Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БелорусскиЙ государственный университет информатики и радиоэлектроники

Факультет телекоммуникаций

Кафедра метрологии и стандартизации

Пояснительная записка

к курсовому проекту

на тему: Ультразвуковой измеритель уровня жидкости

Выполнила

студентка гр.162101

Гурский А.Л.

Проверил

Суглоба А.В.

Минск - 2013

Содержание

Введение

1. Литературный обзор по теме курсового проекта

2. Разработка структурной схемы

3. Анализ схемы электрической принципиальной

4. Выбор элементной базы

5. Алгоритм работы прибора

6. Метрологические характеристики устройства

Заключение

Литература



Введение

Задачи, требующие измерения уровня жидких продуктов, исключительно многообразны и встречаются в различных областях техники. Измерение уровня требуется в большинстве производственных процессов; в системах экологического мониторинга и безопасности; для учета массы, расхода жидких продуктов при их хранении и транспортировке. Актуальность измерения уровня жидкостей возрастает по мере повышения степени автоматизации производственных процессов, систем контроля и учета.

Существуют общие требования к методу измерения и оборудованию, которые необходимо выполнять при решении большинства практических задач, и специальные, предъявляемые к отдельным группам применений. Основными из общих требований являются:

- большой срок службы измерителя уровня (не менее 5-15 лет) при минимальном количестве регламентных работ;

- высокая надежность в реальных условиях эксплуатации;

- стабильная работа и плавное снижение точности при увеличении силы воздействия дестабилизирующих факторов (температуры, плотности жидкости, волнения поверхности, наклона резервуара и т.д.);

- обеспечение требуемой точности измерения уровня при работе с реальными жидкостями;

-минимальная стоимость;

- удобство эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Специальных требований существует большое количество в каждой области применения измерителей уровня, но наиболее значимыми из них являются:

- работа в условиях вибраций и наклона резервуара;

- работа в движущихся, сильно загрязненных жидкостях;

- работа от автономных источников питания с возможностью передачи информации по беспроводным сетям;

- измерение уровня с малой погрешностью, работа при наличии пыли, конденсата, пены.

Целью курсового проекта является исследование ультразвукового измерителя уровня жидкости.

При выполнении курсового проекта необходимо решить следующие задачи:

· Разработка функциональной и принципиальной электрических схем,

· Моделирование и расчет электрической схемы с помощью ЭВМ,

· Определение метрологических характеристик устройств.



1. Литературный обзор по теме курсового проекта

Измерители уровня жидкости применяются для измерения непрерывного уровня (текущего) и предельного уровня (максимального или минимального) жидких, вязких, и сыпучих веществ.

Существую следующие разновидности измерителей уровня жидкости:

- поплавковые;

- вибрационные;

- емкостные;

- радарные;

- магнитострикционные;

- ультразвуковые;

- гидростатического уровня;

- кондуктометрические;

- лазерные.

Рассмотрим поплавковые датчики.

Поплавковые датчики уровня - одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. Поплавковые датчики уровня могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Поплавковые датчики уровня устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями.

Датчики уровня применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости.

Поплавковые датчики используются для контроля уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего, это задачи по контролю объема топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах. Здесь датчики уровня работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости. Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу, диаметром чуть больше, чем диаметр поплавка.

Конструкция датчиков очень проста. Датчик имеет поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится геркон. Герконовый контакт срабатывает при приближении магнита.

Если установка датчика сверху емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня.

Поплавковые датчики уровня жидкости имеют следующие технические характеристики:

- диапазон рабочих температур, єС…………………...…0…+105;

- ток коммутации в цепи, А………………………………………2;

- напряжение, В………………………………………………...250;

- дифференциал срабатывания (не более), мм………………..25;

- материал……………………………………нержавеющая сталь.

Датчик уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

Рассмотрим оптические датчики уровня жидкости.

Оптические датчики обеспечивают определение наличия или отсутствия жидкости и выдают цифровой сигнал при превышении ее уровня.

Одним из преимуществ оптических датчиков является использование инфракрасного диапазона, который не чувствителен к прозрачности жидкости и ее однородности. Требованием к измеряемой среде является то, что она должна обеспечивать смачиваемость сферической поверхности датчика.

Конструкция датчика включает корпус (пластиковый или металлический) и полусферу, в которой находятся инфракрасный светодиод и фототранзистор с триггером (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Конструкция оптического датчика

Датчики монтируются на стенке резервуара на необходимом уровне контроля жидкости. При размещении нескольких датчиков на различной высоте можно контролировать сразу несколько уровней заполненности резервуара.

Рассмотрим технические параметры датчика с пластмассовым корпусом:

- материал корпуса……………………………………полисульфон;

- напряжение питания, В………………………………..…..5…12;

- потребляемый ток, мА………………………………………...15;

- время отклика при подъеме воды, мкс…………………..…….50;

- время отклика при спаде воды, с………………………..……..1;

- диапазон рабочих температур, °C………………..……-25…80;

- диапазон температуры хранения, °C………….…….....-30…85.

Рассмотрим исследуемый в курсовом проекте ультразвуковой измеритель уровня жидкости.

К достоинствам рассматриваемого устройства можно отнести малые размеры и потребляемую мощность, возможность измерения уровня агрессивных жидкостей. В зависимости от установленного режима работы на индикатор выводится расстояние от поверхности жидкости до закреплённого над ней датчика или от поверхности до дна резервуара. Цифровая индикация с высоким темпом обновления даёт возможность судить о динамике изменения уровня.

Установленные пороги включения и выключения насосов, открывания и закрывания кранов или заслонок не изменяются при выключении и последующем включении прибора. Однако при необходимости они могут быть оперативно изменены в процессе его работы. Всё это позволяет использовать прибор в системах автоматического управления технологическими процессами.

Недостатком измерителя является то, что на поверхности жидкости не должны плавать большие посторонние предметы, изменяющие характер отражения ультразвуковой волны. Например, очень плохо отражает ультразвук пористая поверхность, уровень отражённого от неё сигнала может стать недостаточным для работы прибора.

Основные технические характеристики

- диапазон срабатывания, м…………………………………….0.3…6;

- потребляемый ток (не более), мА……………………..…………100;

- напряжение питания постоянного тока, В……….………….14…26;

- диапазон рабочих температур окружающей среды, єС….-20…+60;

- материал корпуса датчика………………………………полиэтилен.

Таким образом устройство, исследуемое в курсовом проекте достаточно практично, доступно в использовании. В отличии от подобных измерителей, предполагает более современную систему отслеживания уровня воды в резервуаре.

2. Разработка структурной схемы

Структурная схема состоит из таких основных блоков: микроконтроллер (далее МК), входной преобразователь (далее ВП), клавиатура, блок индикации, датчик, блок связи с персональным компьютером (далее БСПК). Микроконтроллер предназначен для управления процессом снятия данных с датчика, их обработки, а так же для управления всеми процессами обмена информации и выдачей информации на дисплей.

Аналоговый сигнал с датчика поступает на входной преобразователь, который преобразует сигнал с датчика в сигнал с уровнем, который воспринимается АЦП микроконтроллера, таким образом, ВП производит согласование уровней напряжений. Преобразованный сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера, в котором осуществляется преобразование аналогового информационного сигнала с датчика в цифровой код, который обрабатывается МК. Прочитанные коды после преобразования в микроконтроллере будут записаны в память данных. Затем микроконтроллер опрашивает код клавиатуры, то есть проверяет наличие нажатия клавиши, выводит на дисплей значение текущего значения уровня, если была нажата какая либо из клавиш, то он переходит к обслуживанию нажатой клавиши, и после этого выводит затребованную информацию. Блок связи с персональным компьютером предназначен для подключения к устройству ПК через один из стандартных интерфейсов. Таким образом, имеется возможность при помощи персонального компьютера при наличии соответствующего программного обеспечения контролировать процесс работы устройства, а также дублировать индикацию уровня заполнения резервуара на экране ПК. Это значительно расширяет возможности автоматизации процесса контролирования уровня.

Датчик необходимо использовать ультразвуковой, разработанный специально для использования в приборах измерения уровня наполнения резервуаров, имеющий соответствующее конструктивное и электрическое исполнение. Напряжение питания датчика стандартное - 10ч30 В постоянного напряжения, выходной сигнал - аналоговый, зависимость уровня выходного напряжения от измеряемого расстояния - линейная. Зона чувствительности - до 500 см.

Входной преобразователь должен обеспечивать согласование уровней выходного напряжения датчика и входного напряжения МК.

При включении питания уровнемера на его ЖКИ на 1 с появляется надпись "Start", затем она исчезает и начинается измерение уровня жидкости. Его результат в сантиметрах занимает на ЖКИ знакоместа с седьмого по девятое слева и обновляется два раза в секунду. Для перехода в режим установки параметров необходимо нажать на кнопку SB1 и удерживать её в течение примерно 8 с. На ЖКИ должна появиться на 1 с надпись "---". Таким образом, исходя из поставленной задачи, необходимо использовать индикатор, состоящий из трех светодиодных семисегментных индикаторов. Индикация - динамическая.

Клавиатура состоит только из одной клавиши, по нажатию которой осуществляется установка нулевого уровня заполнения резервуара - точки отсчета.

Современные однокристальные микроконтроллеры весьма функциональны, что позволяет отказаться от использования в устройстве громоздких аппаратных решений, таких как внешний аналогово-цифровой преобразователь, внешняя память, различные преобразующие и согласующие элементы, все эти блоки уже входят в состав ОЭВМ, и зачастую реализуются при помощи программных средств. Микроконтроллер в данном устройстве является основным функциональным узлом.

3. Анализ схемы электрической принципиальной

При подаче сигнала на схему микроконтроллер DD1 программно формирует на своём выходе RB3 пачки импульсов. Длительность пачки -- около 400 мкс, период повторения -- 500 мс. Частота импульсов, образующих пачку, в программе задана равной резонансной частоте датчика (пьезокерамического излучателя-приёмника ультразвука BQ1) -- 33 или 40 кГц в зависимости от его типа.

Чтобы обеспечить необходимую мощность излучения, усилитель на транзисторах VT1 и VT2 доводит размах подаваемых на датчик BQ1 импульсов до 80 В. Этот усилитель питается двухполярным напряжением +/-40 В, получаемым с помощью преобразователя постоянного напряжения в постоянное на микросхеме DA1. Датчик соединяют с блоком коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом.

Одновременно с началом пачки запускается внутренний счётчик микроконтроллера. Излучённая ультразвуковая волна (зондирующий импульс) достигает границы раздела воздух--жидкость и, отразившись от неё, возвращается назад к датчику, который теперь служит приёмником ультразвука.

Принятый отражённый сигнал поступает на вход микросхемы DA2. Ограничитель на диодах VD5 и VD6 защищает его от значительно более мощного зондирующего импульса. Микросхема DA2 усиливает сигналы, фильтрует их, выделяет огибающую и преобразует её в прямоугольные импульсы амплитудой около 5 В, показанные на рисунке 3.1.

Период повторения зондирующих импульсов может быть вычислен по формуле:

где L - расстояние между датчиком и отражающей поверхностью;

Vзв - скорость звука.

Если считать V_зв=333 м/с, а время -- в микросекундах, то расстояние датчик--поверхность в сантиметрах равно:

где Тз - задержка между излучённым зондирующим и принятым отражённым от контролируемой поверхности импульсами.

Микроконтроллер с помощью встроенного счётчика-таймера измеряет интервал t_з , переводит результат в сантиметры и выводит его на ЖКИ HG1. Фактическая скорость звука в реальных условиях может отличаться от указанного выше значения, это приводит к погрешности измерения уровня жидкости не более 2 %.

Рисунок 3.1 - Прямоугольные импульсы

При расстоянии датчик--поверхность менее 40 см нормальная работа прибора нарушается. В каждом периоде повторения зондирующих импульсов он принимает два и более отражённых сигнала, а вычисленное значение расстояния сильно отличается от истинного. В связи с этим в программе микроконтроллера наложен запрет на обработку отражённых сигналов, приходящих с задержкой менее 2,4 мс, и зона 0...40 см "закрыта" для измерения.

В случае временного отсутствия отражённых сигналов на ЖКИ выводится надпись "noSfnSor". Если их нет более 40 с, от напряжения высокого логического уровня на выходе RB4 микроконтроллера включается светодиод HL1. С возобновлением приёма отражённых сигналов измерения продолжаются.

В изготовленном приборе в первую очередь необходимо проверить работу преобразователя напряжения +5 Вв +40 В и -40 В. Эту проверку следует выполнять до установки на плату транзисторов VT1 и VT2. Подав напряжение +5 В, измеряют вольтметром напряжение -40 В на конденсаторе С13 и +40 В на конденсаторе С16. В случае несоответствия необходимо подобрать резистор R20. Затем окончательно собирают прибор и подключают к нему датчик.

Осциллографом проверяют наличие пачек импульсов на выводе 9 (RB3) микроконтроллера. На выходе усилителя (в точке соединения резисторов R9, R10) и на датчике BF1 размах этих импульсов должен быть около 80 В. Датчик должен издавать хорошо слышимые щелчки, повторяющиеся с частотой 2 Гц.

Дальнейшая регулировка сводится к установке чувствительности приёмной части прибора подстроечным резистором R17. Осциллограмма напряжения на выходе (выводе 1) микросхемы DA2 должна быть подобна изображённой на рисунке 1. В каждом периоде должны наблюдаться один зондирующий и один отражённый импульсы. Если отражённых импульсов видно больше, необходимо подстроечным резистором R17 уменьшить чувствительность прибора. Для увеличения интенсивности отражённого сигнала необходимо позаботиться о том, чтобы вертикальная ось датчика (направление наибольших интенсивности излучения и чувствительности) была направлена строго перпендикулярно поверхности жидкости.

При включении питания уровнемера на его ЖКИ на 1 с появляется надпись "Start", затем она исчезает и начинается измерение уровня жидкости. Его результат в сантиметрах занимает на ЖКИ знакоместа с седьмого по девятое слева и обновляется два раза в секунду. Для перехода в режим установки параметров необходимо нажать на кнопку SB1 и удерживать её в течение примерно 8 с. На ЖКИ должна появиться на 1 с надпись "---". Затем начнётся автоматический перебор параметров в следующем порядке:

SEt -- выбор выводимого на ЖКИ расстояния (0 -- поверхность--датчик, 1 -- поверхность--дно резервуара);

LEU -- расстояние от датчика до дна резервуара (только в режиме SEt=1, при SEt=0 этот параметр пропускается);

OFF 1 -- уровень отпускания реле К1;

On 1 -- уровень срабатывания реле К1'

OFF2 -- уровень отпускания реле К2;

On2 -- уровень срабатывания реле К2;

HySt -- ширина зоны гистерезиса.

Каждый из них остаётся на индикаторе 7 с. По окончании цикла перебора прибор возвращается в рабочий режим. Фактически всегда измеряется расстояние датчик--поверхность. Но при SEt=1 перед использованием и выводом на ЖКИ оно вычитается из введённого пользователем значения параметра LEU.

Чтобы изменить значение любого параметра, во время его присутствия на ЖКИ нажимают на кнопку SB1 (увеличение) или SB2 (уменьшение). Параметру SEt нажатием на кнопку SB1 присваивают значение 1, а на кнопку SB2 -- 0. На время удержания любой кнопки нажатой счёт времени прерывается. Если отведённого интервала времени на установку нужного значения не хватило, её можно продолжить, повторно войдя в режим просмотра параметров. Поскольку установленные значения параметров хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера, они не изменяются при выключении и последующем включении питания прибора.

Все уровни задают в сантиметрах. Следует соблюдать следующие условия:

On KOFF1, On 2<OFF2 (при SEt=0);

On 1 >OFF1, On 2>OFF2 (приSEt=1).

Гистерезис необходим для защиты от ложных срабатываний. Например, такое срабатывание может произойти при появлении импульса помехи в интервале между уровнями срабатывания и отпускания реле. Чтобы этого не произошло, программа микроконтроллера сравнивает каждый новый отсчёт уровня с предыдущим. Новый отсчёт считается истинным и выводится на ЖКИ, если он отличается от предыдущего не больше, чем на заданное значение HYSt. Например, при предыдущем отсчёте 150см и HYSt=10 допустимым будет считаться новый отсчёт в пределах от 140 до 160см. Результаты, не попавшие в этот интервал, будут проигнорированы. А если помеха всё-таки попадёт в него, она внесёт незначительную погрешность.

При очень быстром изменении уровня жидкости или при волнении на её поверхности рекомендуется задать HYSt=10, в противном случае достаточно 5--7.

Нажатием и удержанием в течение 5 с кнопки SB2 можно перезапустить микроконтроллер. После этого работа его программы начнётся с самого начала, как при включении питания, а на выводах 11 и 12 будет установлен низкий логический уровень, что обесточит обмотки реле К1 и К2.

4. Выбор элементной базы

Для исследуемого устройства выбираем следующую элементную базу, наименование и характеристики которой указаны ниже:

1) Резисторы:

а) Резисторы R1…R13, R15, R16, R18…R25 ? резисторы постоянные SMD 1206:

- диапазон номинальных значений, Ом………….……0 , 1…30000;

- допустимое отклонение от номинала, %……………..………...1; 5;

- номинальная мощность, Вт……………………………………..0,25;

- рабочее напряжение, В………………..……………..….……….200;

- максимально допустимое напряжение, В…………….………...400;

- рабочий диапазон температур, °С………………………-55…+125.

б) Резистор R14 - постоянный проволочный KNP-1:

- номинальная мощность, Вт…………………….………………..…1;

- ТКС, ppm/°C…………………………………………….………±300;

- точность,% ……………………….………………….…….±5, ±1;

- температурный диапазон, °C…………………………….-55…+250.

в) Резистор R17 - подстроечный резистор ACPCA6V:

- угол поворота (механический), °……………..…………...235 +/ 10;

- угол поворота (электрический),°…………………………..215 +/ 20;

- максимальный момент в крайнем положении,Нсм…..……………4;

- диапазон значений сопротивления, Ом…………………100 ... 5000;

- точность,%..............................................................................20…30;

- максимальное напряжение, В…………………………………60, 100;

- рабочая температура, °С……………………………………25 ... +70.

2) Конденсаторы:

а) Конденсаторы С1, С2, С5…С9, С11- полипропиленовые плёночные фольговые металлизированные конденсаторы К78-2:

-интервал рабочих температур, °C………………………….-40…+85;

- номинальное напряжение, В………………………..…….1000, 1200,

1600, 2000,

3000;

- диапазон емкостей, мкФ………………….………………0.0010…1.0;

- допустимое отклонение емкости,%........................................±5…±10;

- предельно допустимое напряжение (5с), В……………………….1.75;

- тангенс угла потерь (20°C, 1kHz) ……………………………...?0,0008.

б) КонденсаторыC3, C4, С10, С13…С16 - электролитические алюминиевые конденсаторы К50-35:

- диапазон рабочих температур, °C…………………..…….- 40...+85;

- номинальное напряжение, В………………………………..6,3…450;

- номинальная емкость, мкФ………………………………0,1…15000;

- допустимые отклонения емкости от номинала, %......................± 20.

в) Конденсатор С12 - керамический выводной К10-17А:

- рабочее напряжение,В………………….………………..…………50;

- рабочая температура,С……………..………………….....-60…+125.

3) Диоды:

а)Диоды VD1…VD6, VD8…VD10 - выпрямительные диоды BAS32L:

- максимальное обратное напряжение диода, В……………..…….75;

- прямое падение напряжения, В……………………………………..1;

- прямой ток диода,мА……………………………………………..200;

- количество диодов в корпусе, шт…………………………………...1;

- время обратного восстановления диодов, нс………………...……4.

б) Диоды VD7, VD11 - выпрямительные диоды SM4007:

- максимальное постоянное обратное напряжение,В………....1000;

- максимальное импульсное обратное напряжение,В………...1200;

- максимально допустимый прямой импульсный ток,А………...30;

- максимальный обратный ток(при 25гр),мкА…..………………..5;

- максимальное прямое напряжение(при 25гр),В……………….1.1;

- рабочая температура,С………..…………………………-65...+150.

в) Светодиод HL1 - АЛ307БМ:

- длина волны, нм………………………….………………………655;

- прямой ток, мА…………………………………………………….10;

- прямое напряжение, В…………………………………………….3.0;

- цвет свечения………………………………………………...красный.

4)Дроссель:

а) Дроссель L1 - ДПМ-0,1:

- диапазон температур, °C…………………………………..-60...+85;

- максимальный постоянный ток, А……………………………0,1;

- добротность…………………………………….………………….40;

- номинальная индуктивность, мкГн……………………………..100;

- допуск номинальной индуктивности, % …………………………10.

5)Транзисторы:

а) ТранзисторVT2 - КТ503Е:

- структура………………………………………………………...n-p-n;

- импульсное напряжение коллектор-база, В……………………100;

- импульсное напряжение коллектор-эмиттер, В…………………80;

- импульсный ток коллектора, мА……………………..……150(350);

- статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером…………………………………………..40…120;

- обратный ток коллектора, мА…………………………………..….1.

б) ТранзисторVT1 - КТ502Е:

- полярность………………………………….…………………p-n-p;

- максимальная рассеиваемая мощность, Вт…………………..0.35;

- макcимально допустимое напряжение коллектор-база, В…....80;

- макcимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер, В….80;

- макcимально допустимое напряжение эмиттер-база, В………..20;

- макcимальный постоянный ток коллектора, А………….……0.15;

- предельная температура PN-перехода, єС………………..……175;

- статический коэффициент передачи тока……………………….80.

в) Транзисторы VT3, VT4 - КТ 3102А:

- структура………………………………………………………..n-p-n;

- максимально допустимый ток ,А………………………………..0.1;

- статический коэффициент передачи тока,……………………...100;

- граничная частота коэффициента передачи тока,МГц………..150;

- максимальная рассеиваемая мощность ,Вт……………………..0.25.

7) Микросхемы:

а) МикросхемаDD1- PIC16F628A:

- частота, МГц……………………………………………………...20;

- разрешение, бит…………………………………………………..8;

- объём программируемой памяти,кбайт………………………..3.5;

- корпус…………………………………………………………..DIP-18.

б) Микросхема DA1-преобразователь интегральный MC33063А:

- входное напряжение, В………………………………...………3...40;

- выходное напряжение, В……………………………..……..1.25...40;

- внешняя регулировка выходного напряжения…….…..……...ADJ;

- максимальный выходной ток, А…………………….…..…..…..1.5;

- частота преобразования, кГц…………………….…..…...1...150;

- ток собственного потребления, мА……………………………….7.

в) Микросхема DA2 - инфракрасный приемник-uPC1490HA:

- нормальное рабочее напряжение, В……………………………5;

- диапазон частот, кГц…………………………………….30…60;

- полное сопротивление, кОм…………………………………….40.

г) Жидкокристаллический модульHG1 - МС 33063А:

- напряжение питания, В……………………………………….3…5;

- ток потребления, мкА……………………………………………30;

- выходное напряжение высокого уровня, В……………..…….0.6;

- входное напряжение высокого уровня, В……………………-0.6.

8) Реле:

а) Реле К1, К2 - PCB34:

- номинальный ток коммутации, А…………………………………6;

- номинальное напряжение коммутации, В……………………...250;

- высокочувствительная катушка постоянного тока, мВт………170;

- изоляция между обмоткой и контактами, кВт……………………6;

- номинальное напряжение катушки, В……………………….5,12,24,

48,60.

9) Кнопки:

а) Кнопки SB1, SB2 - кнопка тактоваяTS36:

- рабочее напряжение до, В ………………………………………..12;

- коммутируемый ток до, мА………………………………………..50;

- сопротивление изоляции более, MЩ……………………………100;

- сопротивление контакта менее, Щ…………..……………………0,1;

- число рабочих циклов………………………………………...100000.

10) Разъемы:

а) Разъем XS1- MDN-6FR:

- предельный ток, А………………………………………………….1;

- предельное напряжение, В………………………………………250;

- сопротивление изолятора не менее, Мом………………………50;

- сопротивление контакта, Ом……………………….………….0,03;

- допустимые температуры, °С……………………………-40…+ 105.

11) Колодки:

а) Колодка X1 - КЛ065-1У:

- постоянный ток, В………………………………………………..220;

- переменный ток, В………………………………………….…….380.

12) Датчики

а) Ультразвуковой датчикBQ1 -ультразвуковой датчик фирмы MurataMA40E7S:

- уровень звукового давления, дБ………………………………106;

- угол рассеяния, є………………………………………………..100;

- разрешение, мм……………………………………………………9;

- детектируемое расстояние, м………………………………..0.2…3.

6. Метрологические характеристики устройства

Влияние окружающей среды

Общей проблемой измерений дальности, базирующихся на оценке времени прохождения сигнала, является зависимость измеренного времени от скорости распространения звука. На скорость звука в воздухе влияет ряд факторов, таких как температура, атмосферное давление, влажность и состав воздушной среды. Для полного учёта всех этих факторов можно было бы использовать набор датчиков состояния воздуха и на основании полученных данных вычислять скорость распространения сигнала в воздухе. Однако это сложно и дорого. На практике достаточно компенсировать влияние температуры, так как именно температура имеет наибольшее влияние на скорость распространения звука. Но таким способом нельзя учесть перепады температуры в пределах измерительного окна.

Лучшие результаты даёт применение эталонного датчика, который определяет реальную скорость звука, исходя из времени распространения отраженного сигнала в пределах эталонного диапазона. Определённая таким способом скорость распространения звука может быть передана через средства сопряжения рабочим датчикам или внешнему (главному) устройству обработки информации.

Перекрестные помехи

В тех случаях, когда ультразвуковые датчики с близкой рабочей частотой расположены друг напротив друга, устройство обработки не может различить, является ли принятый сигнал его эхо-сигналом или сигналом другого излучателя. Отсюда следует, что датчики, смонтированные в пределах зоны реагирования друг друга, могут друг другу мешать. Существуют разнообразные методы уменьшения этого вида взаимных влияний.

Одним из таких методов является применение узкополосных датчиков, работающих на разных частотах передачи. Однако этот способ невыгоден тем, что требует проектирования узкополосного преобразователя для каждой из набора рабочих частот.

Лучшим способом избежать взаимного влияния является метод кодирования импульса. Он состоит в том, что разные ультразвуковые датчики излучают зондирующие пачки импульсов не равномерно во времени, а в определённой временной последовательности, причём каждый ультразвуковой датчик имеет свою собственную временную последовательность. Эти последовательности формируются в соответствии со строго определенными кодами. Каждый приёмник выбирает код «своего» передатчика.

Этот способ хорош тем, что несколько рядом расположенных датчиков с одной рабочей частотой могут работать без взаимного влияния. Недостатком способа является то, что передача кодов требует больше времени по сравнению с передачами обычных пачек импульсов и максимальная частота зондирования зоны контроля уменьшается.

Синхронизация датчиков

Синхронизация фаз приёма и передачи датчика при известном расстоянии до объекта помогает отстроиться также и от перекрёстных помех.

Рабочие характеристики

Дополнительным средством борьбы с перекрёстными помехами от множества датчиков является синхронизация работы самих датчиков в параллельном или мультиплексном режиме. В параллельном режиме входы синхронизации всех датчиков соединяются и управляются одновременно. В мультиплексном режиме датчики активизируются по очереди, по циклическому закону. В этом режиме время цикла зондирования равно сумме времен циклов отдельных датчиков (если датчики однотипные, время цикла просто возрастает во столько раз, сколько датчиков работают в мультиплексном режиме).

Свойства объекта

Объекты, обнаруживаемые ультразвуковыми датчиками, могут быть твёрдыми, жидкими или порошковыми. Характеристики поверхности объекта влияют на его отражающую способность и являются важными для обработки датчиком отражённого сигнала. Идеальное отражение обеспечивают все гладкие поверхности, расположенные под прямым углом к ультразвуковому конусу и имеющие площадь, превосходящую некоторый минимум, указанный в справочных данных. Надёжное обнаружение возможно при разбросе углов отражения в пределах ±3°. Форма объекта не имеет значения. Важно только, чтобы площадь поперечного сечения объекта, попадающего в зону реагирования звукового конуса, была не меньше указанной в технических параметрах датчика.

Такие свойства материала, как прозрачность, цвет или внешнее покрытие поверхности (полированная или матовая), не влияют на надёжность и достоверность обнаружения.

Шероховатость поверхности, в зависимости от рабочей частоты конкретного датчика, может приводить к рассеянию отражённого сигнала. Практически применимо следующее правило: если максимальная высота шероховатостей поверхности меньше длины волны звука, отражение будет преимущественно направленным. Если высота шероховатостей больше длины волны звука, отражение будет преимущественно диффузным (рассеянным). Наличие у объекта грубых шероховатых поверхностей приводит к сокращению зоны реагирования ультразвукового датчика.

Значительные степени шероховатости допускают большие отклонения угла наклона поверхности от идеального положения, если дальность объекта такова, что датчик реагирует на диффузную составляющую отражённого сигнала. В результате, например, уровень заполнения ёмкости крупнозернистыми материалами можно контролировать при отклонении поверхности до 45° от идеального положения. Конечно, датчик при этом должен быть расположен существенно ближе к объекту

На практике ультразвуковыми датчиками хорошо обнаруживаются следующие объекты:

· гладкие и твердые предметы, установленные под прямым углом к звуковому конусу;

· твёрдые шероховатые объекты, вызывающие диффузное отражение, независимо от ориентации их поверхности;

· поверхности жидких материалов, если они отклоняются не более чем на 3° от перпендикуляра к оси звукового конуса.

Плохо обнаруживаются:

· материалы, поглощающие ультразвуковые волны -- войлок, вата, шерсть, грубые текстильные изделия, пенопласт;

· материалы с температурой выше 100°С.

Для обнаружения таких материалов необходимо применять барьерные датчики (метод поглощения ультразвукового луча).



Заключение

В процессе работы над данным курсовым проектом был спроектирован ультразвуковой измеритель уровня жидкости. Был проведен анализ структурной схемы и электрической принципиальной, произведен выбор элементной базы, установлены метрологические характеристики устройства.

К достоинствам рассматриваемого устройства можно отнести малые размеры и потребляемую мощность, возможность измерения уровня агрессивных жидкостей.

Недостатком измерителя является то, что на поверхности жидкости не должны плавать большие посторонние предметы, изменяющие характер отражения ультразвуковой волны.

измеритель жидкость электрический



Литература

1. Василевская, Н. И. Конструирование радиоэлектронных устройств: учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1-08 01 01-02 «Профессиональное обучение. (Радиоэлектроника)» и учащихся специальности 2-39 02 02 «Проектирование и производство радиоэлектронных средств» / Н.И. Василевская, И.М. Снежкова, О.Н. Образцова. - Мн.: МГВРК, 2004.

2. Варламова, Р.Г. Справочник конструктора РЭА: общие принципы конструирования / под ред. Р. Г. Варламова.- М.: Радио и связь, 1980.

3. Галкин В.И. Полупроводниковые приборы. Транзисторы широкого применения /В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А. Прохоренко. - Мн.: Беларусь, 1995.

4. Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. Технические условия: ГОСТ 10316-78. - Введ. 01.01.79. Издание с Изменениями № 1, 2, 3, 4, 5, 6, утвержденными в октябре 1981 г., ноябре 1982г., июле 1984 г., марте 1986 г., июне 1991 г., июле 1995 г. (ИУС 1-82, 2-83, 1-85, 6-86, 10-91, 10-95). - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус.гос. ин-т стандартизации и сертификации, 1995

5. Достанко А.П. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства. / Достанко А.П., Ланин В.Л., Хмыль А.А., Ануфриев Л.П. - Мн.: Высш. шк., 2002.

6. Дульнев, Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре : учебник для ВУЭов по специальностям "КиПРЭА" / Г. Н. Дульнев. - М.: Высшая школа, 1984.

7. Единая система конструкторской документации. Виды изделий: ГОСТ 2.101-68. - Введ. 01.01.1971. Переиздание (апрель 2010 г.) с изменением №1, утвержденным в декабре 1984 г. (ИУС 3-1985), Поправкой (ИУ ТНПА № 4-2009). - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус.гос. ин-т стандартизации и сертификации, 1984.

8. Михнюк Т.Ф. Охрана труда. / Михнюк Т.Ф. - Мн.: Высш. шк., 2007.

9. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб.для радиотехнич. спец. вузов. / Ненашев А.П. - М.: Высш. шк., 1990.

10. Павлов, С. П. Губонина З.И. Охрана труда в приборостроении: учеб.для приборостроительных специальностей вузов / С. П. Павлов, З. И. Губонина; под ред. А.Г. Алексаняна - М. : Высшая школа, 1986.

11. Пикуль, М. И. Конструирование и технология производства ЭВМ: учеб. / М. И. Пикуль, И. М. Русак, Н. А. Цырельчук. - Мн.: Высш. шк., 1996.

12. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник. / Пирогова Е.В. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005.

13. Припои оловянно-свинцовые в изделиях. Технические условия: ГОСТ 21931-76 - Введ. 01.01.1978. переиздание 01.06.2000 с изм. 1. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус.гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2000.

14. Роткоп, Л. Л. Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА / Л. Л. Роткоп, Ю. Е. Спокойный. - М. : Сов.радио, 1976.

15. Рычина, Т.А. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы: учеб.для вузов: 2-е изд., перераб. и доп. / Т. А. Рычина, А. В. Зеленский. - М.: Радио и связь, 1989.

16. Седякина Т.С. Технико-экономическое обоснование дипломных проектов: учеб.-метод. пособие для студентов специальностей 01-08 01 01-02 «Профессиональное обучение. Радиоэлектроника», 01-08 01 01-07 «Профессиональное обучение. Информатика»/ сост. Т. С. Седякина, Г. Н. Сицко., Кирпичева О.А. - Минск: МГВРК, 2011.

17. Фещенко, Т.И. Технология и автоматизация производства аппаратуры: лаб. практикум для учащихся специальности 2-39 02 02 «Проектирование и производство радиоэлектронных средств». / Фещенко Т.И - Мн.: МГВРК, 2010.

18. Фрумкин, Г. Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры: учеб.для радиотехнич. спец. техникумов: 5-е изд., перераб. и доп. / Г. Д. Фрумкин. - М.: Высш. шк., 1989. Литература

Размещено на Allbest.ru