Преобразователь ускорения движущегося по рельсам поезда

ФГОУ ВПО  «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –  УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»

УЧЕБНО-НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ИНСТИТУТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ  ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра: «Приборостроение, метрология и сертификация»

 

Допустить к  защите

«_____»________2010

 

Руководитель________________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

«Физические основы получения информации»

 

Тема курсового  проекта: «Преобразователь ускорения движущегося

 по  рельсам поезда»

 

Проект выполнил студент  Лесич Н. Е.

Шифр 080363 группы 31 П  УНИИ ИТ

Специальность  200101

Курсовая работа защищена с оценкой ________

Студент    Лесич Н. Е.

Руководитель   Давыдова Н. В.

Члены комиссии  

 

 

Орел, 2010

АННОТАЦИЯ

 

Цель  курсового проекта заключалась в проектировании преобразователя ускорения движущегося объекта. В качестве преобразователя, измеряющего данное ускорение, был выбран тензорезистивный преобразователь.

Решение данной задачи достигалось при помощи:

- обзора различных преобразователей ускорения;

- выбора конкретного преобразователя для проектирования;

- расчета параметров преобразователя.

Выбор преобразователей выполнялся на основе рассмотрения литературы, связанной с темой курсового проекта. Было рассмотрено не менее пяти принципов действия преобразователей, решающих поставленную задачу. В качестве источников информации использовались учебники, научные издания, а также патентно-технические источники. Из обзора был выбран преобразователь более подходящий, по моему мнению, для проектирования. Было составлено техническое задание. Производился расчет преобразователя для выявления его параметров. По результатам проектирования были сделаны выводы, занесенные в заключение.

Цель  курсового проекта была достигнута. Разработан тензорезистивный преобразователь с расчетными параметрами, удовлетворяющими заданным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………………..5

1. Заданная измеряемая ФВ. Определение понятия……...…………………….6
2. Обзор преобразователей, которые используются для измерения ускорения движущегося объекта…………..……………………………….……………..9
1. Пьезоэлектрический преобразователь…………………………………...9
1. Пьезоэлектрический преобразователь ускорения 1………………9
2. Пьезоэлектрический преобразователь ускорения 2……………11
2. Тензорезистивный преобразователь ……………………….…………12
1. Тензорезистивный преобразователь линейного ускорения……12
2. Тензорезистивный преобразователь ускорения…………………14
3. Реостатный преобразователь ускорения………………………………15
4. Индуктивный преобразователь…………………………………………17
5. Емкостный преобразователь……………………………………………18
3. Выбор преобразователя…………………………………………………….20
4. Техническое задание…………………………………………………………23
1. Наименование устройства………………………………………………23
2. Состав устройства………………………………………………………23
3. Назначение и область применения………………………………...…23
4. Технические требования………………………………………………23
5. Требования к конструкции……………………………………………23
6. Условия эксплуатации…………………………………………………24
7. Требования надежности………………………………………………24
5. Конструкторский раздел……………………………………………………25
1. Принцип действия преобразователя……………………………………25
2. Описание конструкции преобразователя ………………..……………26
3. Расчет основных характеристик преобразователя.……………………28
4. Технология наклеивания тензорезисторов …….………………………42

Заключение………………………………………………………………………44

Список использованных источников…………………………………………45

 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС

(ГУ - УНПК)

 

 

Факультет

УНИИ ИТ

Кафедра

ПМиС

 

Специальность

«Приборостроение»  200101(190100))

 

ЗАДАНИЕ

по курсовому проекту студента Лесич Н. Е.

Фамилия, И.О.

1. Тема курсового проекта
2. Исходные данные
3. Срок сдачи студентом законченного  проекта
4. Содержание расчетно-пояснительной  записки (перечень подлежащих  разработке вопросов)
Введение; 1 Определение понятия измеряемой физической величины; 2 Обзор литературы по рассматриваемой теме; 3 Техническое задание; 4 Специальная часть: Обоснование выбранной схемы устройства преобразователя, объяснение  принципа действия и математическое описание, происходящих в нем преобразований; расчет: элементов конструкции, влияющих на характеристики преобразователя; характеристик преобразования в статическом и динамическом режимах (при номинальных размерах элементов и при размерах элементов, соответствующих граничным условиям допусков); погрешностей преобразователя. Выбор и обоснование схемы включения преобразователя, объяснение ее принципа действия, расчет и выбор элементов схемы; расчет функции преобразования преобразователя вместе со схемой включения(номинальной и с учетом допусков на элементы преобразователя и электрической схемы).Расчет основных параметров преобразователя(со схемой включения): коэффициента преобразования, чувствительности, нелинейности; времени установления показаний. Заключение. Список использованных источников.
4. Перечень графического материала  (с точным указанием обязательных  чертежей)
-обзор возможных типов преобразователей, обеспечивающих преобразование заданной физической величины – 1 лист формата А1
=схема устройства проектируемого  преобразователя – 1 лист формата  А2;;
-электрическая схема включения  преобразователя – 1 лист формата  А2;
-графики функций преобразования  преобразователя в статическом  и динамическом режимах без  схемы и со схемой его включения- 2 листа формата А2.
-схема устройства, реализующего  выбранный метод -1 лист формата  А2;

 

5. Дата выдачи задания:.-----------------------------------------------------------------           

             

Руководитель------------------------------------------------------------------------------

                                                                                   (подпись руководителя)

              Задание принял к исполнению----------------------------------------------

                                                                                     (подпись студента)

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Тема данного курсового проекта – преобразователь ускорения движущегося по рельсам поезда. Изменение параметров ускорения, на сегодняшний день, считается актуальной темой, так как исследование процессов изменения ускорений используют в различных областях науки и техники. Например, в приборостроении, машиностроении, ракетной технике, в строительстве и т. д.

На сегодняшний  день изобретено огромное количество приборов, позволяющих предельно точно измерить ускорение различных движущихся объектов, в том числе и поезда, движущегося по рельсам. Основным изобретением для измерения ускорения является акселерометр. Это преобразователь измерения параметров ускорения и других физических величин.  

Измерительный преобразователь – это техническое  устройство, построенное на определенном физическом принципе действия, выполняющее одно частное измерительное преобразование. Работа измерительных преобразователей протекает в сложных условиях, так как объект измерения – это, как правило, сложный, многогранный процесс, характеризующийся множеством параметров, каждый из которых действует на измерительный преобразователь совместно с остальными параметрами. Нас же интересует только один параметр, который называем измеряемой величиной, а все остальные параметры процесса считаем помехами.

Для достижения поставленной цели мы рассмотрели множество  различных преобразователей с различным принципом действия и выбрали один, для дальнейших расчетов и проектирования.

 

 

 

 

 

1. Заданная измеряемая физическая величина. Определение понятия

 

          Современная  информационно-измерительная   техника  располагает  средствами  измерения около двухсот  различных  физических величин – электрических,  магнитных,  тепловых,  акустических,  механических  и  т. д.

           Подавляющее   большинство  этих величин   в  процессе  измерения  преобразуется   в  величины  электрические,  как  наиболее  удобные  для   передачи,  усиления, математической  обработки   и  точного измерения. Поэтому  в  современной   измерительной   технике  находят  широкое  применение  преобразователи  разного  рода  физических  величин  в  электрические  величины.

           Одной  из актуальных проблем современной  техники является измерение параметров ускорений. 

          Ускорение – это векторная  величина, показывающая на сколько  изменяется вектор скорости точки (либо тела) при её движении за единицу времени. Так же под ускорением понимают производную скорости по времени.

          Ускорение обычно обозначается  , в теоретической механике . Единицей измерения ускорения служит метр в секунду в квадрате (m/s², м/с²), существует также внесистемная единица Гал (Gal), применяемая в гравиметрии и равная 1 см/с². [2]

          Исследование процессов изменения  ускорений представляют большой  интерес для различных областей  народного хозяйства – приборостроения,  машиностроения, ракетной техники  и т. д. Так же процесс  измерения ускорений используют в различных областях науки. Например, в астрономии. Где так же наблюдаются изменения скорости вращения Луны. Как впервые было замечено Галилеем, время вращения Луны вокруг Земли несколько тысячелетий становится все короче, т. е. скорость вращения становится все больше. Причина состояла в изменении эксцентриситета земного пути. С 12000 года до Рождества Христова Луна приближается все ближе к Земле, и это будет продолжаться почти до 37000 года после Р. Х., когда эксцентриситет Земли будет вновь увеличиваться. Однако это ускорение столь ничтожно, что время оборота Луны в продолжение 2000 лет стало только на ½ секунды короче и Луна приблизилась к Земле за это время только на 60 м.

            Скорость в различных неравномерных  движениях изменяется по-разному.  Например, товарный поезд, отходя  от станции, движется ускоренно; на перегоне — то ускоренно, то равномерно, то замедленно; подходя к станции, он движется замедленно. Пассажирский поезд также движется неравномерно, но его скорость изменяется быстрее, чем у товарного поезда. Скорость пули в канале ствола винтовки возрастает от нуля до сотен метров в секунду за несколько тысячных долей секунды; при попадании в препятствие скорость пули уменьшается до нуля также очень быстро. При взлете ракеты ее скорость растет сначала медленно, а потом все быстрее. Для равномерно-ускоренного движения можно количественно охарактеризовать изменение скорости с течением времени, вводя новую физическую величину — ускорение.

          Измерение ускорения различных  движущихся объектов – самолетов,  ракет, наземных или морских  транспортных средств очень важно  для человечества. Его измеряют для дальнейшего изучения свойств и параметров исследуемого объекта. Например, ускорение движущегося наземного транспорта, самолетов, различных механизмов и, даже, ускорение человека. Так же ускорение можно измерить у деталей приборов различного назначения (ускорение вала, колеса и т. д.).

          На сегодняшний день изобретено  огромное количество приборов, позволяющих предельно точно измерить ускорение различных движущихся объектов, в том числе и поезда, движущегося по рельсам. Основным изобретением для измерения ускорения является акселерометр. Это преобразователь измерения параметров ускорения и других физических величин. Ускорение измеряют в различных сферах деятельности человека.

Ускорение воспринимается: в линейном (с одной степенью свободы) акселерометре - механическом  маятниковым устройством, в котором под действием ускорения возникает отклонение маятника от положения равновесия (размер отклонения показывает стрелка на шкале, отградуированной в единицах ускорения); в электромеханическом акселерометре — тензодатчиком, изменяющим свой электрический параметр (сопротивление, индуктивность или ёмкость) в зависимости от механической деформации, пропорциональной ускорению; в максимальном акселерометре — или маятниковым устройством, разрывающим контакт в электрической цепи при достижении объектом исследования заданного значения ускорения, или пьезоэлектрическим датчиком, вырабатывающим электрическое напряжение при механическом сжатии под действием сил инерции. В электромеханических и максимальных акселерометрах ускорения регистрируются на экране осциллографа, на который после усиления поступают электрические сигналы с воспринимающих ускорение устройств.

При небольших (до 10 Гц) частотах колебаний деталей машин или движущихся объектов для измерений больших ускорений применяют механические акселерометры; при повышенных частотах — электромеханические акселерометры; при вибрационных измерениях ускорений в диапазоне частот 10 Гц — 20 кГц — максимальные акселерометры. Максимальные акселерометры позволяют измерять ускорения от 1 см/сек² до 30 км/сек² (0,001 до 3000 g, где g — ускорение свободного падения).

          Измерительное  преобразование   представляет  собой   отражение   размера  одной  физической  величины  размером  другой  физической  величины, функционально  с  ней  связанной.

          Применение измерительных  преобразований  является  единственным  методом   практического построения  любых  измерительных  устройств. 

 

 

 

2. Обзор преобразователей, которые используются для измерения ускорения движущегося объекта

 

 

          Для измерения параметров движения  подвижных объектов, в частности  ускорения, используются различные  по принципу действия и устройству  преобразователи, такие как пьезоэлектрические,  тензорезистивные, реостатные, индуктивные, емкостные и т. д. Рассмотрим каждый из них подробно.