Разработка измерителя потока жидкости

Федеральное агентство по образованию РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

2009

Содержание

Введение

1  Анализ технического задания

2  Разработка структурной схемы устройства

3  Выбор элементной базы

4  Расчёт и выбор элементов электрической принципиальной схемы устройства

5  Оценка погрешности измерения

Заключение

Список литературы

Введение

В данном курсовом проекте решается задача синтеза, то есть проектирования электронного устройства заданного функционального назначения и расчёта параметров элементов выбранной схемы, удовлетворяющие заданным требованиям технического задания.

Процесс проектирования всегда связан с выбором оптимального варианта из нескольких возможных, то есть устройство должно быть как можно меньших размеров, обеспечивать высокую точность, минимальные затраты на его производство. Анализ электронных схем показывает, что построить измерительные устройства, одновременно удовлетворяющие требованиям минимума массы и габаритных размеров, высокого качества и быстродействия измерения при высоких энергетических показателях, невозможно из-за ограничений, присущих используемым методом.

Данное устройство рассчитано на высокую точность (порядка 2%), лёгкость в понимании работы и настройки измерительного устройства.

1. Анализ технического задания

Целью анализа технического задания является, прежде всего, определение его некоторых моментов, без которых невозможно осуществить дальнейшее проектирование. При анализе данного технического задания следует выбрать объект измерения.

Точность измерения минимальной скорости потока в абсолютных единицах составляет:

Исходя из измеряемого диапазона, определим минимальную и максимальную частоту замыканий датчика и соответствующие этим частотам интервалы времени:

При определении частоты замыканий и размыканий датчика за определённый период времени заданная точность измерения не будет достигнута. Поэтому в качестве объекта измерения необходимо выбрать интервал между замыканиями контактов, и затем этот интервал будет преобразован в скорость потока жидкости с выводом показаний на индикаторы.

2. Разработка структурной схемы устройства

Структурная схема измерителя скорости потока жидкости, основанная на анализе технического задания, изображение на рис. 3.1

Рис. 3.1 Структурная схема измерителя скорости потока жидкости.

Схема основана на измерении числа импульсов с генератора опорной частоты (ГОЧ) за 3 срабатывания датчика скорости с помощью двоичного счётчика импульсов СТ2, и дальнейшем их усреднении и преобразовании среднего значения в код индикации с помощью преобразователя (X/Y) и выдачи на устройство индикации отбор 3‑х импульсов датчик скорости (ДС) осуществляется с помощью двоичного счётчика СТ1 и элементов «И-НЕ» и «И». После прохождения 3‑х импульсов СТ1 элемент «И» запирается и импульсы ДС не поступают. В схеме должен быть предусмотрен генератор тактовых импульсов (ГТИ) с периодом импульсов Тгти=2 мин. и временем импульса tимп=10 мкс., необходимым для сброса счётчиков. При этом после каждого импульса счётчики сбрасываются, замер происходит за время не более , а остальное время до 2‑х минут новые показания высвечиваются на устройстве индикации. Для проведения поверки в схеме предусмотрен ключ (К) и поверочный генератор импульсов Gобр. При нажатии ключа вход устройства переключается с датчика скорости на выход поверочного генератора Gобр. Примем, что частота импульсов поверочного генератора должна быть рассчитана таким образом, чтобы за 3 его импульса на индикаторах появилось число «888.88».

Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, приведены на рис. 3.2:

3. Выбор элементной базы

После выбора и обоснования структурной схемы заданного электронного устройства необходимо сделать выбор элементной базы. В первую очередь необходимо решить о типе элементной базы, наиболее подходящем для проектируемого электронного устройства.

1) Только ИМС (интегральные микросхемы);

2) Только ДЭ (дискретные элементы);

3) ИМС и ДЭ (смешанный тип элементной базы);

Наиболее подходящим для проектирования заданного измерителя является первый тип «только ИМС».Практически же устройство, построенное на ИМС, всегда имеют некоторое количество дискретных элементов, которые выполняют вспомогательные функции.

Далее необходимо составить перечень критериев в приоритетном порядке для выбора, как дискретных элементов, так и микросхем. Критерии и их приоритеты определяются, в первую очередь, условиями технического задания, а также другими задачами, решаемыми при проектировании электронных устройств или иного направления. Так, например, при проектировании устройств измерительной электроники решаются задачи увеличения точности показаний устройства, уменьшения его погрешности, массы, габаритов, стоимости.

Исходя из выше изложенного, составим перечень критериев в приоритетном порядке для выбора интегральных микросхем:

1) Минимальное энергопотребление;

2) Минимальные габариты;

3) Минимальная масса;

4) Минимальная стоимость;

Наименьшим потреблением мощности обладают микросхемы КМОП серий, поэтому при проектировании измерителя будем опираться на микросхемы именно этой серии, рассчитанных на напряжение питания 9 В. Выбор ИМС будет осуществлён при непосредственном расчёте электрической принципиальной схемы.

Составим перечень критериев в приоритетном порядке для выбора дискретных элементов:

1) Минимальные габариты корпуса;

2) Минимальная масса;

3) Минимальная цена;

Выбор дискретных элементов также будет осуществлён при непосредственном расчёте электрической принципиальной схемы устройства.