Разработка программного обеспечения микропроцессорной системы автоматической коррекции скорости / new / Диплом - Сергей / 1

3 ВЫБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

3.1 Выбор датчика обратной связи САР скорости движения рабочего органа металлорежущего станка

В качестве датчика обратной связи САР скорости движения рабочего органа станка выбираем гидроэлектрический преобразователь плотности (ГЭПП), предназначенный для измерения плотности минеральных масел.

Конструкция применяемого ГЭПП изображена на рисунке 3.

1 – трубопровод

2 – капилляр

3 – проточная часть ГЭПП

4 – катушки индуктивного датчика

5 – магнитожидкостный сенсор

Рисунок 3 – Конструкция ГЭПП

Чувствительным элементом ГЭПП является полусферический поплавок 5, выполненный из эластичной резины и заполненный магнитной жидкостью. Так как магнитная жидкость обладает намагниченностью благодаря наличию ферромагнитных частиц, то поплавок выполняет роль сердечника дифференциального индуктивного датчика. В ГЭПП используется магнитная жидкость марки Т-40. Материал оболочки поплавка – эластичная масло- и кислотостойкая резина.

ГЭПП представляет собой полый стакан 3, соединенный через капилляр 2 с трубопроводом 1, по которому проходит исследуемая жидкость. Стакан расположен внутри катушек индуктивного датчика 4, сердечником которого является МЖ сенсор 5, жестко закрепленный по верхнему краю стакана.

Измерительный стакан имеет размеры: высота=45 мм, диаметр=35 мм, толщина стенок=1мм. Размеры магнитно-жидкостного сенсора: длина 17,35 мм; толщина оболочки 0,05 мм. Капилляр имеет размеры: длина=45 мм, диаметр =5 мм. Длина трубопровода 76 мм, диаметр трубопровода 8 мм. Капилляр 2 представляет собой трубку из оргстекла.

При измерении плотности на магнитно-жидкостный сенсор воздействует поток жидкости. От характера воздействия, то есть распределения сил по поверхности магнитно-жидкостного сенсора, зависят многие факторы, влияющие на качество работы ГЭПП: долговечность оболочки МЖ сенсора; чувствительность МЖ сенсора к изменению скорости потока.

Объем магнитной жидкости в чувствительном элементе:

V_мж=h²(r-1/3h),

где V_мж - объем магнитной жидкости, м³;

h – высота сегмента чувствительного элемента, в котором находится магнитная жидкость, м;

r – радиус сегмента чувствительного элемента, м.

V_мж=3,140,015² (0,0175-1/30,015)=8,83510^-6(м³)

Масса магнитной жидкости в оболочке:

m=V_мж_мж,

где m - масса магнитной жидкости в оболочке, кг;

_мж – плотность магнитной жидкости, кг/м³.

m=8,83510^-610³=8,83510^-3 (кг).

Параметры катушек дифференциального индуктивного датчика:

- высота H_к, мм 20;

- внутренний диаметр D_вн, мм 35;

- внешний диаметр D_в, мм 45;

- высота намотки Н_н, мм 4;

- внешний диаметр D_в, мм 45;

- высота намотки Н_н, мм 4;

- число витков N 2553;

- длина медного провода l, мм 2672.

Принцип действия ГЭПП: при изменении плотности рабочей жидкости происходит деформация чувствительного элемента ГЭПП. Это приводит к изменению взаимоиндуктивности измерительных катушек дифференциально-индуктивного датчика и, следовательно, к изменению значений тока.

Входные характеристики ГЭПП:

- напряжение U_вх, В 12;

- изменение плотности потока , кг/м³ 860…880.

Выходные характеристики ГЭПП:

- максимальное напряжение U_вых, В 0,06;

- максимальный ток I, А 0,005.

Статическая характеристика ГЭПП представляет собой зависимость тока индуктивного датчика от плотности исследуемой среды I=f(ρ).

Экспериментальные данные, полученные при исследовании статических характеристик ГЭПП, аппроксимируются линейными зависимостями методом наименьших квадратов по формуле:

I=b+k∙ρ,

Коэффициенту k соответствует чувствительность ГЭПП, определяющаяся по формуле:

При выбранных конструктивных параметрах наибольшая чувствительность ГЭПП, равная 0,222 мА∙м³/кг, для давления рабочей жидкости 0,045 МПа достигается при расходе 0,16 м³/ч. Статическая характеристика описывается зависимостью:

I= -190+0,222∙ρ,

ρ, кг/м³

Рисунок 4 - Статическая характеристика ГЭПП, соответствующая

наибольшей чувствительности.

Динамическая характеристика ГЭПП представляет собой зависимость напряжения на измерительных катушках от плотности в переходном режиме U=f(Δρ).

Динамические свойства объекта описываются передаточной функцией: