Манометр с потенциометрическим преобразователем

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Расчет статических характеристик

2.1 Расчет чувствительного элемента

2.2 Расчет передаточно-множительного механизма

2.3 Расчет параметров электрической схемы

2.4 Расчет логометра с подвижным магнитом

3. Расчет динамической характеристики

4. Расчет и анализ погрешностей

Литература

манометр статический динамический погрешность

1. ВВЕДЕНИЕ

В измерительной технике, приборы, предназначенные для измерений положительных избыточных давлений, называют манометрами.

По назначениям манометры можно разделить на общетехнические, электроконтактные, специальные, образцовые и судовые.

Общетехнические: предназначены для измерения неагрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.

Электроконтактные: имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.

Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные - должны быть коррозиестоикими.

Образцовые: обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.

Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.

В электрических манометрах в качестве чувствительных элементов применяются гофрированные мембраны, мембранные коробки, манометрические трубки и сильфоны.

Для преобразования деформации упругих элементов в электрический сигнал применяются либо омический (потенциометрический) преобразователь, либо индуктивный преобразователь, преобразующий перемещение чувствительного элемента в электрический сигнал, удобный для дистанционной передачи. В измерительных схемах осуществляется также компенсация температурных погрешностей прибора.

В качестве указателей в манометрах обычно применятся логометры с подвижным магнитом.

Функциональная схема прибора представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Функциональная схема.

Звено 1 - мембранная коробка, преобразующая давление P в перемещение жесткого центра коробки,

=f₁(P).

Звено 2 - передаточно-множительный механизм, преобразующий перемещение центра мембранной коробки в перемещение движка потенциометра ,

Y=f₂().

Звено 3 - потенциометр, преобразующий перемещение щетки потенциометра Y в изменение отношения сопротивлений , .

Звено 4 - электрическая схема, которая преобразует отношения сопротивлений потенциометра в изменение отношения токов в рамках логометра,

.

Звено 5 - логометр, преобразующий изменения соотношений токов в угловое перемещение подвижной системы указателей

2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

2.1 Расчет чувствительного элемента

Гофрированные коробки выполняются из гофрированных мембран. Профиль волн гофра может быть синусоидальным, пилообразным и трапециевидным.

В качестве основных характеристик гофрированных мембран принимают зависимость перемещения (прогиба) жесткого центра мембраны и сосредоточенного центра р (рис.3)

Рис.3 Гофрированные мембранные коробки

(1)

где P - измеряемое давление;

- прогиб центра мембраны [м];

R -радиус мембраны [м];

a, b - коэффициенты зависящие от формы мембраны

h - толщина материала мембраны [м];

Е - модуль упругости материала (Е=)

коэффициент Пуассона ()

 (2)

(3)

Из формулы (1)выведем и рассчитаем её через программу MATLAB:

Рассчитаем радиус жесткого центра, где:

Эффективная площадь гофрированной мембраны с учетом жесткого центра радиуса r равна:

,

где r - радиус жесткого центра

R - радиус мембраны

Очевидно сила Р будет:

Чувствительность мембраны:

см/кг³

2.2 Расчет передаточно-множительного механизма

Для расчета рассмотрим схему передаточного механизма ,показано на рис.4

Рис. 4

Из схемы видно, что передаточное число i механизма связано с параметрами механизма соотношением:

,

где значения величин приведены на рисунке 4.

Величина сопротивления потенциометра выбирается из условий получения max чувствительности схемы и для находящихся в эксплуатации конструкции лежит в пределах 300 - 1200 Ом.

Средняя длина витка потенциометра:

где b=7 мм - ширина насоса

h=6 мм - высота насоса

Диаметр проволоки:

,

где R_П - сопротивление потенциометра в Ом;

l₀ - средняя длина витка в мм;

l_Н - длина намотанной части потенциометра в мм

- удельное сопротивление в ом*мм²/м.



Число витков намотки потенциометра:

Длина провода:

мм²

2.3 Расчет параметров чувствительного элемента

При расчете электрической схемы следует определить зависимость

где I₁ и I₂ токи в рамках логометра.

При расчете плеч моста R₁=R₂=R и обозначив R₀=R_X+R_Y, характеристика электрической схемы имеет вид:



2.4 Расчет логометра с постоянным магнитом

Расчет логометра с постоянным магнитом подразделяется на 2 части:

1. Определение необходимого характера кривых моментов и характеристики шкалы логометра.

2. Расчет собственного измерительного механизма (параметры рамки, коэффициент усиления и т. д.)

Зависимость угла поворота л подвижной системы от отношения токов в рамках для момента типа ЭДМУ можно определить по фрмуле:

3. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

С помощью структурной схемы (рис.3) определяется передаточная функция прибора.

Динамический расчет производим из условия постоянной чувствительности прибора во всем рабочем диапазоне измерения. Определяем передаточные функции звеньев.

Рисунок 5. Структурная схема (с логометром)

Передаточная функция W1 состоит из трех звеньев:

А) подводящего трубопровода

,

где Т₀ - постоянная времени

Постоянной времени можно пренебречь, и тогда получим

Б) чувствительного элемента - мембранной коробки

,

F_ЭФ - эффективная площадь чувствительного элемента( в нашем случае(F_ЭФ=2R при R=0.02 F_ЭФ=0.013 м)

В) подвижной системы

,

где К_Д - приведенный коэффициент демпфирования ,

С_Ж - приведенный коэффициент жесткости,

Т - постоянная времени воздушного демпфера, в качестве которого служит мембрана чувствительно элемента.

м - приведенная масса подвижных частей.

Передаточная функция второго звена W2 - передаточно-множительного механизма

Передаточная функция 3-го звена W₃ - потенціометр

Передаточная функция 4-го звена W₄ -электрическая схема

На основании расчета характеристик отдельных звеньев прибора можно определить его чувствительность S

S=S₁S₂S₃S₄S₅

4. Расчет и анализ погрешностей

При расчете суммарной погрешности следует учитывать систематическую составляющую инструментальной погрешности, как наиболее характерную для данного типа прибора.

Суммарная погрешность находится по следующей формуле

где ₁ - погрешность мембраной коробки, которая складывается из погрешностей изменения жесткости мембраны во времени и неточностей изготовления. Эти погрешности нормируются при проектировании и изготовлении и они не превышают 0.5% (₁=0.5%)

₂ - погрешности передаточно-множительного механизма, вызванные наличием зазоров, люфтов и влиянием температуры. Компенсируется подбором материалов и конструктивными способами.

₃ - погрешность потенциометра; складывается из витковой и технологических погрешностей

Максимальная величена витковой погрешности выражается по следующей формуле:

₄- суммарная погрешность логометра. Принимается равной 0.9 %

Исходя их этого получим :

‹ 3% ,

Значит наш манометр соответствует заданным параметрам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Берендс Д.А. Методическое руководство по курсовому проектированию по дисциплине « Теория, расчет и проектирование измерительных приборов», М.,1981 г.

2. Браславский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970г.

3. Боднер В.А. Авиационные приборы. М.: Машиностроение, 1969г.

4. Веркович Г.А. Справочник конструктора точного приборостроения С-П: Машиностроение 1989 г.

5. Антипов Е.Ф., Жукова Н.М. Детали авиационных приборов. Изд. 2-е М.: Машиностроение, 1966 г.

6. Боднер В.А. Приборы первичной информации: Учебник для авиационных вузов. - М.: Машиностроение,1981г.

Размещено на Allbest.ru