Автоматизированная система управления автоподналадчика для бесцентрово-шлифовального станка

       

Содержание

 

1. Анализ задания и разработка структурной схемы проектируемого устройства....2

  2. Схема измерительной системы...................................................................................2

3. Подбор индуктивного  датчика....................................................................................3

4. Датчики окружающей среды

4.1 Датчик температуры………………………………………………………………...4

4.2 Датчик влажности…………………………………………………………………...6

5. Электронный усилитель К140УД20……………………………………...…………8

6. Расчет генератора синусоидальных колебаний........................................................12

  7. Выбор измерительной цепи…………………………………………………………14

8. Расчет усилителя..........................................................................................................16

9. Выбор демодулятора      ..............................................................................................18

  10. Выбор и расчет фильтра............................................................................................20

11. Выбор АЦП.................................................................................................................22

12. Выбор мультиплексора……………………………………………………………..26

13. Список используемой  литературы…………………………………………………29

1. Анализ задания и разработка структурной схемы проектируемого устройства. 
В данном курсовом проекте приводится разработка электрической схемы работы контрольного приспособления для проверки расположения осей отверстий у корпусов с базированием на кулачковую оправку. 
В процессе выполнения курсового проекта следует иметь в виду следующие общие задачи:  
1) подбор индуктивного датчика, расчет генератора 
2) расчет электронного усилителя 
3) подбор фазочувствительного выпрямителя или модулятора 
4) рассчитать фильтр низкой частоты, разработать схему с АЦП с подбором мультиплексора 

 

 

 

2. Схема измерительной системы

В качестве измерительного приспособления выбран индуктивный датчик перемещения. 

Рисунок 1

8 – оправка, 10 – рычаг, 11 – плунжер, 14 - ИГ.

 

Взаимное расположение осей отверстий между собой в некоторых корпусах по техническим условиям на их изготовление может быть следующее: а) расстояние L между осями отверстий выполняется с допуском 0,05… 0,1 мм;

б) отклонение от параллельности осей отверстий допускается не более 0,03 – 0,05 на =100 мм;

в) перекос осей отверстий допускается  не более 0,04 – 0,06 мм на =100 мм;

Проверяемый корпус большим отверстием устанавливают на кулачковую оправку 1 с подвижным кулачком 2. оправка монтируется на стойке 3, закрепленной на плитке 4. для закрепления корпуса на оправке шток 5 пневмоцилиндра 6 давит на шарик 7, который перемещает в радиальном направлении кулачок 2.

В малое отверстие корпуса устанавливают коническую оправку 8. кулачковая оправка 1 поворота не имеет. В связи с этим корпус при базировании вместе с оправкой 8, плотно устанавливается на рычаг 9. в этом положении корпуса и производится разжатие кулачка 2 в большом отверстии. С оправкой 8 в горизонтальной плоскости соприкасается качающийся рычаг 10, который монтируется на перемещающемся плунжере 11. Отвод и подвод последнего производится рукояткой 12.

Расстояние между осями отверстий  корпуса проверяют ИГ 13, отклонение от параллельности осей отверстий в корпусе – ИГ 14. установка стрелок ИГ на нуль производится с помощью эталонной детали. Перекос осей отверстий проверяют ИГ 15 через прямую передачу 16 и рычажную передачу 9.

Приспособление разработано в  Орел ГТУ и внедрено на ОСПАЗ.

 

 

3. Подбор индуктивного датчика 
Выбираем индуктивный датчик перемещения. Действие датчика (рис 2) основано на преобразовании линейного перемещения в изменение индуктивности дифференциально соединенных обмоток 2 и 5 путем воздействия на  подвижный элемент магнитной системы – якорь 3. Якорь укреплен на двух упругих мембранах из фосфористой бронзы между двумя цилиндрическими элементами магнитопровода 4.

Рисунок 2

1 - возвратный механизм, 2, 5 - обмотки катушек, 3 - ферромагнитный якорь 
4 - корпус-магнитопровод, 6 - измерительный стержень

 

 

 

Технические данные 
Рабочий диапазон перемещений в мкм....................................... 50

Погрешность……………………………………………….. 0,2 мкм

Измерительное усилие……………………………………..100-120 г.

Габаритные размеры  в мм:

Диаметр...............................................................................................20

Длина.................................................................................................120

Обмоточные данные:

Число катушек......................................................................................2

Число витков в катушке.................................................................3500

 

Датчик устойчиво работает в условиях вибраций и ускорений.

Датчик предназначен для контроля размеров детали в машиностроении. 

 

     4. Датчики окружающей среды

     4.1 Датчик температуры:

Термометр сопротивления  это термометр, как правило, в  металлическом или керамическом корпусе, чувствительный элемент которого представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Самый популярный тип термометра – платиновый ТС, это объясняется высоким температурным коэффициентом платины, ее устойчивостью к окислению и хорошей технологичностью. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Новый стандарт на технические требования к рабочим ТС: ГОСТ Р 8.625-2006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Главное преимущество термометров сопротивления – широкий диапазон температур, высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Изготавливаются также герметичные чувствительные элементы термометров сопротивления различных размеров, что позволяет их использовать в местах, где важно устанавливать миниатюрный датчик температуры. Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех- или четырех- проводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра. Важнейшей технологической проблемой для ТС проволочного типа является герметизация корпуса ЧЭ специальной глазурью, состав глазури должен быть подобран так, чтобы при колебаниях температуры в пределах рабочего диапазона не происходило разрушение герметизирующего слоя.

Описание - высокая точность и стабильность. Характеристика сопротивление-температура близка к линейной. Самый широкий диапазон температур. Высокое удельное сопротивление. Для изготовления ЧЭ требуется небольшое количество платины. Возможно изготовление ЧЭ методом напыления платины на подложку (пленочные ЧЭ).

ЧЭ представляет собой  платиновую спираль, четыре отрезка  которой укладываются в каналы трубки из оксида алюминия и засыпаются мелкодисперсным порошком из оксида алюминия высокой чистоты. Таким образом, обеспечивается изоляция витков спирали друг от друга, амортизация спирали при термическом расширении и вибропрочность. Герметизация концов ЧЭ проводится с помощью цемента, приготовленного на основе оксида алюминия, или специальной глазури.

 

Температурный коэффициент 0.00385, 0,00391 °C-1 – рабочие ТС

(ГОСТ Р 8.625-2006, МЭК  60751)        0.003925 °C-1 – эталонные ТС

Рекомендуемый рабочий  диапазон температур  –196°C до 600°C

Диаметр ЧЭ – 3,5 мм;

Время термической реакции (63% от полного изменения) – 1…3 с

 

4.2 Датчик влажности:

Серия датчиков влажности HCH-1000 отличается от ранее предлагаемых датчиков прежде всего функциональной простотой. Это, по сути, двухвыводной преобразователь относительной влажности в емкость (рис. 1).

 

 

 

Рис. 1. Емкостные датчики  компании Honeywell серии HCH-1000

 

Емкостные датчики влажности  в настоящее время получили наибольшее распространение в индустриальной, метеорологической и бытовой  аппаратуре, благодаря ряду преимуществ перед резистивными и термическими датчиками. Такие датчики производятся, соответственно, по емкостной технологии, которая обеспечивает максимальную температурную и долговременную стабильность параметров, высокую чувствительность, низкий гистерезис и время отклика, а также полное восстановление характеристики после воздействия конденсата. Вместе с этим, благодаря использованию при производстве «поставленных на поток» современных микроэлектронных технологий, датчики имею очень низкую стоимость.

Новые датчики HCH-1000 состоят  из перфорированного верхнего электрода, полиимидного диэлектрического слоя, нижнего сплошного электрода  и электрических выводов. Вся  конструкция смонтирована на стеклянной подложке и образует конденсатор. Пары влаги, адсорбирующиеся в полиимидном слое, меняют его диэлектрическую проницаемость, что влечет за собой изменение емкости. Изменение величины диэлектрической проницаемости от накопленной в диэлектрике влаги практически линейно. Соответственно близка к линейной и характеристика емкость-влажность (рис. 2.).

 

Рис. 2. Типовая характеристика преобразования датчика HCH-1000 (а) и рабочая  область (б)

Рис. 3. Конструктивное исполнение датчиков серии HCH-1000

 

Основные технические  характеристики датчиков HCH-1000:

 

Характеристика преобразования датчика HCH-1000 определяется следующей формулой:

 

 

где

S - чувствительность (пФ/%RH),

СC - расчетная емкость  датчика, соответствующая измеряемой влажности,

CS(55%RH) - нормальная емкость  датчика при 55%RH,

%RH(CM) - измеряемая влажность,

%RH(CS)] - стандартная влажность.

 

 

 

 

 

       5. Электронный усилитель К140УД20

 

По заданию нам дан операционный усилитель К140УД20

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ:

^{Операционным  усилителем (ОУ) называют усилитель напряжения, предназначенный  для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами при работе в цепях с отрицательной обратной связью (ООС), в состав которых могут входить сопротивления (R), емкости (С), индуктивности (L), диоды, транзисторы и другие элементы.}

К140УД20 - сдвоенный операционный усилитель

Корпус:

К

 
Цоколевка: 
 
 
 
Электрическая схема:  
 
Типовые рабочие характеристики: 
 
 
 
Схема включения: 
 
 
Электрические параметры при U_п= 15 В, R_н= 2к, Т=25 ° C

1	Напряжение питания	15 В  10%
2	Максимальное выходное напряжение      при Uп= 15 В      при Uп= 13,5 В	не менее 11,5 В  не менее 10,5 В
3	Напряжение смещения нуля  при Uп= 15 В  при Uп= 16,5 В	не более 3 мВ  не более 4,5 мВ
4	Входной ток	не более 80 нА
5	Ток потребления  при Uп= 15 В  при Uп= 16,5 В	не более 2,8 мА  не более 2,8 мА
6	Разность входных токов  при при Uп= 15 В  при при Uп= 16,5 В	не более 30 нА  не более 30 нА
7	Коэффициент усиления напряжения  при Uп= 15 В  при Uп= 13,5 В	не менее 50000    не менее 50000
8	Коэффициент ослабления синфазных  входных напряжений	не менее 70 дБ
9	Синфазное входное напряжение	не менее  12 В
10	Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения	не более 150 мкВ/В
11	Частота единичного усиления	не менее 0,5 МГц
12	Скорость нарастания выходного  напряжения	не менее 0,3 В/мкс

 

 

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

1	Напряжение питания	(8...19,5) В
2	Входное синфазное напряжение	не более  14,5 В
3	Входное дифференциальное напряжение	не более  7 В
4	Температура окружающей среды	-60...+125 ° C

 
 
Зарубежные аналоги:

µ A747 производимый Fairchild

   6. Расчет генератора синусоидальных колебаний

Для того, чтобы получить генератор синусоидальных колебаний, необходимо, чтобы положительная  обратная связь была частотно-зависимой и пропускала только сигнал одной частоты.

Мост Вина включают между  выходом ОУ и его неинвертирующим  входом, чем достигается введение ПОС. Резисторы R₃, R₄ и R₅ образуют звено ООС . Резисторы R₄ и R₅ определяют требуемый коэффициент усиления К_ос.                                                                                                             

f_ср = 60 Гц

ПД = -10¸10 В

Рис.4. Схема мостового генератора Вина.

 

f_г ³ 10*f_ср = 10*60 = 600Гц

Для RC генератора с мостом Вина

f_г=   R₁C₁=1/(2πf)=1/(2π*600)=2,65 · 10‾ 4 сֿ¹

Берем С₁=С₂=0,1 мкФ;

тогда R₁=2,65· 10‾ ⁴/0,1·10ˉ⁶=2650 Ом

По ГОСТу примем R₁=R₂=2,7 кОм

Примем R₃=1,8 кОм, R₄=2,7 кОм, R₅=2,7 кОм. Напряжение стабилизации на паре стабилитронов D₁ и D₂ U_ст= ±2,1 В.

На частоте 9кГц коэффициент  положительной обратной связи  и фазовый сдвиг, вносимый цепью этой связи, равен нулю. Поэтому для возникновения колебаний необходим неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления . Для того, чтобы генерация возникла и не сорвалась, этот коэффициент должен несколько превышать 3. Включение стабилитронов D₁ и D₂ в цепь отрицательной обратной связи делает последнюю нелинейной, что позволяет ограничить амплитуду на требуемом уровне.

При расчете схемы в первую очередь  проверим, что колебания в ней  возникнут. Для этого убедимся, что коэффициент усиления до включения стабилитрона больше 3, после включения меньше 3.

До включения стабилитрона:

После включения стабилитрона:

Таким образом, в приведенной схеме  возникнут колебания.

Амплитуда колебаний