основні параметри матеріалів пружних елементів повинні мати високу стабільність у широких межах зміни чинників, що впливають. Для всіх сплавів модуль пружності значно залежить від температури. Загалом ця залежність нелінійна. Практично лінійну залежність модуля пружності від температури мають сталь 36НХТЮ та бронза БрБ2.
Останнім часом для виготовлення механічних пружних елементів почали застосовувати неметалеві матеріали, зокрема кварцове скло. Той факт, що кварцове скло добре піддається механічному, ультразвуко вому, електронно-променевому обробленню, робить його дуже перспек тивним для створення різноманітних перетворювальних елементів давачів неелектричних величин.
1.2 Основні характеристики тензорезисторів.
Для вимірювання деформацій використовують тензорезистори. Їх принцип дії базується на явищі тензорезистивного ефекту- властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір внаслідок їх механічної деформації під дією зовнішніх сил. Тензорезистор, наприклад, приклеюють до певного тіла. Під час деформування цього тіла під дією зовнішніх сил разом з тілом буде деформуватись тензорезистор. Вимірюють зміну опору тензорезистора, викликану деформацією. Знаючи залежність зміни опору тензорезистора від деформації, визначають деформацію тензорезистора, а отже й деформацію тіла, до якого прикладений тензорезистор.
Електричний опір чутливого елемента тензорезистора:
Де - питомий опір матеріалу чутливого елемента тензорезистора; l,S-відповідно довжина і площа поперечного перерізу провідника цього елемента.
Коли тензорезистор деформується, змінюється не лише його геометричні розміри l і S, але й електричні властивості матеріалу, що спричиняє зміну p. Таким чином відносна зміна опору тензорезистора:
,
Де , , - відносні зміни відповідних параметрів під дією зовнішніх сил.
Враховуючи зв`язок між відносними змінами довжини та площі поперечного перерізу провідника під час його розтягування
Де -коефіцієнт Пуассона; знак ″-″ свідчить про протилежність напрямків вказаних змін (якщо зростає, то зменшується), зводиться до вигляду
,
де =. Розділивши (2) на , отримаємо вираз для основної характеристики тензорезистора - коефіцієнт тензочутливості.
k =,
який характеризує відношення відносної зміни опору до відносного видовження тензорезистора.
Вираз (3) має дві складові: (), зумовлену зміною опору тензорезистора внаслідок зміни геометричних розмірів його чутливого елемента , і , спричиненою зміною питомого опору матеріалу чутливого елементу.
Для провідників < (), тому коефіцієнт тензочутливості провідникових тензорезисторів в основному визначається першою складовою і його значення знаходиться в діапазоні 0,7 … 5,5.
Для напівпровідників > (), тому значення коефіцієнта тензочутливості напівпровідникових тензорезисторів знаходиться в діапазоні 50 … 200.
Інформативним вихідним параметром тензорезисистора є зміна його опору. Вимірявши відносну зміну опору тензорезистора і знаючи його коефіцієнт тензочутливості k, можна визначити відносну деформацію об'єкта, до якого приклеєний тензорезистор.
= ,
і згідно з законом Гука - механічне напруження в матеріалі
,
де E-модуль пружності матеріалу.
Найчастіше застосовують приклеювані, дротяні, фольгові і плівкові тензорезистори.
На рис.1 зображені дротяний тензорезистор. На дволінійну основу 2 з тонкого паперу чи лакової плівки клеєм або лаком прикріплюється чутливий елемент 3 з дроту діаметром 0,01…0,003 мм. (Рис.1).
Рис.1 – Конструкція дротяного тензорезистора
До кінців чутливого елемента припаюють або приварюють вивідні проводи і з металевої фольги або дроту для з'єднання тензорезистора з вимірювальною схемою. Зверху чутливий елемент покритий лаком.
Довжина l, яку займає чутливий елемент тензорезистора (рис.1), називається вимірювальною базою. Дротяні тензорезистори найчастіше мають базу 3…30 мм. і номінальний опір 20…600 Ом.
Відхилення опору тензорезисторів всередині серії, як правило, не перевищує ±0,5% від номінального значення, а коефіцієнт тензочутливості - ±2%.
Дротяні та фольгові тензорезистори виготовляють з матеріалів, які мають високу чутливість і великий питомий електричний опір, малий температурний коефіцієнт опору (ТКО) і велику стабільність в часі.
У фольгового тензорезистора (рис1.б) чутливий елемент 3 виконаний методом фототравлення з фольги яка також прикріплюється до лакованої основи 2. Завдяки порівняно великій площі, контактування чутливого елемента фольгового тензорезистора, його тепловіддача значно більша ніж у дротяного. Крім цього поперечна чутливість у таких тензорезисторів невелика.
Поширеними є плівкові тензорезистори, виготовлені вакуумним випаровуванням тензочутливого матеріалу з наступною конденсацією його на підкладку. Плівкові тензорезистори виготовляють як з провідників так і з напівпровідників, найчастіше з германію.
Основна перевага напівпровідникових тензорезисторів - їх висока чутливість і малі габаритні розміри, а недолік залежність чутливості від температури. Треба зауважити, що на практиці коефіцієнт тензочутливості k визначають експериментально для певної партії ідентичних тензорезисторів. Для частини тензорезисторів з цієї партії визначають середнє значення k і присвоюють його всій даній партії. Дійсне значення k кожного окремого тензорезистора може відрізнятись від прийнятого середнього значення, що викликає похибку вимірювання деформації, яка здебільшого не перевищує (1…5)% для тензорезисторів. Якщо є можливість індивідуального градуювання тензорезистора на досліджуваному об'єкті, то ця похибка може бути зменшена до (0,2…0,5)%.
Одним із важливих факторів впливу на результат вимірювання механічної деформації і напруження є температура. Зміна температури приводить до зміни опору тензорезистора і його чутливості. Зміна опору тензорезистора від зміни температури зумовлена двома факторами:
Температурним коефіцієнтом опору матеріалу чутливого елемента тензорезистора.
Додатковими механічними деформаціями тензорезистора в залежності від різниці значень температурного коефіцієнта лінійного розширення матеріалів об'єктата тензорезистора : якщо >то підвищення температури буде спричиняти додаткове розтягування тензорезистора, а якщо <- стискування.
У випадку незначних деформацій вихідний сигнал тензорезистора може бути співмірним зі зміною його опору від впливу температури.
Так, наприклад, зміна температури на 10°С може викликати відносну зміну опору тензорезистора % , що є співмірним з робочою зміною опору тензорезистора при його деформації.
Тому важливою передумовою вибору вимірювальної схеми є можливість компенсації температурних похибок тензорезистора. На практиці з цією метою широко використовують мостові вимірювальні схеми (Рис.2).
Рис.2 – способи ввімкнення тензорезисторів у мостові кола
Вони містять два, чотири і т.д.- обов'язково парну кількість ідентичних за характеристиками тензорезисторів. Компенсація температурної похибки досягається за рахунок ввімкнення в суміжні плечі моста тензорезисторів, однакових за номінальним опором і ТКО. Один з кожної пари тензорезисторів є робочим , а другий – ввімкнутий в сумісне плече моста – компенсаційним тензорезистором (рис. 2,а).
Компенсаційний тензорезистор повинен бути наклеєний за тією ж технологією і на такий же матеріал, що й робочий, та знаходитись при тій же температурі, однак не повинен піддаватись деформації.
При зміні температури опори робочого і компенсаційного тензорезисторів змінюються однаково на значення і тому рівновага схеми від цього не порушується.
1.3 Структурна схема лабораторного стенду для дослідження пружності консольної балки.
Схема лабораторного стенду для вимірювання пружності консольної балки за допомогою тензорезисторів складається з: 1 – блоку живлення, 2–мостової тензометричної схеми, 3 – Операційного підсилювача та 4 – АЦП.
1. Для живлення цього стенду ми використовуємо трансформатор, на який поступає напруга 220В 50Гц і яку він трансформує в дві напруги по 17В. Трансформована напруга потрапляє на випрямлячі. Випрямлену напругу ми подаємо на мікросхеми стабілізації, які стабілізують цю напругу в ±12 та +5В.
2. Для живлення мостової схеми ми беремо напругу +5В. В початковому стані мостова схема збалансована і на виході з неї ми не отримуємо сигнал. В ролі давача в цій схемі ми використовуємо тензорезистори, які включені в різні плечі мостової схеми та наклеєні на консольну балку. Вплив сили F на кінець балки викликає її деформацію. Разом з деформацією балки деформуються і тензорезистори, які змінюють свій опір і тим самим розбалансовують мостову схему.
3. Сигнал розбалансу, який ми отримали з мостової схеми подаємо на операційний підсилювач. Цей підсилювач ми живим напругами ±12В
4. Підсилений сигнал з підсилювача ми подаємо на АЦП та аналоговий вимірювальний прилад, на якому відображається вимірювальна інформація, пропорційна силі F.
АЦП, на який ми подаємо аналоговий сигнал перетворює його в цифровий. Цифровий сигнал через LPT порт потрапляє на персональний комп’ютер. За допомогою програмного забезпечення ми отримуємо на моніторі ПК інформативний сигнал розбалансування мостової схеми.
Зробивши деякі перетворення ми можемо визначити з якою силою ми діємо на цю балку.
Спеціальний
розділ
2.1. Опис принципової електричної схеми
Проаналізувати принцип роботи лабораторного стенду можна з принципової електричної схеми, яка побудована на основі схеми структурної. Принципова схема лабораторного стенду для дослідження пружності консольної балки складається з наступних блоків: 1.блоку живлення, 2.мостової тензометричної схеми та 3.АЦП.
Розглянемо перший блок: напруга з мережі 220В 50Гц поступає на трансформатор який трансформує цю напругу в дві напруги по 17В. Ці дві напруги ми подаємо на два випрямлячі, тобто діодні мости КЦ 405А. Спад на цих мостах випрямлення становить близько 1,8 В. Напруга з випрямлячів поступає на стабілізатори проходячи через фільтруючі конденсатори з великою ємність. В нашій схемі блоку живлення ми використали три різні стабілізатори:
L7812 стабілізує додатню напругу +12,
L7912 призначений для стабілізації від`ємної напруги -12,
L7805 стабілізує напругу +5В.
Наступний блок лабораторного стенду складається з двох части: тензометричної мостової схеми та схеми операційного підсилювача. В тензометричну мостову схему ми підключаємо наші давачі. В ролі давачів ми використовуємо тензорезистори типу КФ 5П1-3-100. Щоб використати ці давачі ми наклеюємо їх на консольну балку з двох сторін, так щоб при зміні деформації балки, тензорезистори працювали один на зменшення а інший на збільшення свого опору. До того як ми почнемо діяти певною силою F на балку нам треба збалансувати мостову схему. Для того щоб мостова схема була збалансована ми використовуємо змінний високоточний резистор,включений в мостову схему. Цим резистором ми підганяємо опори плечей мостової схеми так щоб сума опорів плечей була рівна. Починаючи діяти на балку з певною силою F вона деформується змінюючи при цьому опір тензорезисторів, і цим самим відбувається розбалансування моста. Сигнал розбалансування ми подаємо на операційний підсилювач. В ролі операційного підсилювача я обрав мікросхему мА747. Використовуючи один із операційників цієї мікросхеми, ми підключаємо його так що він працює в диференціальному каскаді підсилення. Використовуючи змінні резистори які ми підключили до операційного підсилювача ми можемо регулювати сигнал підсилення на виході.
Сигнал розбалансування тензометричної схеми ми подаємо на аналоговий вимірювальний пристрій, та на АЦП. Аналогово-цифровий перетворювач можна використовувати для того щоб перетворити аналоговий сигнал на цифровий та через LPT порт подати його на персональний комп’ютер. За допомогою певного програмного забезпечення,на моніторі комп’ютера ми маємо змого бачити зміну сигналу розбалансування мостової схеми. АЦП який ми розглянемо оснований на мікросхемі TLC 549.
2.2 Вибір та обґрунтування елементної бази
Вибір елементної бази проводиться на основі схеми електричної принципової. Надійність в експлуатації елементної бази багато в чому визначається правильним вибором типу елементів при проектуванні лабораторного стенду.
Для правильного типу елементів необхідно на основі вимог до установки в частині кліматичних, механічних і ін. впливів проаналізувати умови роботи кожного елемента.
Критерієм вибору електрорадіоелементів (ЕРЕ) у будь-якому радіоелектронному пристрої є відповідність технологічних і експлуатаційних характеристик ЕРЕ заданим умовам роботи й експлуатації.
Основними параметрами при виборі ЕРЕ є:
а) технічні параметри:
б) експлуатаційні параметри:
Додатковими критеріями при виборі ЕРЕ є: уніфікація ЕРЕ; маса і габарити ЕРЕ; найменша вартість; надійність.
Вибір елементної бази за вище згаданими критеріями дозволяє забезпечити надійну роботу виробу.
В лабораторному стенді можна використати любі малогабаритні резистори і конденсатори підходящих номіналів.
Для виготовлення трансформатора Т1 можна використовувати будь-яку трансформаторну сталь. Перетин середнього керна - приблизно 1 см . Трансформатор збирається із зазором 0,2 мм.
При збірці зазор не повинен перекриватися залізними накладками. Первинна обмотка становить 1844 витків, а дві вторинні обмотки становлять по 151витку. Обмотки намотуємо дротом ПЕВ діаметром 0,15 та 04 мм,
Конденсатори – С1,С6-1000х25В (SG), С2,С4,С7,С9,С10-10nK 630В, С3,С5,С8-100х25В (SG). Усі конденсатори вибираємо із запасом по вольтажу. Резистори R1,R2,R3,R7,R9 - ОМЛТ, R5,R6 – СП, R4 - прецизійний ±1%,Rт1, Rт 2 – тензорезистори ±1%, діоди VD3-VD4 КД523, діодні мости VD1,VD2-КЦ405, стабілітрон VD5-RS 207, мікросхеми DA1- L7812, DA2-79L12, DA3-L7805, DAІ-мА747 операційний підсилювач який працює в режимі диференціального каскаду підсилення,ADC-TLC 549 – АЦП .
Мікросхеми DA3 DA2 DA1 при стабілізації напруг нагріваються тому їх бажано розмістити на радіаторах з алюмінію завтовшки біля 3 мм.
У результаті зіставлення умов експлуатації розроблювального приладу й умов експлуатації застосовуваних у ньому ЕРЕ провели вибір елементної бази. Обрана елементна база є уніфікована.
2.3 Розрахунок блоку живлення
В якості силового трансформатора використаємо трансформатор власного виробництва.
В якості ІМС стабілізаторів напруги будемо використовувати стабілізатори з фіксованими напругами U=±12, та +5В.
Для ІМС типу 78L12, 79L12, 78L05 мінімальне допустиме падіння напруги на ІМС складає 2,5 В, при цьому Uвх min = Uвих = UІМСmin = 12+ 2,5 = 14,5 В
Враховуючи спад напруги на діодах мостового випрямляча що рівна 1,8 В, то вихідна напруга на вториній обмотці визначається так:
U2>=Uвхmin + 1,4 = 14.5 +1,8 ( 17 В
Вихідні дані:
Вхідна напруга 220В
Вихідна напруга 17В
Максимальний струм навантаження 0,5А
Розрахунок
Потужність вторинної обмотки визначається за формулою:
Р2=U2*І2=17*0,5=8,5 Вт
Вибираємо кільцевий стрічковий магнітопровід з розмірами:
в=3 см, с=5 см, а=1 см
Визначаємо площу вікна в магнітопроводі:
Визначаємо переріз магнітопроводу в місці розташування котушки:
Скориставшись формулою потужності можна зняти з даного магніто проводу:
де Вмах – магнітна індукція, Вмах=1,7 Тл;
J – густина струму, J=4,5 А/мм.кв;
Кв – коефіцієнт заповнення вікна, Кв=0,2;
Кс – коефіцієнт заповнення магнітопроводу сталлю, Кс=0,85
Коефіцієнт заповнення вікна Кв для обмоток, які виконані провідником круглого перерізу з емалюванню ізоляцією
Коефіцієнт заповнення перерізу заповнення магнітопроводу сталлю Кс залежить від товщини сталі, конструкції магнітопроводу і способу ізоляції стрічок одна від одної
Розрахункова величина перевищує необхідну за вихідними даними (8,5 Вт), що дозволяє використати даний магнітопровід для намотування потрібного трансформатора.
Номінальний струм первинної обмотки:
де =0,8;
cos=0.91.
Переріз провідника в обмотках:
Отже
Діаметр провідника в обмотках:
;
Вибираємо найближчі діаметри провідника із ряду стандартних розмірів, які випускаються промисловістю – 0,15мм і 0,4мм, типу ПЭВ або ПЭЛ
Число витків в обмотках трансформатора:
де, - спад напруги в обмотках. Виражений у відсотках від номінального значення.
Згідно довідникових даних для тороїдальних трансформаторів в залежності від потужності вторинних обмоток (Рвих=76,5)
Отже
На рис.2.1 представлено схему трансформатора
Рис.2.1 схема трансформатора
Е – екран виконаний із фольги товщиною 0,05 мм.
По струму навантаження визначають максимальний струм, який протікає через кожний діод випрямного моста:
Iд = 0,5 С Iн
де: Iд - струм через діод, А;
Ін. – максимальний струм навантаження, А;
С- коефіцієнт який залежить від струму навантаження(визначається по таблиці ).
Ід=0,5*1,95*0,5=0,48А
Підраховують зворотну напругу, яка буде прикладена до кожного діода випрямляча:
Uзв = 1,5 Uн
де: Uзв - зворотна напруга, В;
Uн – напруга на навантаженні, В.
Uзв = 1,5 *17=25,5В
Вибираємо діоди, у яких значення випрямленого струму і допустимої зворотної напруги рівні або перевищують розрахункові. Нам підійдуть діоди КЦ 405 які розміщені в діод них мостиках
Визначають ємність конденсатора фільтра:
Сф =
де: Сф - ємність конденсатора фільтра, мкФ;
Ін. – максимальний струм навантаження, А;
Uн – напруга на навантаженні, В;
Kn – коефіцієнт пульсації випрямленої напруги (відношення амплітудного значення частотою 100 Гц на виході випрямляча до середнього значення випрямленої напруги). .
мкФ
Якщо вихідна напруга випрямляча додатково стабілізуватиметься транзисторним стабілізатором напруги, то розрахункова ємність конденсатора фільтра може бути зменшений в 5...10 раз.
В нашому блоці живлення знаходяться мікросхеми стабілізації, тому фільтруючий конденсатор вибираємо 1000мкФ 25В типу SG.
2.4. Будова АЦП.
Для нашої схеми лабораторного стенду ми вокористовуємо 8 бітні АЦП з послідовним управлінням
TLC548 і TLC549 - КМОН АЦП, побудовані на основі 8 бітного АЦП на комутованих конденсаторах. Ці пристрої дозволяють передавати по послідовному інтерфейсу з трьома станами результат перетворення аналогового вхідного сигналу. Для управління роботою приладів TLC548 і TLC549 потрібно подати на них тільки синхроімпульси виведення даних і сигнал вибору кристала (nonCS). Максимальна частота синхронізації даних для TLC548 рівна 2.048 Мгц, а для TLC549 - 1.1 МГЦ.
Функціонування приладів TLC548 і TLC549 схоже з функціонуванням приладів TLC540 і TLC541; проте, TLC548 і TLC549 мають вбудований генератор системних синхроімпульсів з типовою частотою 4 Мгц, який не вимагає ніяких зовнішніх елементів. Вбудований генератор дозволяє працювати незалежно від наявності сигналів синхронізації виведення даних, що зазвичай і потребується в більшості систем. Прилад TLC548 має максимальну продуктивність 45 500 перетворень в секунду, а TLC549 - 40 000 перетворень в секунду.
На додаток до швидкодіючого конвертера і перенастроюваної логіки, прилади містять пристрій вибірки-зберігання (ПВЗ), який може працювати в автономному режимі або під управлінням мікропроцесора. Внутрішні конвертери приладів мають диференційні входи опорної напруги, що дозволяє проводити відносне перетворення і масштабування і понизити вплив шумів живлення. Застосування технології комутованих конденсаторів дозволяє проводити перетворення з малою помилкою (не більш ±0.5 LSB) за 17 мкс у всьому діапазоні робочих температур.
TLC548C і TLC549C мають робочий температурний діапазон від 0°C до 70°C. TLC548I і TLC549I мають робочий температурний діапазон від-40°C до 85°C
Характеристики:
-Работа під управлінням мікропроцессора або автономна работа
-8 битный АЦП
-Дифференціюючі входи опорної напруги
-Максимальний час перетворення 17 мкс
-Кільність перетворень за 1 секунду TLC548 - до 45 500 TLC549 - до 40 000
-Программно-керуючий вбудований ПВЗ
-Максимально повна некорректуюча помилка ±0.5 LSB
-Вбудований задаючий генератор с типовою частотою 4 МГц
-Широкий діапазон живлення від 3 В до 6 В
-Мала споживана потужність - не більше 15 мВт
-ідеально підходить для дешевих високоякісних пристроїв, включаючи контрольно- вимірювальну апаратуру с автономним живленням
-Сумістність по виводам і управляючим сигналам с сімействами 8 бітних TLC540 і TLC545 і 10 бітних TLC1540 АЦП
-виготовлені по технології КМОН
Блок схема
Рис.2.2. – Структурна схема послідовного АЦП
Рис2.3. – Розташування виводів АЦП
2.5.Розрахунок мостової схеми.
Завдання лабораторного стенду полягає у вимірюванні деформації та механічного напруження в консольній балці. З цією метою на дві протилежні сторони балки наклеєні два однотипні тензорезистори Rn1 і, Rn2 один з яких при згинанні балки розтягується, а другий – стискується. Для згинання балки використовується гвинт, а для контролю прогину f – мікрометр М.
Для визначення відносної зміни опорів тензорезисторів їх вмикають у два сусідні плеча моста, а в двох інших плечах використовують магазин опорів і . Живлення моста здійснюють від регульованого джерела стабілізації напруги Ucт, а для вимірювання вихідної напруги моста в діагональ нуль-індикатора вмикають цифровий мілівольтметр.
Значення опорів . R1 і R2 . визначають з умови забезпечення зрівноважування моста при відсутності деформації балки, що необхідно через наявність різниці між опорами тензорезисторів.
Ці опори доцільно вибрати такими, щоби зміні опору магазина значення одиниці найменшої декади ΔRmin відповідала зміна вихідної напруги моста на одиницю найменшого розряду цифрового мілівольтметра .За цієї умови під час зрівноважування моста буде забезпечена мінімальна похибка квантування.
Для схеми (рис2.4.) зміна напруги ΔUmv, спричинена зміною опору плечей R1 та R2 на ΔRnt,
Рис.2.4.
Напругу живлення моста визначають, виходячи із заданого допустимого значення струму тензорезистора за якого перегрів тензорезистора не перевищує допустимого значення.
Для нашої схеми підійде напруга в 5 В
В мостовій схемі я використав тензорезистори типу КФ 5П1-3-100 опір одного тензорезистора рівний 100 Ом. Замість магазинів опорів я обрав один прицезійник номіналом 100 Ом та змінний резистор типу СП5-3 яким і підганяємо збалансування моста.
2.6. Розрахунок операційного підсилювача
Для даного лабораторного стенду було здійснено пошуки багатьох операційних підсилювачів, однак вибір зупинився на мікросхемі мA747 зарубіжного виробника.
В одному корпусі ІМС розміщено два абсолютно однакових операційних підсилювача. Ця мікросхема виконана у корпусі DIP, з 14 виводами, показано на рис._
Рис.2.5. Наглядний вигляд мікросхема мА747.
Внутрішню будову одного із операційних підсилювачів цієї ІМС показано на рис.4. Вона виготовлена на кремнієвому кристалі, працює від постійної напруги від 5 до 18 вольт, споживає дуже низку потужність, має захист від короткого замикання.
Для нашого макету було потрібно щоб ОП працював в диференціальному каскаді підсилення Диференціальний підсилювач дає можливість вимірювати, а також підсилювати слабкі сигнали. Для його точної роботи потрібно використувати високоточні прецезійні резистори з допуском 1%. Стандартна схема ОП представлена рис.5 Неважко побачити, що в схемі підсилюваний сигнал подається на диференціальний вхід ОП.
До його складу входить два входи на які подаються дві напруги різні за значенням. На виході ОП можна зняти різницю цих напруг.
Рис.2.6. Внутрішня будова одного із ОП мікросхеми мА747
Рис.2.7. Принципова схема диференціального підсилювача.
де Rт- опір тензорезистора.
2.7. Розрахунок надійності
Надійність — це властивість виконувати задані функції, зберігати експлуатаційні показники в допустимих границях на протязі потрібного проміжку часу можливості поновлення функціонування втраченого за тими чи іншими причинами.
В любий момент часу автоматизована система (АС) може находитися в робочому і неробочому стані. Якщо автоматизована система в даний момент часу задовольняє всі вимоги по відношенню до основних параметрів, характеризує нормальне виконання необхідних процесів так і у відношенні другорядних параметрів характерний зовнішній вигляд і зручності експлуатації та такий стан називають робочим станом.
У відповідності з таким визначенням неробочий стан – це стан АС при якому вона в даний момент часу не задовольняє хоча б один з таких вимог, встановлений у відношенні як і до основних так і до другорядних параметрів. Для оцінки надійності систем введені поняття “працездатність” і “відмова”.
Працездатність – це стан АС при якому вона в даний момент часу відповідає всім вимогам у відношенні до основних параметрів, характеризуючи у відношенні нормальним протіканням необхідних процесів.
Відмова – це подія, яка характеризується повною або частковою втратою працездатності систем.
Основні експлуатаційні властивості АС: безвідмовність, ремонтоздатність, довговічність і збереженість.
Безвідмовність – це властивість АС неперервно зберігати працездатність в заданих режимах і в умовах експлуатації без вимушеного пристрою. Ця властивість характеризується функціонуванням системи до першої відмови і використовується при оцінці надійності АС одноразового застосування.
Ремонтоздатність – це властивість АС, яка заключає в можливості до попередження знаходження і усунення відмов і помилок шляхом проведення технічних обслуговувань (ТО) і ремонтів.
Вплив температури – це значна частина потужності, яка використовується машиною і перетворюється в теплоту. Якщо цю теплоту не відводити (АС не охолоджувати), то температура в середині АС (машини) буде зростати, що приведе до перегріву. В результаті елементи схеми, які нерозраховані на такий температурний режим почнуть виходити з ладу і це призведе до зупинки АС. Отже, чим більше виділяється теплоти, тим інтенсивніше повинна охолоджуватися АС. Поряд з температурою не менш важливим характером, який впливає на роботу АС і її пристроїв являється вологість повітря.
Вологість повітря – це відношення від кількості водяної пари, що міститься в повітрі до значення стану ненасиченості. Вологість повітря в насиченому стані приймається на 100 %. Нормальним станом відносності вологості є 60 – 80 %. При 40 % повітря рахується сухим, а пни 80 % і більше – сирим.
Фактори які впливають на працездатність АС.
Фактори діляться на: кімнатні, механічні, радіаційні.
До кімнатних відносяться: зміна температури і вологості середовища; теплові удари; збільшення або зменшення атмосферного тиску; наявність рухомих потоків активних речовин в атмосфері сонячного опромінення, грибкових утворень мікроорганізмів, мушок і гризунів.
До механічних відносяться: дії вібрації, ударів, лінійного прискорення акустичного удару, наявність невагомості.
До радіаційних відносяться: космічна радіація; ядерна радіація атомних двигунів; опромінення потоками гами фотонів; швидкими нейтронами.
Тепловий удар – це такий вид дії на працездатність АС, який заклечається в різній зміні температури зовнішнього середовища, при цьому час зміни температури вираховується хвилинами, а її перепад 10 градусів.
Структурна надійність будь-якого радіоелектронного апарату – це його результуюча надійність при відомій структурній схемі, відомих значеннях надійності всіх елементів, які складають структурну схему.
При складанні структурної схеми автоматизованих систем вказуються елементи пристрою і зв’язок між ними. Після чого проводять аналіз схеми, виділяють ті зв’язки, які визначають виконання основної функції даного пристрою. З виділених основних елементів і зв’язків складається функціональна схема, при чому в ній виділяються елементи не за конструктивним, а за функціональним призначенням з таким розрахунком, щоб відмова одного функціонального елементу не викликала зміни ймовірності появи відмови у другого сусіднього функціонального елемента.
Тому при складанні окремих функціональних схем інколи необхідно об’єднювати ці конструктивні елементи відмови, які взаємозв’язані, але не впливають на відмови інших елементів.
Надійність автоматизованих систем – це властивість автоматизованих систем зберігати свої функції на протязі заданого часу
30.05.2013 11:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора