5.2. Практична частина

Варіант № 1. Розрахунок характеристик функціональних елементів датчиків температури.

Завдання та методичні поради.

Терморезистор із міді ( αт = 0,00428 1/ К ) має опір при температурі + 20*С - 97,5 Ом вибраний для діапазону виміру 0* С... + 150*С. відтворіть потрібні формули та визначте динаміку зміни опору Rt через кожні 30*С.

1. За даними п1 побудуйте, у масштабі, статичну характеристику та визначте чутливість терморезистора St Ом / град.

2. Зробіть відповідні висновки.

Варіант № 2. Розрахунок характеристик функціональних елементів датчиків температури.

Завдання та методичні поради.

Для виміру температури газів у діапазоні 0*С... 900*С використана термопара типу НК – СА, яка занурена в рідину на глибину l = 80 мм, працює на навантаження Rн = 200 Ом і має наступні параметри: ϱнк = 0,319...0,921 Ом мм* / м, ϱса = 0,33...0,35 Ом мм* / м, αнк = 0,001...0, 00037 Ом мм* / м, αса = 0,001 Оммм* / м та мідні з’єднуючі дроти з параметрами: l = 2 м, S = 6 мм*, ϱм = 0,0175 Ом мм* / м, αт = 0,00428 1/ К, коефіцієнт пропорційності k = 10… 20. Треба зробити наступне:

1. Відтворіть потрібні формули та розрахуйте опір зовнішнього електричного перетворення температури у напругу, для цього визначте опір: кожної складової електричного ланцюга через удільний опір, довжину занурення термопари та зрізи, а потім просумуйте їх.

2. Враховуючи що опір залежить від температури горячого спаю, зробіть потрібні розрахунки та побудуйте графік цієї залежності і визначте чутливість

Варіант № 3. Розрахунок характеристик функціональних елементів датчиків висоти.

Завдання та методичні поради.

Анероідна коробка висотоміра має максимальний прогин Хпч = 5 мм при тиску на землі 700 мм. рт. ст. Користуючись таблицею стандартної атмосфери, графічним методом побудуйте залежність Хпч = f ( H). Для цього:

1. Відтворіть потрібну формулу, самостійно задайтесь реально допустимими значеннями параметрів анероідної коробки та розрахуйте її ефективну площу.

2. Для діапазону тиску 700...10 мм. рт. ст., розрахуйте через кожні 100 мм. рт. ст. прогин анероїдної коробки та побудуйте її статичну характеристику , з якої визначте чутливість коробки.

Варіант № 4. Розрахунки характеристик функціональних елементів датчиків обертів.

Завдання та методичні поради.

Оберти вала здійснюються магніто – індукційним перетворювачем з чутливим елементом у виді алюмінієвого диска, товщина якого δ = ( 0,5... 0,7 мм) дорівнює 20% відстані між центрами двох магнітів rо = ( 8...14 мм ), температурним коефіцієнтом αд= о,3...0,5 1/ К, удільним опором ϱд = 0,1... 0,13 Ом мм* / м. Треба зробити наступне:

1. Відтворіть потрібну формулу та розрахуйте рухомий момент диску через кожну 1000 об / х для діапазону 1000... 6000 об / х.

2. За одержаними даними побудуйте статичну характеристику та поясніть як впливає на вимір температура, та як здійснюється компенсація.

Варіант № 5. Розрахунки характеристик функціональних елементів датчиків швидкості.

Завдання та методичні поради.

Манометрична коробка ( МК ) датчику швидкості від 50 до 800 км / г має параметри: діаметр коробки 60 мм, діаметр жорсткого центру 22 мм, максимально – допустиму похибку тертя δтр = 1% від швидкості, момент тертя Мтр = 0,1 Н/м встановлена на літаку, який летить на висоті 4000 м з швидкістю 400 км/ г. При цьому МК рівномірно переміщує ( Хпч = k Δ щітку вихідного потенціометру на кут φмах = 45 град Треба відтворити потрібні формули і визначити :

1. Абсолютну максимальну похибку від тертя ΔVтр через її максимально – допустиме значення та мінімальну швидкість.

2. Розрахунковий кут φр повороту щітки потенціометру, знаючи мінімальне значення та визначивши відношення максимально допустимого кута до максимальної швидкості.

3. Ефективну площу мембрани, знаючи її розміри Sеф та відповідну формулу.

4. Далі визначаємо густину повітря ϱн на висоті 4000 м через тиск на висоті за формулою ϱн = Pн4 / g R T4 = 459/ 9,8 [ 29,27 ( 288 – 6,5) 4 = 0,006.

5. Знаючи густину повітря на висоті 4 км. і швидкість на ній визначаємо швидкісний температурний коефіцієнт αтш = 0, 006 400 = 2,44.

6. На основі значень попередніх розрахунків визначаємо розрахункове значення прогину манометричної коробки в найтяжчих обставинах, тобто при Нмак та Vmіn за рівнянням

Хпчр = Мтр φр / Sеф αтш ΔVтр = 0, 0026 мм.

7. Знаючи що прогин манометричної коробки визначається як Хпч =Км , визначаємо коефіцієнт пропорційності між прогином і прирощенням тиску при Нмак. = 4 км. і Vмin = 50 км/ г, Км = Хпчр/ ΔР 0,5 = 0,0026/ 0,89 0,5 = 0,058.

8. Задаючи значення швидкості від 50 до 800 км/г а ΔР із аеродинамічної таблиці, визначити прогин коробки Хпч через кожні 100 км/ г та побудувати статичну характеристику Хпч = f ( V ) і визначити чутливість коробки.

Варіант 6. Розрахунки характеристик функціональних елементів датчиків рівня рідини.

Завдання та методичні поради.

Вимір рівня мастила здійснюють датчиком з потенціометричним перетворювачем рівня рідини у напругу: довжиною 100 мм і опором 200 Ом та напругою живлення 10В. Потрібно зашунтувати потенціометр щоб отримувати сигнали виду Uвих = Uж Sinx, де: х – величина переміщення щітки.

1. Для розрахунку шунтів потрібно побудувати криву Uвих = Uж Sinx і розділити її на три ділянки 0 -1 , 1 – 2, 2 – 3. Рис. 6. 1.

2. Вважаємо що ділянки мають довжину l1 = 50 мм, l2 = 30мм, l3 = 20мм, і що намотка виконана рівномірно , дротом однакового зрізу.

3. Виходячи з цього, визначаємо який опор приходиться на кожний міліметр і одержуємо значення опорів кожної ділянки R1 = ..., R2 = ..., R3 = ....

4. Із графіку ( рис. 6. 1. а ) визначаємо значення Х1 = ..., Х2 = ..., Х3 =... і одержуємо їх Sin, що дає можливість розрахувати прирощення напруги на кожній ділянці ΔU1 = …, ΔU2 = ..., ΔU3 = ...

5. Маючи електричну схему зашунтованого потенціометру ( рис. 6. 1. б ) на основі законів електротехніки складаємо формули для опору кожної ділянки, а з них формули для опору кожного шунта.

6. Далі розраховуємо значення опіру кожної ділянки через прирощення напруг на них: RД1 = R1, RД2 = R1 ( ΔU2 / ΔU1 ), RД3 = RД2 (ΔU3 / ΔU2 ), а потім за відповідними формулами розраховуємо значення опору шунтів

Варіант 7. Розрахунки характеристик функціональних елементів сигналізаторів тиску.

Завдання та методичні поради.

Для сигналізатора зміни тиску в межах 0,1 кг/см* від номінального значення 10 кг/ см* вибрали потенціометричний перетворювач переміщення в електричний сигнал за умовами:

• чутливий елемент мембрана;

• зміна тиску на Δp = 0,1 кг/см* викликає переміщення щітки потенціометру на Δl = 1 мм;

• навантаженням потенціометру є поляризоване реле з напругою спрацювання 0, 5 В і опором Rн = 5000 Ом, а живлення потенціометру складає Uж = 10 В;

Розрахунок характеристик потенціометру виконується у наступному порядку:

1. Виходячи з умов і знаючи напругу спрацьовування навантаження, визначаємо прирощення напруги при переміщені на 1 мм щітки потенціометру ΔU.

2. Вибираємо обмоточний дріт із ( константан, мідь, тощо)з параметрами: d – діаметр без уплітки ( 0,1...0.25 мм), d1 – діаметр з упліткою ( 0,13...0, 28 мм ), S – січенням ( 0, 001... 0, 0625 мм* 0, ρ – удільним опором, σ – щільністю струму( 1...3 а/мм* )/

3. Знаючи відношення Δl і ΔU та Uж, визначаємо довжину потенціометру l = ...

4. Кількість витків потенціометру визначаємо через довжину потенціометру та діаметр дроту W =…

5. Відтворюємо формулу для визначення опору потенціометру через відношення напруги живлення до зрізу дроту і щільність струму R =...

6. Маючи формулу визначаємо середню мінімальну довжину одного витка потенціометру

lcp = ΔU/ Δl (d1/ σ S ) (7.1 ),

а висота і ширина каркасу визначаються із формули

lcp = 2 ( h + b ) + π d1 , ( 7.2 )

де h – висота і b – ширина каркасу.

Варіант № 8. Розрахунки функціональних елементів електроємнісних датчиків палива.

Завдання та методичні поради.

Для виміру кількості палива в баці розмірами 100 ϰ 100 см використали трубчатий конденсатор із двох металевих трубок діаметрами D = 6 см та d = 4 см.

1. Треба розрахувати загальну ємність цього перетворювача рівня палива в ємність. Для чого:

1.1. Відтворюємо потрібну формулу та визначаємо ємність частини перетворювача зануреного в паливо на висоту h = 10 см, через значення діелектричної пронизливості п = ... та відомих значень потрібних параметрів трубок С1 = ...

1. 2. За аналогією визначаємо ємність С2 = .... не заповненої паливом частини перетворювача, враховуючи що пов = 1, а висота цієї частини перетворювача розраховується, як Н – h.

1.3. Визначаємо загальну ємність датчику С = ....

2. здійснюємо розрахунки загальної ємності через кожні 10 см рівня палива і будуємо статичну характеристику перетворювача та визначаємо його чутливість.

Варіант № 9. Розрахунки характеристик функціональних елементів датчиків вертикальної швидкості.

Завдання та методичні поради.

Чутливим елементом для вимірювача вертикальної швидкості вибраний диференцюючий ланцюг C = 1 мкф і R = 100 Ом, який реагує на сигнал 0...10В швидкості зміни висоти польоту. Стоїть задача найти аналітичне значення вихідної величини ланцюга Uвих = UR. Для цього діємо наступним чином:

1. Вважаємо, що напруга на вході ланцюга змінюється з швидкістю 1 В / с, і відтворив формулу для розрахунку постійної часу ланцюга визначаємо її θ = ... через відомі параметри ланцюга.

2. Знаючи, що вплив постійної часу на вихідний сигнал розраховується за формулою ( 1 – ) і для нашого випадку через t = 0,001с буде дорівнювати

1 - = ...

3. Відтворіть формулу визначення вихідної напруги через швидкість зміни напруги на вході ланцюга і постійної часу та розрахуйте значення Uвих = UR = ...

4. Відтворіть перехідну характеристику розглянутого ланцюга та поясніть її.

Варіант № 10. Розрахунки характеристик функціональних елементів датчика тиску.

Завдання та методичні поради.

Під дією тиску р = 10 кг/ см* тензометр із мідного дроту з напругою живлення Uж = 6 В та номінальним струмом І = 30 Ма змінює довжину на Δ l = 0,02 мм. Виберіть діаметр дроту d = ( 0, 1...0,25 мм ) та зріз S = ( 0,001... о, о5 мм ). Виконайте потрібні розрахунки та побудуйте статичну характеристику тензодатчику:

1. Маючи вихідні дані з наведених умов визначаємо загальний опір тензорезистору R = ...

2. Враховуючи що удільний опор міді ρ = 0, 0175 Ом мм*/ м та знаючи величину зрізу відтворюємо потрібну формулу визначаємо загальну довжину дроту l = ...

3. Знаючи довжину дроту і прирощення довжини визначаємо відносну деформацію σ = ...

4. Визначаємо прирощення опору ΔR = ... при деформації дроту, вважаючи що він складає , як правило, 2 % від загального опору.

5. Приймаючи до уваги те, що під дією тиску змінюється довжина дроту , його зріз і опір, що визначається коефіцієнтом електро – механічного зв’язку ( чутливості k = 0, 5…1,5) розраховуємо відносний опір з урахуванням цього коефіцієнту через відносну деформацію дроту

ΔR / R = k σ ( 10.1 )

6. відносну довжину дроту і відносний опір при тиску 10 кг/ см* зробіть розрахунки до тиску 100 кг / см* і побудуйте статичну характеристику тензодатчику.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. А.О. Андрусевич, В.С. Касьян, В.В. Стадник. Інформаційно – вимірювальні прилади, системи і комплекси авіоніки. КК НАУ. 2011. 350 с.

2. В.А. Боднер. Авиационные приборы. М. Машиностроение. 1969. 465 с.

3. Д.А. Браславский, С.С. Логунов, Д.С. Пельпор. Авиационные приборы и автоматы. М. Машиностроение. 1978. 432 с.

4. В.Г. Воробьев. Авиационные приборы и измерительные системы. М. Транспорт. 1981.400 с.

5. В.М. Шляндин. Элементы автоматики и счетно – решающие устройства. М. Машиностроение. 1967.306 с.

ЗМІСТ