Из оставшихся методов простыми являются емкостной и индуктивный. Оба метода имеют, примерно, одинаковые пределы измерений, но их точность не удовлетворяет требования, к тому же индуктивный метод обладает малой чувствительностью.
Из рассмотренных методов больше всего подходит тензорезистивный метод. Он является наиболее точным, обладает высокой чувствительностью удовлетворяет требования относительно наибольшего и наименьшего предела измерений, конструктивно прост и имеет не высокую стоимось.
Итак, самым оптимальным методом является тензорезистивный метод.
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМ
2.1. Структурная схема весов
Так как прибор является цифровым, то прежде чем получить результат измерения на табло, сигнал должен пройти несколько ступеней. Измеряя вес грузов, с помощью первичного измерительного преобразователя мы преобразовываем силу веса, действующую на датчик, в напряжение, которое во вторичном измерительном преобразователе мы усиливаем до величины, необходимой для работы аналого-цифрового преобразователя. После этого сигнал в цифровом виде передаётся на индикатор.
Рис. 1 Структурная схема тензометрического датчика
ПИП – Преобразует массу в электрический сигнал, в котором заложена информация о величине массы груза. Он предназначен для преобразования воздействующей на него не электрической величины физического происхождения в форму электрического сигнала удобную для дальнейшего преобразования.
ВИП – преобразует сигнал выхода преобразователя в величину сигнала, обеспечивающего работу АЦП, т. к. напряжение выхода моста не превышает 12 мВ[6].
АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) – предназначен для согласования аналоговых источников измерительных сигналов с цифровыми устройствами обработки и представления результатов измерения.
И – цифровое табло для визуальной оценки веса.
БП – обеспечивает питание тензометрического моста напряжением 10В, питание микросхем напряжением ±15 В и питание АЦП ±5 В.
2.2. Функциональная схема весов
Так как почти каждый блок структурной схемы состоит из нескольких частей, то в этом случае будет уместно более подробное описание, что сделано при разработке функциональной схемы.
Рис. 2 Функциональная схема тензометрического датчика
Первичный измерительный преобразователь. Преобразует деформацию упругого элемента в электрический сигнал, пропорциональный величине деформации. Он предназначен для преобразования воздействующей на него не электрической физической величины электрическую в форме удобной для дальнейшего преобразования. Он состоит из: упругого элемента, тензорезисторов, измерительной цепи.
1. упругий элемент предназначен для восприятия не электрической величины физического происхождения.
2. тензорезисторы прикрепляются к упругому элементу при помощи специальных устройств и предназначены для преобразования непосредственно упругих деформаций в изменение сопротивления.
3. измерительная цепь представляет собой мост постоянного тока, который предназначен для измерений активных сопротивлений. Мостовой метод является основным, наиболее совершенным методом измерения параметров электрических цепей и составляет один из вариантов метода уравновешивающего преобразования.
Вторичный нормирующий преобразователь преобразует сигнал выхода преобразователя в величину сигнала, обеспечивающего работу АЦП, т. к. напряжение выхода моста не превышает 12 мВ[6].
Усилительный каскад с симметричным дифференциальным входом. Используется для масштабного преобразования измеряемого сигнала до уровня, установленного в техническом задании. В качестве УК сигнала используется схема буферно-дифференциального усилителя, она предназначена для усиления разности двух входных напряжений. Такой усилитель позволяет подавить синфазную помеху.
АЦП применяется в измерительных системах и измерительно-вычислительных комплексах для согласования аналоговых источников измерительных сигналов с цифровыми устройствами обработки и представления результатов измерения.
Цифровой индикатор – светодиодный, который используется для визуальной оценки веса грузов.
Блок питания состоит из аккумулятора, подзарядка которого осуществляется с помощью зарядного устройства. Необходимое напряжение для питания моста величиной ±10 В, питания микросхем ±15 В и питания АЦП ±5 В получаем при помощи DC/DC преобразователей.
3. ОБОСНОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
3.1. Выбор типа и расчет упругого элемента
Конструкции упругих элементов весьма разнообразны. В динамометрах на большие усилия используются сплошные стержни, работающие на сжатие или сдвиг и цилиндры, работающие на растяжение; для меньших усилий используют кольца, а для малых усилий – тонкостенные цилиндры и плоские пружины в виде балок.
В качестве упругого элемента выбираем тонкостенный цилиндр, который имеет следующие геометрические размеры: длину L=0,10 м, внешний диаметр D = 0,05 м, внутренний диаметр d = 0,044 м [6]. Внешний вид упругого элемента изображен на рисунке 3.
Рис. 3 Внешний вид упругого элемента
Материал, из которого изготавливается упругий элемент, должен обладать высокой прочностью и при этом деформироваться даже при НмПВ. Такими свойствами обладают некоторые виды легированных высокопрочных сталей, например сталь 36HXТЮМ8, которая обладает следующими свойствами:
- допустимое напряжение σ = 500 Мпа;
- модуль упругости Е = 192 ГПа.
По известным нам данным рассчитаем абсолютную деформацию (δ) и механическое напряжение (σ) возникающие в УЭ в результате действия силы F на площадь поперечного сечения S.
; d=
;
; s
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.