Термоанемометрический датчик

13. Определим выходное напряжение U из вольтамперной характеристики для постоянного значения Н, а результаты так же запишем в табл. 6.

                                                                                                                                         Таблица 6.

i	∆p.,Па	Gm·10-6, кг/с	Reб	ReТ	√ Reб	√ReТ	Hб	Нт	Н	U
1	10	0,53	0,37	0,46	0,61	0,68	0,14	0,13	0,27	2,2
2	50	2,68	1,89	2,35	1,37	1,53	0,16	0,15	0,31	2,7
3	100	5,37	3,79	4,72	1,94	2,17	0,19	0,17	0,36	3,2
4	300	16,1	11,3	14,1	3,7	3,76	0,26	0,22	0,48	3,7
5	600	32,4	22,9	28,5	4,78	5,33	0,29	0,26	0,55	4,2
6	800	42,9	30,3	37,7	5,5	6,14	0,33	0,28	0,61	4,46
7	1000	53	37,4	46,64	6,12	6,82	0,35	0,3	0,65	4,65
8	3000	161,2	113,8	141,8	10,6	11,9	0,5	0,38	0,88	5,1
9	6000	322	227	283,3	15,08	16,8	0,68	0,45	1,03	5,3
10	10000	537	379	472	19,4	21,73	0,79	0,57	1,36	5,4

 

 

 

 

 

 

 

Построим график зависимости U=f (∆p):

 

Рис. 26 График зависимости напряжение от перепада давления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет элементов схемы входного усилителя

 

Для согласования датчика с усилителем, усилитель должен иметь большое входное сопротивление порядка десятка единиц ГОм.

Для достижения такого большого входного сопротивления, кроме применения ОУ с большим входным сопротивлением в схему введена положительная обратная связь, которая обеспечивает входное сопротивление десятков единиц ГОм.

Схема усилителя представлена на рис. 27

                                   

Рис. 27  Схема входного усилителя

 

Введение в усилитель ПОС (положительная обратная связь) накладывает ещё одно условие, коэффициент усиления ПОС не должен превышать .

Если коэффициент ПОС будет больше или равно , то усилитель перейдет в режим генерации.

Произведем расчет элементов схемы:

1. Рассчитаем коэффициент усиления ОС (обратная связь). 

Известно:

                

Расчет произведем по следующей формуле:

Для упрощения расчета примем:

 

тогда имеем:

 
Следовательно, должен быть меньше 0,5.

2. Рассчитаем коэффициент положительной обратной связи:

Зададимся резисторами R1 и R3:

 

Далее рассчитываем выходной ток по формуле:

 

Снова производим расчет RВХ с учетом коэффициента положительной ОС:

Нам известно, что для согласования усилителя с датчиком должно быть больше 6 ГОм (требование датчика).

Из расчетов у нас 19 ГОм, при этом =0,47.

Рассчитаем номиналы элементов для задания =0,47.

Из ряда сопротивлений по справочнику выбираем номиналы сопротивлений и их тип.

 

 

Чтобы при измерении температуры сохранить рассчитанные ранее характеристики все сопротивления выбираем с одинаковым ТКС (температурный коэффициент сопротивления).

Усилитель реализован на операционном усилителе К574УД2А. Его технические характеристики представлены в таблице.

 

Пит ном.В	Пот., мА	К	См, мВ	Вх., нА	Вых.мах, В
2·15	10	2,5·104	50	1	10	103

 

 

 

 

7. Анализ источников погрешности и расчет результирующих

погрешности датчика скоростного напора

 

 

Наряду с эксплуатационными требованиями точность измерения определяет его структуру и параметры. Поэтому на стадии разработки для правильной оценки его погрешности необходимо проведение анализа всех внешних и внутренних источников (факторов), приводящих к появлению погрешностей[12].

Анализ источников погрешностей будем проводить согласно общей структурной схеме, представленной на рис.22.

Из расчетов нам известно, расход массовый, как G=f (∆p).

Отсюда имеем, что 

                                                G=                                                            (32)

Из уравнения (32), можем сделать вывод, что расход представляет функцию, как

                                               G=                                                              (33)

Разложим зависимость (33) в ряд Тейлора и ограничившись линейным приближением, получим

                              G=                                                (34)

Так как третье и четвертное составляющие малы по отношение к первым двум, то можем ими пренебречь. Для расчета принимаем вариации температуры и абсолютного давления потока воздуха в каналах термоанемочувствительного преобразователя в пределах соответствия 1кПа, тогда из уравнения (34) получаем,

                                                   G=1,3*10-6 кг/с

Мультипликативная составляющая погрешности пневматического преобразователя вычисляется по формуле:

                                                          пп=                                                          (35)

Получим,

                                        

Как следует, режим работы ТАРП не влияет на величину температурной погрешности термоэлектрического элементарного преобразователя, а как как погрешность зависит от величины входного сигнала Н, то удобнее представить в виде двухчленной формулы на основе формулы (34).

Первый член в зависимости определяет аддитивную, второй - мультипликативную температурную погрешность термоэлектрического элементарного преобразователя.

 

 

 

 

 
     Вывод приведет в виде таблицы (7).

                                                                                           Таблица №7

i	∆Т.,С	%
1	5	0,07
2	10	0,22
3	15	0,39
4	20	0,66
5	25	1,01
6	30	1,51
7	35	2,4
8	40	3,34
9	45	4,43
10	50	5,61

 

 

Построим график зависимости погрешности от перепада давления =f(∆T):

Рис. 28. График зависимости погрешности

 

 

 

 

 

Вывод 

1. В данном курсовом проекте  была дана характеристика объекта  контроля, поставлены задачи измерения  воздушной скорости летательного  аппарата и сформулированы основные  требования, предъявляемые к измерителям  воздушной скорости летательного аппарата, необходимый для оптимизации их работы.

2. В результате анализа методов  и средств измерения скоростного  напора была представлена классификация  в виде схемы, в которой рассмотрены  основные методы измерения воздушной  скорости полета ЛА. На основании данного анализа были определены основные проблемы, возникающие при измерении скоростного напора, способы их решения и тенденции развития измерителей скоростного напора. Основные проблемы: повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых скоростей.

С целью определения уровня технического развития был проведен отбор патентов, публикаций и статей.

3. На основе функциональных требований  предъявляемых к измерителям  скоростного напора был проведен  выбор структурной схемы.

4. Были определены требования  к основным преобразователям, входящим  в структуру датчика измерителя  скоростного напора.

5. Были проведены расчеты основных  преобразователей, согласного заданным  требованиям точности, диапазону  измерения и быстродействию.

6. Был проведен анализ источников погрешности, оценка их вклада в результирующую погрешность и расчет результирующей погрешности устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В результате выполнения данного курсового проекта был разработан датчик измерителя скоростного напора, удовлетворяющий комплексу современных требований, и по своим характеристикам стоящий на одном уровне с отечественными и зарубежными аналогами. Была разработана основная конструкторская документация на него.

Перспективными направлением совершенствования измерителей скоростного напора является совершенствование базовых физико-технических эффектов. Также были получены навыки работы с патентной документации и научно-технической литературой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Научно-популярное издание «Мир Авионики», Санкт-Петербург., ОАО "Корпорации "Аэрокосмическое оборудование" (http://www.aequipment.ru)

2. Браславский Д.А., Приборы и датчики летательных аппаратов, М., Машиностроение, 1970 — 392 арк.

3. Петунин А.Н. Методы и техника измерения параметров газового потока (приемники давления и скоростного напора), М., 1972, 169с.

4. Романченко А.Ф.,  Кудрин А.Н.  О перспективах расширения функциональных возможностей термоанемометрических методов измерений    //Датчики и преобразователи информации систем измерения,  контроля и управления  «Датчик 2000» /Материалы 12 науч.тех.конф., Москва, МГИЭМ, 2000., С. 56.

5. Романченко А.Ф.,  Ахметов Р.Р.,  Вежнин В.П.  Термоанемометрический

преобразователь А.С.638896 (СССР), 1978, Б.И. № 47.

6. Романченко А.Ф.,  Ахметов Р.Р.,   Вежнин В.П.  Термоанемометрический

преобразователь.А.С.634211 (СССР), 1978, Б.И. № 43.

7. Солдаткин В.М. Методы и средства измерения аэродинамических углов ЛА / Казань: Изд-во Казан. гос. Техн. Ун-та, 2001. 448с.