Otchet_po_UIRgotovy

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Кафедра «Автоматика»

ОТЧЕТ

ОБ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

по теме «Разработка и исследование преобразователя сигнала тензометрического датчика»

Разработал:

Андронычев Е.А.

Руководитель:

Селяев Н.А.

Москва 2013г.

РЕФЕРАТ

Отчет 13 стр., 5 рис., 6 источников

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК, ИЗМЕРЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ, ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ;

Объектом исследования является тензометрический датчик.

Цель работы – разработка и исследование преобразователя сигнала тензометрического датчика.

Проведена учебно-исследовательская работа.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………….………..4

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ……………………………....………...6

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ……………………………….....……...…7

1 Разработка схемы преобразователя.............................................7

2 Устройство и технические характеристики…………………....8

3 Схема преобразователя сигнала тензометрического датчика....10

РЕЗУЛЬТАТЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ………………………...11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………….…..12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………….….13

ВВЕДЕНИЕ

Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.

В нашей жизни мы постоянно сталкиваемся и деформацией. Деформация растяжения, сжатия, сдвига, изгиба, кручения-все это может привести к разрушению конструкций, выводу техники из строя. Поэтому деформацию необходимо отслеживать и минимализировать.

Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Наиболее распространённый метод исследования деформации — с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются тензодатчики сопротивления, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.

В данной работе использовался тензометрический датчик

Тензометрический датчик (от лат. tensus — напряжённый) (тензодатчик) — прибор для измерения деформации различных конструкций, тензометрии. Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный, оптико-поляризационный, пьезорезистивный, волоконно-оптический или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Существуют разные типы датчиков:

• датчики силы (измеряет усилия и нагрузки)

• датчики давления (измерение давления в различных средах)

• акселерометры (датчик ускорения)

• датчики перемещения

• датчики крутящего момента

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В ходе учебно-исследовательской работы необходимо разработать преобразователь сигнала тензометрического датчика.

Технические требования

• В качестве датчика используется медицинский тензометрический датчик.

• Диапазон измеряемых напряжений постоянного тока в диапазоне от 0 до 10 В.

• Функция преобразования - линейная вида y(x)=А+Kx.

• Основная погрешность преобразования – не более 0.5%.

• Постоянная времени преобразователя не более 0,1 с.

• Питание изделия должно осуществляться от источника напряжения постоянного тока ±15 В ±5%.

• Условия эксплуатации – лабораторные.

Необходимо смоделировать схему в пакете Multisim, разработать печатную плату преобразователя в пакете Altium Designer. По разработанной схеме требуется изготовить и произвести монтаж печатной платы. Завершением УИР является исследование работы преобразователя на панели платформы NI ELVIS с использованием пакета Labview и написание отчета.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

1 Разработка схемы преобразователя

Для питания датчика используется напряжение с NI ELVIS +5В и -5В и стабилизируется стабилизатором напряжения LM7805.(рис.1)

Рис.1- Расположение выводов

Для усиления напряжения используется усилитель напряжения AD620(Рис. 2), имеющий разводку стандартную для 8-контактного корпуса. Его коэффициент передачи устанавливается с помощью одного внешнего резистора номиналом 50Ом. В схеме используются конденсаторы номиналом 0,22мкФ, они играют роль фильтров высоких и низких частот.

Предполагаемый диапазон изменения выходного напряжения 0÷5 В.

Рис.2 – Расположение выводов

2 Устройство и технические характеристики

В качестве тензометрического датчика используется мост Уитстона.

В качестве усиления напряжения был выбран AD620, дающий на выходе 5 В.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ AD620

Набор устанавливаемых коэффициентов передачи 1 ... 10000

Коэффициент подавления синфазной помехи 90 дБ (G=10)

Малое время установления (до 0,01%) 20 мкс (G=10)

Малое напряжение смещения 50 мкВ

Малый дрейф напряжения смещения 0,6 мкВ/°С

Малый ток смещения 25 нА

Низкий уровень шумов (f=1кГц) 9 нВ/√(Гц)

Низкое потребление при однополярном питании 575 мкА

Широкий диапазон питающих напряжений +2,7 В...+12 В

Промышленный диапазон температур -40...+85oС

Корпус 8-контактный для всех модификаций DIP-8, SOIC-8, μSOIC-8

После усиления сигнала выяснилось, что нужно смещение нуля, для этого в работе используется операционный усилитель OP97.

Рис.3 Операционный усилитель OP97

Технические характеристики OP97

Скорость нарастания выходного напряжения	0.2 V/µs
Полоса пропускания -3Дб	900kHz
Ток - входного смещения	30pA
Напряжение входного смещения	10µV
Ток выходной	380µA
Напряжение-выходное, Single/Dual (±)	±2 V ~ 20 V
Рабочая температура	-55°C ~ 125°C
Тип монтажа	Выводной
Корпус (размер)	8-CDIP (0.300", 7.62mm)
Корпус	8-CERDIP

3 Схема преобразователя сигнала тензометрического датчика (Multisim, Altium Designer)

Рис. 4 – Схема преобразователя сигнала тензометрического датчика в Multisim 12.0

Рис.5 - Схема преобразователя сигнала транзисторного термодатчика в Altium Designer

РЕЗУЛЬТАТЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

В процессе конструирования была проведена учебно-исследовательская работа, составлен отчёт и конструкторская документация. Печатная плата была изготовлена в лабораторных условиях по ранее составленной схеме. Был произведён монтаж элементов на печатную плату.

В результате учебно-исследовательской работы получился преобразователь сигнала тензометрического датчика.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате данной УИР был создан опытный образец преобразователя сигнала тензометрического датчика. Изделие было изготовлено в соответствии с поставленными требованиями. Учебно-технический уровень данной УИР полностью соответствует современным требованиям, и в данной работе применялись все современные технологии. Было произведено оформление отчета и конструкторской документации на изделие.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Интегрированное средство проектирования, пакет Multisim 10.1

2. Система автоматизированного проектирования электроники Altium Designer

3. Хоровиц П. Хилл У. Искусство схемотехники, т.1. Пер. с англ., М: Мир 1993, - 413 с.

4. Популярные контактные технологии термометрии

pmm@midaus.com

5. Конфлин Р., Дрискол Ф. Операционные усилители и линейные интегральные схемы. Пер. с англ., М.: Мир 1979, - 360 с.

6. http://www.analog.com

13