Разработка вторичного эталона единицы длины для измерения уровня жидкости, страница 6

результатов измерений используется нониусное устройство, обеспечивающее точность считывания 0,1мм. В качестве контрольного (эталонного) средства измерительной техники может использоваться, например, штангенрейсмасс.

При включении тумблера “ПУСК­” электропривод начинает вращаться в противоположном направлении и ОДУ-э начинает подыматься вертикально вверх до поверхности установочного фланца. При соприкосновении пристыковочной части ОДУ-э с поверхностью установочного фланца срабатывает концевой выключатель и ОДУ-э автоматически останавливается.

2.3.2  Принципиальная электрическая схема макета эталона

В данном проекте разработана электрическая принципиальная схема макета эталона, который предназначен для проведения метрологических исследований и определения основных погрешностей рассматриваемого (электроконтактного лотового) метода измерения уровня. Основной задачей при разработке электрической схемы является обоснованный выбор и расчет основных узлов схемы.

Одним из главных узлов в электрической схеме является электропривод, в качестве электропривода используется электромотор (ГОСТ 3940-84) постоянного тока для стеклоочистителя автомобиля. Электропривод может работать в режиме переменной скорости вращения и реверса, снабжен понижающим редуктором червячного типа. Напряжение питание электропривода вырабатывается внешним блоком питания БПС5-1М , обеспечивающим рабочий ток до 2А.

Для проведения измерений необходимо аппаратуру эталона подключить к сети питания .

В нормальном исходном состоянии щуп ОДУ-э находится в верхнем упорном положении. Для пуска щупа ОДУ-э вниз необходимо переключатель Т₁ установить в положение 1 и нажать кнопку S₂, в результате чего замыкается цепь концевого выключателя и ОДУ-э начинает опускаться вертикально вниз к поверхности жидкости. Переключатель Т₂ соответствует переключению скорости движения ОДУ-э (с малой  на большую скорость  и наоборот) и может быть использован, как в исходном положении щупа ОДУ-э, так и при его движении.

Одним из главных узлов электрической схемы макета эталона является формирователь импульса “контакт”. В качестве этого формирователя применен компаратор типа КР1040СА1, который выполнен по планарно-эпитаксиальной технологии на биполярных транзисторах.

Компаратор предназначен для вырабатывания на выходе 1 дискретного сигнала, при достижении на входе 2 величины опорного напряжения, подаваемого на вход 3. Напряжение на выходе 1 компаратора может находиться на одном из двух фиксированных уровней: на верхнем, если напряжение на его неинвертирующем входе больше чем на инвертирующем, и на нижнем – при противоположном состоянии этих напряжений.

К устройству формирования сигнала “контакт” предъявляются высокие требования, а именно:

-  высокая дифференциальная чувствительность не менее – 5мВ;

-  обеспечение работоспособности компаратора в широком диапазоне электропроводности рабочей жидкости;

-  быстродействие должно быть не менее – 10мс.

Основные параметры компаратора:

1.  номинальное напряжение питания………………………………+12В;

2.  ток потребления при , не более ……………2,5мА;

3.  напряжение смещения нуля при , не более………………………………………………………………..5мВ;

4.  выходное напряжение низкого уровня при , не более…………………..400мВ;

5.  входной ток при , не более……………………………………………………………..250нА;

6.  разность входных токов при , не более……………………………………………………………….50нА;

7.  выходной ток при ,не менее………………………………………………………………..6мА;

8.  выходной ток утечки при , не более.……………………………………………………………...1мкА;

9.  коэффициент усиления напряжения при , не менее………………..5·10⁴;

10. время задержки срабатывания, не более………………………..3мкс.

Сопротивление R₄=1кОм, R₅=10кОм, R₆=1кОм – рекомендуемые номиналы сопротивлений для данного типа компаратора. Сопротивление R₇=15кОм – это сопротивлением нагрузки компаратора.

С выхода компаратора напряжение высокого уровня  подается через делитель R9,R10 на базу транзистора VT1, который является усилителем мощности и в качестве которого используется транзистор типа КТ819Г со следующими параметрами:

1.  обратный ток коллектора ………………………………...1/40мА;

2.  напряжение коллектора …………………………………………5В;

3.  ток коллектора ……………………………………………………5А;

4.  коэффициент передачи тока …………………………………...>12;

5.  граничная частота коэффициента передачи ………………..3МГц;

6.  максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер……………………………………………………..100В;

7.  максимальный постоянный ток коллектора ……………….10А;

8.  максимальный постоянный ток базы ………………………..3А;

9.  максимальная рассеиваемая мощность с теплоотводом …60Вт.

При подаче напряжения питания на электродвигатель ±15В он начинает вращаться, и ОДУ-э начинает двигаться вертикально вниз или вверх. При соприкосновении электроконтактного щупа (иглы) с поверхностью жидкости резистор R₃ благодаря электропроводности жидкости включается в схему делителя напряжения R₁,R₂. Сопротивления R₁,R₂ имеют следующие номиналы: R₁=435кОм, R₂=628кОм, R₃=47кОм. Эти сопротивления подбирались экспериментально методом подбора.

То есть при контакте иглы с поверхностью жидкости на входе 2 компаратора образуется напряжение, под воздействием которого в момент достижения разности на входах 2 и 3 приблизительно на 5мВ (опорное напряжение компаратора 1,65В) компаратор вырабатывает напряжение высокого уровня 1,4В, которое через делитель R₉,R₁₀ поступает на базу транзистора.

В результате увеличения тока до 100мА транзистора в цепи эмиттер-коллектор размыкается соответствующий контакт реле (РП21-УХА) и разрывается цепь напряжения питания электропривода, электропривод останавливается. Далее необходимо произвести считывание показания по шкале рулеточной ленты и нониусному устройству.

При установке переключателя Т₂ в положение 2, при подаче напряжения обратной полярности на электропривод ОДУ-э начинает подниматься вертикально вверх до установочного фланца.