РАСЧЕТ И ВЫБОР СХЕМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СУДОВЫХ ИИС

 Министерство транспорта Российской

Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

имени адмирала С.О.Макарова

КАФЕДРА ОСНОВ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

курсовая работа

«РАСЧЕТ И ВЫБОР СХЕМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СУДОВЫХ ИИС»

Вариант №

Дата выполнения

Дата проверки

 Выполнил: курсант гр. Э-23

Проверил: преподаватель

Санкт-Петербург 2015

Задание:

1)    Определить основные параметры мостовой схемы R₂, R₃, R₄, R_вых, U_cd, I_y, U₀, E₀, S

2)    Вычислить питающее напряжение U₀ с учетом допустимой мощности рассеивания в измеряемом сопротивлении (терморезисторе)

3)    Рассчитать максимальную выходную мощность в указательной диагонали с учетом заданной погрешности при измерении температуры

4)    Найти зависимости тока в указателе I_y от изменения первичного преобразователя(терморезистора)

5)    Исследовать характер шкалы магнитоэлектрического преобразователя.

Исходные данные для курсовой работы

 

            R_o

Рис1 Исследуемая схема мостовой цепи

Таблица1

R10, Ом	Ry, Ом	R0, Ом	I, мА	Погрешность t, град С	Материал	Диапазон t,град С
1080	19000	30	10	0,1	Медь	-30…+45

Температурный коэффициент для меди α0,0043 ⁰С^-1

 

Для расчета основных параметров мостовой схемы необходимо учитывать условие равновесия моста:

R₁R₃ = R₂×R₄;  Uac = Uаd;  Ubc = Ubd.

Вместе с тем известно, что равновесие моста наступает в момент, когда температура, измеренная терморезистором, равна 0⁰С. Для получения наибольшей чувствительности сигнала измеряемого прибора при выходе моста из состояния равновесия используются пропорции, определяющие сопротивления резисторов в каждом плече диапазона.

 = 0,02

Используя  пропорции,  получим  значения  сопротивлений  в  плечах

R₂ = 54000 [Ом]; R₃ = 1080 [Ом]; R₄ = 21,6[Ом]

Из условия равновесия моста известно, что тока в выходной диагонали нет, следовательно, зная сопротивления R10 иR2 и ток, проходящий через них, можно получить входное напряжение Uab

Uab = I₁(R₁₀+R₂) = 550,8 [B]

Теперь, зная напряжение Uab, можно найти ток _I2, проходящий через известные резисторыR₃и R₄

I₂ = = 0,5 [A]

По первому закону Кирхгофа найдем ток в питающей диагонали моста I₀

I₀ = I₁+I₂ = 0,51 [A]

С помощью закона Ома активного участка цепи находим величину источника ЭДС Е0:

E₀ = Uab + I₀×R₀ = 566,1

Для вычисления входного сопротивления мостовой схемы Rab применяется метод  преобразования треугольника в эквивалентную схему звездой

Рис2 Эквивалентная схема

=1,16 [Ом]

=1020,8[Ом]

=20,4[Ом]

=1078,8[Ом]

 По  этому  принципу находим  выходное  сопротивление  моста  Rcd

П = R₁×R₂×R₃+R₃×R₂×R₄+ R₃×R₄×R₁+ R₄×R₂×R₁= 65 530 218 240

 = 1080 [Ом]

Находится ток в выходной диагонали:

∑y=  , где[B];Iy = 0 [A]

Особое значение – чувствительность, т.к. выходной сигнал является измеряемой величиной и значит должен быть достаточным для приведения прибора в действие, требуемого класса точности.

При изменении температуры изменяется сопротивление терморезистора на определенную величину ∆R₁ с учетом заданной погрешности.

R₁ = R₁₀ (1+α×∆t) = 1080,5[Ом]

∆R₁= R₁ – R₁₀ = 0,5

В итоге получаем схему с 2-мя источниками ЭДС: E₀иl. При этом, сохраняется условие равновесия моста. Вследствие этого, входное напряжение от источника E₀не влияет на ток в указателе, при этом эквивалентная схема примет вид (рис.4)

 

Лучшая передача энергии требует согласия сопротивлений, т.е. равенство входного сопротивления четырехполюсника внутреннему сопротивлению генератора. При  этом  максимальная  мощность,  отдаваемая генератором будет:

 = 0,56×10^-8 [B]

где    = 0, 0049e_cd

Мощность в указателе достигает номинального значения (∆P_x) = (∆P₀), в случае если:

n = 0    (R4=0)

m= 0    (R2+R3=∞)

∆P₀ = , где = 0,46×10^-3

∆= 0,57×10^-8

Точное условие моста, с точки зрения чувствительности приводит к разному возрастанию мощности, потребляемой всей мостовой схемой

P = P1+P2+P3+P4 = 280,9[Вт]

P₁ = I₁²×R₁ = 0,108 [Вт]

P₂ = I₁²×R₂ = 5,4[Вт]

P₃=I₁²×R₃ = = 270[Вт]

P4 =  = 5,4[Вт]

Сопоставляя ∆P₀  и  ∆P_y,   находим, что n = 0,02 и m = 0,02 различие между ними составляет ≈ 20%

В настоящее время на судах широкое применение нашли неуравновешенные мосты для измерения температуры в значительных диапазонах с обеспечением требований точности. Следовательно, необходимо исследовать характер шкалы магнитно-электрического указателя, включенного в диагональ моста. Для этого необходимо вычислить зависимость тока в указателе от изменения сопротивления одного из плеч.

На схеме отображаем приращение сопротивления к выводу моста: 

 

=940,68 [Ом]

= 1289[Ом]

Находим питающее напряжение Uoс учетом допускаемой мощности рассеивания в терморезисторе

Uo = I1(R10+∆R1+R2)= 550,8 [B]

ТокIy найдем по формуле:

   ,где

a = (R_y+R₂)×(R₃+R₄)+R_3×R₄+R_o(R_y+R₂+R₃)= 82 662 528[Ом]

b = Ry(R1+R2)×(R3+R4)+R1×R2×(R3+R4)+Ro(Ry(R1+R2+R3+R4)+

+(R1+R4)×(R2+R3)) = 1 250 935 539 840 [Ом]

Для (-30⁰) I_y= -0,7×10^-4 [A]без округления в маткаде 0, 6872

Для (45⁰) I_y = 0,1×10^-3 [A]   без округления в маткаде  0,007

Т.к.  a  и  b состоят из постоянных величин, можем сделать вывод, что зависимость функции является функцией приращения сопротивления. Построим эту зависимость в виде графика, его значения определяют все параметры моста. При построении кривой получим чувствительность шкалы указателя.

=5,2×10^-7

= 4,887×10^-7

Определяем входное сопротивление относительно зажимов:

= 15 133 [Ом]

Отклонение кривой от касательной к ней определяет степень неравномерности шкал

D=  , где 

Для (-30)= -0,7×10^-4без округления в маткаде  0,68

Для (45) = 0,1×10^-3без округления в маткаде  0,1021

Отрезки EF, E’F’

(-30)

(45)=