3.3 Розробка структурної схеми комплексу технічних засобів

Структурна схема комплексу технологічних засобів наведена на рис. 3.1 (Креслення А11.00АТХ.02.С1).

Д - Перетворювач зміного струму в постійний;

С - Сильфон;

КІ - Котушка індуктивності;

АЦП - Аналогово-цифровий перетворювач;

МІ - Мікроконтролер PIC16f877;

ПЗП - Пам'ять. Запам'ятовуючі пристрої;

РКІ - Рідкокристалічний індикатор AC-162BGA;

ТЕ – вимірювальний перетворювач температури;

МЕ – вимірювальний перетворювач вологості;

К - клавіатура.

Рис 3.1 - Структурна схема комплексу-технологічних засобів

3.4 Розробка принципової електричної схеми

Принципова електрична схема розробленого вимірювального перетворювача тиску показана на кресленні А11.АТХ.03.ЕЗ.

При використанні контролера PIC фірмою-виробником рекомендовано до виводу живлення приєднати фільтруючий конденсатор ємністю не менше 0.1мкФ. На схемі ці конденсатори позначені С3, С1.

Паралельно лініям OSC1і OSC2 приєднується кварцовий резонатор, частота якого дорівнює 4МГц. Між мінусом живлення і лініями OSC1 і OSC2 ставляться конденсатори ємністю 100пф (на схемі С1 і С2).

У клавіатурній матриці опитуванні лінії повинні бути підтягнуті до живлення через вбудовані резистори порту В. Три кнопки S12, S13, S14, які призначені для запуск/пуск барографа, для вимірювання та передачі вимірювальних результатів.

Індикатор LSD рідкокристалічний AC-162BGA. Розрахований для відображення двох рядків по 16 знаків у кожному. Підключення до мікроконтролера за схемою з восьми провідною шиною для передачі даних (Для цих цілей задіяний PORT C мікроконтролера), керуючі сигнали для LSD передаються з виводів RA1-RA3 мікроконтролера. Резистор R15 встановлено для зміни контрастності індикатора.

3.5 Розрахунок котушки індуктивності та сильфона

3.5.1 Схема індуктивного датчику механічних переміщень зображена на рис. 3.2.

Рис. 3.2 - Схема диференційного індуктивного перетворювача

Індуктивність котушки у функції повітряного зазору при умові постійності конструктивних параметрів перетворювача розраховуємо за формулою:

,

(3.1)

де

w – число витків котушки;

R_маг – магнітний опір сталевого магнітопроводу, 1/Г;

f_воз – величина повітряного зазору, см;

S_маг – площа перерізу магнітопроводу, см².

3.5.2 Вихідні дані:

величина повітряного зазору f_воз змінюється від 0,001 до 0,9 мм;

z_нач - опір навантаження, z_нач=120 Ом;

U - напруга живлення, U=36 В;

w - частота напруги живлення, w=50 Гц;

- відносна зміна опору плечей мостової схеми з індуктивностями, ;

- очікувана зміна опору плечей мостової схеми з індуктивностями 30 Ом.

3.5.3 Розрахунок

Середня величина зазору:

0,3;

мм

Максимальна напруга виходу:

,

(3.2)

В

Струм в навантаженні:

,

(3.3)

А

Діаметр дроту при допустимій щільності струму і=2 А/мм²:

мм.

Перетин дроту:

q = πr2

(3.4)

q = 3,14 · 0,06² = 0,0113 мм².

Перетин полюса магнитодроту ƒ_воз/α = 0,25 (приймаємо ƒ_воз/α = 0,3), а=3/0.3 = 10 мм (а і b дорівнює 10 мм), S_пол = 1 см².

Еквівалентний внутрішній діаметр обмотки (при товщині каркаса котушки 0,5 мм):

,

(3.5)

мм.

Зовнішній діаметр обмотки (при товщині намотування 6 мм):

D_зов=13,4+2·6=25,4 мм.

Середній діаметр:

Dср=0.5(Dзов+Dвн),

(3.6)

D_ср=0.5·(13,4+25,4)=19,4 мм.

Середня довжина витка:

Lср=π·Dср,

(3.7)

L_ср=3,14·19,4=61 мм.

Магнітний опір повітряного зазору:

,

(3.8)

Приблизна кількість витків:

(3.9)

.

Довжина дроту:

L_пр=π·D_ср·ω (3.10)

L_пр=3,14·0,19·10^-2·6900=420 м.

Опір дроту:

(3.11)

Ом.

Обмотка суцільна щільна, так як d=0,123<0,35 мм. Число витків ω₀=4000.

Площа вікна обмотки:

S_о= (3.12)

S_o= =1,72см².

При товщині обмотки 0,6 см довжина каркаса котушки:

L_кар= (3.13)

L_кар= =2.87см, приймаємо L_кар=30 мм..

Поверхня охолодження:

S_бок=π·D_вн·L_кар (3.14)

S_бок=3,14·2,54·3=23,9 см².

Допустима потужність:

P_доп= =10 см/Вт, (3.15)

P_доп=23.9/10=2.39Вт.

Фактична потужність:

Р_ф= (3.16)

Р_ф<Р_доп.

3.6 Вибір сильфону та розрахунок його максимального ходу

Зовнішній вигляд сильфону, що вибирається в дипломному, представлено на рис. 3.3.

Рис. 3.3 – Зовнішній вигляд сильфону та його параметри

Обрано сильфон з наступними параметрами:

Р – тиск що вимірюється, Р=250 кПа;

D_с – зовнішній діаметр, D_с=100 мм;

D_о – внутрішній діаметр, D_о=75,5 мм;

h_c – товщина стінок, h_c=0,19 мм;

n – кількість гофрів, n=8;

l_гоф – крок гофру, l_гоф=6,1 мм.

Визначимо залежністі ходу сильфона від прикладеної осьової сили (D_с<150мм):

, (3.17)

де

- навантаження на сильфон, визначається за формулою:

,

Тоді

мм

Хід сильфону

мм.