1. ВВЕДЕНИЕ

В электрических манометрах в качестве чувствительных элементов применяются гофрированные мембраны, мембранные коробки, манометрические трубки и сильфоны.

Для преобразования деформации упругих элементов в электрический сигнал применяются либо омический (потенциометрический) преобразователь, либо индуктивный преобразователь, преобразующий перемещение чувствительного элемента в электрический сигнал, удобный для дистанционной передачи. В измерительных схемах осуществляется также компенсация температурных погрешностей прибора.

В качестве указателей в манометрах обычно применятся логометры с подвижным магнитом.

В соответствии с [2, стр. 173] и рис. 1, выбираем манометр серии ЭДМУ.

Рисунок 1. Схема электромеханического дистанционного манометра с двух рамочным магнитоэлектрическим логометром.

Функциональная схема прибора представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Функциональная схема.

Звено 1 – мембранная коробка, преобразующая давление P в перемещение w жесткого центра коробки, w=f1(P).

Звено 2 – передаточно-множительный механизм, преобразующий перемещение центра мембранной коробки w в перемещение движка потенциометра , Y=f2(w).

Звено 3 – потенциометр, преобразующий перемещение щетки потенциометра Y в изменение отношения сопротивлений ,

.

Звено 4 – электрическая схема, которая преобразует отношения сопротивлений потенциометра в изменение отношения токов в рамках логометра,

.

Звено 5 – логометр, преобразующий изменения соотношений токов в угловое перемещение a подвижной системы указателей

2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Характеристика чувствительной характеристики прибора необходимо предварительно рассчитать характеристики отдельных звеньев прибора. Это позволяет рассчитать чувствительность прибора и построить его шкалу.

А) Расчет чувствительного элемента

Характеристика чувствительного элемента может быть представлена зависимостью перемещения w чувствительного элемента от измеряемого давления P

В нашем случае в качестве чувствительного элемента задана мембранная коробка. Характеристику мембраны трапецеидального профиля можно определить по формуле

где P – измеряемое давление;

w - прогиб центра мембраны [м];

R – рабочий радиус мембраны [м];

a,b – коэффициенты зависящие от формы профиля мембраны

h – толщина материала мембраны [м];

Е – модуль упругости материала (Е=1.2*108 Па для БрБ-2.5).

Следуя указаниям из [4, стр. 472 475] принимаем R=0.04, h=0.002, a=48, b=0.042 и выразив w из (1) получим

w=0.008.

Б) Расчет передаточно-множительного механизма

Находим зависимость j1=f2(w)

где j1 – угол поворота щетки потенциометра.

Принимаем передаточное отношение механизма i=10. Тогда имеем:

При малых углах поворота (j1) перемещение щетки потенциометра можно считать пропорциональным углу поворота, т.е.:

y=lЩj1,

y=0.98 см

где lЩ – длина щетки до оси вращения(lЩ=3.5 см.) (радиус потенциометра).

Изменение сопротивления одного из плеч потенциометра функционально связано с перемещением y щетки потенциометра RX=f4(y) и для линейного потенциометра

где y0 – полная длина намотки потенциометра.(y0=1.2 см).

R0 – сопротивление потенциометра 255 Ом.

Далее найдем зависимость сопротивления RX давления P,.т.е.

Далее рассчитаем конструктивные параметры потенциометра.

1. Средняя длина витка потенциометра

где b и h – ширина и высота каркаса (b=5 мм. h=4 мм)

2. Диаметр проволки

где RП – сопротивление потенциометра в ом;

l0 – средняя длина витка в мм;

lН – длина намотанной части потенциометра (lН=12 мм)

z- удельное сопротивление в ом*мм2/м. (1.1 ом*мм2/м)

d=0.034 мм

3. Число витков намотки потенциометра

В) Расчет параметров электрической схемы

При расчете электрической схемы следует определить зависимость

где I1 и I2 токи в рамках логометра.

При расчете плеч моста R1=R2=R и обозначив R0=RX+RY, характеристика электрической схемы имеет вид:

Г) Расчет логометра с подвижным магнитом.

Расчет логометра разделяется на две части

1. Определение необходимого характера кривых моментов и характеристики шкалы логометра

2. Расчет собственного измерительного механизма (параметры рамки, коэффициент усиления и т.д.).

Зависимость угла поворота a подвижной системы от отношения токов в рамках, для монометра типа ЭДМУ можно определить из формулы:

при I1=0.0002 A I2=0.022 A

a=29.9 0

Д)Расчет цифрового выхода

Реализовать АЦП достаточно просто, используя цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) на однокристальной микросхеме К572ПА1, операционный усилитель К140УД9 и компаратор напряжения К554СА3.

Рассмотрим более подробно компаратор напряжения К554СА3. Компаратор осуществляет переключение выходного напряжения, когда изменяющийся выходной сигнал становится выше или ниже определенного уровня. Компаратор принадлежит к классу формирователей, предназначенных для перехода от аналоговых сигналов к цифровым. Поэтому оконечные каскады компараторов обычно конструируют таким образом, чтобы выходное напряжение соответствовало бы принятым логическим уровням распространенных цифровым микросхем. Компаратор напряжения К554СА3 может питаться как от +-15 В так и +-9 В и даже +-5 В связи с этим применение компаратора становится разнообразным.