.

Процесс моделирования работы коммутационного узла

Язык: русский
Формат: дипломна
Тип документа: Word Doc
1 2989
Скачать документ

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова

Факультет физики, математики и информационных технологий

Кафедра вычислительной техники и программирования

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка

КП.370140.1805.32.05. ПЗ

Тема: Процесс моделирования работы коммутационного узла

 

Ст. преподаватель В.Ю. Игнатовский

Нормоконтролер: Студент:

Заведующий кафедрой Потапенко О.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2006


Задание

 

Основной целью курсового проекта является разработка системы получения информации о температуре с минимальными допустимыми потерями. Поставленная цель достигается анализом способов необходимого преобразования сигнала, подбором наиболее рациональных вариантов обработки сигнала, формулированием требований к схемотехническим решениям.

В зависимости от варианта, возможный порядок выполнения курсового проекта выглядит как поочередное решение задачи:

выбор структурной схемы, выбор параметров сигнала на входах и выходах элементов структурной схемы, составление баланса погрешностей

выбор схемы и расчет измерительного преобразователя сопротивления в напряжение

выбор схемы и расчет источника стабильного тока

выбор схемы и расчет частотного фильтра

определение суммарной погрешности и мероприятий для уменьшения погрешности

выбор схемы и расчет формирователя выходного сигнала

составление принципиальной схемы системы обработки сигнала.

При решении задач следует рассматривать все возможные варианты реализации, однако к рассмотрению принимать наиболее целесообразные. Системный анализ и экономические расчеты для сопоставления равноценных вариантов допускается не производить с целью ограничения объема выполняемых работ.

Исходные данные к проекту:

1) допустимая погрешность 1%;

2) устройство удаленно от объекта на 95м;

3) уровень синфазной помехи составляет 3.2 В;

4) диапазон измерения температуры составляет ;

5) выходной сигнал  в диапазоне мА;

6) датчик 50M, от  доС, опрос каждые 4.5 секунды.


Содержание

 

Введение

  1. Структурная схема измерительной части
  2. Выбор схемы и расчет ПСН

2.1 Схема ПСН

2.2 Расчет ПСН

2.3 Определение погрешностей ПСН

  1. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН

3.1 Выбор схемы источника стабильного тока

3.2 Расчет источника стабильного тока

3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока

  1. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя

4.1 Выбор схемы измерительного усилителя

4.2 Расчет измерительного усилителя

4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя

  1. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты

5.1 Определение желаемых параметров фильтра

5.2 Определение реальных параметров фильтра

5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет

5.4 Определение погрешностей фильтра

  1. Выбор схемы и расчет ПНТ

6.1 Выбор схемы ПНТ

6.2 Расчет ПНТ

6.3 Определение погрешностей ПНТ

  1. Расчет источника питания

7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения

7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения

7.3 Выбор и расчет трансформатора

  1. Проверка общей погрешности

Заключение

Список использованных источников

 


Введение

 

Одной из характерных черт научно-технической революции является дальнейшее совершенствование средств и систем комплексной автоматизации различных процессов. Разработка и проектирование современных средств и систем – базируется на достижения в различных областях науки и техники, в том числе и в области автоматического регулирования и управления

Задача разработки систем автоматического регулирования и систем управления состоит в том чтобы, располагая некоторыми априорными сведениями об объекте и заданными требованиями к свойствам всей системы в целом (точность, надежность и т.д.), выбрать технические средства (а в случае необходимости сформулировать технические условия на разработку новых средств автоматики) и составить схему системы, обеспечивающую реализацию этих требований.

Измерительные устройства в системах управления служат для восприятия первичной информации о состоянии управляемого объекта и преобразования ее в сигналы, удобные для их последующей переработки в сигналы управления.

В современных системах управления измерительные устройства часто представляют собой сложные системы, содержащие ряд преобразователей, усилителей, корректирующих цепей, следящих систем и вычислительных устройств.

Основное требование, предъявляемое к измерительному устройству, состоит в том, чтобы он формировал полезный сигнал с минимальными искажениями.

Последние могут вызываться как динамическими и статическими свойствами измерительного устройства, так и влиянием на его работу помех и шумов.

Очень важной характеристикой измерительного устройства в системах управления является его точность, так как очевидно, что точность управления не может быть выше, чем точность измерения.

На точность измерения влияют точность датчиков, элементов преобразующих сигнал этих датчиков, а также большое значение имеет уровень помех. Основными видами помех являются помехи синфазные и дифференциальные. Синфазная помеха отличается от дифференциальной тем, что воздействует одновременно на оба входа измерительного устройства.

Основными причинами появления синфазных помех являются:

1) Влияние ближнего электромагнитного поля;

2) Появления разности потенциалов из-за заземления в двух разных точках….

Существует несколько основных направлений, позволяющих снизить влияние синфазных помех на точность измерения. Это увеличение входного сопротивления, симметрирование входных цепей, применение операционных усилителей с большим сопротивлением синфазному напряжению и применение гальванической развязки и др.

В данной курсовой работе требуется разработать измерительную часть устройства автоматического управления. Эта часть состоит из двух преобразователей типов сигналов (температура в напряжения, напряжения в ток), усилителя сигнала, а также фильтра низкой частоты, необходимого для борьбы с синфазной помехой.

 


1. Структурная схема измерительной части

 

Структурная схема

помеха

 

 

Рисунок 1 – Структурная схема измерительной части

 

Описание составных частей структурной схемы

Структурная схема представлена на рисунке 1, где:

1 – датчик температуры 50M, необходим для преобразования температуры в сопротивление:

его сопротивление при измеряемой температуре

2 – преобразователь сигнала датчика в напряжения (ПСН);

3 – источник тока для ПСН;

4 – измерительный усилитель:

напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН.

Напряжение синфазной помехи (по заданию) равно 3.5В, напряжение выходного сигнала принимаем 1В;

5 – фильтр низкой частоты (необходим для ослабления синфазной помехи до уровня, который нам необходим – принимаем, что будет вполне достаточно уровня в 0,01% от общей погрешности):

напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН, напряжение синфазной помехи равно напряжению синфазной помехи с учет ослабления на измерительном усилителе, в качестве частоты синфазной помехи принимаем частоту промышленной сети , опрос датчика ведется каждый 6 секунд;

6 – ПНТ (необходим для преобразования напряжения в ток):

входное напряжение ПНТ равно выходному напряжению измерительного усилителя, ток на выходе (по заданию) ;

7 – источник питания схемы измерительного устройства:

он должен обеспечивать двуполярное напряжение с допустимым коэффициентом пульсаций  при входном напряжении переменного тока 220В.

Для расчета погрешностей принимаем, что около 50% погрешности будет на измерительном усилителе, на фильтре около 10%, а остальная погрешность поровну распределиться по остальным узлам схемы.

 


2. Выбор схемы и расчет ПСН

 

2.1 Схема ПСН

 

В качестве схемы преобразователя сопротивления в напряжение принимаем четырехпроводный ПСН рисунок 2

 

Рисунок 2 – ПСН

 

2.2 Расчет ПСН

 

Напряжение на выходе схемы ПСН будет равно:

 

(1)

 

где  – напряжение на выходе ПСН;

– потребляемый мостом ток;

– сопротивления плеч моста;

– сопротивления соединительных проводов.

Сопротивления плеч моста подбираются с учетом следующего соотношения:

 

(2)

Ом; Ом; Ом;

 

Сопротивления берем по ряду Е96 с точностью

Основное ограничение на параметры данной схемы накладывает мощность, рассеиваемая на термосопротивлении (принимается mВт):

 

(3)

 

С учетом данного ограничения рассчитываем ток :

 

(4)

 

Для удобства расчета примем ;

Так как плечи моста находятся в равновесии (т.е. выполнятся условие (2)), то общий ток, который потребляется мостом равен:

 

(5)

 

где – ток потребляемый по второму плечу моста ().

Напряжение на выходе схемы  будет равно (1):

 

 


2.3 Определение погрешностей ПСН

 

Далее рассчитываем погрешность ПСН. Она будет состоять из погрешности неточности сопротивлений:

 

(7)

 

где – погрешность от неточности сопротивлений;

 

 

– функции чувствительности соответственно для отклонения .

Функция чувствительности для сопротивления  находиться по формуле:

 

(8)

 

аналогично для сопротивлений  и :

 

(9)

(10)

 

Погрешность от неточности сопротивлений находим из (7) подстановкой (8), (9) и (10):

 

 

Для вычисления максимальной погрешности принимаем, что

 

 

Тогда формула для определения погрешности принимает вид:

 

; (11)

 

Вычисляем погрешность от неточности сопротивлений:

 

 


3. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН

 

3.1 Выбор схемы источника стабильного тока

 

Рисунок 3 – Источник стабильного тока

 

3.2 Расчет источника стабильного тока

 

Определяем наибольшее сопротивление нагрузки :

 

(12)

 

Сопротивления соединительных проводов находим по формуле:

 

(13)

 

Где  – удельное электрическое сопротивление провода (Ом/м);  – длина соединительных проводов (90 м);

S – площадь поперечного сечения соединительных проводов ().

 

Ом;

 

Примечание, для соединения схемы с ПСН используем кабель КВВГ.

Сопротивление нагрузки (12) будет равно:

 

Ом;

 

В качестве исходной схемы берем схему, представленную на рисунке 3. Необходимо выбрать стабилитрон VD. Для этого вычисляем необходимое напряжение стабилизации :

 

(14)

 

где – напряжение вхождения транзистора в насыщение. Так как напряжение стабилизации  повторяется на сопротивлении  (так как ), то есть возможность выбрать номинальное напряжение стабилизации стабилитрона :

 

; (15)

 

выбирается таким образом, чтобы транзистор VT не входил в режим насыщения. Для кремниевых транзисторов принимается В,

 

В;

 

Выбираем прецизионный стабилитрон Д815Е. Его параметры:

Напряжение стабилизации В;

Ток стабилизации ;

Максимальное дифференциальное сопротивление Ом;

Допустимая рассеиваемая мощность mВт;

Температурный коэффициент сопротивления ТКС=0,1.

Теперь выбираем сопротивление . Оно необходимо для задания тока через стабилитрон VD () и находиться из соотношения (16):

 

; (16)

Ом;

 

Выбираем по ряду Е24 сопротивление = 4,3 Ом.

Мощность рассеваемая на сопротивлении будет равна:

 

Вт;

 

С целью надежности, номинальную мощность резистора принимаем с запасом от 3 до 6 раз:

 

Вт;

 

Принимаем  = 0,05 Вт.

 

Выбираем сопротивление :

 

Ом;

 

Для того чтобы скомпенсировать разброс напряжения стабилитрона и влияние тока базы транзистора сопротивление  делаем с подстройкой:

 

Ом;

 

Принимаем Ом (по ряду Е96); Ом (по ряду Е24).

Мощность рассеваемая сопротивлением  равна:

 

Вт;

 

Номинальную мощность сопротивления  принимаем также в раз больше:

 

Вт = 2,5 Вт;

 

Далее выбираем транзистор VT. Он должен удовлетворять следующим параметрам:

 

В;

А;

;

В.

 

Выбираем по справочнику ВС489С. Его параметры:

Допустимое напряжение К-Э В;

Допустимый ток коллектора mA;

Напряжение насыщения В;

Коэффициент усиления ;

Допустимая рассеваемая мощность mВт.

Рассеваемая мощность на транзисторе будет:

 

mВт;

 

Резистор  в данном случае необязателен, поэтому принимаем  = 0.

Выбираем операционный усилитель (ОУ): ОР-37Е. Его параметры:

Напряжение питания В;

Потребляемая мощность mВт;

Напряжение смещения мкВ;

КОСС дБ;

Коэффициент усиления ;

Входное сопротивление Мом;

Средний входной ток нА;

Разность входных токов 7нА;

 

;

 

Температурный диапазон .

 

3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока

 

Определяем погрешности:

а) Погрешность от разброса сопротивлений не учитываем, так как сопротивление  подстроечное;

б) Погрешность от отклонения напряжения питания:

Разброс напряжения питания составляет 0,5%, тогда:

 

В;

 

Отклонение напряжения питания до минимума  равно:

 

;

 

Выражаем отсюда ток стабилизации:

 

mA;

 

Разброс напряжения стабилизации составляет:

 

mВ;

 

Аналогичный расчет делаем для повышения напряжения питания.

 

mA;

mВ;

 

Наибольшим отклонением напряжения стабилизации является – 2,787 mВ.

Погрешность составит:

 

mA;

 

в) Погрешность от реального ОУ, она зависит в данном случае от :

 

mВ;

мкА;

 

г) Погрешность от резистора  не учитываем, так как  подстроечное.

д) Погрешность от транзистора. Она определяется долей тока базы, но так как  подстроечное, то эту погрешность не учитываем.

е) Суммарная погрешность:

 

мкА;

 

или в процентном соотношении:

 

 

Окончательная схема источника стабильного тока изображена на рисунке 4.

 

Рисунок 4 – Источник стабильного тока


4. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя

 

4.1 Выбор схемы измерительного усилителя

 

Так как синфазная помеха не превышает 10В и коэффициент усиления не большой, то достаточно будет взять простейший дифференциальный усилитель. Схема простейшего дифференциального усилителя представлена на рисунке 5.

 

Рисунок 5 – Измерительный усилитель

 

4.2 Расчет измерительного усилителя

 

Определяем требуемый коэффициент усиления:

 

; (17)

 

где  – напряжение на выходе измерительного усилителя;

– напряжение на входе измерительного усилителя.

Выбираем операционный усилитель ОР-37Е.

Теперь выбираем сопротивления  и . Они должны удовлетворять следующим условиям:

 

Мом;

 

где  – входное сопротивление ОУ;

 

Ом;

 

где  – напряжение смещения ОУ;

– разность входных токов ОУ.

Принимаем   12Ком;

 

Ком;

 

Принимаем значения сопротивлений с точностью 0,005% по ряду Е96:

 

 

4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя

 

Рассчитываем погрешности измерительного усилителя. Она состоит из погрешностей ОУ и погрешностей от влияния соединительных проводов.

Погрешность от несовпадения сопротивлений с номиналами:

Новый коэффициент усиления будет равен (17):

 

 

Погрешность от неточности резисторов:

 

 

где  – отклонения сопротивлений от номинала.

Эту погрешность определяем на самый благоприятный исход:

 

 

Адаптивная погрешность:

 

 

Погрешность от

 

UmВ;

 

не учитываем, так как используем подстройку

 

UUmВ

 

где ТКUсм – температурный коэффициент напряжения смещения.

или в процентах:

 

;

 

Погрешность от входных токов:

 

mВ;

 

или в процентах:

 

 

Погрешность от конечного КОСС:

 

mВ;

 

Суммарная погрешность:

 

 

Суммарную погрешность рассчитываем (из 18) без учета влияния Uсф т.е. без учета и .

 

;

 

или в процентном соотношении:

 

 

Влияние соединительных проводов не учитываем, так как дальше в схеме есть подстройка выходного сигнала.

Окончательная схема измерительного усилителя приведена на рисунке 6.

 

Рисунок 6 – Измерительный усилитель

 


5. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты

5.1 Определение желаемых параметров фильтра

 

Составляем требуемую АЧХ фильтра (Рисунок 7):

 

Рисунок 7 – АЧХ

 

Находим частоту опроса:

 

 

Находим верхнею частоту опроса:

 

(19)

 

Следовательно

 

 

Далее находим частоту среза фильтра:

 

 

Составляем нормированную АЧХ фильтра:

Частота среза составит:

 

 

Уровень синфазного напряжения на входе фильтра находим из расчета измерительного усилителя (18):

 

;

 

Погрешность которая нас устраивает – 0,01%

Коэффициент передачи фильтра:

 

 

5.2 Определение реальных параметров фильтра

 

Теперь определяем степень аппроксимации полинома. Принимаем полином Баттерворта, степень которого должна быть такой, чтобы АЧХ проходила через точку с координатой 45 и 1. Нормированная частотная характеристика находиться по формуле:

 

 

Отсюда находим относительную частоту :

 

 

Теперь находим порядок фильтра n:

 

 

Так как этот коэффициент минимальный, то принимаем n=2. При этом коэффициент передачи на частоте помехи будет равен:

 

(20)

 

Этот коэффициент меньше необходимого (0,5809), поэтому можно пересмотреть частоту среза для упрощения реализации фильтра. Воспользуемся формулой (20). Подставляем значение желаемой относительной частоты, после чего находим новое значение частоты среза:

 

 

Исходными данными для фильтра будут:

коэффициент усиления А=1;

частота среза

В качестве фильтра используем фильтр Баттерворта.

Составляем передаточную функцию фильтра:

 

 

Для фильтра Баттерворта второго порядка коэффициента равны:

n=2; c=1; в=1;

 

 

5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет

 

Принимаем схему фильтра низкой частоты по структуре Саллена-Ки, она показана на рисунке 8.

Выбираем параметры элементов схемы:

 

Рисунок 8 – Фильтр низкой частоты

 

1)

 

принимаем по ряду Е24 =1,2 мкФ (иначе нельзя будет посчитать );

 

2)

 

принимаем ближайшее меньшее значение по ряду Е24 =0,56мкФ;

3)

 

 

Принимаем по ряду Е96 ближайшее значение 2,94 Ком;

 

4)

 

Принимаем по ряду Е96 ближайшее значение 5,11 Ком

5) Так как коэффициент усиления А=1, то и 0

Окончательная схема фильтра низкой частоты показана на рисунке 9.

 

Рисунок 9 – Фильтр низкой частоты

 


5.4 Определение погрешностей фильтра

 

Рассчитываем погрешности, для этого преобразуем схему, исключив из нее конденсаторы. Измененная схема показана на рисунке 10.

 

Рисунок 10 – Фильтр низкой частоты

 

Как видно из преобразованной схемы погрешности фильтра состоят из погрешностей неинвертирующего усилителя А.

Погрешность от неточности коэффициента отсутствует, так как этот

коэффициент равен 1;

Погрешность от неточности резисторов также отсутствует, так как 0;

Погрешность от напряжения смещения Uсм:

 

 

Погрешность от напряжения смещения с изменением температуры:

 

 

5) Погрешность от влияния входных токов отсутствует, так как коэффициент равен 1 (0);

6) Погрешность от конечного КОСС:

 

 

Суммарная погрешность:

 

 

или в процентах:

 

 


6. Выбор схемы и расчет ПНТ

 

6.1 Выбор схемы ПНТ

 

За основу возьмем схему приведенную на рисунке 11.

 

Рисунок 11 – ПНТ

 

6.2 Расчет ПНТ

 

В данной схеме сопротивления  и  используются в качестве делителя напряжения, так как на выходе ПНТ сигнал от 4 мА. Они рассчитываются по методу двух узлов (Рисунок 12а и 12в). Проводимости ветвей равны:

 

Рисунок 12

 

 

Возьмем потенциал точки в=в1 за нулевой.

 

; (21)

 

Так как необходимо собрать делитель, который обеспечивал бы на выходе из схемы ПНТ ток от 4 до 20мА, то можно сместить напряжение на ОУ А на значение, которое бы обеспечивало бы при нулевом сигнале на входе схемы 4мА на выходе (соответственно при максимальном входном сигнале в 1В и смещении 0В на выходе должно быть 20-4 =16мА). Тогда потенциалы в точке а будут равны:

 

 

Тогда система уравнений (21) примет вид:

 

 

Выражаем из полученного соотношения к :

 

(22)

 

Выбираем сопротивления и по ряду Е192 с точностью  максимально удовлетворяющие отношению (22):

 

Теперь выбираем сопротивление датчика тока :

 

 

Напряжение  найдем из (21):

 

 

Для того чтобы всю схему можно было настроить после сборки, сопротивления собираем из двух, одно из которых подстроечное .

 

;

 

Принимаем по ряду Е24 ;

 

;

 

Принимаем по ряду Е96 ;

Мощность рассеиваемая на сопротивлении:

 

Вт;

 

Принимаем = 0,25Вт;

Выбираем транзистор VT.

 

(23)

 

где  – напряжение питания;

– ток на выходе ПНТ;

– сопротивление нагрузки ПНТ;

– напряжение насыщения на выводах К-Э транзистора.

Для транзисторов структуры p-n-p принимают  не более В. Напряжение питания выбираем таким, чтобы при максимальном выходном токе транзистор VT не выходит в насыщение. Из (23) найдем допустимое сопротивление нагрузки:

 

;

 

Таким образом схема ПНТ пригодна (с учетом запаса) для нагрузки сопротивлением до 500Ом.

Транзистор выбирается исходя из следующих условий:

 

 

коэффициент усиления

 

где  – допустимое напряжения на К-Э;

 

Выбираем по справочнику два транзистора ВС454С и собираем из них транзистор Дарлингтона.

Параметры ВС454С:

Допустимое напряжение К-Э =50В;

Коэффициент усиления

Напряжение насыщения В;

Допустимая рассеваемая мощность mВт.

Выбираем ОУ ОР-37Е.

Сопротивление  задает ток базы, но так как у транзистора Дарлингтона очень большой коэффициент усиления (), то необходимость в этом сопротивлении отпадает, поэтому принимаем =0.

Выбираем диод VD2. Он необходим для защиты перехода Б-Э. Выбираем по справочнику диод КД503А.

 

6.3 Определение погрешностей ПНТ

 

Рассчитываем погрешности ПНТ.

1) Погрешность от неточности сопротивления  отсутствует, так как оно подстроечное;

2) Погрешность от напряжения смещения ОУ:

 

 

3) Погрешность от входных токов. Эта погрешность почти отсутствует так как ОУ включен как повторитель напряжения.

4) Погрешность от несовпадения и с номиналами и от ухода напряжения стабилизации стабилитрона VD1:

При максимальном напряжении сигнала на входе выходной ток будет равен:

 

(24)

 

Расчет делаем их наихудших условий. Как видно из (24) это произойдет при увеличении напряжения стабилитрона до максимального, при увеличении  до максимума и при уменьшении  до минимума, то есть:

 

будет равно

будет равно

будет равно

 

Выходной ток при таком раскладе будет равен:

 

 

При этом погрешность составит:

 

 

Суммарная погрешность ПНТ:

 

 

Расчет балластного сопротивления для стабилитрона:

 

 

где  – минимальный ток стабилизации стабилитрона VD1.

Принимаем по ряду Е96 =1,18 Ком. Мощность рассеваемая на :

 

 

Принимаем =0,5Вт;

Окончательная схема ПНТ показана на рисунке 13.

 

Рисунок 13 – ПНТ

 

Порядок подстройки : датчик температуры заменятся сопротивление 130ом, после чего подстроечным резистором  добиваются выходного тока 20мА, после чего датчик температуры ставится на место и теперь схема годна к применению.


7. Расчет источника питания

 

7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения

 

Определяем требуемую нагрузку питания. Она состоит из:

Источника тока для ПСН: питание ОУ:

 

 

где  – мощность потребляемая ОУ;

– напряжение питания ОУ.

Измерительный усилитель: питание ОУ:

 

 

Фильтр: питание ОУ:

ПНТ: питание ОУ:

Ток стабилизации стабилитрона:

Выходной ток

Минимальный ток, потребляемый нагрузкой:

 

 

Максимальный ток потребляемый нагрузкой:

 

 

Выбираем интегральный стабилизатор напряжения К142ЕН6А:

Его параметры:

Входное напряжение

Максимальный ток нагрузки

Коэффициент нестабильности по напряжению

Коэффициент нестабильности по току

Потребляемый ток

Коэффициент сглаживания

Определяем напряжение на выходе стабилизатора:

 

 

Определяем номинальное входное напряжение:

 

 

Где 0,9 – необходимо для учета понижения напряжения на 10%.

Принимаем =20В;

Определяем нестабильность напряжения на входе стабилизатора:

Из-за изменения напряжения на входе:

 

 

где  – максимальное отклонение напряжения от номинального

 

 

От отклонения напряжения на входе из-за изменения тока в нагрузке:

 

 

Из-за изменения температуры:

 

 

Суммарная нестабильность:

 

 

или в процентах:

 

 

7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения

 

Исходные данные для расчета:

Напряжение на входе выпрямителя

Напряжение на выходе

Максимальный ток нагрузки

Минимальный ток нагрузки

Определяем допустимые пульсации напряжения на выходе стабилизатора:

Напряжение пульсаций на выходе стабилизатора:

 

 

где – напряжение на выходе источника питания;

– допустимый коэффициент пульсации на выходе измерителя;

Напряжение пульсаций на входе стабилизатора:

 

 

Допустимый процент пульсаций на выходе стабилизатора:

 

 

Выбираем двухполупериодную схему выпрямителя с питанием от трансформатора со средней точкой. Определяем средний ток и допустимое обратное напряжение:

 

 

Выбираем выпрямительный мост КЦ407А. Его параметры:

Максимальное обратное напряжение

Максимальный средний ток

 

7.3 Выбор и расчет трансформатора

 

Сопротивление вторичной обмотки:

 

,

 

где  – напряжение на входе стабилизатора;

– ток нагрузки ().

Напряжение на вторичной обмотке:

 

,

 

где  – сопротивление диода.

 

 

Ток вторичной обмотки:

 

 

Ток первичной обмотки:

 

 

где – напряжение на первичной обмотке.

Определяем емкость конденсатора сглаживающего фильтра:

 

 

Емкость определяется для двух последовательно соединенных конденсаторов:

 

 

Принимаем по ряду Е24

Определяем габаритную мощность для двухполупериодного выпрямителя:

 

 

По полученной габаритной мощности выбираем магнитопровод. Параметрами для выбора являются произведением площади сердечника на площадь окна:

 

;

 

По полученному значению из таблицы Ш-образных пластин выбираем магнитопровод Ш18. Его параметры:

Ширина перегородки а=1,8см;

Ширина окна в=0,9см;

Высота окна h=2,7см;

Площадь окна

Находим минимальную площадь сечения:

 

 

Необходимая толщина пакета пластин:

 

 

Проверка получения реальных габаритов:

 

 

Полученная цифра принадлежит интервалу .

Определяем число витков первичной обмотки:

 

 

Число витков вторичной обмотки:

 

 

Определяем диаметр проводов:

 

Первичной обмотки: ;

Вторичной обмотки: ;

 

Подбираем по справочнику провода марки ПЭЛ:

Окончательная схема источника питания приведена на рисунке 14.

 

Рисунок 14 – Источник питания

 


8. Проверка общей погрешности

 

1) Погрешность ПСН: 0,015%;

2) Погрешность источника тока для ПСН: 0,031%;

3) Погрешность измерительного усилителя: 0,0306%

4) Погрешность фильтра: 0,0015%;

5) Погрешность ПНТ: 0,0658%;

6) Погрешность от синфазной помехи: 0,01%

7) Суммарная погрешность:

 

 


Заключение

 

В данной курсовой работе было необходимо разработать измерительную часть системы автоматического управления.

В ходе выполнения работы были выполнены расчеты преобразователей температуры в напряжение и напряжения а ток, расчет измерительного усилителя и фильтра низкой частоты, а также источника стабильного тока для ПСН и источника питания всей схемы. Были предусмотрены меры для снижения синфазной помехи, а именно в измерительном усилителе был использовании дифференциальный усилитель на ОУ с высоки КОСС, а также для окончательного снижения синфазной помехи до уровня, который уже не страшен, был использован фильтр низкой частоты.

Первоначальное распределение погрешности по узлам схемы оказалось неточным, из-за того, сто в ПНТ был добавлен делитель напряжения. На который пришлось почти 50% всей погрешности.

В результате работы суммарная погрешность с учетом влияния синфазной погрешности составила 0,1539% при допустимой по заданию 1%

Также была добавлена возможность подстройки всей схемы при помощи переменного резистора в ПНТ.

 


Список использованных источников

 

  1. А.А. Сазанов и др. “Микроэлементные устройства в автоматике” – М.: Энергоиздат. 1991г.
  2. В.С. Гутников “Интегральная электроника в измерительных устройствах” – Л.: Энергоатомиздат. 1988г.
  3. А.Дж. Пейтон, В. Волш “Аналоговая электроника на операционных усилителях” – М.: БИНОМ, 1994г.
  4. А.Л. Булычев и др. “Аналоговые интегральные схемы: Справочник” – Минск: Беларусь, 1993г.
  5. М.В. Гальперин. “Практическое схемотехника в промышленной автоматике” – М.: Энергоатомиздат, 1987г.

 

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019