Разработка измерителя толщины ткани

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

2020

а) Рассчитать индуктивный преобразователь исходя из минимальной толщины ткани (начальный воздушный зазор индуктивного преобразователя), и возможного диапазона ее изменения.

б) Рассчитать и получить в виде графика с помощью компьютера зависимость индуктивности преобразователя от измеряемой величины(толщины ткани).

в) Произвести расчет мостовой измерительной схемы. Построить с помощью ПЭВМ зависимости напряжения измерительной диагонали моста от измеряемой величины(толщины ткани).

г) Выбрать цифровой измерительный прибор (вольтметр).

д) Выбрать трансформатор.

1. Разработка измерителя толщины ткани

Толщина ткани является одним из важнейших параметров которые необходимо контролировать в процессе обработки материала на отделочных машинах текстильного производства. Контроль утолщения в виде шва ткани позволяет своевременно управлять рабочими органами машины. Измерение толщины ткани позволяет определить поверхностную плотность материала.

Цифровой измеритель толщины ткани с индуктивным преобразователем представляет собой: технологический ролик, охватываемый тканью, чувствительный элемент датчика в виде щупа лежащего на поверхности ткани охватывающей ролик. Чувствительный элемент соединен с якорем индуктивного преобразователя малых перемещений. Якорь преобразователя соединен с шарниром. Индуктивный преобразователь содержит также Ш-образный магнитопровод на средней части которого находится катушка. Катушка преобразователя включена в измерительную схему, питаемую от источника переменного напряжения. Сигнал с выхода измерительной схемы передается на цифровой измеритель переменного напряжения Ф30.

При изменении толщины материала происходит перемещение чувствительного элемента датчика при этом якорь удаляется или приближается к основному магнитопроводу. Изменяется магнитный поток и индуктивность преобразователя, что приводит к изменению тока в катушке преобразователя и разбалансу мостовой измерительной схемы. Это изменение напряжения фиксируется цифровым измерителем переменного напряжения. ткань текстильный измеритель преобразователь

Нами разработана функциональная схема цифрового измерителя представленная на рис. 1.



Рисунок 1. Функциональная схема индуктивного измерителя толщины ткани

2. Расчет индуктивного преобразователя малых перемещений

Проведем расчет индуктивного преобразователя [1] с Ш - образным магнитопроводом и с начальным воздушным зазором ₀ = 1 мм. Питание преобразователя осуществляется напряжением переменного тока с частотой 50 Гц. Для получения характеристики близкой к линейной, величину перемещения якоря необходимо брать 0.1 - 0.15 величины воздушного зазора.

Ориентировочную величину перемещения якоря определим по формуле

₀ = (0,1 ч 0,15)* ₀ = (0,1 ч 0,15)*10^-3 м.

Длину средней линии магнитопровода определим из соотношения

L_СТ/д0? 200 мм, тогда L_СТ = 1 * 200 = 200 мм

Из таблицы приложения 3 выберем для преобразователя Ш - образную трансформаторную сталь марки Э1, с толщиной листа 0,35 мм типа Ш-20 с размерами указанными на рис.2.

Рисунок 2. Магнитопровод индуктивного преобразователя

Для такого магнитопровода а = 20 мм, d = 10 мм, h = 95 мм, с = 10 мм.

Определим длину средней линии магнитопровода

L_СТ = (10 +20/4 + 10/2)*2 + (95 + 10/2 * 2)*2 = 250 мм,

Что удовлетворяет вышеуказанному требованию.

Величину набора сердечника определим по формуле

B = 1,5 * a = 30 мм

Так как катушка прямоугольной формы и расположена на среднем стержне, средняя длина витка определяется по формуле:

L_ВИТ = (20 + 10/2 *2) * 2 + (30 +10/2 *2) * 2 = 140 мм

Принимаем магнитную индукцию в зазоре преобразователя В = 0,6 Т и активное сопротивление катушки R = 200 Ом. Используем график [1] по выбранному значению магнитной индукции находим напряженность в стали марки Э1. Она получается равной Н_СТ = 110 А/M.

Напряженность поля в зазоре определяется по формуле

Н_ЗАЗ = B/₀ = 0.6 / 4*3,14 * 10^-7 = 4,8 * 10⁵ А/м

Учитывая, что магнитная цепь симметрична относительно оси определение намагничивающей силы произведем для одной половины магнитопровода. Намагничивающая сила будет равна:

F' = H_СТ * L_СТ + Н_ЗАЗ *2 * ₀ = 110 * 0,25 * + 4,8 * 10⁵ * 2 * 0,001 = 982,4 А

С учетом потока рассеяния, при коэффициенте рассеяния К_Р = 1,15, расчетная намагничивающая сила будет равна

F = F' *1,15 = 982,4 * 1,15 = 1129,76 А

Число витков катушки преобразователя рассчитывается по формуле

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

2020

Где - удельное сопротивление меди, равное 175*10^-4Ом*мм²/м;

R - сопротивление катушки в Ом;

- плотность тока, принимаем = 2,5 А/мм²;

L_ВИТ - средняя длина витка катушки в м;

Определим диаметр провода по формуле



3

Размещено на http://www.allbest.ru/

2020

Принимаем для катушки медный провод с эмалевой изоляцией диаметром d = 0,31 мм.

Допустимая величина тока при выбранной плотности составит:

I_ДОП = * *d²/4 = 2,5 * 3,14*0,31²/4 = 0,189 A

Так как отношение ₀/a = 1/20 = 0,05 < 0,1 , то определение магнитного сопротивления магнитопровода проведем без учета бокового распора силовых линий. Полезное сечение стали определим с учетом коэффициента заполнения К_ЗАП., который равен 0,9.

В нашем случае сечение стали, а следовательно и зазора будут равны

S_СТ = S = К_ЗАП * а *б = 0.9 * 20 * 30 = 540 мм²

Магнитное сопротивление подобного симметричного магнитопровода определим как магнитное сопротивление одной половины поделенной на 2.

R' = R_СТ +R = (L_СТ* H_СТ)/(B_СТ*S_СТ) + (2*₀)/(₀*S) =

= (250 *10^-3 * 110*2)/(0.6 * 540 *10^-6) + (2 * 1 * 10^-3 *2 ) / (4*3,14 * *10^-7 * 540 *10^-6) = 6,067 * 10⁶ 1/Г

ТогдаR_М = R'/2 = 6,067 * 10⁶ / 2 = 3,034*10⁶ 1/Г

Индуктивность преобразователя и его индуктивное сопротивление определяется по формулам

L = W² / R_M = 6074² / 3,034 * 10⁶ = 12,16 Гн

X_L = * L = 314 * 12,16 = 3,82*10³ Ом

Отношение индуктивного сопротивления к активному

X_L / R = 3,82*10³ /200 = 19,093

Коэффициент заполнения обмотки:

К_ЗАП =( W * *d² ) / 4 *S_ОКН = 6074 * 3,14 * 0,31² / 4 * 950 = 0,48

Где S_ОКН = h * c = 95 * 10 = 950 мм² - площадь поперечного сечения окна магнитопровода.

3. Расчет измерительной схемы датчика толщины ткани с индуктивным преобразователем

При перемещении якоря индуктивного преобразователя вследствие изменения толщины материала изменяется воздушный зазор. Это приводит к изменению напряжения, протекающего через катушку. Индуктивный преобразователь малых перемещений следует включить в измерительную мостовую схему . При перемещении якоря в схеме будет наблюдаться разбаланс и в измерительной диагонали будет напряжение. В нашем случае выберем мостовую схему второго рода представленную на рис. 3.



Рисунок 3 . Измерительная мостовая схема

Измерительная схема содержит активные резисторы R1, R2, R3 и R4. Последовательно с R1 включена катушка индуктивного преобразователя малых перемещений L. Параллельно R4 включен конденсатор С1. При изменении толщины ткани будет происходить изменение преобразователя и в измерительной диагонали появиться ток и напряжение. Необходимо рассчитать номиналы элементов входящих в измерительную схему.

По рассчитанным значениям L_x и r_x выбираем элементы моста, используя формулы :

L_x=R3*R2/C1 r_x=R3*R2/R4 r_x=R1=200 ОмLx=12,16 Г

Получаем:

R3=390 OмR2=430 ОмR4=820 ОмС1=1,2 мФ

При таких значениях элементов мост находится в равновесном состоянии.

Строим график зависимости индуктивности преобразователя от величины воздушного зазора, для этого выражаем L_x через д и задаёмся шагом:

Рисунок 4. График зависимости индуктивности преобразователя от велечины воздушного зазора. Где д в метрах , Lx в Генри.

По графику находим усреднённые значения ?L и ?д :

м = 0,04 мм

Вычисляем чувствительность преобразователя :

Рассчитываем для каждой велечины зазора модуль полного сопротивления по формулам :

1) Г

Ом

Ом

2) Г

Ом

Ом

3) Г

Ом

Ом

4) Г

Ом

5) Г

Ом

Ом

6) Г

Ом

Ом

7) Г

Ом

Ом

Выбираем трансформатор для нашей мостовой схемы, для этого задаёмся напряжением питания:

U_п= 36 В

Далее находим питающий ток (игнорируя реактивные сопротивления).

Для этого сначала рассчитываем общее сопротивление моста по питанию:

I_п=U_п/R_общ=36/400.8=0.09 А

Рассчитываем полную мощность : P_п=U_п*I_п=36*0,09=3,23 Вт

Рассчитываем габаритную мощность трансформатора:

Вт,где ?=0,9 , К_з=1,3

Выбираем из справочника [3] трансформатор ТПП236-127/220-50 со следующими параметрами :

Напряжение вторичной обмотки U_15-16=20 В, U_17-18=20 В , соединяем последовательно две обмотки и получаем напряжение U_15-18=40 В.

Ток вторичной обмотки I=0.128 А .

Габаритная мощность P_гт=9 Вт.

Рассчитываем выходное напряжение при бесконечном сопротивлении измерительной диагонали:

В

Далее рассчитываем показатель л для каждого из значений приращений полных сопротивлений,рассчитанных для каждой велечины зазора:

1)

Ом

2)

Ом

3)

Ом

4)

Ом

5)

Ом

6)

Ом

Рассчитываем выходное напряжение при каждом значении величины зазора :

В

В

В

В

В

В

Строим график зависимости велечины выходного напряжения от велечины воздушного зазора индуктивного преобразователя (Статическая характеристика):

Рисунок 5. График зависимости величины выходного напряжения от величины воздушного зазора индуктивного преобразователя (Статическая характеристика).

Находим усреднённые значения ?U и ?д :

В ?д=0,05 мм

Рассчитываем чувствительность мостовой схемы :

S_полн=?U_вых/?д=0.111/0.05=2.22 В/мм

Выбираем в качестве измерительного прибора электронный вольметр Ф30 , имеющий предел измерения от 0 до 100 В. Погрешность прибора составляет 0,2 %. При нахождении значений напряжения по данному прибору, осуществляем градуировку шкалы по статической характеристике (Рисунок 5).

Список использованной литературы

Волков А.В. Методические указания по расчету индуктивных преобразователей малых перемещений. Иваново, 1972 г.

А.В. Волков Методические указания. Мостовые измерительные цепи переменного тока. Иваново, 1978 г.

3.Справочник.И.Н.Сидоров, В.В.Мукосеев, А.А.Христинин. Малогабаритные трансформаторы и дроссели.Мосва,1985г.

Приложение 1

Позиционное обозначение на схеме	Тип	Кол-во	Примечание
С1	МБМ 1,2мФ х 600 В	1
Т	Трансформатор ТПП236-127/220-50	1
R1	МЛТ 05-200 Ом
R2	МЛТ 05-430 Ом	1
R3	МЛТ 05-390 Ом	1
R4	МЛТ 05-820 Ом	1

Размещено на Allbest.ru

...