Разработка электронной системы для контроля торцевого и радиального биения у корпуса насоса

6

Содержание:

Теоретическая часть

Исходные данные

Описание установки

Описание индуктивного датчика

Описание функциональной схемы

Схемы и описание операционных усилителей

Расчет генератора с мостом Вина

Расчёт усилителя

Схема и описание АЦП

Схема источника питания

Заключение, список использованной литературы

Теоретическая часть

Структурная схема - схема, разъясняющая определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях устройства.

Структурная схема является одним из основных документов на проектируемое устройство. Структурная схема должна давать общее представление об устройстве и его работе и отражать все те взаимные связи, без которых невозможно уяснить принцип работы устройства и управления им.

Разработка структурной схемы всегда предшествует разработке электрических схем других типов, таких как функциональная и принципиальная схемы, и расчетной части курсовой работы. В отдельных случаях после расчетов или синтеза отдельных функциональных частей устройства в структурную схему могут быть внесены коррективы. Уточнениям и изменениям, как правило, подвергаются связи между отдельными частями устройства.

Функциональные части устройства на структурной схеме могут изображаться в виде прямоугольников произвольного размера и формы. Разрешается также использовать условные графические обозначения (УГО) отдельных элементов или узлов устройства, принятых для цифровой вычислительной техники единой системой конструкторской документации (ЕСКД).

Если для обозначения функциональной части устройства используется прямоугольник, то внутри прямоугольника должно быть приведено наименование этой функциональной части. Все надписи делаются чертежным шрифтом.

Если же используется УГО функциональной части, то внутри помещается только обозначение функции, разрешенное ЕСКД. Например, логический элемент “И” имеет обозначение “&”, элемент “ИЛИ” обозначение “1”, сумматор - “SM”, счетчик - СТ, регистр - RG и т.д.

На структурной схеме допускается помещать поясняющие надписи, диаграммы или таблицы, определяющие последовательность процессов во времени, а также указывать параметры и вид сигналов в наиболее характерных точках устройства (величины токов, напряжений, форму и величину импульсов, математические зависимости и т.п.).

Графическое построение структурной схемы должно давать наиболее наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей устройства. Направление хода процессов, происходящих в устройстве, рекомендуется на линиях взаимосвязи схемы обозначать стрелками в направлении слева направо и сверху вниз.

Пример построения структурной схемы устройства

При разработке структурной схемы устройства, предусмотренного заданием, необходимо определить тип датчика, измерительную цепь исходя из заданной точности измерений, тип усилителя, АЦП и т.д.

На структурной схеме можно отобразить пояснения, соответствующие заданию студента.

В качестве примера рассмотрим структурную схему управления технологическим процессом обработки цилиндрических деталей на бесцентрово-шлифовальном станке.

Рис.1 Структурная схема системы управления технологическим процессом.

На схеме введены обозначения: I - деталь на позиции обработки, II - деталь в процессе транспортировки, III - деталь на позиции измерения, Д1, Д2, Дn -датчики, ИЦ - измерительные цепи, - усилитель электрических сигналов, - демодулятор (выпрямитель), АЦП - аналого-цифровой преобразователь, МХ - коммутатор (мультиплексор), ШФ - шинный формирователь, МПС - микропроцессорная система, ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, ИУ исполнительное устройство, Ф - фильтр, БК - повторитель.

После включения питания устройство устанавливается в исходное состояние. На бесцентрово-шлифовальном станке в позиции I обрабатывается цилиндрическая деталь между режущими кромками ведущего и шлифовального кругов. Затем деталь транспортируется в зону III контроля, где с помощью датчика Д1 осуществляется измерение диаметра. С помощью измерительной цепи ИЦ, усилителя и демодулятора сигнал с датчика унифицируется в виде напряжения. С помощью других датчиков Д2, Д3 … Дn осуществляется измерение других параметров.

Для преобразования аналоговых унифицированных сигналов в цифровую форму они по командам МПС через мультиплексор МХ подаются поочередно на АЦП. МПС обрабатывает сигналы с датчиков по заданной программе, формирует решения по результатам анализа характера отклонения, места и причины отклонения, формирует управляющие сигналы, которые через ЦАП и усилитель поступают на исполнительное устройство ИУ, воздействующее на винт IV подачи шлифовальной бабки.

Выбор датчика

В курсовой работе перед студентом не ставится задача расчета датчика.

В литературе приводится описание разнообразных датчиков контроля и регулирования (см. Д.И. Агейкин и др. Датчики контроля и регулирования. Справочные материалы. М. 1965, П.В.Новицкий Электрические измерения неэлектрических величин, «Энергия», Ленинград, 1975). Студенту необходимо аргументированно выбрать датчик, соответствующий метрологической задаче.

Датчиком называется конструктивная совокупность одного или нескольких измерительных преобразователей и сопутствующих им конструктивных элементов, размещаемая непосредственно на объекте измерения и удаленная от измерительных цепей.

Выбор типа датчика зависит от измеряемого параметра, диапазона измерения, точности измерений и условий, при которых осуществляется измерение.

С помощью датчиков могут быть измерены следующие основные величины: линейное перемещение, угловое перемещение, линейная скорость, линейное ускорение, угловое ускорение, сила, температура, свет, время.

При выборе датчика основное внимание уделяется получению линейной зависимости между входной и выходной величинами.

Выбор измерительной цепи

Выбор измерительной цепи осуществляется в соответствии с табл.1 (см. колонку «измерительная цепь»).

Назначение измерительной цепи - преобразовать изменение параметра R,L,C в электрический ток или напряжение.

Генераторные датчики образуют на выходе ток или напряжение. Поэтому для дальнейшего использования следует этот сигнал только усилить.

Иначе обстоит дело с параметрическими датчиками. Для получения от них тока или напряжения они включаются в измерительную цепь, питаемую внешним источником энергии. Как правило, измерительные цепи выполняются в виде мостовых. Измерительный мост является средством преобразования параметрических измерений в датчике в пропорциональный электрический сигнал.

В автоматических самоуравновешивающихся системах выбирают уравновешенные мосты.

Преимущественно в САК и САУ выбирают неуравновешенные мосты. (см. Чаман В.С. «Датчики и системы автоматического контроля размеров в машиностроении», М, 1973) (92).

В пояснительной записке необходимо показать подключение датчика к измерительной цепи и определить величину выходного сигнала.

Выбор усилителя и его расчет

Определяется параметрами источника входных сигналов (датчик, измерительная цепь) и АЦП (см. табл.1).

Типовые схемы измерительных усилителей и их расчет приведены в книге:

Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград, "Энергоатомиздат", 1988г.

Сигнал с выхода неуравновешенного моста обычно усиливают с помощью дифференциальных усилителей.

При этом напряжение небаланса моста должно быть усилено до величины, которая соответствует максимальному входному напряжению аналого-цифрового преобразователя (см. табл.1).

Простейший дифференциальный усилитель, предназначенный для работы в диапазоне частот от нуля Герц, показан на рис. 2.

Рис.2 Простейшая схема дифференциального усилителя.

В современной электронике основным "строительным материалом "являются интегральные схемы. Для преобразования аналоговых сигналов, являющихся носителями информации, используются операционные усилители (ОУ). Характеристики ОУ таковы, что в большинстве практических схем можно придерживаться следующих предположений:

Коэффициент усиления напряжения без обратной связи К_vou бесконечно велик (200000),

Входное сопротивление равно бесконечности (2 МОм),

Выходное сопротивление равно нулю (75 Ом)

Указанные в скобках значения параметров относятся к популярному ОУ 140УД7.

Желательно, чтобы сопротивления между инвертирующим входом и землей и между неинвертирующим входом и землей были одинаковы.

Верхний предел для сопротивлений резисторов, включаемых между каждым из входов и землей, ограничивается значением около50 кОм. Верхний предел резистора R2 желательно ограничить значением порядка 10 МОм.

В справочных данных на ОУ обычно предполагается, что напряжения питания равны _+15 В. Например, ОУ 140УД7 будет удовлетворительно работать в диапазоне напряжений питания от +_ 3 В до +_ 18 В.

Напряжение на выходе усилителя может быть определено по формуле:

U_bыx = U_BхR4/(R3+R4)(1+R2/R1) -U_AR2/R1, где U_Bх = U_B - U_A.

Если принять: R3/R4 = R1/R2, то: U_bыx ⁼ (U_B-U_A)R2/R1. Если выходные сопротивления источников сигналов UА и UВ равны и включаются последовательно с R1 и R3 то, целесообразно принять R1 = R3 и R2 = R4.

Недостатками рассмотренной схемы являются низкие входные сопротивления и регулировка коэффициента усиления путем одновременного изменения сопротивлений R2 и R4.

Усовершенствованные дифференциальные усилители, называемые инструментальными, имеют высокие входные сопротивления и обеспечивают установку заданного коэффициента усиления с помощью одного изменяемого сопротивления R1:

Рис.3 Типовая схема инструментального усилителя.

Если R7 /R5 = R6/R4, то

R6 R2 + R3

U_вых = (U_b - U_a) · · + 1

R4 R1

Регулировка коэффициента усиления осуществляется резистором R1.

При проектировании может оказаться, что схема не обеспечивает необходимый коэффициент усиления. Поэтому ее необходимо дополнять другими каскадами усиления. В многокаскадном усилителе коэффициент усиления всего усилителя определяется как произведение коэффициентов усиления каждого каскада: Кu=К1К2КЗ...Кn.

Например, инструментальный усилитель обеспечивает усиление в 1000 раз. Однако в соответствии с заданием усиление должно составить 8000 раз. Следовательно, к выходу инструментального усилителя следует подключить дополнительный каскад с усилением в 8000/1000=8 раз.

Для недостающего усиления применим схему инвертирующего усилителя изображенную на рис.3.

Рис 4.Дополнительный каскад усилителя.

В инвертирующих усилителях коэффициент усиления определяется отношением Кu = R2/R1. Примем R2 = 100 кОм, тогда R1 = 100 / 8 = 12,5 кОм. Просматривая стандартный ряд величин резисторов Е12 и Е24, убеждаемся, что нужная нам величина отсутствует. Выбираем из ряда Е24 два резистора с номинальным сопротивлением 6,2 кОм и соединяем их последовательно. Это необходимо отразить на принципиальной схеме. Таблица с типичными значениями компонентов для инвертирующего усилителя, изображенного на рис. 3:

Таблица 2.

Кu	R2	R1	R3
-1	100 к	100 к	47 к
-10	100 к	10 к	10 к
-100	1 М	10 к	10 к
-1000	10 М	10 к	10 к

В соответствии с табл. 2 значения компонентов усилителя на рис. 4 будут: R2 = 100 кОм, R1 = 12,4 кОм, R3 = 12,4 кОм.

Аналоговый выходной сигнал усилителя рассчитан на подачу на вход АЦП . Уровень этого сигнала должен быть согласован с входным диапазоном АЦП. Чаще всего используются входные диапазоны 0 …10 В и 0 …5 В.

В пояснительной записке необходимо показать принципиальную электрическую схему усилителя и расчет значений его компонентов.

Выбор демодулятора

Демодулятор обычно устанавливают на выходе усилителя. Поэтому приведенный ко входу усилителя дрейф нуля пренебрежимо мал. Демодулятор обеспечивает получение постоянного (медленно меняющегося) напряжения или тока. В зависимости от того, какой параметр переменного напряжения надо измерить, различают демодуляторы среднего значения, амплитудные, действующего значения, фазовые и частотные. Ограничимся демодуляторами среднего значения.

Пассивные демодуляторы среднего значения содержат выпрямитель и фильтр низких частот. Схему выпрямителя среднего значения можно выбрать в книге П.В.Новицкого - «Электрические измерения неэлектрических величин», Л. 1975 г. стр. 243, рис 8.15.

Данная схема является нефазочувствительной (НФЧВ). Для уменьшения погрешности выпрямителя следует избегать работы диодов на начальном участке ВАХ - при малых выпрямленных напряжениях и токах.

Активные демодуляторы среднего значения содержат в своём составе усилитель. Схему выпрямителя среднего значения можно выбрать в книге П.В.Новицкого - «Электрические измерения неэлектрических величин», Л. 1975 г. стр. 244, рис 8.17.

Фазочувствительные демодуляторы применяют для получения постоянного напряжения, величина и знак которого зависят не только от входного напряжения, но и от фазного сдвига между входным и опорным (коммутирующим) напряжениями. Двухполупериодный кольцевой диодный демодулятор представлен на схеме показанной в книге П.В.Новицкого - «Электрические измерения неэлектрических величин», Л. 1975 г. стр. 249, рис 8.23.

Выбор и расчет фильтра

Для того, чтобы сигнал на выходе фазочувствительного выпрямителя не содержал гармоник несущей частоты, его пропускают через низкочастотный фильтр с границей полосы пропускания равной максимальной частоте исследуемого сигнала. Простейший низкочастотный фильтр может быть получен с помощью RC цепочки, показанной на рис. 4. Такой фильтр называется фильтром первого порядка. Он пропускает низкие частоты от нуля до частоты = 2f_гр = 1/T. За пределами полосы пропускания имеет место ослабление сигнала 20 децибел на декаду, т.е. при увеличении частоты в 10 раз амплитуда сигнала уменьшится в 10 раз.

Для большей наглядности амплитудно-частотная характеристика такого звена строится в двойном логарифмическом масштабе. По горизонтальной оси откладывается логарифм круговой частоты - , а по вертикальной - логарифм коэффициента передачи, измеряемый в децибелах.

Рис. 4 Простейший низкочастотный фильтр и его логарифмическая АЧХ

При использовании двойного логарифмического масштаба характеристика может быть построена из двух отрезков. Горизонтальный отрезок определяет полосу пропускания, а наклонный отрезок определяет эффективность ослабления сигнала нежелательных высоких частот. Граница полосы пропускания определяется по формуле _гр =1/T, где - _гр =2 f _гр - круговая частота, а - T постоянная времени фильтра.

Активные фильтры

Название активный фильтр происходит потому, что в них используются активные элементы. В качестве активных элементов используются операционные усилители в интегральном исполнении. Схема простого активного фильтра низких частот второго порядка рассмотрена на рис. 5.

Этот фильтр называется фильтром второго порядка, так как описывается характеристическим уравнением второго порядка. Его передаточная функция имеет следующий вид:

1 + R4 / R3

W(p) =

1 + p C2 (R1 + R2) - p C1 R1 R4 / R3 + p² C1 C2 R1 R2

Рис. 5 Схема активного ФНЧ второго порядка.

Операционный усилитель DA1 работает в линейном режиме. При расчете исходно задаются частота среза f_ср = щ_ср/2р и коэффициент усиления К₀ в полосе пропускания, который не должен превышать 3.

Например, дано f_ср = 1000 Гц, К₀ = 1,5.

Чтобы определить значения R1, R2, R3, R4, C1, C2 примем R1 = R2 = R, C1 = C2 = C. При этом f_ср = 1/(2рСR).

Рекомендуется емкость С определять по формуле:

С = 10/ f_ср = 10/1000 = 10 нФ.

R = 1/(2р f_ср С) = 1/(2р·1000·10·10^-9) = 10⁵/2р = 15920 Ом

Округляем до табличного значения R = R1 =R2 =15 кОм.

Для определения значений R3 и R4 запишем формулу для определения коэффициента усиления в полосе пропускания К₀ = 1 + R3/R4 = 1,5 , откуда получим R3/R4 = 1,5 - 1 = 0,5

Выбираем R3 = 27 кОм, R4 = 47 кОм.

Если требуется f_ср = 100 Гц, то достаточно увеличить R до 150 кОм, оставив остальное неизменным.

Если в ФНЧ конденсаторы С1 и С2 заменить резисторами, а резисторы R1, R2 - конденсаторами, то получим ФВЧ, схема которого представлена на рис. 6.

Рис. 6 Схема активного ФВЧ второго порядка.

Отсюда можно определить несущую частоту, которая не менее, чем в 10 раз должна быть больше частоты среза. Значение несущей частоты используется при выборе и расчете генератора для питания измерительной цепи с датчиком.

Контроль размеров детали в приспособлении носит статический характер, поэтому время переходного процесса от того момента, кода деталь зафиксирована в контрольно-измерительном приспособлении, до момента, когда сигнал на выходе фильтра примет установившееся значение и может быть зафиксирован микропроцессорной системой, T_пер может быть определен по формуле:

T_пер = 1 / f_гр = 0,188 с

Погрешность измерения будет складываться из нескольких величин, одна из которых будет определяться наличием высокочастотного сигнала на выходе фильтра. Эта погрешность определяется ослаблением сигнала вне полосы пропускания. Для данного фильтра второго порядка ослабление сигнала вне полосы пропускания составляет -40 дБ/дек, т.е. на частоте в десять раз превышающей частоту среза уровень сигнала на выходе фильтра будет в 100 ниже, чем на входе.

Для микропроцессорной системы сбора информации такая точность может оказаться недостаточной. Уменьшить эту погрешность можно двумя путями. Во-первых, можно уменьшить границу полосы пропускания фильтра в 20 - 50 раз по сравнению с несущей частой. И во-вторых, можно применить фильтр более высокого порядка. Так, например, эффективность фильтра 4 порядка составляет -80 дб/дек..

Для лучшего понимания здесь приведена таблица ослабления сигнала в дБ/дек, которая показывает реальное уменьшение амплитуды сигнала на выходе различных фильтров при частоте в 10 раз превосходящей частоту среза.

Таблица

Порядок фильтра	ДБ/дек	Ослабление амплитуды сигнала на частоте в 10 раз большей, чем частота среза
1	-20	0,1
2	-40	0,01
3	-60	0,001
4	-80	0,0001

Выбор аналого-цифрового преобразователя

Выбор аналого-цифрового преобразователя (АЦП) определяется параметрами входных сигналов, а также требованиями, которым должны удовлетворять основные характеристики АЦП. Типовые схемы АЦП, методика выбора и расчета основных параметров преобразователя приведены в книгах:

1. Э.И. Гитис, Е.А. Пискунов. Аналого-цифровые преобразователи. Москва, «Энергоиздат», 1981 г.

2. А.К. Марциниявичус, Э.К. Богданскис. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров. Москва, «Радио и связь», 1988 г.

Сущность аналого-цифрового преобразования сигнала состоит в быстром и точном измерении величины аналогового сигнала и последующее представление его в цифровой форме - обычно в позиционный двоичный код (ПДК). Процессы квантования и кодирования представляют собой основную операцию аналого-цифрового преобразования. Приборы, в которых измеренная аналоговая величина преобразуется в дискретную (как правило, в код), называются аналого-цифровыми преобразователями.

К основным параметрам АЦП следует отнести максимальное входное напряжение U_max, число разрядов кода n, разрешающую способность ? и погрешность преобразования.

Разрешающая способность АЦП - входное напряжение, соответствующее единице в младшем разряде выходного кода ЕМР:

U_вх

? = ,

2ⁿ - 1

где 2ⁿ - 1 - максимальный вес входного кода,

U_вх = U_max - U_min.

Например, при U_max = 10 В, n = 12,

10

? = = 2,45 мВ.

2¹² - 1

Чем больше n, тем меньше ? и тем точнее выходным кодом может быть представлено входное напряжение.

Относительное значение разрешающей способности:

? 1

и = = .

U_max 2ⁿ - 1

Таким образом, ? - наименьшая различимая ступенька входного сигнала. Сигнал меньшего уровня АЦП не зарегистрирует. В соответствии с этим разрешающую способность отождествляют с чувствительностью АЦП.

Погрешность преобразования имеет статическую и динамическую составляющие.

Статическая составляющая включает в себя методическую погрешность квантования ?_к (дискретности) и инструментальную погрешность от не идеальности элементов преобразователей. Погрешность квантования ?_к обусловлена самим принципом представления непрерывного сигнала квантованными уровнями, отстоящими друг от друга на выбранный интервал. Ширина этого интервала и есть разрешающая способность преобразователя. Наибольшая погрешность квантования составляет половину разрешающей способности, а в общем случае

U_max

?_к = ± 0,5? = ± 0,5 .

2ⁿ - 1

Относительная наибольшая погрешность квантования:

 1

д_к = ± 0,5 .

2ⁿ - 1

Инструментальная погрешность не должна превышать погрешность квантования. При этом полная абсолютная и полная относительная статические погрешности соответственно равны:

U_max 1

?_ст = ± , д_ст = ±

2ⁿ - 1 2ⁿ - 1

Полная относительная статическая погрешность может быть определена в виде:

?ст ?ст 100

д = · 100% = ? 100% = %

U_max - U_min N ? ? N

Например, если исходно задано: д = 0,1%, U_min = 0, U_max = 10 В,

то N = 100/0,1 = 1000,

Разрядность АЦП определится по формуле:

n = log₂N = log₂1000 = 10.

Разрешающая способность АЦП определится по формуле:

 U_вх 10

? = = = 10 мВ.

2ⁿ - 1 2¹⁰ - 1

Динамическая составляющая погрешности связана с быстро-действием преобразователя (с временем преобразования t_пр) и скоростью изменения входного сигнала (v). Чем меньше t_пр и v, тем меньше эта составляющая. Для АЦП период Т_оп, с которым осуществляется опрос входного напряжения (подключение к нему АЦП), следует выби-рать больше t_пр: Т_оп > t_пр т.е. между скоростью преобразования 1/t_пр и частотой опроса (f_оп > 1/Т_оп) должно соблюдаться соотноше-ние 1/ t_пр > f_оп. С другой стороны, по теореме Котельникова, f_оп связана с наивысшей частотой f_max, в спектре непрерывного вход-ного сигнала неравенством f_оп ? 2f_max. Поэтому АЦП должен об-ладать скоростью преобразования 1/t_пр > 2f_max. При большом t_пр нужно будет увеличивать период опроса, чтобы избежать боль-ших динамических искажений. Для их уменьшения обычно выби-рают АЦП с таким временем преобразования t_пр, за которое входной сигнал изменяется не более чем на разрешающую способность ?.

Наиболее распространенные отечественные АЦП приведены в таблице:

Тип микросхемы	Число разрядов	Время преобразования, мкс	Напряжение питания	Потребляемая мощность, мВт	Метод преобразования
КР572ПВ1А К572ПВ3 К572ПВ4 К1108ПВ1А К1113ПВ1А	12 8 8 10 10	110 15 32 0,9 30	+5…15;-15 5 +5 +5 ;-5,2 +5;-15	30 25 15 800 225	АЦП последовательного приближения
КР572ПВ2А КР572ПВ5 КР1108ПП2 КР572ПП2	3,5 3,5 17 17	70 70 600 600	+5 ;-5 +5 ;-5 +15 ;-15 +15 ;-15 ;+5	10 10 360 20	АЦП интегрирующие
К1107ПВ1 К1107ПВ2	6 8	0,1 0,1	+5 ;-6 +5 ;-6	0,8 3,0	АЦП параллельного преобразования

В качестве примера рассмотрим АЦП на микросхеме К1113ПВ1.

Полупроводниковая БИС функционально завершенного АЦП типа К1113ПВ1(А, Б, В) предназначена для применения в электронной аппаратуре в составе блоков аналогового ввода. Микросхема выполняет функцию 10-разрядного аналого-цифрового преобразования однополярного (от 0 до 10,24 В) или биполярного (от -5,12 до +5,12 В) входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном ПДК. Микросхемы К1113ПВ1 выпускаются в 18-выводном корпусе с вертикальным расположением выводов. Нумерации и назначение выводов микросхемы

:

Рис.8. Схема включения АЦП К1113ПВ1.

На рис.8 показаны: А1 - вход, GA - «аналоговая земля», GD - «цифровая земля», B/C - блокирование - преобразование, V - переключение режима (однополярный - биполярный), N - параллельный ПДК, DR - готовность.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Вариант 7

Тип операционного усилителя: К140УД8

Контрольное приспособление: 143 страница из Альбома контрольно-измерительных приспособлений (в альбоме рис 4.10)

Количество измеряемых параметров: 7

Относительная погрешность АЦП преобразования ()%: 0,8

Полный диапазон входного сигнал АЦП (В): -2,5 до 2,5

Частота среза ФНЧ (Гц): 300

Описание установки

Многомерное приспособление для контроля торцового и радиального биения у корпуса насоса.

Корпус насоса имеет большие плоские торцевые наружные и внутренние поверхности. Точность их взаимного расположения обусловлена техническими условиями. Рабочие поверхности корпуса подвергаются алмазному точению с шероховатостью поверхности Ra= 0.63…0.16 мкм. Корпус выполнен с центральным отверстием, которое обрабатывают с допуском по 7-8 квалитетам точности. Во многих конструкциях корпуса имеют бортики различной точности.

При изготовлении корпусов обычно отклонение от параллельности или биение рабочих поверхностей допускается в пределах 0,05-0,1 мм. Если корпуса выполняются с точным отверстием, то по техническим условиям биение рабочих поверхностей относительно оси отверстия допускается в пределах 0,08-0,15 мм. По окончательной приемки производиться сплошная проверка корпусов.

Биение рабочих поверхностей корпусов проверяют на контрольном приспособлении с конической оправкой. В центральное отверстие проверяемого корпуса устанавливают оправку 1.

В зависимости от требуемой точности измерения и допуска на диаметр отверстия посадочные места оправки выполняют цилиндрическими или с верхней конусной ступенью. Последняя при точных отверстиях в корпусных деталях позволяет измерять биения с минимальной погрешностью. На средней шейке оправки устанавливается кронштейн 2, который смонтирован на ступице 3 неподвижно с помощью винтов 4. Ступица кронштейна притерта без люфта на средней шейке оправки. Это обеспечивает вращение кронштейна на оправке без зазора, что важно для точности измерений при значительных размерах корпусов. На кронштейне установлены на одном конце упор 5, регулируемый по высоте вылета и фиксируемый гайкой 6, на другом - ИГ7, которая предназначена для измерения торцевого биения поверхности В.

На верхней шейке оправки устанавливается скалка 8, которая крепится на ступице 9. Ступица скалки также притерта без люфта на переходной втулке 10. С противоположной от скалки стороны закреплена рукоятка 11, а на оправке 2 ручка 16, предназначенная для удобства измерения. Непосредственно на скалке смонтирована ИГ12, предназначенная для измерения торцевого биения поверхности А, а с помощью кронштейна 13 и винтов 14- ИГ15 для измерения радиального биения бортика.

Контроль рабочей поверхности В производится при снятой ступице 9. Для определения

биения рабочих поверхностей корпуса кронштейну 2, а затем и скалке 8 даются один-два оборота. По разности показаний ИГ определяют биения рабочих поверхностей корпуса относительно оси центрального отверстия.

Индуктивный датчик типа ДИ-17М

Рис.9 Индуктивный датчик.

Табл.1

Рабочий диапазон измерений, мм	0.5…1.8
Полное сопротивление датчика, Ом	100…1к
Ток в катушке, мА	10…300
Напряжение питания датчика из генератора, В	2…12
Погрешность в измерениях, мкм
Чувствительность , мВ/мм	1

Изделие считается годным, если величина неточностей изготовления менее 0.1 мм. Изделие считается бракованным, если величина неточностей изготовления более 0.1 мм.

Индуктивный датчик удерживается с помощью винта в требуемом положении, обеспечивая его неподвижность.

В индуктивном датчике используется зависимость величины коэффициента самоиндукции реактивной катушки от измерения зазора в магнитной цепи.

Основными деталями датчика являются два электромагнита и железный якорь, измерительный стержень и выводковый шнур. Прибор включается в сеть переменного тока через трансформатор и стабилизатор напряжения. Измеряемая заготовка может быть определена в некоторых пределах.

Рабочий ход измерительного стержня ограничен n = 0.2 - 1.8 мм. Общий ход стержня датчика - 4 мм, наибольшее усилие - 500 г.

Описание функциональной схемы:

Генератор (Г) - служит источником переменного и импульсного напряжении. Используется для настройки электронной аппаратуры в данном случае для управления измерительной цепи.

Эмиттерный повторитель (ЭП).

Преобразователь или мостовая схема (ПР) - состоит из двух катушек индуктивного датчика, двух сопротивлении и потенциометра для балансировки моста.

Преобразует изменение параметра R,L,C в электрический ток или напряжение.

Усилительный каскад (УС) - имеет большое входное сопротивление и маленькое выходное сопротивление, что позволяет усиливать очень слабые электрические сигналы. К входной цепи УС подаётся входное напряжение U_вх (усиливаемый сигнал) и на выходе получаем U_вых (усиленный сигнал).

Мультиплексор (МХ) - многоканальный управляемый кодом коммутатор. Осуществляет выборку в соответствии с кодом адреса одного из нескольких входов и подключение его к выходу.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - служит для преобразования информации из аналоговой формы в цифровую.

Схемы и описание операционных усилителей:

Рабочий диапазон измерений имеет минимальную границу -2.5 мм, с учётом того, что коэффициент чувствительности датчика равен 1 мВ/мм, 0.5 мм будет соответствовать напряжению на датчике равным 3 мВ, а полный диапазон входного сигнала

АЦП от -2,5 до 2,5 В.

Следовательно, мы имеем целью разработку системы, усиливающей сигнал датчика 0,5 мВ до 2,5 В. В пересчёте коэффициент усиления ОУ должен быть равен:

ОУ - это аналоговая интегральная схема. Это есть усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом с большим коэффициентом усиления (порядка 10³), с большим входным сопротивлением (~ 10кОм) и маленьким выходным сопротивлением ( ~100 Ом). ОУ предназначен для работы в схемах с звеном обратной связи.

Схема балансировки К140УД8.

1,5 - балансировка,

2 - вход инвертирующий,

3 - вход неинвертирующий,

4 - напряжение питания

(U-_п),

6 - выход,

7 - напряжение питания (+U_п),

рис. 10

Электрические параметры усилителя.

Электрические параметры	Единицы	К140УД8
Коэффициент усиления	В/мВ	10
Напряжение смешения нуля	мВ	+/- 100
Дрейф напряжения смешения	мкВ/С	6
Входные токи	нА	1,2
Разность входных токов	нА	+/- 0,15
Частота единичного усиления	МГц	1
Максимальное выходное напряжение	В	10
Напряжение источника питания	В	15
Ток потребления	мА	5

Расчет генератора с мостом Вина:

Мост Вина включают между выходом ОУ и его неинвертирующий входом чем достигается введение ПОС. Резисторы R3,R4 и R5 образуют звено ООС. Резисторы R4 и R5 определяют требуемый коэффициент усиления Кос а R3 стабилизирует амплитуду и снижает нелинейные искажения выходного напряжения.

Требуемая частота питания от генератора f =3000 Гц.

1) Для RC генератора с мостом Вина f = 1/(2R1C1)

R1C1 = 1/(2f) = 1/(2·3000) = 5.3·10^-5

Берём C1 = C2 = 3300 пФ , тогда R1 = 5.3·10^-5/3300·10^-12 = 16060,6 Ом

По ГОСТу примем R1 = R2 = 16 кОм

2) К_u -1= R4/R5 примем R5 = 15кОм тогда R4 = 2R5 = 30 кОм К_u=3

3) R3 = 2R1 =13,6 кОм

Расчёт усилителя:

Исходные данные: U_вх = 0.0005 В, U_вхАЦП = 2,5 В, требуемый коэффициент усиления ОУ .

Примем , то

, то если принять R9 = 10000000 Ом, R8 = 2000 Ом получим:

Расчёт фильтра.

Возьмём активный ФНЧ второго порядка:

f_ср.=300 Гц

K₀=1,5

R₁₂=R₁₃=R

C₃=C₄=C

C*R = 0.0005

C= 0.1 *10^-6 Ф

Расчёт АЦП.

у =0,8

U_min=-2,5 В

U_max=2,5 В

N=100/0.8=125

Разрядность АЦП:

n=log₂125=6.97

выбираем 8 - ми разрядный АЦП (К572ПВ3)

Разрешающая способность АЦП:

t_пр. р 0.0017 c

Погрешность преобразования =

Схема источника питания:

Заключение

В процессе курсового проектирования мы применяем знания по дисциплине «Электроника и МП» при решении задач по разработке электрической схемы к выбранному контрольно-измерительному приспособлению. Было произведено расчетное обоснование применяемых технических решений. Были рассчитаны генераторы, усилители и другие элементы электроники.