РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО СТЕНДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЬЕЗОТРАНСФОРМАТОРНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ

Введение 5
ГЛАВА 1. Общие сведения о резонансных методах и средствах измерения 7
1.1 Обзор существующих резонансных методов и измерительных устройств с одной степенью свободы 7
1.1.1 Резонансные методы измерения параметров электрической цепи 7
1.2 Электромеханические измерительные преобразователи вибрационного типа 9
1.2.1 Камертонный датчик вязкости 9
1.2.2 Вибрационные методы измерения уровня сыпучих материалов 10
1.3 Пьезорезонансные измерительные устройства с одной степенью свободы 11
1.3.1 Классификация пьезорезонансных датчиков 11
1.3.2 Пьезорезонансные датчики силы 13
1.3.3 Пьезорезонансные датчики температуры 14
1.3.4 Пьезорезонансные датчики давления 14
1.4 Недостатки измерительных преобразователей с одной степенью свободы 15
1.5 Обоснование целесообразности создания первичных измерительных
преобразователей с двумя степенями свободы 15
ГЛАВА 2. Принципы построения и особенности функционирования пьезотрансформаторных измерительных преобразователей с двумя степенями свободы ..18
2.1 Аналитическое описание процессов связанных колебаний в системах с двумя
степенями свободы 18
2.2 Критерии оценки чувствительности и эффективности МСК ИП 20
2.3 Критерии оптимизации конструктивного исполнения и режимов работы МСК ПТ ИП 21
2.4 Исследование метрологических характеристик ПТ ИП с двумя степенями свободы 24
2.5 Имитационное моделирование режимов работы измерительных устройств с двумя степенями свободы 29
2.6 Оценка метрологических характеристик измерительных устройств с двумя степенями свободы с частотным и амплитудным выходом 32
2.7 ПТ ИП на базе монолитных пьезоэлеменов 35
2.8 Устройство и принцип работы дифференциального ПТ ИП статических усилий.37
2.9 ИП с использованием составных пьезотрансформаторов 40
2.10 Разновидности конструктивного исполнения составных ПЭТ 40
ГЛАВА 3. Практическая реализация пьезотрансформаторных измерительных преобразователей (ПТ ИП) с двумя степенями свободы 42
3.1 Варианты конструктивного исполнения ИП с двумя степенями свободы 42
3.2 Разработка и изготовление макета пьзотрансформаторного измерительного преобразователя с двумя степенями свободы 43
3.3 Результаты экспериментальных исследований макета ПТ ИП 45
3.4 Использование отладочной платы для проведения экспериментальных
исследований МСК ИП 48
ГЛАВА 4. Практическая реализация разработанного устройства 49
4.1 Исследование первичных преобразователей на базе колебательных систем с двумя степенями свободы 49
4.2 Разработка пьезотрансформаторного датчика с использованием отладочной платы 52
Заключение 56
Список использованной литературы
Купить

На сегодняшний день возрастает потребность в многофункциональных первичных измерительных преобразователях, не дорогих, технологичных, характеризующихся повышенной чувствительностью и избирательной способностью. В различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве, в медицине и экологии требуется измерять разнообразные физические величины, например, плотность, вязкость, и упругость жидких сред, потери на внутреннее и внешнее трение в твёрдых телах, трибологические характеристики материалов и покрытий и т.п. Для измерения увеличивающегося разнообразия параметров технологических процессов, характеристик материалов требуется все возрастающий парк соответствующих измерительных устройств. Одним из вариантов решения данной проблемы может явиться разработка многофункциональных датчиков, применимых для одновременного измерения нескольких физических величин, параметров, характеристик исследуемых материалов и т.п. Создание измерительных устройств такого типа позволит кардинально сократить номенклатуру и число применяемых датчиков, расширит их функциональные возможности и область применения.
Предлагается использовать связанные колебания в пьезорезонансных структурах с целью повышения чувствительности измерения одних физических величин и снижения чувствительности по отношению к другим параметрам объекта исследования, в том числе, к воздействию дестабилизирующих факторов. Целенаправленное применение соответствующих режимов работы датчиков такого типа позволит повысить эффективность и избирательную способность процесса первичного измерительного преобразования, создавать на их основе многофункциональные измерительные устройства.
Теоретической базой для создания ПТ ИП на связанных колебаниях являются результаты исследований нелинейных процессов в сложных динамических системах. Нелинейность процесса измерительного преобразования приводит к появлению дополнительной составляющей погрешности - погрешности нелинейности, но при использовании современной микропроцессорной элементной базы не составляет большого труда осуществлять линеаризацию рабочих характеристик таких измерительных устройств [5]. С другой стороны, при этом можно обеспечить усиление измеряемого сигнала как электрической, так и неэлектрической природы, причем осуществлять это можно непосредственно на физическом уровне в условиях максимального приближения к объекту измерения, что позволит в итоге повысить точность измерений за счет улучшения соотношения «сигнал/шум».
Цель работы: Разработка многопараметрического измерительного преобразователя с двумя степенями свободы, основанного на использовании связанных колебаний пьезотрансформаторов, обладающего расширенными функциональными возможностями.
Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:
1. Обосновать целесообразность создания измерительных преобразователей (ИП) на основе взаимосвязанных пьезоэлектрических трансформаторов (ПЭТ).
2. Предложить конструкцию ИП с использованием связанных колебаний ПЭТ
3. Привести аналитическое описание связанных колебаний в сложных системах.
4. Выполнить имитационное моделирование режимов работы с двумя степенями свободы.
5. Произвести анализ метрологических характеристик ИП такого типа.
6. Разработать макет ИП и электрическую схему устройства.
7. Произвести необходимые экспериментальные исследования с использованием отладочной платы Миландр.
8. Разработать методические указания к лабораторным работам по данной тематике. Научная новизна.
Научную новизну работы составляет разработка учебных стендов для дисциплин микропроцессорные измерительные системы и измерительные информационные системы, разработка плат с пьезоэлектрическими элементами для этих дисциплин.
Практическая значимость.
В процессе выполнения дипломной работы был разработан и изготовлен макет первичного измерительного преобразователя параметрического типа, представлено теоретическое описание и имитационное моделирование режимов его работы, проведены необходимые экспериментальные исследования, в том числе с использованием отладочной платы. Разработана тематика лабораторных с использованием разработанного работ по дисциплинам МПИУ и ИИС.
К преимуществам данного измерительного устройства можно отнести высокую чувствительность и сравнительно небольшую стоимость, а также малые габариты и потребление энергии, что определяет практическую значимость выполненной работы.

Купить