Керам.
. Максимальный угол входной величины хвх max = a =8град.
. Коэффициент передачи датчика Кд=1 В/град.
3. Порог чувствительности Dвх min=amin=4мин.
4. Максимальная относительная погрешность dlmax,=1%.
5.
Диапазон изменения температуры окружающей среды t =-50°... +50°
.
Материал каркаса: керамика.
Задачи курсовой работы:
Рассчитать по методике расчета двухтактного потенциометрического датчика
угловых перемещений, выполненном на линейном потенциометре, потенциометрический
датчик, согласовать параметры полученного ПД с АЦП, рассчитать надежность,
наработку на отказ и начертить схему.
Основными этапами расчета по данной методике являются:
. Определение основных конструктивных параметров каркаса и обмотки.
. Расчет электрических параметров обмотки.
. Расчет температурного режима датчика.
. Выбрать АЦП, по полученным параметрам ПД.
. Расчет характеристик надёжности работы схемы.
. Начертить схему.
. Расчет потенциометрического датчика
потенциометрический датчик
каркая обмотка
Основные параметры ПД условно можно разделить на конструктивные и
схемные, или электрические параметры (рис.1, а, б).
К конструктивным параметрам относятся:- средний расчетный диаметр
каркаса;
aп - угол намотки потенциометра;- высота каркаса;
в - ширина или толщина каркаса;
am-
суммарная технологическая добавка;
ln -
рабочая длина каркаса;
t -
шаг намотки;
n -
число витков обмотки;
d-
диаметр провода обмотки без изоляции;
dиз -
диаметр провода о изоляцией.
К схемным, или электрическим параметрам относятся:
U -
напряжение питания датчика;- общее сопротивление обмотки потенциометра;
r - удельное сопротивление материала провода;
dlmax - максимальная относительная
погрешность нагруженного датчика.
1.1 Последовательность расчёта
. Вычисляем общую величину угла намотки потенциометра.
град
где
- технологическая добавка к рабочей протяженности
каркаса
(=3…5 мм).
.
Вычисляем длину намотки потенциометра
мм.
.
Определяем число витков датчика
.
Вычисляем шаг намотки
. Определяем диаметр провода в изоляции и без нее:
,
.
. Выбираем высоту h ,
толщину в и материал каркаса
,
.
.
Определяем среднюю длину lср одного витка обмотки
.
Вычисляем длину провода обмотки lобм
.
Определяем минимально допустимое напряжение питания
следовательно
.
.
Вычисляем допустимую величину тока In, протекающего по обмотке
датчика
,
где
j - допустимая плотность тока, j=15…20 А/мм2
для ПД с керамическим каркасом;
Sпр - площадь
поперечного сечения провода обмотки.
.
Определяем необходимое сопротивление обмотки ПД
.
.
Вычисляем необходимое удельное сопротивление обмотки
,
где
.
.
Выбираем материал провода для обмотки.
Близким
удельным сопротивлением к полученному обладает материал никелин с r=0,43…0,52 Ом·мм2/м (этот материал обладает малой зависимостью
удельного сопротивления от температуры).
Итак,
мы выбираем константановый провод марки ПЭК с удельным электрическим
сопротивлением r=0,44 Ом·мм2/м. Диаметр провода уточняем по
сортаменту:
с
изоляцией ;
.
Определяем действительные значения Rn и j
15.
Вычисляем абсолютное значение DU
.
.
Определяем потребный нагрузочный коэффициент
В,
,
следовательно при =0,5 имеем:
.
Вычисляем минимально допустимую величину сопротивления нагрузи, которое может
быть подсоединено к ПД, чтобы dl = 0,1 %
,
.
.
Определяем поверхность обмотки
.
Вычисляем действительное значение перегрева обмотки в установившемся режиме.
При расчете температурного режима датчика обычно пользуются методикой,
основанной на ориентировочном определении величины перегрева датчика в
установившемся режиме. В основу этого расчёта положена следующая приближенная
формула:
где m - коэффициент, учитывающий
теплопроводимость каркаса и изоляции обмотки (равный 0,5-0,7 для пластмассовых,
1,5 для керамических и 2-3 для алюминиевых каркасов);
с - коэффициент теплоотдачи обмотки;
Sобм -
поверхность обмотки, соприкасающаяся со средой;
Qу - установившийся перегрев обмотки (превышение температуры датчика над
температурой окружающей среды).
Для
керамического каркаса с = Вт/град · см2
Из
условия хорошего контакта движка о обмоткой и отсутствия коробления каркаса
допускается превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды не
более Qдоп = 40 … 50°,
где
Qдоп = Qоб - Qср;
Qср температура
окружающей среды;
Qоб - температура
обмотки.
Так
как при расчете получено, что Qуст < [Qдоп] никаких поправок в расчет вносить не требуется.
Следует
иметь в виду, что температура контактирующих поверхностей не должна превышать
120-150°С. Это позволит исключить интенсивное окисление материалов обмотки и
движка.
2.
Выбор АЦП и согласование его с датчиком
В
качестве АЦП выбираем К1113ПВ1 - АЦП последовательных приближений, так как
параметры данной микросхемы удовлетворяют полученному в расчётах выходному
напряжению нагрузки .
Параметры
микросхемы К1113ПВ1 приведём в таблице 2:
Таблица
2
Тип Микросхемы N ,
% (МЗР),
мкс,
В,
В,
В
|
|
|
|
|
|
|
|
К1113ПВ1
|
10
|
(1)
|
30
|
5±5%; -15±5%
|
±10
|
10,24
|
2,4/0,4
|
28
|
АЦП имеет внутренний источник опорного напряжения, тактовый генератор и
компаратор напряжения. Для включения АЦП требуются источники питания и
формирователь преобразования. Схема построения АЦП приведена на рис. 3.
а) б)
Рис. 3. Микросхема К1113ПВ1.
Где ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, ИОН - источник опорного
напряжения, ГД - сигнал «Готовность данных», РПП - регистр последовательного
приближения.
а-функциональная схема
б - условное графическое обозначение
Выводы микросхемы:
- девятый разряд;
- восьмой разряд;
- седьмой разряд;
- шестой разряд;
- пятый разряд;
- четвертый разряд;
- третий разряд;
- второй разряд;
- первый разряд;
- напряжение питания Uп1;
- гашение и преобразование;
- напряжение питания -Uп2;
- вход аналоговый;
- аналоговая "земля";
- цифровая "земля";
- готовность данных;
- десятый разряд (младший);
Микросхема имеет выходные устройства с тремя устойчивыми состояниями, что
упрощает его сопряжение с шиной данных микропроцессора. Несколько АЦП могут
обслуживать один микропроцессор, и наоборот.
Режим работы микросхемы в микропроцессорной системе определяется
управляющими импульсами от микропроцессора. При поступлении на вход «Гашение и
преобразование» микросхемы К1113ПВ1 уровня лог. 0 АЦП начинает преобразование
входной информации. Через время, необходимое для преобразования, на выходе АЦП
«Готовность данных» появляется сигнал с уровнем лог. 1, запрашивающий вывод
данных с АЦП на шину данных системы. Приняв данные в системную магистраль, МП
устанавливает на входе «Гашение и преобразование» АЦП уровень лог. 1, который
«гасит» информацию, содержащуюся в регистре последовательного приближения, и АЦП
снова готов к приему и обработке входных данных.
Аналого-цифровой преобразователь может обрабатывать входную информацию в
виде однополярного аналогового напряжения до 10,5В и двухполярного ±5,5В. При
включении АЦП в двухполярном режиме вывод 15 (управление сдвигом нуля) должен
быть открыт, а в однополярном режиме его необходимо соединить с выводом
«цифровая земля».
Микросхема К1113ПВ1 допускает предварительную установку напряжения
смещения нуля. В зависимости от точности регулирования и диапазона необходимой
шкалы входного напряжения применяются различные варианты схем регулирования
напряжения смещения. Так, при максимальном диапазоне входного сигнала UBX = 10,5 В регулировка напряжения
смещения проводят переменным резистором 100…200Ом, подключенным между источником
сигнала и аналоговым входом 13, а для достижения точности ±1/2 единицы МЗР -
переменным резистором 5…50 Ом, подключенным с выхода 14 («аналоговая земля») на
«корпус».
Таким образом, для согласования датчика и АЦП нам не потребуется делитель
или усилитель напряжения преобразования сигнала, так как Uвх АЦП=10,24В, а выходное напряжение
потенциометрического датчика Uвых.н=9,8В.
Таким образом, получаем следующую схему (см приложение).
3. Расчет надежности
Вероятность безотказной работы изделия при основном соединении N
элементов записывается как
На
практике наиболее часто интенсивность отказов изделий является величиной
постоянной. При этом время возникновения отказов обычно подчинено
экспоненциальному закону распределения. Тогда
Если
имеется r типов элементов и i-й тип содержит
Ni равнонадежных элементов, то
Для
расчета надежности необходимо знать:
)
вид соединения элементов расчета надежности;
)
типы элементов, входящих в изделие, и число элементов каждого типа;
)
величины интенсивности отказов элементов li, входящих в изделие.
Принимая
во внимание режим работы элементов, требуется ввести поправочные коэффициенты:
ai учитывающий температуру и электрическую нагрузку,
- ki,
учитывающий механические нагрузки и относительную влажность окружающего
воздуха.
Итак, получим следующие характеристики надёжности схемы:
. Средняя интенсивность отказа:
.
Вероятность безотказной работы, в течение 500 часов:
.
Средняя наработка до первого отказа:
часов.
Все параметры удовлетворяют требуемым значениям. Полученная вероятность
безотказной работы схемы в течение 500 часов удовлетворяет требованию
надёжности
следовательно,
дополнительно предусматривать резервирование элементов нет необходимости.
Выводы по
проведённой работе
В результате проведенной работы мы рассчитали параметры двухтактного
потенциометрического датчика угловых перемещений, выполненного на линейном
потенциометре с керамическим корпусом и спиралью из константана по заданной
методике расчёта.
По полученным данным выбрали из справочника АЦП, параметры которого
соответствовали с данными о необходимом напряжении нагрузки АЦП.
Провели
расчёт надёжности для полученной схемы, в соответствии с которым выяснили, что
вероятность безотказной работы изделия в течение 500 часов удовлетворяет
требуемой надёжности , и поэтому резервирование элементов производить не
требуется.
Список
литературы
1. Методическое пособие для расчета датчиков.
2. Конспект лекций по дисциплине.
. #"599570.files/image054.gif">
Похожие работы на - Расчет потенциометрического датчика
|