Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Ю.Р. Кревченко

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

Учебно-методическое пособие к практическим занятиям

Новочеркасск

ЮРГТУ

2008

УДК 621.317 : 004.9 (075.5)

ББК 30.2я73

К 79

Рецензенты: доц., канд. техн. наук Е.В. Кириевский;

доц., канд. техн. наук Г.С. Галикян

Кревченко Ю.Р.

К 79 Основы проектирования приборов и систем: учеб.-метод. пособие к практическим занятиям / Ю.Р. Кревченко; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. – 131 с.

Приведены расчетные задания для практических занятий по курсу «Основы проектирования приборов и систем». Первые три задания посвящены построению и анализу математических моделей элементов и узлов средств измерений (СИ), четвертое и пятое задания знакомят студентов с методикой проектирования СИ и их элементов. Каждое задание содержит постановку задачи расчета, необходимые сведения из теории, схему алгоритма и числовой пример расчета. В приложениях приведены исчерпывающие справочные материалы по математике, физике, электротехнике и информатике, необходимые для выполнения расчетных заданий.

Предназначено для студентов вузов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии».

УДК 621.317 : 004.9

ББК 30.2я73

© Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), 2008

© Кревченко Ю.Р., 2008

Введение

Проектирование средства измерения (СИ) – процесс составления описания, необходимого для создания нового СИ, удовлетворяющего определенным условиям и имеющего заданные параметры.

Процесс проектирования СИ в общем случае состоит из последовательности ряда процедур:

1. анализ структуры (конструкции) СИ и выявление физических процессов и закономерностей в основе его функционирования;

2. учет всех имеющихся особенностей, ограничений и запрещенных режимов;

3. разработка математической модели СИ на основе некоторого математического аппарата и математических методов;

4. исследование математической модели СИ во всем допустимом диапазоне изменения входных параметров и внешних воздействий;

5. исследование математической модели СИ в области ограничений;

6. выбор с помощью математической модели СИ, его конструктивных, метрологических, технологических и других параметров, данных в задании на проектирование СИ.

Предлагаемые далее темы расчетных заданий к практическим занятиям позволят студентам освоить основные этапы проектного расчета ряда реальных устройств.

Тема 1 «Построение математической модели С-образного электромагнита и анализ его характеристик» и Тема 2 «Построение математической модели дифференциального трансформаторного индуктивного преобразователя прямоходного типа» посвящены наиболее актуальным вопросам проектирования:

• детальному анализу принципов работы и особенностей конструкции предложенных устройств;

• выбору и обоснованию математического аппарата и математических методов, необходимых для построения математической модели предложенных устройств;

• исследованию с помощью полученных математических моделей свойств и особенностей работы предложенных устройств.

В теме 3 «Анализ эффективности электромагнитных экранов» проводятся исследования повышения эффективности помехозащищенности элементов и узлов средств измерений с помощью магнитостатических и электромагнитных экранов.

В теме 4 «Проектный расчет трехпредельного стрелочного микроамперметра постоянного тока» решается задача выбора стандартных резисторов измерительной части схемы для обеспечения заданных диапазонов измерения и заданной систематической погрешности проектируемого микроамперметра.

В теме 5 «Проектный расчет дросселя» приведен алгоритм проектной задачи отыскания параметров устройства (дросселя), обеспечивающих с определенной точностью нахождение заданного значения индуктивности дросселя при заданном соотношении его длины к диаметру.

Каждая тема снабжена схемой алгоритма расчета, а также дан числовой пример расчета.

В приложениях приведены сведения по математике, физике, электротехнике и информатике, необходимые для выполнения предлагаемых расчетных заданий.

Тема 1. Построение математической модели

С-ОБРАЗНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТА И АНАЛИЗ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИК

1.1. Описание моделируемого объекта

Моделируемый С-образный электромагнит (ЭМ) схематически изображен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Моделируемый электромагнит:

1 – С-образный магнитопровод; 2 – электрическая катушка; 3 – рабочий воздушный зазор; 4 – полюсной торец магнитопровода

ЭМ предназначен для создания магнитного поля в рабочем воздушном зазоре 3 под действием электрического тока, протекающего в электрической катушке 2.