Основы электротехники Методические указания Основы электроники Курсовая работа Лабораторные работы Основы теории цепей

Основы электротехники и электроники Методы расчета цепей

Электростатические измерительные преобразователи

. Действие электростатических преобразователей основано на изменении параметров электрического поля под воздействием измеряемой величины. В простейшем случае электростатический преобразователь представляет собой конденсатор, параметры которого изменяются под воздействием измеряемой величины за счет изменения расстояния между двумя или более электродами, диэлектрической проницаемости или площади электродов. Если для изготовления преобразователя применяют полупроводниковые материалы, то роль электродов в них выполняют р-n -переходы, емкость между которыми зависит от обратного напряжения.

 Основной электрический параметр электростатического преобразователя – емкость – зависит от его конструкции. Известно, что емкость плоского конденсатора рассчитывают по формуле

 , (21.3)

где – диэлектрическая постоянная;  – относительная диэлектрическая проницаемость;  – площадь электродов;   – расстояние между электродами.

 Наряду с плоскими, большое распространение получили преобразователи в виде цилиндрических конденсаторов.

 Приборы для измерения неэлектрических величин с электростатическими преобразователями представляют собой в основном мосты переменного тока. Лучшими метрологическими свойствами обладают приборы, в которых для измерения емкости преобразователей применяют резонансные цепи.

 Гальваномагнитные измерительные преобразователи. Принцип действия гальваномагнитных преобразователей основан на явлениях, возникающих под действием магнитного поля в проводниках и полупроводниках с током. Из гальваномагнитных преобразователей наибольшее распространение получили элементы Холла.

Измерение и контроль параметров в механизации

 Принцип измерения механических величин при помощи электрических средств основан на известных в механике зависимостях деформаций и напряжений в материале от приложенных сил и давлений. Эти зависимости позволяют установить вид преобразования механической величины и выбрать тип преобразователя и измерительную цепь (прибор). Практика измерений механических параметров в агропромышленном производстве показывает, что в основном требуется измерять параметры, непрерывно изменяющиеся во времени. Кроме того, измерения проводят в различных природных, погодных условиях и в различных климатических зонах. Значительное число измерений механических параметров необходимо выполнять в полевых условиях или в агрессивных средах.

 Механический параметр, непрерывно изменяющийся во времени, можно представить гармоническим рядом. Это дает возможность рассматривать входную величину измерительного прибора как ряд составляющих с различными амплитудами и частотами. Наибольшие амплитуды механических параметров в сельском хозяйстве достигают 108 Н, а диапазон частот от нуля до 100 Гц.

 Деформации, напряжения, усилия и давления в сельскохозяйственных машинах и механизмах наиболее часто измеряют при помощи приборов с тензорезисторами или пьезопреобразователями.

 Проволочные и фольговые тензорезисторы применяют при преобразовании относительных деформаций до  = 1,5 %, а полупроводниковые – до 0,1 %. Для преобразования механического напряжения материала по оси действия этого напряжения наклеивают один тензорезистор. Функция преобразования тензорезистора в этом случае имеет вид

 , (21.3)

где  – деформация материала,  – модуль упругости материала,  – чувствительность тензорезистора.

  В большинстве измерительных приборов, предназначенных для работы с тензорезисторами применяют измерительные усилители, поскольку уровень выходного сигнала мостовой схемы, как правило, недостаточен для непосредственного измерения.

Рис. 21.3

 Для преобразования механических напряжений, давлений и тяговых усилий в сельскохозяйственных машинах и агрегатах в изменение сопротивления с помощью тензорезисторов применяют упругие элементы. В кольцевом элементе, приведенном на рис. 21.3, воспринимает механическое напряжение упругое кольцо, на внутреннюю поверхность которого наклеивают четыре тензорезистора. Комплект таких элементов позволяет преобразовать усилия от 103 до 106 Н.

Рис. 21.4

 Приборы с пьезоэлектрическими преобразователями применяют для измерения быстроизменяющихся давлений. В качестве примера на рис. 21.4 показан преобразователь давления в блоке цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

 Угловые скорости (частота вращения) вращающихся узлов сельскохозяйственных машин и механизмов измеряют тахометрами. Известны два принципа построения тахометров: на измерении частоты вращения и на сравнении частоты вращения с частотой сигналов, вырабатываемых встроенным генератором. В агропромышленном производстве применяют также тахогенераторы (чаще переменного тока).

 Современные средства измерения угловых скоростей (частоты вращения) основаны на сравнении стабильных интервалов времени (или частоты) и частоты сигнала, получаемого с измерительного преобразователя. При этом используют различные преобразователи частоты вращения в частоту электрического сигнала – контактные, оптоэлектрические, электромагнитные, электростатические и др.

Рис. 21.5

 Крутящие моменты преобразуют при помощи тензорезисторов, электромагнитных, оптоэлектрических, электростатических и других преобразователей. Существующие средства измерений крутящих моментов можно разделить на две основные группы: приборы с преобразованием напряжения кручения в исследуемом материале и приборы, основанные на преобразовании угла скручивания материала. Наибольшее распространение для измерения крутящих моментов в узлах и агрегатах сельскохозяйственных машин получили тензорезисторы.

  Конструкция преобразователя крутящих моментов приведена на рис. 21.5.

  Перемещения измеряют с помощью индуктивных преобразователей. Распространенная конструкция преобразователя перемещений показана на рис. 21.6.

Рис. 21.6

 Расход жидкостей и газов в закрытых и открытых трубопроводах измеряют с помощью расходомеров. Известны несколько принципов построения расходомеров – на преобразовании расхода в перепад давлений в закрытом трубопроводе, а также в перемещение или в скорость вращательного или поступательного движения.

  Уровни жидкостей измеряют приборами, получившими название уровнемеров. В уровнемерах применяют электростатические, электромагнитные (индуктивные) и реостатные преобразователи.

  Для непрерывного телеизмерения уровней сыпучих материалов большое распространение получили приборы с электростатическими преобразованиями. В них используют зависимость емкости конденсатора от свойств диэлектрика – сыпучего материала, помещаемого между электродами преобразователя.

 Эффективность использования мобильных машин зависит от их надежности и технического состояния. Состояние машины в процессе эксплуатации определяют различными методами и средствами измерений (диагностики).

  Передвижная ремонтно-диагностическая мастерская (аварийно-ремонтная мастерская) «ЗИЛ-ГОСНИТИ» КИ-28035.03 на базе автомобиля ЗИЛ-5301 предназначена для диагностирования, выполнения регулировочных работ и текущего ремонта автотранспорта, тракторов, самоходных комбайнов, сельскохозяйственных машин, мотоблоков, прицепного оборудования, дизельных и карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Число выполняемых видов работ – 21.

 Диагностический комплект КИ-28032 ГОСНИТИ применяют для экспресс-контроля, поиска и устранения неисправностей отечественных тракторов, зерно- и кормоуборочных комбайнов и др. машин. Комплект позволяет измерять 21 параметр.

 Промышленность выпускает ряд средств диагностики мобильной техники – автоматизированный переносной мотор-тестер ДГК-КИ-5120 для комплексной диагностики карбюраторных и дизельных двигателей при техническом обслуживании и ремонте, прибор ИМД-2М – для измерения мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя, электронный прибор ЭМДП-3 для измерения уровня вибраций, частоты вращения коленчатого вала, температуры воды и масла двигателя и др.

Зависимость вращающего момента на валу двигателя М от скольжения S называется механической характеристикой. Анализ показывает, что в процессе пуска при увеличении числа оборотов (т.е. при уменьшении скольжения от I при пуске до некоторой критической величины SK) вращающий момент увеличивается, а при дальнейшем увеличении оборотов вплоть до п0 (т.е. при уменьшении скольжения от SK до 0) вращающий момент снижается до нуля. Типичная для асинхронного двигателя механическая характеристика показана на рисунке 5.3.

На кривой вращающего момента можно выделить характерные точки. В момент пуска при и = 0 и S = 1 двигатель развивает пусковой момент Мп. Пусковой момент всегда должен быть больше момента сопротивления на валу двигателя, иначе двигатель не сможет тронуться с места. Величина отношения пускового момента к номинальному вращающему моменту Мn/Мн называется кратностью пускового момента. Она, как правило, обозначается на фирменной табличке двигателя  и в каталогах. Для двигателей общепромышленного исполнения кратность пускового  момента равна 1,2..1,6.

Вращающий момент, развиваемый двигателем при критическом скольжении, обозначается Мкр и называется критическим или максимальным моментом. Из рисунка 5.3 видно, что это самый большой момент, развиваемый двигателем в процессе разгона. До тех пор, пока момент сопротивления на валу двигателя, создаваемый приводным механизмом, не превосходит максимального момента, еще возможна нормальная работа двигателя, хотя бы кратковременно. Если же тормозной момент на валу станет больше максимального, то двигатель вынужден сбросить обороты до нуля» Это аварийный режим, получивший название «опрокидывания» двигателя.

Отношение величины максимального момента Мкр к номинальному Мн называется кратностью максимального момента

и для большинства двигателей общепромышленного исполнения составляет 2,5 .. 3. Величина Мкр/ Мн как правило, приводится на фирменной табличке двигателя и в каталогах. Кратность максимального момента называют еще перегрузочной способностью двигателя.

Диапазон (0 .. Skp) соответствует рабочем участку механической характеристики. На этом участке увеличение нагрузки на валу приводит к снижению числа оборотов и, следовательно, к увеличению вращающего момента, т.е. равновесие тормозного и вращающего моментов восстанавливается. На рабочем участке возможна устойчивая работа двигателя и здесь же выбирается точка

номинальною момента, т.е. такого вращающего момента, который двигатель способен развивать длительное время, не перегреваясь.

Диапазон (Skp .. 1) соответствует неустойчивому участку работы асинхронного двигателя. В этом случае при увеличении нагрузки вращающий момент уменьшается, что приводит к «опрокидыванию»

двигателя.


На главный раздел сайта: Выполнение курсовой по электронике