Разработка и проектирование датчика термокондуктометрического преобразователя и датчика силы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования и науки  Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

Тамбовский государственный технический университет

Кафедра «УКиС»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой С. В. Мищенко

_______________________________

_________________________ 2010 г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля»

                                                      наименование учебной дисциплины

на тему: «Разработка и проектирование датчика термокондуктометрического преобразователя и датчика силы»

Автор работы  ______________   М. Ю. Желудкова   группа ССГ-42 

                                      подпись, дата               инициалы, фамилия

Специальность 200503 – «Стандартизация и сертификация»

Обозначение курсовой работы______________________________

Руководитель работы __________________            А. П. Савинков

                                              подпись, дата                                          инициалы, фамилия

Работа защищена __________________ Оценка: _______________

                                                        подпись, дата

Члены комиссии __________________ _______________________

                                                        подпись, дата                               инициалы, фамилия

                              __________________ _______________________

                                                        подпись, дата                               инициалы, фамилия

                              __________________ _______________________

                                              подпись, дата                              инициалы, фамилия

Нормоконтролер __________________ _______________________

                                                        подпись, дата                               инициалы, фамилия

 

 

 

Тамбов 2010

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Тамбовский государственный технический университет

Кафедра «УКиС»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой С. В. Мищенко

_______________________________

_________________________ 2010 г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студент М. Ю. Желудкова код 007 группа ССГ-42

1 Тема: «Разработка и проектирование датчика термокондуктометрического преобразователя и датчика силы»

2 Срок представления  к защите «_____» ________________ 201 __ г.

3 Исходные данные: ________________________________________ .

4 Перечень разделов  курсовой работы:

4.1 Расчет термокондуктометрического газоанализатора

4.1.1 Построение физической и математической модели катарометра

4.1.2 Определение функции преобразования

4.1.3 Расчет конструктивных параметров чувствительного элемента

4.1.4 Определение статистической характеристики по каналу первичный

         преобразователь – схема включения

4.1.5 Расчет погрешности канала измерения

4.2 Расчет и конструирование датчика силы

4.2.1 Построение технического задания на проектирование

4.2.2 Анализ технического  задания

4.2.3 Обзор методов преобразования силы

4.2.4 Обзор датчиков силы

4.2.5 Выбор тензорезистора

4.2.6 Выбор и расчет  упругого элемента

4.2.7 Расчет частотного  диапазона датчика

4.2.8 Конструирование датчика

4.2.9 Расчет  выходного напряжения

Руководитель работы ____________________            А. П. Савинков

                                                         подпись, дата                                     инициалы, фамилия

Задание принял к исполнению ____________            М. Ю. Желудкова

                                                                                подпись, дата                            инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….6

1 Расчет термокондуктометрического  газоанализатора……………….......10

1.1 Построение  физической и математической  модели катарометра…...10

1.2 Определение  функции преобразования……………………………….12

1.3 Расчет  конструктивных параметров чувствительного  элемента……14

1.4 Определение  статистической характеристики по каналу первичный

      преобразователь – схема включения………………………………….17

1.5 Расчет  погрешности канала измерения……………………………….18

2 Расчет и  конструирование датчика силы…………………………………21

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………21

2.1 Построение  технического задания на проектирование……………...21

2.2 Анализ  технического задания…………………………………………22

2.3 Обзор методов  преобразования силы…………………………………23

2.4 Обзор датчиков  силы…………………………………………………..24

2.5 Выбор тензорезистора…………………………………………………26

2.6 Выбор и  расчет упругого элемента…………………………………...26

2.7 Расчет  частотного диапазона датчика………………………………...28

2.8 Конструирование  датчика……………………………………………..29

2.9 Расчет  выходного напряжения………………………………………...30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………32

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………33

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного  состава, называют газовым анализом.

Приборы, при помощи которых  производят газовый анализ, называют газоанализаторами. Они бывают ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены химические абсорбционные, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами.

Автоматические газоанализаторы  измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов.

В настоящее время наиболее распространены автоматические газоанализаторы. По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

1. Приборы, действие  которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.

2. Приборы, действие  которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.

3. Приборы,  действие которых основано на  чисто физических методах анализа  (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические  основаны на измерении теплопроводности  газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Сейчас используются практически все из перечисленных методов газового анализа, но наибольшее распространение получили электрохимические газоанализаторы, как наиболее дешевые, универсальные и простые. Минусы данного метода: невысокая избирательность и точность измерения; небольшой срок службы чувствительных элементов, подверженных влиянию агрессивных примесей.

Все приборы  газового анализа также могут  быть классифицированы:

- по функциональным  возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы);

- по конструктивному  исполнению (стационарные, переносные, портативные);

- по количеству  измеряемых компонентов (однокомпонентные  и многокомпонентные);

- по количеству  каналов измерения (одноканальные  и многоканальные);

- по назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов автомобилей, для экологического контроля).

Классификация по функциональным возможностям.

1. Индикаторы - это приборы, которые дают качественную оценку газовой смеси по наличию контролируемого компонента (по принципу «много - мало»). Как правило, отображают информацию посредством линейки из нескольких  точечных индикаторов. Горят все индикаторы - компонента много, горит один - мало. Сюда же можно отнести и течеискатели. При помощи течеискателей, снабженных зондом или пробоотборником, можно локализовать место утечки из трубопровода, например, газа-хладагента.

2. Сигнализаторы также  дают весьма приблизительную  оценку концентрации контролируемого компонента, но при этом имеют один или несколько порогов сигнализации. При достижении концентрацией порогового значения, срабатывают элементы сигнализации (оптические индикаторы, звуковые устройства, коммутируются контакты реле).

3. Вершина эволюции приборов газового анализа (не считая хроматографов) – это непосредственно газоанализаторы. Данные приборы не только дают количественную оценку концентрации измеряемого компонента с индикацией показаний (по объему или по массе), но и могут быть снабжены любыми вспомогательными функциями: пороговыми устройствами, выходными аналоговыми или цифровыми сигналами, принтерами и так далее.

Классификация по конструктивному исполнению. Как  и большинство контрольно-измерительных  приборов, приборы газового анализа могут иметь разные массогабаритные показатели и режимы работы. Этими свойствами и обуславливается разделение приборов по исполнению. Тяжелые и громоздкие газоанализаторы, предназначенные, как правило, для длительной непрерывной работы, являются стационарными. Менее габаритные изделия, которые могут быть без особого труда перемещены с одного объекта на другой и достаточно просто запущены в работу - переносные. Совсем маленькие и легкие - портативные.

Классификация по количеству каналов измерения. Приборы газового анализа могут быть как одноканальными (один датчик или одна точка отбора пробы), так и многоканальными. Как правило, количество каналов измерения на один прибор бывает от 1 до 16.  Следует отметить, что современные модульные газоаналитические системы позволяют наращивать количество каналов измерения практически до бесконечности. Измеряемые компоненты для разных каналов могут быть как одинаковыми, так и различными, в произвольном наборе. Для газоанализаторов с датчиком проточного типа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптико-абсорбционные) задача многоточечного контроля решается при помощи специальных вспомогательных устройств - газовых распределителей, которые обеспечивают поочередную подачу пробы к датчику из нескольких точек отбора.

Классификация по назначению. Контроль разных газов, в разных диапазонах концентраций, производится по-разному, посредством различных методов и способов измерения. Поэтому производителями конструируются  и выпускаются приборы для решения конкретных задач измерения. Основные такие задачи: контроль атмосферы рабочей зоны (безопасность), контроль промышленных выбросов (экология), контроль технологических процессов (технология), контроль загрязнения атмосферы жилой зоны (экология), контроль выхлопных газов автомобилей (экология и технология), контроль выдыхаемого человеком воздуха (алкоголь).  Отдельно можно назвать контроль газов в воде и других жидкостях. 

Для обеспечения  правильной работы приборов необходимо стабилизировать целый ряд его  параметров, оговоренных требованиями завода-изготовителя. Практически для всех типов и видов газоанализаторов необходимо стабилизировать следующие параметры: расход анализируемого газа, проходящего через датчик, давление анализируемого газа температуру анализируемого газа и чувствительного элемента, напряжение питания измерительной схемы, чистоту анализируемого газа от пылевых частиц, влаги и вредных примесей.[1]