Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Мостова схема вимірювального елемента напруги з нелінійним опором



МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

 

КАФЕДРА АВТОМАТИКИ ТА ЕЛЕКТРОПРИВОДА

 

Методичні вказівки

до виконання розрахунково-графічної роботи

 

на тему «Розрахунок мостових схем

Електромеханічних систем автоматики»

 

із дисципліни «Технологічні вимірювання та прилади»

для студентів напряму підготовки 6.050702 «Електромеханіка»

усіх форм навчання

 

 

Полтава 2015


Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи на тему «Розрахунок мостових схем електромеханічних систем автоматики» із дисципліни «Технологічні вимірювання та прилади» для студентів напряму підготовки 6.050702 «Електромеханіка» усіх форм навчання. – Полтава: ПолтНТУ, 2015. – 27 с.

 

Укладачі: В.В. Борщ, кандидат фізико-математичних наук, доцент;

О.Б. Борщ, кандидат технічних наук, доцент.

 

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри автоматики та електропривода С.В. Козелков, доктор технічних наук, професор.

 

Рецензент: О.В. Шефер, кандидат технічних наук, доцент.

 

 

Затверджено науково-методичною

радою університету

Протокол № від 2015 р.

 

 

Коректор І.Л. Петренко

 

 

45.45.18.03

 


Загальні положення

Сучасна вимірювальна техніка дає можливість не тільки виконувати вимірювання фізичних величин, що характеризують технологічні процеси в широкому діапазоні їх значень, але й забезпечувати інформацією про їх динаміку системи автоматизованого та автоматичного керування.

Для успішної роботи систем автоматичного контролю та керування необхідна об’єктивна оперативна інформація про стан об’єкта керування, яка отримується в процесі технологічних вимірювань за допомогою вимірювальних перетворювачів (датчиків, сенсорів).

Достовірність первинної інформації в першу чергу визначається вибором сенсорів та якісними розрахунками елементів автоматичних систем.

Виконання розрахунково-графічної роботи систематизує та розширює теоретичні знання студентів із дисципліни, сприяє формуванню вмінь та навичок інженерних розрахунків найбільш поширених вимірювальних та її підсилювальних елементів автоматичних систем.

Розрахунково-графічна виконується на аркушах формату А-4 згідно з нормами ДСТУ 3008-95.

Титульний аркуш оформляється за наведеними в додатках зразками.

Студент виконує інженерні розрахунки чотирьох мостових схем автоматичного керування електромеханічними системами та представляє результати обрахунків у вигляді таблиць, графіків та креслень.

Варіанти індивідуальних завдань визначаються за допомогою таблиць, наведених у тексті задач.


Мостова схема вимірювального елемента напруги з нелінійним опором

 

Мостова схема з одним або двома однаковими нелінійними опорами у двох протилежних плечах може бути вимірювальним елементом напруги у системі стабілізації напруги генератора постійного чи змінного струму. На рис. 1 показана схема вимірювального елемента напруги з одним нелінійним опором r.

 

 

Рис.1. Мостова схема вимірювального елемента напруги з нелінійним опором

 

Резистори r1, r2, r3 практично постійного опорувиконані з манганінового дроту. За допомогою одного з них міст урівноважується , якщо на вході напруга рівна заданому значенню . При відхиленні в той чи інший бік від за рахунок зміни струму в опорі r змінюється його величина внаслідок нагрівання, і міст виходить із рівноваги у відповідну сторону. Задане значення можна змінювати, регулюючи величину опору одного з постійних резисторів.

Схема з двома однаковими нелінійними опорами має у два рази більшу чутливість, ніж з одним, за інших рівних умов.

Нелінійними опорами можуть бути як теплоінерційні опори (термістори, баретори, лампи розжарювання), так і безінерційні (віліти, тирити, лампи тліючого та дугового розряду), в яких опір безпосередньо залежить від величини струму.

Для послаблення впливу на роботу схеми змін температури навколишнього середовища краще вибрати безінерційні опори, особливо тирити та віліти, а з теплоінерційних – лампи розжарювання. Для збільшення швидкодії схеми придатні всі безінерційні опори, але найкращими є тирити та віліти. Однак при живленні моста змінним струмом доводиться вибирати теплоінерційний опір із великою сталою часу, поступаючись швидкодією схеми.

Статична чутливість мостової схеми в режимі холостого ходу

, (1.1)

де – повний та диференційний опори, Ом, визначені таким чином [3]:

повний опір

; (1.2)

 

диференційний опір

, (1.3)

–опір термістора при ;

– вибране значення струму;

– коефіцієнт теплопередачі.

Найбільша потужність на виході схеми досягається при узгодженому навантаженні, тобто , де

. (1.4)

При цьому .

При неузгодженому навантаженні

. (1.5)

З урахуванням формул (1.4) та (1.5) чутливість схеми при включеному навантаженні

. (1.6)

Стала часу схеми

, (1.7)

де – стала часу термістора, с;

, (1.8)

– повна теплоємність, Дж/К;

– маса, кг;

– питома теплоємність термістора, Дж/(кг×К).

Як видно з рівняння (1.1), досягає максимуму, який існує при rдиф > 0 і дорівнює

< , (1.9)

при .

Останній вираз показує, що відношення потрібно вибирати якомога більше або менше одиниці, щоб наблизити до одиниці. Робочу точку на вольт-амперній характеристиці нелінійного опору, яка відповідає максимуму чи мінімуму , легко знайти, якщо перебудувати її в логарифмічному масштабі, оскільки

.

Шуканими точками будуть точки перегину.

Якщо точку з координатами , прийняти для врівноваженого стану моста, то вибирати r1за формулою (1.9) можна за умови, що не задана чисельно, оскільки рівняння , де , вже визначає r1. Величина не задана чисельно, якщо подається на вхід схеми через трансформатор або подільник, коефіцієнт передачі якого ще не вибраний.

При < 0 та < безмежно зростає, якщо , то схема працює в режимі підсилювача з > 1. Чим більший , тим сильніший вплив на роботу моста сторонніх факторів, наприклад зміни температури навколишнього середовища. Отже, в цьому режимі залежно від стабільності вольт-амперної характеристики нелінійного опору не слід домагатися великого значення .

При < 0 та > схема переходить у релейний режим, який нас не цікавить.

Розрахунок схеми в режимі холостого ходу має практичний інтерес, коли опір навантаження rн у багато разів більший від внутрішнього опору схеми, що визначається рівнянням (1.2). При цьому звичайно вибирають . Тоді з умови рівноваги моста випливає, що .

При включенні навантаження статична чутливість схеми за абсолютним значенням зменшується до величини, яка визначається рівнянням (1.2) або (1.6). При узгодженому навантаженні корисна потужність у навантаженні та ККД схеми досягають максимуму. При розв’язанні задачі синтезу задана величина опору . З формули (1.6) видно, що збільшується при зменшенні , наближаючись до визначеної межі, яка практично недосяжна через обмеження, котрі накладаються потужністю, що розсіюється в гілці , . Звичайно вибирають , тоді . Функція має максимум при

, (1.10)

який дорівнює

, (1.11)

та існує при .

Користуватись рівнянням (1.10) можна тільки в тому випадку, якщо чисельно не задане, оскільки визначає рівнянням

, (1.12)

де – струм, що проходить через нелінійний опір при рівновазі моста ; для збільшення різниці його бажано вибирати близьким до допустимого значення , яке визначається допустимою потужністю розсіювання у даному термісторі.

При , але при додатному знаменнику рівняння (1.6) зберігається підсилювальний режим схеми. Для збільшення струм доцільно вибирати якомога більшим.

При використанні термістора як нелінійного опору за невеликих змін струму вольт-амперна характеристика його описується рівнянням [3]

, (1.13)

де – опір термістора за відсутності струму.

 

Задача 1

Розрахувати схему вимірювального елемента напруги (див. рис. 1) на лампі розжарювання при заданій напрузі й опорі навантаження.

 

Вихідні дані

· Вихідна напруга Uзад, В.

· Значення опору навантаження rн, Ом.

· Температура навколишнього середовища Θср, ºС.

Відповідні значення вихідних даних узяти з таблиці 1 згідно з варіантом.

Завдання

· Вибрати нелінійний опір вимірювального елемента.

· Обчислити максимальне та реальне значення статичної чутливості вимірювального елемента напруги.

· Вирахувати сталу часу й споживану потужність вимірювального елемента.

Таблиця 1

Значення вихідних даних для варіантів завдань задачі 1

№ вар. , В , Ом , °С

Порядок розрахунку

 

1. Накреслити схему вимірювального елемента напруги.

2. Вибрати лампу розжарювання з вольфрамовою ниткою з напругою та опором, близьким до і ; її параметри: В; А; ; температура нитки лампи розжарювання ; с.

3. Скориставшись рівнянням теплового балансу , обчислити коефіцієнт теплопередачі k

.

4. Вирахувати r0 при номінальних значеннях напруги Uном і струму Iном, скориставшись співвідношенням (1.13),

5. Прийнявши (для подовження терміну роботи лампи), з рівнянь (1.2) і (1.3) визначити rп і rдиф:

6. Для обчислення максимального значення статичної чутливості вимірювального елемента напруги прийняти . Числове значення визначити за формулою (1.10)

З рівняння (1.11) обчислити :

.

З рівняння (1.12) визначити

7. Обчислити реальне значення опору r1 за формулою (1.12)

, Ом.

Прийнявши і , визначити реальне значення статичної чутливості вимірювального елемента (1.6)

8. З рівняння (1.7) знайти сталу часу елемента

9. Вирахувати споживану потужність вимірювального елемента, виходячи з міркування

,

де r – опір схеми.

Для мостової схеми очевидно

;

остаточно

.

 

Задача 2

Розрахувати вимірювальний елемент напруги на напівпровідниковому термісторі. Температура навколишнього середовища = 20°С. (див. рис. 1).

Вихідні дані

· Задана напруга змінного струму Uзад, В.

· Опір навантаження rн, Ом.

Відповідні значення вихідних даних узяти з таблиці 2 згідно з варіантом.

Завдання

· Обрати нелінійний опір – напівпровідниковий термістор для оптимальної роботи мостової схеми вимірювального елемента напруги.

· Обчислити й вибрати опори для забезпечення максимального коефіцієнта корисної дії мостової схеми.

· Визначити чутливість, постійну часу та споживану потужність схеми.

 

Порядок розрахунку

1. Накреслити схему вимірювального елемента (див. розділ 1).

2. За довідником вибрати напівпровідниковий термістор з опором, близьким до значення , при заданій температурі. Таким є термістор ТОС-М, який має параметри: кОм; мА; 1/K; мВт; с; 0…180°С; мВт/K і вагу Н.

Необхідні для розрахунку значення та при температурі навколишнього середовища = 20°С і струмі взяти з роботи [3]; Ом, Ом.

3. Скориставшись рівнянням (1.7), визначити опір резистора моста :

.

4. Для забезпечення максимального коефіцієнта корисної дії вибрати мостову схему з рівними плечами та узгодженим навантаженням, тобто

, .

 

Таблиця 2

Значення вихідних даних для варіантів завдань задачі 2

№ вар. , В , Ом

 

 

Статичну чутливість вимірювального елемента напруги К обчислити за рівнянням (1.2)

, В/K .

5. Визначити постійну часу вимірювального елемента Т за рівнянням (1.7)

, с .

6. Споживану потужність елемента обчислити, виходячи з міркувань

,

де r – опір схеми.

Для мостової схеми очевидно

;

, Вт .

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.