Ультрозвуковой измеритель уровня жидкости

- предельная  температура PN-перехода, ºС……………………………………175;

- статический  коэффициент передачи тока…………………………………….80.

в) Транзисторы  VT3, VT4 - КТ 3102А:

- структура………………………………………………………………………..n-p-n;

- максимально  допустимый ток ,А……………………………………………..0.1;

- статический  коэффициент передачи тока,…………………………………...100;

- граничная  частота коэффициента передачи  тока,МГц……………………..150;

- максимальная  рассеиваемая мощность ,Вт…………………………………..0.25.

7) Микросхемы:

а) МикросхемаDD1- PIC16F628A:

- частота,  МГц…………………………………………………………………...20;

- разрешение, бит………………………………………………………………..8;

- объём программируемой  памяти,кбайт……………………………………..3.5;

- корпус…………………………………………………………………………..DIP-18.

б) Микросхема DA1-преобразователь интегральный MC33063А:

- входное  напряжение, В…………………………………………………………3...40;

- выходное  напряжение, В………………………………………………………..1.25...40;

- внешняя  регулировка выходного напряжения………………………………...ADJ;

- максимальный  выходной ток, А………………………………………………..1.5;

- частота  преобразования,  кГц………………………………………………...1...150;

- ток собственного  потребления, мА…………………………………………….7.

в) Микросхема DA2 - инфракрасный приемник–uPC1490HA:

- нормальное  рабочее напряжение, В……………………………………………5;

- диапазон  частот, кГц…………………………………………………………….30…60;

- полное  сопротивление, кОм…………………………………………………….40.

г) Жидкокристаллический модульHG1 - МС 33063А:

- напряжение  питания, В………………………………………………………….3…5;

- ток потребления,  мкА……………………………………………………………30;

- выходное  напряжение высокого уровня, В…………………………………….0.6;

- входное  напряжение высокого уровня, В………………………………………-0.6.

8) Реле:

а) Реле К1, К2 – PCB34:

- номинальный  ток коммутации, А………………………………………………6;

- номинальное  напряжение коммутации, В……………………………………...250;

- высокочувствительная  катушка постоянного тока, мВт……………………...170;

- изоляция  между обмоткой и контактами, кВт…………………………………6;

- номинальное  напряжение катушки, В………………………………………….5,12,24,

48,60.

9) Кнопки:

а) Кнопки SB1, SB2 - кнопка тактоваяTS36:

- рабочее  напряжение до, В ……………………………………………………..12;

- коммутируемый  ток до, мА……………………………………………………..50;

- сопротивление  изоляции более, MΩ……………………………………………100;

- сопротивление  контакта менее, Ω………………………………………………0,1;

- число рабочих  циклов…………………………………………………………...100000.

10) Разъемы:

а) Разъем XS1- MDN-6FR:

- предельный  ток, А……………………………………………………………….1;

- предельное  напряжение, В………………………………………………………250;

- сопротивление  изолятора не менее, Мом………………………………………50;

- сопротивление  контакта, Ом……………………………………………….0,03;

- допустимые  температуры, °С………………………………………………-40…+ 105.

11) Колодки:

а) Колодка  X1 – КЛ065-1У:

- постоянный  ток, В…………………………………………………………..220;

- переменный  ток, В…………………………………………………….…….380.

12) Датчики

а) Ультразвуковой датчикBQ1 –ультразвуковой датчик фирмы MurataMA40E7S:

- уровень  звукового давления, дБ……………………………………………106;

- угол рассеяния,  º……………………………………………………………..100;

- разрешение, мм………………………………………………………………9;

- детектируемое  расстояние, м………………………………………………..0.2…3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Метрологические характеристики устройства

 

 

Влияние окружающей среды

Общей проблемой  измерений дальности, базирующихся на оценке времени прохождения сигнала, является зависимость измеренного  времени от скорости распространения  звука. На скорость звука в воздухе  влияет ряд факторов, таких как  температура, атмосферное давление, влажность и состав воздушной  среды. Для полного учёта всех этих факторов можно было бы использовать набор датчиков состояния воздуха  и на основании полученных данных вычислять скорость распространения  сигнала в воздухе. Однако это  сложно и дорого. На практике достаточно компенсировать влияние температуры, так как именно температура имеет  наибольшее влияние на скорость распространения  звука. Но таким способом нельзя учесть перепады температуры в пределах измерительного окна.

Лучшие  результаты даёт применение эталонного датчика, который определяет реальную скорость звука, исходя из времени распространения  отраженного сигнала в пределах эталонного диапазона. Определённая таким  способом скорость распространения  звука может быть передана через  средства сопряжения рабочим датчикам или внешнему (главному) устройству обработки информации.

Перекрестные  помехи

В тех  случаях, когда ультразвуковые датчики  с близкой рабочей частотой расположены  друг напротив друга, устройство обработки  не может различить, является ли принятый сигнал его эхо-сигналом или сигналом другого излучателя. Отсюда следует, что датчики, смонтированные в пределах зоны реагирования друг друга, могут  друг другу мешать. Существуют разнообразные  методы уменьшения этого вида взаимных влияний.

Одним из таких методов является применение узкополосных датчиков, работающих на разных частотах передачи. Однако этот способ невыгоден тем, что требует  проектирования узкополосного преобразователя  для каждой из набора рабочих частот.

Лучшим  способом избежать взаимного влияния  является метод кодирования импульса. Он состоит в том, что разные ультразвуковые датчики излучают зондирующие пачки  импульсов не равномерно во времени, а в определённой временной последовательности, причём каждый ультразвуковой датчик имеет свою собственную временную  последовательность. Эти последовательности формируются в соответствии со строго определенными кодами. Каждый приёмник выбирает код «своего» передатчика.

Этот  способ хорош тем, что несколько  рядом расположенных датчиков с  одной рабочей частотой могут  работать без взаимного влияния. Недостатком способа является то, что передача кодов требует больше времени по сравнению с передачами обычных пачек импульсов и  максимальная частота зондирования зоны контроля уменьшается.

Синхронизация датчиков

Синхронизация фаз приёма и передачи датчика  при известном расстоянии до объекта помогает отстроиться также и от перекрёстных помех.

Рабочие характеристики

Дополнительным  средством борьбы с перекрёстными  помехами от множества датчиков является синхронизация работы самих датчиков в параллельном или мультиплексном режиме. В параллельном режиме входы  синхронизации всех датчиков соединяются  и управляются одновременно. В  мультиплексном режиме датчики активизируются по очереди, по циклическому закону. В  этом режиме время цикла зондирования равно сумме времен циклов отдельных  датчиков (если датчики однотипные, время цикла просто возрастает во столько раз, сколько датчиков работают в мультиплексном режиме).

Свойства  объекта

Объекты, обнаруживаемые ультразвуковыми датчиками, могут быть твёрдыми, жидкими или  порошковыми. Характеристики поверхности  объекта влияют на его отражающую способность и являются важными  для обработки датчиком отражённого  сигнала. Идеальное отражение обеспечивают все гладкие поверхности, расположенные  под прямым углом к ультразвуковому  конусу и имеющие площадь, превосходящую  некоторый минимум, указанный в  справочных данных. Надёжное обнаружение  возможно при разбросе углов отражения  в пределах ±3°. Форма объекта  не имеет значения. Важно только, чтобы площадь поперечного сечения  объекта, попадающего в зону реагирования звукового конуса, была не меньше указанной  в технических параметрах датчика.

Такие свойства материала, как прозрачность, цвет или  внешнее покрытие поверхности (полированная или матовая), не влияют на надёжность и достоверность обнаружения.

Шероховатость поверхности, в зависимости от рабочей  частоты конкретного датчика, может  приводить к рассеянию отражённого  сигнала. Практически применимо  следующее правило: если максимальная высота шероховатостей поверхности  меньше длины волны звука, отражение  будет преимущественно направленным. Если высота шероховатостей больше длины  волны звука, отражение будет  преимущественно диффузным (рассеянным). Наличие у объекта грубых шероховатых поверхностей приводит к сокращению зоны реагирования ультразвукового датчика.

Значительные  степени шероховатости допускают  большие отклонения угла наклона  поверхности от идеального положения, если дальность объекта такова, что  датчик реагирует на диффузную составляющую отражённого сигнала. В результате, например, уровень заполнения ёмкости  крупнозернистыми материалами можно  контролировать при отклонении поверхности  до 45° от идеального положения. Конечно, датчик при этом должен быть расположен существенно ближе к объекту

На практике ультразвуковыми датчиками хорошо обнаруживаются следующие объекты:

• гладкие и твердые предметы, установленные под прямым углом к звуковому конусу;
• твёрдые шероховатые объекты, вызывающие диффузное отражение, независимо от ориентации их поверхности;
• поверхности жидких материалов, если они отклоняются не более чем на 3° от перпендикуляра к оси звукового конуса.

Плохо обнаруживаются:

• материалы, поглощающие ультразвуковые волны -- войлок, вата, шерсть, грубые текстильные изделия, пенопласт;
• материалы с температурой выше 100°С.

Для обнаружения  таких материалов необходимо применять  барьерные датчики (метод поглощения ультразвукового луча).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

 

В процессе работы над данным курсовым проектом был спроектирован ультразвуковой  измеритель уровня жидкости. Был проведен анализ структурной схемы и  электрической принципиальной, произведен выбор элементной базы, установлены метрологические характеристики устройства.

К достоинствам рассматриваемого устройства можно  отнести малые размеры и потребляемую мощность, возможность измерения  уровня агрессивных жидкостей.

Недостатком измерителя является то, что на поверхности  жидкости не должны плавать большие  посторонние предметы, изменяющие характер отражения ультразвуковой волны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

 

1. Василевская, Н. И.  Конструирование  радиоэлектронных устройств: учеб.-метод.  пособие для студентов специальности  1-08 01 01-02 «Профессиональное обучение. (Радиоэлектроника)» и учащихся  специальности 2-39 02 02 «Проектирование  и производство радиоэлектронных  средств» / Н.И. Василевская, И.М.  Снежкова, О.Н. Образцова. – Мн.: МГВРК, 2004.

^{2. Варламова, Р.Г.  Справочник конструктора  РЭА: общие принципы  конструирования  / под ред. Р.  Г. Варламова.- М.: Радио и связь, 1980.}

3. ГалкинВ.И. Полупроводниковые приборы. Транзисторы широкого применения /В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А. Прохоренко. – Мн.: Беларусь, 1995.

4. Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. Технические условия: ГОСТ 10316-78. – Введ. 01.01.79. Издание с Изменениями № 1, 2, 3, 4, 5, 6, утвержденными в октябре 1981 г., ноябре 1982г., июле 1984 г., марте 1986 г., июне 1991 г., июле 1995 г. (ИУС 1-82, 2-83, 1-85, 6-86, 10-91, 10-95). – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус.гос. ин-т стандартизации и сертификации, 1995

5. Достанко А.П. Технология радиоэлектронных  устройств и автоматизация производства. / Достанко А.П., Ланин В.Л., Хмыль  А.А., Ануфриев Л.П.  – Мн.: Высш. шк., 2002.

6. Дульнев, Г. Н. Тепло- и массообмен  в радиоэлектронной аппаратуре : учебник для ВУЭов по специальностям "КиПРЭА" / Г. Н. Дульнев.  - М.: Высшая школа, 1984.

7. Единая система конструкторской  документации. Виды изделий: ГОСТ 2.101-68. – Введ. 01.01.1971. Переиздание  (апрель 2010 г.) с изменением №1, утвержденным  в декабре 1984 г. (ИУС 3-1985), Поправкой  (ИУ ТНПА № 4-2009). – Минск:  Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус.гос.  ин-т стандартизации и сертификации, 1984.

8. Михнюк Т.Ф. Охрана труда. / Михнюк  Т.Ф. – Мн.: Высш. шк., 2007.

9. Ненашев А.П. Конструирование  радиоэлектронных средств: Учеб.для  радиотехнич. спец. вузов. / Ненашев  А.П.  – М.: Высш. шк., 1990.

^{10. Павлов, С. П. Губонина  З.И. Охрана труда  в приборостроении:  учеб.для приборостроительных  специальностей вузов  / С. П. Павлов, З.  И. Губонина; под  ред. А.Г. Алексаняна - М. : Высшая школа, 1986.}

11. Пикуль, М. И. Конструирование  и технология производства ЭВМ:  учеб. / М. И. Пикуль, И. М. Русак,  Н. А. Цырельчук. – Мн.: Высш. шк., 1996.

12. Пирогова Е.В. Проектирование  и технология печатных плат: Учебник. / Пирогова Е.В. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005.