Курсовые работы / ЗРК КРУГ / МАТЕРИАЛ / Расчет инклинометра

Приборы измерения механических величин

Преобразователи положения

Преобразователи

вибрации

Преобразователи

углов поворота

(энкодеры)

Преобразователи

угловых

перемещений

Преобразователи

углов наклона

(инклинометры)

Преобразователи

линейных

перемещений

Индуктивные

Преобразователи

угловой

скорости

Дифференциаль-ные емкостные

Фотоэлектрические

Рисунок № - Классификация приборов измерения механических величин

Преобразователи положения предназначены для преобразования информа­ции о место­нахождении объектов, перемещающихся относительно чувстви­тельного элемента преобразователя, в дискретный электрический сигнал. Максимальная частота срабатывания преобразователя при активной нагрузке не менее 1 кГц.

Преобразователи измерительные линейных и угловых переме­щений предна­значены для получения информации в виде аналогового электрического сиг­нала о линей­ном или угловом положении или перемещении подвижных ор­ганов исполнительных механизмов и используются в устройствах цифровой индикации и программного управления в измеритель­ной технике, станко­строении, робототехнике, судостроении и т. п. Принцип действия преобразо­вателей основан на изменении индукции между обмотками подвижной и не­подвижной частей преобразователя при изменении их взаимного положения. Тип преобразователя — синусно-косинусный.

Преобразователи круговых перемещений предназначены для преобразования информации о величине и направлении пере­мещения рабочих органов стан­ков, машин, приборов и других в электрический сигнал. Принцип действия преобразователя ос­нован на модуляции светового потока растровым сопря­жением, состоящим из подвижного и неподвижного лимбов с равными уг­ло­выми шагами и совмещенными центрами. Модулированный пере­мещением световой поток на фотоприемнике преобразуется в ана­логовый электриче­ский сигнал и поступает в нормирующий элек­тронный блок, в котором про­исходит преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Исходя из выше приведенной классификации будем использовать дифферен­циальный емкостной инклинометр.

Инклинометр представляет собой дифференциальный емкостной преобразо­ватель наклона, включающий в себя чувствительный элемент в форме кап­сулы (рисунок №). Капсула состоит из подложки с двумя планарными элек­тродами, покрытыми изолирующим слоем, и герметично закрепленным на подложке корпусом. Внутренняя полость корпуса частично заполнена прово­дящей жидкостью, которая является общим электродом чувствительного элемента. Общий электрод образует с планарными электродами дифферен­циальный конденсатор. Выходной сигнал датчика пропорционален величине емкости дифференциального конденсатора, которая линейно зависит от по­ложения корпуса в вертикальной плоскости.

Рисунок № - Чувствительный элемент инклинометра

Электронный блок питается от однополярного напряжения 10 В, потребляя при этом ток до 10мА. При этом допускается пульсация питающего напря­жения до 200мВ. Выходной сигнал: однополярное или двухполярное посто­янное напряжение, лежащее в пределах от 0 до ±10В с напряжением нагрузки от 10кОм. Напряжение пульсации на нагрузке - менее 0.1% номинального выходного сигнала. Максимальное удаление электронного блока от кон­трольного пункта - до 2000м. Внешний вид инклинометров показан на ри­сунке №.

Чувствительный элемент инклинометра выполнен в виде ампулы, установ­ленной на печатной плате электронного преобразователя (тип IPU-3). Габа­риты электронного преобразователя вписываются в размеры 34х34х10мм. Инклинометры могут использоваться в тяжелых условиях эксплуатации и выдерживают удары до 10g в любом направлении. При испытании на проч­ность в течение 4-х часов датчики выдержали 30 000 ударов с пиковым уско­рением 10g.

Емкостные измерительные преобразователи работают на переменном токе. Принцип их действия основан на измене­нии емкости конденсатора, опреде­ляе­мой соотношением

где ε = 2,2 - относительная диэлектрическая проницаемость ди­электрика;

S = 4*10^-4 - площадь пластины, м²;

δ — толщина диэлект­рика, м;

ε₀ =1/6π*10^-9 – электрическая постоянная, Ф/м

Обеспечение датчика реверсивностью осуществляется путем применения мос­товых схем включения двухтактных емкостных измерительных преобра­зователей.

Емкость каждого планарного электрода такого емкостного датчика:

где δ1 и δ2 – величина зазора для нижней и верхней частей схемы соответст­венно.

(мкФ)

(мкФ)

Выходное напряжение мостовой схемы

где U – входное напряжение датчика

(В)

Рисунок № - Статическая характеристика емкостного датчика