Проектування пристроїв автоматизації

Міністерство освіти та науки України

Національний університет водного  господарства та природокористування

Кафедра: електротехніки та автоматики

Розрахунково-графічна робота

з курсу:  „Проектування пристроїв автоматизації”

Варіант 17

Виконав:

Студент ФПМіКІС

Групи АУТП-53

Субіцький О.Ю. Перевірив: Козак Ю.М.

Рівне – 2010

 

Зміст

1. Вступ---------------------------------------------------------------------------------------------3
2. Завдання 1---------------------------------------------------------------------------------------4
3. Завдання 2---------------------------------------------------------------------------------------5
4. Завдання 3---------------------------------------------------------------------------------------7
5. Висновок-----------------------------------------------------------------------------------------9
6. Література--------------------------------------------------------------------------------------10

Графічна частина 

Лист 1. Індуктивний давач 

Лист 2. Площинний ємнісний  давач 

Лист 3. Двотактний мостовий ємнісний давач  
Вступ

Виконання розрахунково-графічної  роботи є ефективним методом закріплення  знань теоретичного курсу і сприяє одержанню навичок практичного  використання набутих знань у  виробничій діяльності майбутнього  інженера.

Метою розрахунково-графічної роботи є вдосконалення навичок по розрахунку параметрів і основних характеристик давачів первинної інформації про стан технологічного процесу.

 

 

Завдання 1.

Розрахувати параметри  і статичну характеристику індуктивного площинного давача сили, зображеного на рисунку 1 а , при зміні повітряного зазору d від 1 до 10 мм під дією сили F.

Напруга живлення давача дорівнює U=12 В. Розміри магнітної системи такі: а=c=2,5 cм, b=1,5 см, h=2 cм (рис. 1 б). Як вторинний прилад використовується мiлiамперметр змінного струму. При розрахунку дозволяється знехтувати магнітним опором магнітопровода й опором міліамперметра. За результатами розрахунків представити креслення давача.

           

Рис. 1. Індуктивний площинний давач сили: а — схема давача, б — розміри магнітопровода.

Елементами давача є: 1-рухомий якір, 2- нерухомий магнітопровід, 3- пружина.

 

Вихідні дані до завдання №1:

Варіант	а, мм	b, мм	c, мм	h, мм	U, В
21	25	15	20	20	12
17	25	30	20	30	12

 

Виконання завдання 1:

Площа вікна намотування  з урахуванням площі каркаса  обмотки, товщина якого дорівнює 0,1 см, обчислюється так:

Q = hс - 0,1 (h+ 2с) =3×2 -0,1(3+2×2) = 5.3 см².

Визначаємо число витків обмотки. Приймаємо, що обмотка виконується проводом марки ПЕ діаметром d = 0,49 мм, для якого з довідкових  таблиць знаходимо коефіцієнт заповнення f₀=0,5¸0,6.

Тоді число витків обмотки дорівнює:

,

де q — площа поперечного перерізу проводу, см². Приймаємо        N = 1550 витків.

Активний опір обмотки обчислюється по формулі:

 Ом,

де середня довжина  витка l_cp=2(c+a)+2(c+b)=2(2+2,5)+2(2+3)=19 cм.

Визначаємо індуктивність L та індуктивний опір давача:

Гн ,

Ом,

де   S — переріз магнітопровода, м²;

w = 2pf— циклічна частота (при f = 50 Гц   w = 314).

Знаходимо залежність струму І_п від повітряного зазоруd по формулі:

, А.

Задаючись значеннями d від 0 до 0,01 м (через кожні Dd = 0,001 м), визначаємо відповідні значення І_п:

d, мм	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
In, mA	0	0	1	1	1	2	2	2	3	3	3

 

На основі отриманих даних будуємо статичну характеристику індуктивного давача Додаток №2

Чутливість давача без урахування активного опору дорівнює:

А/м ,

а максимальна густина струму в обмотці давача становить:

А/мм².

Отже, густина струму знаходиться в допустимих межах.

Завдання 2.

 Визначити чутливість за струмом площинного ємнісного давача переміщення х при зазорі між пластинами d = 1,5 мм та зміни чутливості при варіюванні частоти напруги живлення U = 240 В від f1=75 кГц до f2=600 кГц.

Побудувати залежність струму і  чутливості площинного ємнісного давача від величини повітряного зазору δ.

Давач виконано як повітряний конденсатор зі змінною відстанню між пластинами , площа яких дорівнює S = 80 cм² .

 

 

Рис. 3. Ємнісний давач переміщення.

 

Вихідні дані до завдання №2:

Варіант	d, мм	U, B	f1, кГц	f2, кГц	S, см2
17	1,5	240	75	600	80

 

Виконання завдання 2:

Визначаємо струм І_п  конденсатора за формулою:

 

,

де xс = 1/wC—ємнiсний опір давача;

e₀ =8,85×10^-12 Ф/м — діелектрична стала.

 

 а) при f1=75 кГц отримаємо:

 мА;

б) при f2=600 кГц струм дорівнює:

 мА.

Визначаємо чутливість давача при d = 1мм за формулою:

.

а) при f1 =75 кГц

 мА/мм,

б) при f2 =600 кГц

 мА/мм.

 

Будуємо графіки залежностей  струму І_п і чутливості k_д від величини зазору між пластинами d при f2= 750 кГц Додаток №4

 

δ, mm	f2  In, mA	f2  kd, mA/mm
0,10	641	-2847
0,50	128	-114
1,00	64	-28
1,50	43	-13
2,00	32	-7

 

Таким чином, чутливість ємнісного давача прямо пропорційна частоті джерела живлення і обернено пропорційна квадрату відстані між пластинами.

 

Завдання 3.

Вибрати параметри двотактної мостової схеми ємнісного давача переміщення х з плоскими пластинами і повітряним діелектриком (рис. 5) і знайти залежність струму навантаження і чутливості давача від переміщення х. Напруга живлення U_c =100 В, частота f=35 кГц, площа пластин S=240 cм², початковий повітряний зазор d₀ = 1,5 мм. За результатами розрахунків представити креслення давача.

 

 

Рис. 5. Схема двотактного мостового ємнісного давача переміщення з плоскими пластинами.

 

Вихідні дані до завдання №3:

 

Варіант	d0, мм	Uс, B	f, кГц	S, см2
21	2,5	150	55	100

 

Виконання завдання 3:

Вибираємо параметри  схеми за умови отримання рівноплічного моста і повної компенсації його реактивних опорів:

x_c=x_L=r_н; r₁=r₂ =2 rн,

де x_L= wL — індуктивний опір дроселя;

r_{н  ,} r_1,   r₂ — опір навантаження і плечей моста;

 х_c — ємнісний опір давача.

Тоді:

 кОм, де

C_o— початкова ємність давача становить:

 пФ.

Приймаємо r_н=41 кOм; r₁ = r₂ = r = 2r_н = 82 кOм номінальною потужністю в 0,125 Bт. Фактична потужність дорівнює:

 Вт.

 

 Індуктивність дроселя дорівнює:

 Гн.

Визначаємо залежність вихідної напруги давача від величини повітряного зазору двотактного конденсатора, тобто від переміщення х середньої пластини. При цьому ємність верхнього проміжку обчислюється за формулою : , а нижнього: .

Напруга на виході в режимі холостого ходу (r_н =¥) становить:

, або .

З урахуванням виразів  для С_В і С_Н одержимо , тобто статична характеристика при r_н =¥ лінійна на всьому діапазоні зміни х від   -d₀ до +d₀ .

Залежність струму при навантаженні r_н від переміщення х описується виразом:

,

де Zb— внутрішній опір схеми, що дорівнює:

.

_{Тоді                    .}

При d₀=2,5мм;  х_С=r_н=r/2 та  x_L=41 кOм струм обчислюється так:

,  A .

 

 

Чутливість давача дорівнює:

,

або

,  А/мм.

 

Графічно залежності струму І при навантаженні і чутливості k_д давача від переміщення х показані в Додатку №6, а в цифровому вираженні  наведені нижче.

 

x, mm	1	0,8	0,6	0,4	0,2	0	-0,2	-0,4	-0,6	-0,8	-1
I, mA	0,33	0,28	0,22	0,15	0,07	0,00	-0,07	-0,15	-0,22	-0,28	-0,33
Kd, mA/mm	0,33	0,35	0,36	0,36	0,37	0,37	0,37	0,36	0,36	0,35	0,33

 

Робимо висновок про те, що мостова схема давача забезпечує практично рівномірну шкалу вторинного приладу, що відображає залежність I=f(x).

 

 

Висновок: Під час виконання розрахунково-графічної роботи я розрахував параметри і основні характеристики давачів первинної інформації про стан технологічного процесу, а саме: індуктивного площинного давача сили, площинного ємнісного давача переміщення, а також розрахував параметри двотактної мостової схеми ємнісного давача переміщення х з плоскими пластинами і повітряним діелектриком  
Література

 

1. Справочник инженера по контрольно – измерительным приборам в автоматике / Под ред. А.В. Калиниченко. – Инфра Инженерия, 2008.
2. Катренко А.В. Системний аналіз об’єктів та процесів комп’ютеризації: Навчальний посібник. – Львів: «Новий світ – 2000», 2007.
3. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х.  Проектирование  систем  автоматизации технологических  процессов: Справочное  пособие.- М.: Энергоиздат, 1990.
4. Проектування автоматизованих систем управління: Навчальний посібник / за ред.. Б.П. Шохіна. – К.:ВІТІ НТУУ «КПІ»,2003.
5. Уолт Кестер. Методы практического конструирования при нормировании сигналов датчиков.- Digital Device, 2006.- http : //www.autex.ru.
6. Проектирование датчиков для измерения механических величин (под. ред. Е.С.Осадчего).-М.:Машиностроение, 1979 с.
7. А.И. Емельянов, В.А. Емельянов, С.А. Калинина. Практические рассчеты в автоматике. М.: Машиностроение, 1987.