Приборы индукционной системы

37

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..……………………………………………………….………………. 3

Глава I. Теоретический анализ научно-технической и методической литературы по приборам индукционной системы...………………………… 4

1.1. Классификация электроизмерительных приборов.………………….….. 5

1.2. Измерение тока и напряжения....……………….……………………..…. 7

1.3. Измерение мощности……..……………………………………………… 12

1.4. Измерение сопротивлений..…………………………………………….… 14

1.5. Измерение неэлектрических величин электрическими методами…… 15

Глава II. Разработка двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений..……………………………………………….…… 18

2.1. Технические характеристики прибора..…………………………………. 22

2.2. Принципиальная схема двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.……………………………………… 23

2.3. Калибровка прибора….………………….………….…………………… 25

Заключение…….…………………………………………………….………… 32

Литература….………………………………………………………….………. 33

ВВЕДЕНИЕ

В технике физического эксперимента часто бывает необходимо измерить перемещение одного из объектов относительно другого или изменение размеров объекта. Для этой цели зачастую используются механические устройства типа линеек с визиром, штангенциркулей. Они обладают рядом недостатков: измерения производятся вручную, отсчет производится в месте установки измерительной системы, невозможно произвести измерение «на ходу», т. е. при ненулевой скорости изменения расстояния в момент измерения.

В конечном счете, используя такое устройство, можно вообще исключить вмешательство оператора в процесс измерения, и выводить данные непосредственно на регистрирующие приборы, исходя из этого - выбранная тема курсовой работы является актуальной.

Объектом работы является прибор индукционной системы.

Предметом работы является проектирование индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

Целью является разработка двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

Гипотеза данной работы сводится к тому, что выполнение проектной деятельности эффективно, если: для наибольшей эффективности освоения материала на занятиях будут использоваться учебно-методические стенды и установки.

Задачами курсовой работы являются:

1. Обзор теоретической и методической литературы по теме курсовой работы.

2. Изучить классификацию электроизмерительных приборов.

3. Разработать индукционный измеритель расстояний и линейных перемещений.

Методами курсовой работы при выполнении поставленных задач являются:

1. Теоретический анализ научно-технической и методической литературы по данной теме курсовой работы.

2. Применение логических приемов сравнения, анализа, синтеза, абстрагирования и обобщения для построения дедуктивных и индуктивных умозаключений, представленных в изложении данной работы.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРИБОРАМ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам: методу измерения; роду измеряемой величины; роду тока; степени точности; принципу действия.

Существует два метода измерения:

1) метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;

2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов сравнения: мостов, компенсаторов.

По роду измеряемой величины различают электроизмерительные приборы: для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры); для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры); для измерения мощности (ваттметры); для измерения энергии (электрические счетчики); для измерения угла сдвига фаз (фазометры); для измерения частоты тока (частотомеры); для измерения сопротивлений (омметры), и т.д.

В зависимости от рода измеряемого тока различают приборы постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного тока.

По степени точности приборы подразделяются на следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс точности не должен превышать приведенной относительной погрешности прибора, которая определяется по формуле:

где А - показания поверяемого прибора; А0 - показания образцового прибора; Amax - максимальное значение измеряемой величины (предел измерения).

В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных приборов. Приборы одной системы обладают одинаковым принципом действия. Существуют следующие основные системы приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная.

Магнитоэлектрическая система

Приборы этой системы (рис.1) содержат постоянный магнит - 1, к которому крепятся полюса - 2. В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр - 3 с наклеенной на него рамкой - 4. Ток в рамку подается через две спиральные пружины - 5. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.

Рис. 1. Магнитоэлектрическая система.

Это взаимодействие вызывает вращающий момент, под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол. Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент. Так как вращающий момент пропорционален току, а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин, то можно написать:

где k и D - коэффициенты пропорциональности. Из написанного следует, что угол поворота рамки

а ток в катушке

где - чувствительность прибора к току, определяемая числом делений шкалы, соответствующая единице тока;

CI - постоянная по току, известная для каждого прибора.

Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току CI. К достоинствам этой системы относят высокую точность и чувствительность, малое потребление энергии. Из недостатков следует отметить сложность конструкции, чувствительность к перегрузкам, возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных средств).

Электромагнитная система

Приборы этой системы (рис. 2) имеют неподвижную катушку - 1 и подвижную часть в виде стального сердечника - 2, связанного с индикаторной стрелкой - 3 противодействующей пружины - 4. Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку. При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится. По углу поворота подвижной части определяют измеряемый ток.

Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого тока:

Так как тормозящий момент, создаваемый спиральными пружинами, пропорционален углу поворота подвижной части , уравнение шкалы прибора запишем в виде:

Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален квадрату действующего значения переменного тока.

Рис. 2. Электромагнитная система.

К главным достоинствам электромагнитной силы относятся: простота конструкции, надежность в работе, стойкость к перегрузкам. Из недостатков отмечаются: низкая чувствительность, большое потребление энергии, небольшая точность измерения, неравномерная шкала.

Электродинамическая система

Эта система представляет собой две катушки (рис. 3), одна из которых неподвижная, а другая - подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.

Рис. 3. Электродинамическая система.

Из уравнения видно, что шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной. Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, т.е. в качестве ваттметров, тогда:

В этом случае шкала ваттметра равномерная. Основным достоинством прибора является высокая точность измерения. К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность к малым сигналам, заметное влияние внешних магнитных полей.

Индукционная система

Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 4. Электрический счетчик содержит магнитопровод - 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения - 2 и тока - 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск - 4 с осью вращения - 5. Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.

Рис. 4. Индукционная система.

Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:

где ФU - часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения и проходящего через диск счетчика; ФI - магнитный поток, созданный обмоткой тока;

- угол сдвига между ФU и ФI. Магнитный поток ФU пропорционален напряжению Магнитный поток ФI пропорционален току:

Для того чтобы счетчик реагировал на активную энергию, необходимо выполнить условие:

В этом случае, т.е. вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки.

Противодействующий момент создается тормозным магнитом - 6 и пропорционален скорости вращения диска:

В установившемся режиме и диск вращается с постоянной скоростью. Приравнивая два последних уравнения и решив полученное уравнение относительно угла поворота диска. Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.

1.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Измерение тока производится прибором, называемым амперметром.

Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 5) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы - для измерения переменного тока.

Рис. 5. Схемы измерения тока.

Rш - сопротивление шунта; ИТТ - измерительный трансформатор тока.

Вторая и четвертая схемы применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:

где Iист - истинное значение тока, Iизм - измеренное значение тока, kпр - коэффициент преобразования.

Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис. 6).

Рис. 6. Схемы измерения напряжения.

Rдоп - дополнительное сопротивление; ИТН - измерительный трансформатор напряжения.

В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы).

1.3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение и ток. Результат определяется по формуле:

Метод амперметра и вольтметра пригоден и для измерения полной мощности, а также активной мощности переменного тока, если cosц = 1. Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором - ваттметром. Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система. Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй - пропорциональный напряжению в сети. Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:

На рис. 7.1 показана схема включения ваттметра в однофазную сеть.

Рис. 7.1. Схема включения ваттметра.

В трехфазных сетях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра. Если нагрузка симметричная и включена «звездой», то достаточно одного ваттметра (рис. 7.2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра (рис. 7.2, б). В схеме соединения потребителей «треугольником» измерение мощности производится двумя ваттметрами (рис. 7.2, в).

Рис. 7.2. Схема измерения мощности в трехфазных цепях.

1.4. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:

Можно использовать омметр - прибор непосредственного отсчета. Существуют две схемы омметра: а) последовательная; б) параллельная (рис. 8).

Рис. 8. Схемы включения омметров.

(а - последовательная; б - параллельная)

Уравнение шкалы последовательной схемы намерения:

где г - сопротивление цепи гальванометра.

При угол поворота подвижной части прибора определяется величиной измеряемого сопротивления Rx. Поэтому шкала прибора может быть непосредственно проградуирована в Омах. Ключ K используется для установки стрелки прибора в нулевое положение. Омметры параллельного типа удобнее применять для измерения небольших сопротивлений.

Измерение сопротивлений можно также осуществлять логометрами. На рис. 9 приведена принципиальная схема логометра.

Рис. 9. Схема включения логометра.

Для этой схемы имеем:

Отклонение подвижной части логометра:

Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.

1.5. ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Широкое распространение измерения неэлектрических величии (температуры, угловых и линейных размеров, механических усилий и напряжений, деформаций, вибраций, химического состава и т.д.) электрическими методами обусловлено теми преимуществами, которыми они обладают по сравнению с другими методами. При этом создается возможность дистанционного измерения и контроля неэлектрических величин с одного места (пульта управления); измерения быстро изменяющихся неэлектрических величин; автоматизации управления производственным процессом. Обычно такие приборы состоят из датчика и измерительного устройства.

В датчиках происходит преобразование неэлектрической величины в один из параметров электрической цепи (U, I, R и т.д.).

Измерительное устройство - это один из электрических приборов, рассмотренных выше. Не имея возможности остановиться на каждом преобразователе, ограничимся лишь их кратким перечислением:

1. Реостатные преобразователи. Работают на изменении сопротивления реостата, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины. Проволочные преобразователи (тензосопротивления). Их работа основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.

2. Термопреобразователи (терморезисторы, термосопротивления). В них изменяется сопротивление датчика под воздействием температуры.

3. Индуктивные преобразователи. В них при изменении положения разъемных частей магнитопровода (например, под действием силы, давления, линейного перемещения) меняется индуктивность катушки. Емкостные преобразователи. Могут быть использованы в качестве датчиков перемещения, влажности, химсостава воздуха и др.

4. Фотоэлектрические преобразователи. В них измерительный прибор реагирует на изменение освещенности, температура, перемещения и др.

5. Термоэлектрические преобразователи. Основаны на возникновении термо ЭДС и ее зависимости от температуры.

6. Пьезоэлектрические преобразователи. Работают на принципе возникновения ЭДС при воздействии усилий на кристаллы некоторых материалов.

ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА ДВУХКАНАЛЬНОГО ИНДУКЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ РАССТОЯНИЙ ИЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

2.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРА

Назначение прибора

Двухканальный индукционный измеритель расстояний и линейных перемещений предназначен для измерения и контроля перемещений различных объектов или изменений их размеров. Он также позволяет сравнивать между собой изменения двух расстояний или находить их отношение. Прибор может комплектоваться различными индуктивными датчиками в зависимости от конфигурации исследуемого объекта.

Технические характеристики:

· Число измерительных каналов - 2.

· Установочное расстояние между приемной и передающей катушками для каждого канала 50 - 350 мм.

· Диапазон измеряемых перемещений 0 - 100 мм в любую сторону

· Средняя чувствительность прибора (на внешнем выходе) 200 мВ/мм.

Нормальные условия эксплуатации:

- температура окружающего воздуха от 283 до 308 K (от +10 0C до +35 ⁰C);

- относительная влажность воздуха до 80 % при температуре 293 K (+20 ⁰C);

- атмосферное давление 750 + 50 мм рт. ст.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 + 40 В частотой 50 + 5 Гц, потребляемая мощность не более 40 ВА.

Установочные размеры не более 350 х 200 х 100 мм3.

Масса не более 2 кг.

Длина кабелей датчиков до 2 м.

При разработке прибора предполагалось, что он должен измерять перемещения, происходящие квазистатически, т. е. с бесконечно малой скоростью. Но, вообще говоря, значение скорости происходящего перемещения ограничено лишь требуемой точностью измерения.

Принцип действия прибора

Работа индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений основана на изменении ЭДС индукции магнитного поля, наводимой в приемной катушке за счет протекающего в катушке возбуждения переменного тока, с изменением расстояния. Блок-схема прибора приведена на рис. 10.

Рис. 10. Блок-схема двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

Прибор состоит из двух идентичных приемо-передающих каналов. Рассмотрим работу одного из них (первого). С помощью генератора синусоидальных колебаний Г1 вырабатывается переменное напряжение частотой 5000 Гц. С целью устранения взаимного влияния каналов частоты генераторов Г1 и Г2 должны отличаться примерно в 1.5 - 2 раза. Форма колебаний выбрана синусоидальной, чтобы не создавались взаимные помехи за счет высших гармоник. Усилитель мощности УМ1 служит для создания в катушке возбуждения КВ1 переменного тока, достаточного для надежной работы прибора. Обычно этот ток выбирается максимально возможным для данной катушки возбуждения, лишь бы катушка не перегревалась. За счет взаимной индукции в катушке датчика (приемной катушке) Д1 наводится ЭДС. Напряжение с катушки подается на резонансный усилитель УР1, настроенный на частоту генератора Г1. С выхода усилителя переменное напряжение подается на детектор Д1. Через устройство сдвига нуля УС1 выпрямленное напряжение, зависящее от расстояния между катушками, подается на выходной разъем прибора («Выход 1»). Далее оно поступает на осциллограф, самописец, вольтметр или другой регистрирующий прибор. Устройство сдвига нуля служит для установки нулевого напряжения на выходе прибора при переведении возбуждающей катушки и катушки датчика в исходное положение. Генераторы, усилители мощности и катушки возбуждения составляют передающую часть прибора, остальные узлы - приемную часть. Блок питания БП вырабатывает все необходимые для работы прибора напряжения.

2.2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ДВУХКАНАЛЬНОГО ИНДУКЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ РАССТОЯНИЙ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

На рис. 11 показана схема передающей части прибора (один канал).

Рис. 11. Принципиальная схема передающей части двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

На операционном усилителе DA1.1 собран генератор по схеме мостового генератора Вина, позволяющий получить синусоидальные колебания с малым уровнем искажений. В цепи обратной связи для стабилизации амплитуды колебаний используются лампы накаливания HL1 - HL3. Генератор может перестраиваться по частоте переменными резисторами R3 и R4. Частота генератора устанавливается равной резонансной частоте усилителя приемной части УР1 (см. рис. 10). Через потенциометр R5 переменное напряжение подается на усилитель мощности, собранный на операционном усилителе DA1.2 и транзисторах VT1 и VT2. С помощью потенциометра R5 можно устанавливать величину переменного тока в катушке возбуждения. Резистор R10 служит для ограничения максимального тока в катушке и предохраняет усилитель мощности от короткого замыкания в цепи нагрузки. Катушка возбуждения подключается через разъем XS1, расположенный на передней панели прибора.

Принципиальная схема приемной части прибора приведена на рис. 12 (один канал).

Рис. 12. Принципиальная схема приемной части двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

Катушка датчика подключается к разъему XS2, расположенному на передней панели прибора. Вместе с конденсатором C1 она образует резонансный контур, к которому подключен неинвертирующий усилитель на операционном усилителе DA2.1. Его коэффициент усиления можно регулировать переменным резистором R11. С выхода микросхемы DA2.1 усиленное напряжение через конденсатор C8 подается на выпрямитель с удвоением напряжения, собранный на диодах VD3, VD4. Устройство сдвига нуля представляет из себя сумматор, собранный на операционном усилителе DA2.2, на который подается продетектированное напряжение и эталонное напряжение сдвига, снимаемое со стабилитрона VD5. При этом за счет подбора коэффициента усиления резонансного усилителя резистором R11 можно установить на выходе сумматора нулевое напряжение при исходном (нейтральном) положении катушек.

Принципиальная схема блока питания прибора приведена на рис. 4. Он собран по известной схеме параметрического стабилизатора и обеспечивает на выходе напряжения +15 и -15 В при токе нагрузки до 0.7 А.

Рис. 13. Принципиальная схема блока питания двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

Конструкция прибора

Все узлы прибора смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Плата крепится к Г-образному текстолитовому шасси, одна из сторон которого играет роль передней панели. Вид на монтаж прибора сверху показан на рис. 5.

Рис. 14. Двухканальный индукционный измеритель расстояний и линейных перемещений. Вид сверху.

Разъемы для подключения катушек и регистрирующего устройства, а также ручки управления усилением выведены на переднюю панель и сгруппированы по каналам. Внешний вид прибора со стороны передней панели показан на рис. 15.

Рис. 15. Двухканальный индукционный измеритель расстояний и линейных перемещений. Вид спереди.

Конструкция катушек может быть различной, в зависимости от потребностей эксперимента. При работе с прибором использовались катушки, конструкция которых описана ниже.

Катушка возбуждения намотана на ферритовом сердечнике М600НН-3-СС2,8 х 12 проводом ПЭВ-2 диаметром 0.1 мм. Число витков - 200. Внешний вид показан на рис. 16.

Рис. 16. Катушка возбуждения двухканального измерителя расстояний и линейных перемещений.

Приемная катушка (катушка датчика) намотана на отрезке ферритового стержня с начальной магнитной проницаемостью 400 проводом ПЭВ-2 диаметром 0.1 мм. Число витков 2200. Внешний вид показан на рис. 8.

Рис. 17. Катушка датчика двухканального измерителя расстояний и линейных перемещений.

Для повышения прочности все катушки пропитаны эпоксидной смолой.

2.3. КАЛИБРОВКА ПРИБОРА

Перед использованием прибора на конкретном объекте необходимо произвести его калибровку, которая заключается в следующем. Исходным данным при калибровке является установочное расстояние между катушками. Это расстояние определяется следующим образом. Катушки устанавливаются в исходное положение, от которого измеряется перемещение одной катушки относительно другой. Расстояние между катушками и будет установочным расстоянием. Оно зависит от конфигурации исследуемого объекта. Катушка возбуждения и приемная катушка (катушка датчика) крепятся на каком-либо немагнитном устройстве, позволяющем отсчитывать перемещение. Расстояние между катушками должно быть равно установочному расстоянию на объекте. С помощью кабелей с разъемами катушки подключаются к соответствующим разъемам на передней панели прибора. К выходу калибруемого канала подключается регистрирующее устройство (как правило, цифровой вольтметр). Прибор включается в сеть. Потенциометр на передней панели, регулирующий усиление, устанавливается в положение, при котором напряжение на выходе прибора равно нулю. Затем, производя перемещение катушек на заданное расстояние, снимают зависимость выходного напряжения от перемещения. Эта зависимость и является калибровочной для данного установочного расстояния. Если используются несколько установочных расстояний, то необходимо построить соответствующее количество калибровочных кривых. Типичный вид калибровочной кривой показан на рис. 18.

Рис. 18. Калибровочная кривая двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений для установочного расстояния 180 мм.

Если калибровочная кривая для данного установочного расстояния отсутствует, то можно воспользоваться двумя кривыми, одна из которых соответствует установочному расстоянию меньшему заданного, а другая - большему, и найти перемещние по формуле:

X = X1 + (X2 - X1)(Y - Y1) : (Y2 - Y1),

где X - искомое перемещение, X1 и X2 - перемещения, соответствующие значению выходного напряжения для первой и второй калибровочной кривой, соответственно, Y - заданное установочное расстояние, Y1 и Y2 - установочные расстояния для используемых калибровочных кривых.

Возможны и иные варианты калибровки прибора, зависящие от искусства экспериментатора.

Работа прибора в качестве пневмографа

Прибор был разработан и использовался для контроля и измерения параметров дыхания. Процесс дыхания осуществляется при помощи грудных мышц и мышц живота. Поэтому катушка возбуждения и приемная катушка первого канала крепятся на уровне груди (катушка возбуждения - со стороны спины, приемная катушка - спереди), а второго - на уровне живота. Грудь и живот вносят различный вклад в объем вдыхаемого-выдыхаемого воздуха (торакальный и абдоминальный вклад). Чтобы учесть эту разницу, относительное усиление каналов (относительный вклад груди и живота) регулируется при проведении специальной процедуры калибровки (имитация дыхательных движений при отсутствии дыхания - рот и нос закрыты). При этом суммарный сигнал обоих каналов должен быть близок к нулю. Абсолютное усиление (или чувствительность) каналов устанавливается при проведении калибровки с помощью спирометра. Для повышения точности измерений возможно дополнение прибора линеаризатором выходной характеристики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью курсовой работы являлась разработка двухканального индукционного измерителя расстояний и линейных перемещений.

Измерения и измерительные приборы - законы явлений природы, как выражения количественных отношений между факторами явлений, выводятся на основании измерений этих факторов. Приборы, приспособленные к таким измерениям, называются измерительными. Всякое измерение, какой бы ни было сложности, сводится к измерениям и измерительным приборам пространственности, времени, движения и давления, для чего могут быть избраны единицы мер условные, но постоянные или же так называемые абсолютные.

Задачами данной работы являлись:

1. Обзор теоретической и методической литературы по теме курсовой работы.

2. Изучить классификацию электроизмерительных приборов.

3. Разработать индукционный измеритель расстояний и линейных перемещений.

Методами работы при выполнении поставленных задач:

1. Теоретический анализ научно-технической и методической литературы по данной теме курсовой работы.

2. Применение логических приемов сравнения, анализа, синтеза, абстрагирования и обобщения для построения дедуктивных и индуктивных умозаключений, представленных в изложении данной работы.

На основе проведенного исследования сформулируем следующие выводы: в результате данной работы нами разработан двухканальный индукционный измеритель расстояний и линейных перемещений, а также лабораторная работа по теме «Исследование структурной схемы автоматического контроля, управления и регулирования».

ЛИТЕРАТУРА

1. Арутюнов О. Л., электрические измерительные приборы и измерения, М., 2001.

2. Брокгауз Ф.А., Ефрон И.А., Энциклопедический словарь, М., 2003.

3. Веселовский О. Н.,Браслмский Л.М. Основы электротехники и электротехнические устройства радиоэлектронной аппаратуры.-- М., 2000.

4. Городецкий И. Е., Основы технических измерений в машиностроении, М., 2000.

5. Данилов И.А., Иванов П.М. «Общая электротехника с основами электроники». Издательство - Высшая школа», 2000 г.

6. Забродин Ю.С. Промышленная электроника -- М.: Высшая школа, 2002.

7. Зайчик И. Ю. «Практикум по электрорадиоизмерениям». Издательство «Высшая школа», 1979 г.

8. Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей - М., 2005.

9. Илюнин К. К., Справочник по электроизмерительным приборам, Л., 2003.

10. Мизюк Л. Я., электромеханические и электронные фазометры, М. - Л., 2002.

11. Мирский Г. Я., радиоэлектронные измерения, 3 изд., М., 1975.

12. Общая электротехника / Под ред. А. Т. Блажкина.- Л, 2003.

13. Общая электротехника. / Под ред. В.С. Пантюшкина. М.: Высшая школа, 2005.

14. Основы промышленной электроники/ Под ред. В. Г. Герасимова. -- М., 2002.

15. Пожидаева С.П. Курсовые и выпускные квалификационные работы на факультете технологии и предпринимательства (методические рекомендации). - Бирск: гос. соц-пед. Акад., 2006.

16. Поливанов К. М., теоретические основы электротехники, 2 изд., ч. 1, 3, М., 2005.

17. Терешин Г. М. Пышкина Т. Г. «Электрорадиоизмерения». Издательство «Энергия», 1975 г.

18. Фремке А. В., электрические измерения, 4 изд., Л., 1973.

19. Червякова В. И., термоэлектрические приборы, М.- Л., 1963.

20. Чех И., Осциллографы в измерительной технике, пер. С нем. М., 1965.

21. Шкурин Г. П., Справочник по электро- и электронноизмерительным приборам, М., 2004.

22. «Электрические измерения» под редакцией В. Н. Малиновского Энергоиздат, 2002 г.

Приложение

Лабораторная работа

«Исследование структурной схемы автоматического контроля, управления и регулирования»

I. Цель работы:

1. Классификация электроизмерительных приборов.

2. Условные обозначения в схемах управления.

II. Общие положения.

1. Сущность и значение электрических измерений.

2. Системы приборов.

3. Расшифровка условных обозначений.

4. Структурная схема автоматического контроля, управления и регулирования.

III. 1. Сущность и значение электрических измерений.

Часть I

1. Для измерения электрических величин и магнитных величин служат электроизмерительные приборы:

· амперметры;

· вольтметры;

· гальванометры;

· омметры;

· ваттметры;

· мосты постоянного тока;

· осциллографы

и другие, а также их комбинации.

Процесс измерения состоит в сравнении измерений физической величины с ее значением, принятым за единицу.

Измерительные приборы обладают высокой точностью в работе, возможностью автоматизации процесса измерений и передачи показаний на большие расстояния, простотой ввода результатов измерений в электрические вычислительные устройства.

2. Системы приборов.

В зависимости от принципа действия наиболее употребительные системы приборов:

· магнитоэлектрическая;

· электромагнитная;

· термоэлектрическая;

· индукционная;

· тепловая;

· электронная (цифровая).

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы делятся на:

· вольтметры (для измерения напряжения и ЭДС);

· амперметры (для измерения тока);

· ваттметры (для измерения мощности);

· частотомеры (для измерения частоты переменного тока);

· фазометры (для измерения угла сдвига фаз);

· омметры, мегаомметры (для измерения электрического сопротивления).

По роду электрического тока различают приборы:

· постоянного тока;

· переменного тока;

· комбинированные.

По способу установки различают приборы:

· щитовые (для монтажа на приборных щитах);

· переносные.

На шкалу электроизмерительных приборов наносится ряд условных обозначений.

3. Расшифровка условных обозначений приведена в таблице 1.

Таблица 1

Обозначение	Расшифровка
1,5	Класс точности 1,5
--	Постоянный ток
~	Переменный (однофазный) ток
~	Постоянный и переменный токи
	Трехфазный ток
	Прибор магнитоэлектрической системы
	Прибор электромагнитной системы
	Прибор электродинамической системы
	Прибор индукционной системы
, ,	Прибор устанавливается горизонтально, вертикально, под углом 600
	Изоляция прибора испытана при напряжении 3 кВ

На схемах и лицевой панели прибора род измеряемой величины указывается с помощью условных обозначений, некоторые из которых приведены в таблице 2.

Наименование прибора	Условное обозначение
Амперметр	А
Вольтметр	В
Ваттметр	W
Варметр	var
Омметр	Щ
Гальванометр	Г
Счетчик ватт-часов	Wh

Условное обозначение в схемах электронных (цифровых) приборов - ООО .

Часть II

Условные обозначения измеряемых величин выполняются следующими заглавными буквами:

Т - температура;

Р - давление (разряжение);

F - расход;

О - плотность;

L - уровень;

М - влажность;

Q - качество.

Функции, выполняемые приборами автоматически, обозначаются следующими заглавными буквами латинского алфавита:

А - сигнализация;

С - регулирование (управление);

I - показания;

R - регистрация;

S - включение, отключение, переключение.

Пределы измеряемых величин обозначаются заглавными буквами латинского алфавита:

Н - верхний предел измеряемой величины;

L - нижний предел измеряемой величины.

Функциональные признаки приборов автоматического контроля, управления и регулирования обозначаются следующими заглавными буквами латинского алфавита:

Е - первичные преобразователи (термопары, термометры сопротивления, сужающие устройства, датчики индуктивности, расходомеры и т.д.);

Т - приборы с дистанционной передачей показания (например: манометрические термометры, бесшкальные приборы);

К - приборы со станциями управления (например: переключатель автомат - ручное);

Y - преобразователь сигналов и вычислительных устройств.

В схемах автоматического контроля, управления и регулирования используются сочетания приведенных выше обозначений, например:

ТЕ - термопара;

РТ - бесшкальный манометр с дистанционной передачей показания.

4. Структурная схема автоматического контроля, управления и регулирования.

Для измерения неэлектрических величин (тепловых, механических, магнитных, световых и других) в настоящее время применяются методы и средства измерения электрических величин. Для измерения любой неэлектрической величины методами и средствами измерений электрических величин необходимо иметь:

· преобразователь, преобразующий электрическую величину в другую электрическую величину с необходимыми параметрами;

· вторичный преобразователь, преобразующий электрическую величину в другую электрическую величину с необходимыми параметрами;

· электроизмерительный прибор, воспринимающий электрическую величину вторичного преобразователя, причем электроизмерительный прибор градуируется в единицах измерения измеряемой величины.

В качестве первичных преобразователей (датчиков) используются: парометрические и генераторные датчики.

Парометрические датчики преобразуют неэлектрические величины в электрические параметры R, L, C.

Генераторные датчики преобразуют неэлектрические величины в ЭДС (термопары).

Упрощенная схема автоматического контроля, управления и регулирования температуры приведена на рисунке.

ТЕ - датчик температуры (термопара) первичный преобразователь;

TIC - устройство управления и регулирования температуры;

TY - вторичный преобразователь;

ЭП - электроизмерительный прибор (регулятор); электроизмерительный прибор задает значение температуры нагревания.

Термопары при нагреве формируют ЭДС, пропорционально температуре.

ЭДС - поступает на вторичный преобразователь, где формируется соответствующий электрический сигнал. Этот сигнал поступает на измерительный прибор для регистрации и сравнения с сигналом заданной температуры. При совпадении сигналов размыкается реле (находящееся в приборе) и тем самым прекращается нагрев нагревателя. При понижении температуры нагревателя ниже заданной реле прибора ЭП замыкается и тем самым процесс нагрева повторяется.