Процесс моделирования работы коммутационного узла
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова
Факультет физики, математики и информационных технологий
Кафедра вычислительной техники и программирования
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Пояснительная записка
КП.370140.1805.32.05. ПЗ
Тема: Процесс моделирования работы коммутационного узла
Ст. преподаватель В.Ю. Игнатовский
Нормоконтролер: Студент:
Заведующий кафедрой Потапенко О.Г.
2006
Задание
Основной целью курсового проекта является разработка системы получения информации о температуре с минимальными допустимыми потерями. Поставленная цель достигается анализом способов необходимого преобразования сигнала, подбором наиболее рациональных вариантов обработки сигнала, формулированием требований к схемотехническим решениям.
В зависимости от варианта, возможный порядок выполнения курсового проекта выглядит как поочередное решение задачи:
выбор структурной схемы, выбор параметров сигнала на входах и выходах элементов структурной схемы, составление баланса погрешностей
выбор схемы и расчет измерительного преобразователя сопротивления в напряжение
выбор схемы и расчет источника стабильного тока
выбор схемы и расчет частотного фильтра
определение суммарной погрешности и мероприятий для уменьшения погрешности
выбор схемы и расчет формирователя выходного сигнала
составление принципиальной схемы системы обработки сигнала.
При решении задач следует рассматривать все возможные варианты реализации, однако к рассмотрению принимать наиболее целесообразные. Системный анализ и экономические расчеты для сопоставления равноценных вариантов допускается не производить с целью ограничения объема выполняемых работ.
Исходные данные к проекту:
1) допустимая погрешность 1%;
2) устройство удаленно от объекта на 95м;
3) уровень синфазной помехи составляет 3.2 В;
4) диапазон
измерения температуры составляет
;
5) выходной
сигнал
в диапазоне
мА;
6) датчик 50M,
от
до
С,
опрос каждые 4.5 секунды.
Содержание
Введение
1. Структурная схема измерительной части
2. Выбор схемы и расчет ПСН
2.1 Схема ПСН
2.2 Расчет ПСН
2.3 Определение погрешностей ПСН
3. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН
3.1 Выбор схемы источника стабильного тока
3.2 Расчет источника стабильного тока
3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока
4. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя
4.1 Выбор схемы измерительного усилителя
4.2 Расчет измерительного усилителя
4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя
5. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты
5.1 Определение желаемых параметров фильтра
5.2 Определение реальных параметров фильтра
5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет
5.4 Определение погрешностей фильтра
6. Выбор схемы и расчет ПНТ
6.1 Выбор схемы ПНТ
6.2 Расчет ПНТ
6.3 Определение погрешностей ПНТ
7. Расчет источника питания
7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения
7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения
7.3 Выбор и расчет трансформатора
8. Проверка общей погрешности
Заключение
Список использованных источников
Введение
Одной из характерных черт научно-технической революции является дальнейшее совершенствование средств и систем комплексной автоматизации различных процессов. Разработка и проектирование современных средств и систем - базируется на достижения в различных областях науки и техники, в том числе и в области автоматического регулирования и управления
Задача разработки систем автоматического регулирования и систем управления состоит в том чтобы, располагая некоторыми априорными сведениями об объекте и заданными требованиями к свойствам всей системы в целом (точность, надежность и т.д.), выбрать технические средства (а в случае необходимости сформулировать технические условия на разработку новых средств автоматики) и составить схему системы, обеспечивающую реализацию этих требований.
Измерительные устройства в системах управления служат для восприятия первичной информации о состоянии управляемого объекта и преобразования ее в сигналы, удобные для их последующей переработки в сигналы управления.
В современных системах управления измерительные устройства часто представляют собой сложные системы, содержащие ряд преобразователей, усилителей, корректирующих цепей, следящих систем и вычислительных устройств.
Основное требование, предъявляемое к измерительному устройству, состоит в том, чтобы он формировал полезный сигнал с минимальными искажениями.
Последние могут вызываться как динамическими и статическими свойствами измерительного устройства, так и влиянием на его работу помех и шумов.
Очень важной характеристикой измерительного устройства в системах управления является его точность, так как очевидно, что точность управления не может быть выше, чем точность измерения.
На точность измерения влияют точность датчиков, элементов преобразующих сигнал этих датчиков, а также большое значение имеет уровень помех. Основными видами помех являются помехи синфазные и дифференциальные. Синфазная помеха отличается от дифференциальной тем, что воздействует одновременно на оба входа измерительного устройства.
Основными причинами появления синфазных помех являются:
1) Влияние ближнего электромагнитного поля;
2) Появления разности потенциалов из-за заземления в двух разных точках….
Существует несколько основных направлений, позволяющих снизить влияние синфазных помех на точность измерения. Это увеличение входного сопротивления, симметрирование входных цепей, применение операционных усилителей с большим сопротивлением синфазному напряжению и применение гальванической развязки и др.
В данной курсовой работе требуется разработать измерительную часть устройства автоматического управления. Эта часть состоит из двух преобразователей типов сигналов (температура в напряжения, напряжения в ток), усилителя сигнала, а также фильтра низкой частоты, необходимого для борьбы с синфазной помехой.
1. Структурная схема измерительной части
Структурная схема
помеха

Рисунок 1 - Структурная схема измерительной части
Описание составных частей структурной схемы
Структурная схема представлена на рисунке 1, где:
1 - датчик температуры 50M, необходим для преобразования температуры в сопротивление:
его сопротивление
при измеряемой температуре
2 - преобразователь сигнала датчика в напряжения (ПСН);
3 - источник тока для ПСН;
4 - измерительный усилитель:
напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН.
Напряжение синфазной помехи (по заданию) равно 3.5В, напряжение выходного сигнала принимаем 1В;
5 - фильтр низкой частоты (необходим для ослабления синфазной помехи до уровня, который нам необходим - принимаем, что будет вполне достаточно уровня в 0,01% от общей погрешности):
напряжение
входного сигнала равно напряжению на
выходе ПСН, напряжение синфазной помехи
равно напряжению синфазной помехи с
учет ослабления на измерительном
усилителе, в качестве частоты синфазной
помехи принимаем частоту промышленной
сети
,
опрос датчика ведется каждый 6 секунд;
6 - ПНТ (необходим для преобразования напряжения в ток):
входное
напряжение ПНТ равно выходному напряжению
измерительного усилителя, ток на выходе
(по заданию)
;
7 - источник питания схемы измерительного устройства:
он должен
обеспечивать двуполярное напряжение
с
допустимым коэффициентом пульсаций
при входном напряжении переменного
тока 220В.
Для расчета погрешностей принимаем, что около 50% погрешности будет на измерительном усилителе, на фильтре около 10%, а остальная погрешность поровну распределиться по остальным узлам схемы.
2. Выбор схемы и расчет ПСН
2.1 Схема ПСН
В качестве схемы преобразователя сопротивления в напряжение принимаем четырехпроводный ПСН рисунок 2
Рисунок 2 - ПСН
2.2 Расчет ПСН
Напряжение на выходе схемы ПСН будет равно:
(1)
где
- напряжение на выходе ПСН;
- потребляемый мостом ток;
- сопротивления плеч моста;
- сопротивления соединительных проводов.
Сопротивления плеч моста подбираются с учетом следующего соотношения:
(2)
Ом;
Ом;
Ом;
Сопротивления
берем по ряду Е96 с точностью
Основное
ограничение на параметры данной схемы
накладывает мощность, рассеиваемая на
термосопротивлении (принимается
mВт):
(3)
С учетом
данного ограничения рассчитываем ток
:
(4)
Для удобства
расчета примем
;
Так как плечи моста находятся в равновесии (т.е. выполнятся условие (2)), то общий ток, который потребляется мостом равен:
(5)
где
- ток потребляемый по второму плечу
моста (
).
Напряжение
на выходе схемы
будет равно (1):
2.3 Определение погрешностей ПСН
Далее рассчитываем погрешность ПСН. Она будет состоять из погрешности неточности сопротивлений:
(7)
где
- погрешность от неточности сопротивлений;
- функции
чувствительности соответственно для
отклонения
.
Функция
чувствительности для сопротивления
находиться по формуле:
(8)
аналогично
для сопротивлений
и
:
(9)
(10)
Погрешность от неточности сопротивлений находим из (7) подстановкой (8), (9) и (10):
Для вычисления максимальной погрешности принимаем, что
Тогда формула для определения погрешности принимает вид:
;
(11)
Вычисляем погрешность от неточности сопротивлений:
3. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН
3.1 Выбор схемы источника стабильного тока
Рисунок 3 - Источник стабильного тока
3.2 Расчет источника стабильного тока
Определяем
наибольшее сопротивление нагрузки
:
(12)
Сопротивления соединительных проводов находим по формуле:
(13)
Где
- удельное электрическое сопротивление
провода (Ом/м);
- длина соединительных проводов (90 м);
S
- площадь поперечного сечения
соединительных проводов ().
Ом;
Примечание, для соединения схемы с ПСН используем кабель КВВГ.
Сопротивление нагрузки (12) будет равно:
Ом;
В качестве
исходной схемы берем схему, представленную
на рисунке 3. Необходимо выбрать
стабилитрон VD. Для этого
вычисляем необходимое напряжение
стабилизации
:
(14)
где
- напряжение вхождения транзистора в
насыщение. Так как напряжение стабилизации
повторяется на сопротивлении
(так как
),
то есть возможность выбрать номинальное
напряжение стабилизации стабилитрона
:
;
(15)
выбирается таким образом, чтобы транзистор
VT не входил в режим
насыщения. Для кремниевых транзисторов
принимается
В,
В;
Выбираем прецизионный стабилитрон Д815Е. Его параметры:
Напряжение
стабилизации
В;
Ток стабилизации
;
Максимальное
дифференциальное сопротивление
Ом;
Допустимая
рассеиваемая мощность
mВт;
Температурный коэффициент сопротивления ТКС=0,1.
Теперь выбираем
сопротивление
.
Оно необходимо для задания тока через
стабилитрон VD (
)
и находиться из соотношения (16):
;
(16)
Ом;
Выбираем по
ряду Е24 сопротивление
=
4,3 Ом.
Мощность рассеваемая на сопротивлении будет равна:
Вт;
С целью надежности, номинальную мощность резистора принимаем с запасом от 3 до 6 раз:
Вт;
Принимаем
= 0,05 Вт.
Выбираем
сопротивление
:
Ом;
Для того чтобы
скомпенсировать разброс напряжения
стабилитрона и влияние тока базы
транзистора сопротивление
делаем с подстройкой:
Ом;
Принимаем
Ом
(по ряду Е96);
Ом
(по ряду Е24).
Мощность
рассеваемая сопротивлением
равна:
Вт;
Номинальную
мощность сопротивления
принимаем также в
раз
больше:
Вт
= 2,5 Вт;
Далее выбираем транзистор VT. Он должен удовлетворять следующим параметрам:
В;
А;
;
В.
Выбираем по справочнику ВС489С. Его параметры:
Допустимое
напряжение К-Э
В;
Допустимый
ток коллектора
mA;
Напряжение
насыщения
В;
Коэффициент
усиления
;
Допустимая
рассеваемая мощность
mВт.
Рассеваемая мощность на транзисторе будет:
mВт;
Резистор
в данном случае необязателен, поэтому
принимаем
= 0.
Выбираем операционный усилитель (ОУ): ОР-37Е. Его параметры:
Напряжение
питания
В;
Потребляемая
мощность
mВт;
Напряжение
смещения
мкВ;
КОСС
дБ;
Коэффициент
усиления
;
Входное
сопротивление
Мом;
Средний входной
ток
нА;
Разность
входных токов
7нА;
;
Температурный
диапазон
.
3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока
Определяем погрешности:
а) Погрешность
от разброса сопротивлений не учитываем,
так как сопротивление
подстроечное;
б) Погрешность от отклонения напряжения питания:
Разброс напряжения питания составляет 0,5%, тогда:
В;
Отклонение
напряжения питания до минимума
равно:
;
Выражаем отсюда ток стабилизации:
mA;
Разброс напряжения стабилизации составляет:
mВ;
Аналогичный расчет делаем для повышения напряжения питания.
mA;
mВ;
Наибольшим отклонением напряжения стабилизации является - 2,787 mВ.
Погрешность составит:
mA;
в) Погрешность
от реального ОУ, она зависит в данном
случае от
:
mВ;
мкА;
г) Погрешность
от резистора
не учитываем, так как
подстроечное.
д) Погрешность
от транзистора. Она определяется долей
тока базы, но так как
подстроечное, то эту погрешность не
учитываем.
е) Суммарная погрешность:
мкА;
или в процентном соотношении:
Окончательная схема источника стабильного тока изображена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Источник стабильного тока
4. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя
4.1 Выбор схемы измерительного усилителя
Так как синфазная помеха не превышает 10В и коэффициент усиления не большой, то достаточно будет взять простейший дифференциальный усилитель. Схема простейшего дифференциального усилителя представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Измерительный усилитель
4.2 Расчет измерительного усилителя
Определяем требуемый коэффициент усиления:
;
(17)
где
- напряжение на выходе измерительного
усилителя;
- напряжение на входе измерительного
усилителя.
Выбираем операционный усилитель ОР-37Е.
Теперь выбираем
сопротивления
и
.
Они должны удовлетворять следующим
условиям:
Мом;
где
- входное сопротивление ОУ;
Ом;
где
- напряжение смещения ОУ;
- разность входных токов ОУ.
Принимаем
12Ком;
Ком;
Принимаем значения сопротивлений с точностью 0,005% по ряду Е96:
4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя
Рассчитываем погрешности измерительного усилителя. Она состоит из погрешностей ОУ и погрешностей от влияния соединительных проводов.
Погрешность от несовпадения сопротивлений с номиналами:
Новый коэффициент усиления будет равен (17):
Погрешность от неточности резисторов:
где
- отклонения сопротивлений от номинала.
Эту погрешность определяем на самый благоприятный исход:
Адаптивная погрешность:
Погрешность от
UmВ;
не учитываем, так как используем подстройку
UUmВ
где ТКUсм - температурный коэффициент напряжения смещения.
или в процентах:
;
Погрешность от входных токов:
mВ;
или в процентах:
Погрешность от конечного КОСС:
mВ;
Суммарная погрешность:
Суммарную
погрешность рассчитываем (из 18) без
учета влияния Uсф т.е. без
учета
и
.
;
или в процентном соотношении:
Влияние соединительных проводов не учитываем, так как дальше в схеме есть подстройка выходного сигнала.
Окончательная схема измерительного усилителя приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Измерительный усилитель
5. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты
5.1 Определение желаемых параметров фильтра
Составляем требуемую АЧХ фильтра (Рисунок 7):
Рисунок 7 – АЧХ
Находим частоту опроса:
Находим верхнею частоту опроса:
(19)
Следовательно
Далее находим частоту среза фильтра:
Составляем нормированную АЧХ фильтра:
Частота среза составит:
Уровень синфазного напряжения на входе фильтра находим из расчета измерительного усилителя (18):
;
Погрешность которая нас устраивает - 0,01%
Коэффициент передачи фильтра:
5.2 Определение реальных параметров фильтра
Теперь определяем степень аппроксимации полинома. Принимаем полином Баттерворта, степень которого должна быть такой, чтобы АЧХ проходила через точку с координатой 45 и 1. Нормированная частотная характеристика находиться по формуле:
Отсюда находим
относительную частоту
:
Теперь находим порядок фильтра n:
Так как этот коэффициент минимальный, то принимаем n=2. При этом коэффициент передачи на частоте помехи будет равен:
(20)
Этот коэффициент меньше необходимого (0,5809), поэтому можно пересмотреть частоту среза для упрощения реализации фильтра. Воспользуемся формулой (20). Подставляем значение желаемой относительной частоты, после чего находим новое значение частоты среза:
Исходными данными для фильтра будут:
коэффициент усиления А=1;
частота среза
В качестве фильтра используем фильтр Баттерворта.
Составляем передаточную функцию фильтра:
Для фильтра Баттерворта второго порядка коэффициента равны:
n=2;
c=1; в=1;
5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет
Принимаем схему фильтра низкой частоты по структуре Саллена-Ки, она показана на рисунке 8.
Выбираем параметры элементов схемы:
Рисунок 8 - Фильтр низкой частоты
1)
принимаем по
ряду Е24
=1,2
мкФ (иначе нельзя будет посчитать
);
2)
принимаем
ближайшее меньшее значение по ряду Е24
=0,56мкФ;
3)
Принимаем по
ряду Е96 ближайшее значение
2,94
Ком;
4)
Принимаем по
ряду Е96 ближайшее значение
5,11
Ком
5) Так как
коэффициент усиления А=1, то
и
0
Окончательная схема фильтра низкой частоты показана на рисунке 9.
Рисунок 9 - Фильтр низкой частоты
5.4 Определение погрешностей фильтра
Рассчитываем погрешности, для этого преобразуем схему, исключив из нее конденсаторы. Измененная схема показана на рисунке 10.
Рисунок 10 - Фильтр низкой частоты
Как видно из преобразованной схемы погрешности фильтра состоят из погрешностей неинвертирующего усилителя А.
Погрешность от неточности коэффициента отсутствует, так как этот
коэффициент равен 1;
Погрешность
от неточности резисторов также
отсутствует, так как
0;
Погрешность от напряжения смещения Uсм:
Погрешность от напряжения смещения с изменением температуры:
5) Погрешность
от влияния входных токов отсутствует,
так как коэффициент равен 1 (0);
6) Погрешность от конечного КОСС:
Суммарная погрешность:
или в процентах:
6. Выбор схемы и расчет ПНТ
6.1 Выбор схемы ПНТ
За основу возьмем схему приведенную на рисунке 11.
Рисунок 11 – ПНТ
6.2 Расчет ПНТ
В данной схеме
сопротивления
и
используются в качестве делителя
напряжения, так как на выходе ПНТ сигнал
от 4 мА. Они рассчитываются по методу
двух узлов (Рисунок 12а и 12в). Проводимости
ветвей равны:
Рисунок 12
Возьмем потенциал точки в=в1 за нулевой.
;
(21)
Так как необходимо собрать делитель, который обеспечивал бы на выходе из схемы ПНТ ток от 4 до 20мА, то можно сместить напряжение на ОУ А на значение, которое бы обеспечивало бы при нулевом сигнале на входе схемы 4мА на выходе (соответственно при максимальном входном сигнале в 1В и смещении 0В на выходе должно быть 20-4 =16мА). Тогда потенциалы в точке а будут равны:
Тогда система уравнений (21) примет вид:
Выражаем из
полученного соотношения
к
:
(22)
Выбираем
сопротивления
и
по
ряду Е192 с точностью
максимально удовлетворяющие отношению
(22):
Теперь выбираем
сопротивление датчика тока
:
Напряжение
найдем из (21):
Для того чтобы
всю схему можно было настроить после
сборки, сопротивления
собираем
из двух, одно из которых подстроечное
.
;
Принимаем по
ряду Е24
;
;
Принимаем по
ряду Е96
;
Мощность
рассеиваемая на сопротивлении:
Вт;
Принимаем
=
0,25Вт;
Выбираем транзистор VT.
(23)
где
- напряжение питания;
- ток на выходе ПНТ;
- сопротивление нагрузки ПНТ;
- напряжение насыщения на выводах К-Э
транзистора.
Для транзисторов
структуры p-n-p
принимают
не более
В.
Напряжение питания выбираем таким,
чтобы при максимальном выходном токе
транзистор VT не выходит
в насыщение. Из (23) найдем допустимое
сопротивление нагрузки:
;
Таким образом схема ПНТ пригодна (с учетом запаса) для нагрузки сопротивлением до 500Ом.
Транзистор выбирается исходя из следующих условий:
коэффициент
усиления
где
- допустимое напряжения на К-Э;
Выбираем по справочнику два транзистора ВС454С и собираем из них транзистор Дарлингтона.
Параметры ВС454С:
Допустимое
напряжение К-Э
=50В;
Коэффициент
усиления
Напряжение
насыщения
В;
Допустимая
рассеваемая мощность
mВт.
Выбираем ОУ ОР-37Е.
Сопротивление
задает ток базы, но так как у транзистора
Дарлингтона очень большой коэффициент
усиления (
),
то необходимость в этом сопротивлении
отпадает, поэтому принимаем
=0.
Выбираем диод VD2. Он необходим для защиты перехода Б-Э. Выбираем по справочнику диод КД503А.
6.3 Определение погрешностей ПНТ
Рассчитываем погрешности ПНТ.
1) Погрешность
от неточности сопротивления
отсутствует, так как оно подстроечное;
2) Погрешность от напряжения смещения ОУ:
3) Погрешность от входных токов. Эта погрешность почти отсутствует так как ОУ включен как повторитель напряжения.
4) Погрешность
от несовпадения
и
с номиналами и от ухода напряжения
стабилизации стабилитрона VD1:
При максимальном напряжении сигнала на входе выходной ток будет равен:
(24)
Расчет делаем
их наихудших условий. Как видно из (24)
это произойдет при увеличении напряжения
стабилитрона до максимального, при
увеличении
до максимума и при уменьшении
до минимума, то есть:
будет равно
будет равно
будет равно
Выходной ток при таком раскладе будет равен:
При этом погрешность составит:
Суммарная погрешность ПНТ:
Расчет балластного сопротивления для стабилитрона:
где
- минимальный ток стабилизации стабилитрона
VD1.
Принимаем по
ряду Е96
=1,18
Ком. Мощность рассеваемая на
:
Принимаем
=0,5Вт;
Окончательная схема ПНТ показана на рисунке 13.
Рисунок 13 - ПНТ
Порядок
подстройки
:
датчик температуры заменятся сопротивление
130ом, после чего подстроечным резистором
добиваются выходного тока 20мА, после
чего датчик температуры ставится на
место и теперь схема годна к применению.
7. Расчет источника питания
7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения
Определяем требуемую нагрузку питания. Она состоит из:
Источника тока для ПСН: питание ОУ:
где
- мощность потребляемая ОУ;
- напряжение питания ОУ.
Измерительный усилитель: питание ОУ:
Фильтр: питание
ОУ:
ПНТ: питание
ОУ:
Ток стабилизации
стабилитрона:
Выходной ток
Минимальный ток, потребляемый нагрузкой:
Максимальный ток потребляемый нагрузкой:
Выбираем интегральный стабилизатор напряжения К142ЕН6А:
Его параметры:
Входное
напряжение
Максимальный
ток нагрузки
Коэффициент
нестабильности по напряжению
Коэффициент
нестабильности по току
Потребляемый
ток
Коэффициент
сглаживания
Определяем напряжение на выходе стабилизатора:
Определяем номинальное входное напряжение:
Где 0,9 - необходимо для учета понижения напряжения на 10%.
Принимаем
=20В;
Определяем нестабильность напряжения на входе стабилизатора:
Из-за изменения напряжения на входе:
где
- максимальное отклонение напряжения
от номинального
От отклонения напряжения на входе из-за изменения тока в нагрузке:
Из-за изменения температуры:
Суммарная нестабильность:
или в процентах:
7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения
Исходные данные для расчета:
Напряжение
на входе выпрямителя
Напряжение
на выходе
Максимальный
ток нагрузки
Минимальный
ток нагрузки
Определяем допустимые пульсации напряжения на выходе стабилизатора:
Напряжение пульсаций на выходе стабилизатора:
где
- напряжение на выходе источника питания;
- допустимый коэффициент пульсации на
выходе измерителя;
Напряжение пульсаций на входе стабилизатора:
Допустимый процент пульсаций на выходе стабилизатора:
Выбираем двухполупериодную схему выпрямителя с питанием от трансформатора со средней точкой. Определяем средний ток и допустимое обратное напряжение:
Выбираем выпрямительный мост КЦ407А. Его параметры:
Максимальное
обратное напряжение
Максимальный
средний ток
7.3 Выбор и расчет трансформатора
Сопротивление вторичной обмотки:
,
где
- напряжение на входе стабилизатора;
- ток нагрузки (
).
Напряжение на вторичной обмотке:
,
где
- сопротивление диода.
Ток вторичной обмотки:
Ток первичной обмотки:
где
- напряжение на первичной обмотке.
Определяем емкость конденсатора сглаживающего фильтра:
Емкость определяется для двух последовательно соединенных конденсаторов:
Принимаем по
ряду Е24
Определяем габаритную мощность для двухполупериодного выпрямителя:
По полученной габаритной мощности выбираем магнитопровод. Параметрами для выбора являются произведением площади сердечника на площадь окна:
;
По полученному значению из таблицы Ш-образных пластин выбираем магнитопровод Ш18. Его параметры:
Ширина перегородки а=1,8см;
Ширина окна в=0,9см;
Высота окна h=2,7см;
Площадь окна
Находим минимальную площадь сечения:
Необходимая толщина пакета пластин:
Проверка получения реальных габаритов:
Полученная
цифра принадлежит интервалу
.
Определяем число витков первичной обмотки:
Число витков вторичной обмотки:
Определяем диаметр проводов:
Первичной
обмотки:
;
Вторичной
обмотки:
;
Подбираем по
справочнику провода марки ПЭЛ:
Окончательная схема источника питания приведена на рисунке 14.
Рисунок 14 - Источник питания
8. Проверка общей погрешности
1) Погрешность ПСН: 0,015%;
2) Погрешность источника тока для ПСН: 0,031%;
3) Погрешность измерительного усилителя: 0,0306%
4) Погрешность фильтра: 0,0015%;
5) Погрешность ПНТ: 0,0658%;
6) Погрешность от синфазной помехи: 0,01%
7) Суммарная погрешность:
Заключение
В данной курсовой работе было необходимо разработать измерительную часть системы автоматического управления.
В ходе выполнения работы были выполнены расчеты преобразователей температуры в напряжение и напряжения а ток, расчет измерительного усилителя и фильтра низкой частоты, а также источника стабильного тока для ПСН и источника питания всей схемы. Были предусмотрены меры для снижения синфазной помехи, а именно в измерительном усилителе был использовании дифференциальный усилитель на ОУ с высоки КОСС, а также для окончательного снижения синфазной помехи до уровня, который уже не страшен, был использован фильтр низкой частоты.
Первоначальное распределение погрешности по узлам схемы оказалось неточным, из-за того, сто в ПНТ был добавлен делитель напряжения. На который пришлось почти 50% всей погрешности.
В результате работы суммарная погрешность с учетом влияния синфазной погрешности составила 0,1539% при допустимой по заданию 1%
Также была добавлена возможность подстройки всей схемы при помощи переменного резистора в ПНТ.
Список использованных источников
А.А. Сазанов и др. "Микроэлементные устройства в автоматике" - М.: Энергоиздат. 1991г.
В.С. Гутников "Интегральная электроника в измерительных устройствах" - Л.: Энергоатомиздат. 1988г.
А.Дж. Пейтон, В. Волш "Аналоговая электроника на операционных усилителях" - М.: БИНОМ, 1994г.
А.Л. Булычев и др. "Аналоговые интегральные схемы: Справочник" - Минск: Беларусь, 1993г.
М.В. Гальперин. "Практическое схемотехника в промышленной автоматике" - М.: Энергоатомиздат, 1987г.