Методичні вказівки до виконання курсової роботи Для студентів спеціальності 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка»



Скачати 457.58 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації27.03.2017
Розмір457.58 Kb.
ТипМетодичні вказівки
  1   2   3
Міністерство освіти і науки України


опис : lntu_logo_20x20_cm new! (1)

Проектування інформаційно-вимірювальних систем

Методичні вказівки до виконання курсової роботи

Для студентів спеціальності 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка» денної та заочної форм навчання

Луцьк


РВВ Луцького НТУ

2017

УДК 006.91

П79


До друку
Голова Навчально-методичної ради Луцького НТУ
(підпис)
Електронна копія друкованого видання передана для внесення в репозитарій Луцького НТУ директор бібліотеки
(підпис)
Затверджено Навчально-методичною радою Луцького НТУ,

протокол


№ від « » 2017 р.

Рекомендовано до видання Навчально-методичною радою технологічного факультету Луцького НТУ,

протокол

№ від « » 2016 р.


Голова навчально-методичної ради ТФ


(підпис)
Розглянуто і схвалено на засіданні кафедри приладобудування Луцького НТУ,

протокол


№8 від «__» лютого 2016 р.

Укладач:
В.Ю. Заблоцький, к.т.н., доцент Луцького НТУ


(підпис)
Рецензент:
В.Ю. Денисюк, к.т.н., доцент Луцького НТУ
(підпис)
Відповідальний за випуск:
В.І. Марчук, д.т.н., професор Луцького НТУ
(підпис)
П79

Проектування інформаційно-вимірювальних систем: методичні вказівки до виконання курсової роботи для студентів спеціальності 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка»– / уклад. В.Ю. Заблоцький. – Луцьк : Луцький НТУ, 2017. –44 с.
Видання містить відомості про проектування інформаційно-вимірювальних систем, завдання на курсову роботу та зразок виконання.

Призначене для студентів спеціальності 152 «Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка» освітньо-кваліфікаційного рівня магістр денної та заочної форм навчання.



© Заблоцький В.Ю., 2017

ЗМІСТ



Зміст

3

Вступ

4

1. Мета курсової роботи

5

2. Задачі курсової роботи

5

3. Завдання на курсову роботу

5

4. Обсяг і правила оформлення курсової роботи

6

5. Опис основних розділів курсової роботи

6

Список використаних джерел

43

ВСТУП

На сучасному етапі розвитку техніки та технологій важливе місце посідають інформаційно-вимірювальні системи (ІВС), як окрема складова технологічного обладнання. Інформаційно-вимірювальні системи (ІВС) є самостійним видом продукції, що випускається приладобудівною галуззю і користуються значним попитом в різноманітних галузях народного господарства.

Таким чином, поява ІВС пов’язана, з одного боку, з ускладненням випробувальних і звичайних промислових задач, збільшення їх кількості, необхідністю виконання значних обчислень та підготовки різноманітних інформаційних документів (протоколів), а з іншої сторони, появою невеликих за розміром, відносно дешевих, але ефективних цифрових обчислювальних машин та цифрових засобів вимірювальної техніки (ЗВТ).

Сучасний стан розвитку ІВС характеризується переходом до створення складних комплексів, в яких відбувається децентралізована обробка інформації, а окремі частини ІВС часто розподілені в просторі, спостерігається тенденція до все більшого використання апаратних та програмних засобів спряження на всіх рівнях ієрархії, що дасть можливість створювати ІВС безпосередньо у користувача.

У практиці створення і використання ІВС на складних об’єктах різних галузей народного господарства розглядають і розв’язують комплексну задачу: створення систем вимірювання та контролю як продукції так і технологічного процесу випуску цієї продукції в цілому, та систем керування таким процесом з врахуванням локального та системного підходів, у разі використання ЕОМ у контурах контролю, регулювання та управління, забезпечується системний підхід для одержання продукції високої якості, із заданими параметрами з мінімальними затратами на виробництво.

1. МЕТА КУРСОВОЇ РОБОТИ

Метою курсової роботи з дисципліни «Проектування інформаційно-вимірювальних систем» є поглиблення і закріплення знань, набутих студентами на лекційних, лабораторних та практичних заняттях, а також під час самостійного вивчення курсу «Інформаційно-вимірювальні системи».


2. ЗАДАЧІ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Під час вирішення завдань, сформульованих в курсовій роботі студент повинен набути практичних навичок в конструюванні ІВС: розробки структурних і функціональних схем, алгоритмічної структури, проектуванні ІВС та оформленні нормативної документації. Крім того студент повинен навчитись розробляти методику повірки ІВС та інструкцію користувача.


3. ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ

Розробити інформаційно–вимірювальну систему для контролю технологічного параметра із заданою кількістю вимірювальних каналів, похибкою вимірювання та відповідним інтерфейсом для зв’язку з ЕОМ.




№ варіанту

Контрольований параметр

Похибка вимірювання %

Інтерфейс

1, 6, 11

Тиск

2

RS485

2, 7, 12

Температура

3

RS232

3, 8, 13

Витрата

4

RS485

4, 9, 14

Об’єм

2

RS232

5, 10, 15

Вага

3

RS485

Завдання на курсову роботу оформляються на окремому бланку, де зазначають основні питання для розробки, підписуються керівником курсової роботи і студентом. Курсова робота перевіряється викладачем, за відсутності суттєвих помилок, студент допускається до захисту перед комісією.



4. ОБСЯГ І ПРАВИЛА ОФОРМЛЕННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Курсова робота складається з пояснювальної записки і графічної частини.

Пояснювальна записка виконується відповідно з вимогами на аркушах білого паперу формату А4 - (297х210)мм. До пояснювальної записки входять: титульний аркуш; завдання на курсову роботу; анотація; зміст; вступ; основна частина, яка складається з окремих розділів; висновки; список використаних джерел; додатки.

Основна частина пояснювальної записки складається з чотирьох основних розділів:

1 Технічне обґрунтування варіанту реалізації ІВС.

2 Проектування ІВС (згідно завдання). Вибір варіанту структурної схеми.

3 Проектування електричної частини ІВС (для обраного мікроконтроллера)

4. Метрологічне забезпечення ІВС. Розробка методики метрологічної атестації ІВС. Розрахунок похибки ІВС.

Об’єм пояснювальної записки повинен бути таким, щоб повністю були висвітлені всі питання, передбачені завданням на курсову роботу і відсутня надлишкова інформація, яка не висвітлює суть курсової роботи.

Графічна частина виконується відповідно з вимогами на аркушах А1 - (841х596) мм. На аркушах А4 розміщують: функціональну схему, алгоритмічну структуру; структурну схему; електричні принципові схеми; креслення загального вигляду складальне креслення давачів ІВС або робоче креслення давачів, що використовуються у ІВС.


5. ОПИС ОСНОВНИХ РОЗДІЛІВ КУРСОВОЇ РОБОТИ

1. ВСТУП. У даному розділі курсової роботи необхідно зробити опис технологічного параметра, на основі якого буде розроблено ІВС. В ході опису навести приклади використання даного параметра та його важливість в роботі окремих технологічних системах галузей народного господарства.

Приклад.

Тиск це важливий технологічний параметр, від точності вимірювання якого залежить ефективність багатьох систем. Ефективність роботи двигунів внутрішнього згорання, швидкодія та потужність промислових роботів, робото здатність гідравлічних та пневматичних механізмів цілковито залежить від параметрів тиску. Більше того, навіть здоров’я і самопочуття людини сильно залежить від величини тиску не тільки атмосферного, але й тиску крові в організмі.

Тиск — фізична величина, яка чисельно дорівнює силі, що діє на одиницю площі поверхні тіла та діє за напрямом зовнішньої нормалі до цієї поверхні. Тиск позначається малою латинською літерою p. За означенням

де S - площа поверхні, на яку діє сила, а складова цієї сили, нормальна (перпендикулярна) до поверхні.

Тиск — скалярна величина, отже не залежить від напрямку. Загальнішим поняттям, ніж поняття тиску є поняття напруження. У анізотропних середовищах деформація залежить від напрямку прикладеної сили, тому для опису дії сили в таких середовищах використовується інша величина: тензор механічних напружень. Тому поняття тиску найкраще характеризує пружні властивості газів і рідин.

У системі СІ тиск вимірюється у паскалях. 1 Па = 1 Н/м². Іншими популярними одиницями вимірювання тиску є торр або міліметр ртутного стовпа й атмосфера або бар.

Абсолютний тиск, (pабс) — це тиск, для вимірювання якого за початок відліку беруть тиск, що дорівнює нулю (теоретично — від абсолютного вакууму). За початок відліку абсолютного тиску у земних умовах приймають тиск усередині посудини, з якої повністю видалене повітря. Тільки абсолютний тиск являється параметром стану термодинамічної системи і тільки абсолютний тиск в Па використовують у всіх формулах в термодинаміці. Визначається абсолютний тиск як сума барометричного та манометричного тисків, або як різниця - барометричного та вакууметричного тисків.

Надлишковий тиск (p) — різниця між абсолютним і тиском навколишнього середовища, начастіше — барометричним (атмосферним) тиском. Вимірюють манометрами.

Розрідження - тиск в системі, менший за атмосферний. Вимірюють вакууметрами.

Атмосферний (барометричний) тиск — тиск, створюваний масою повітряного стовпа земної атмосфери. Його значення залежить від висоти місцевості над рівнем моря, географічної широти та метеорологічних умов. Вимірюють барометрами.



2. ПЕРШИЙ РОЗДІЛ. У даному розділі курсової роботи навести загальні поняття про інформаційно-вимірювальні системи, зупинитись на особливостях ІВС за параметрами, отриманими у завданні. Навести приклади технологічних систем, для яких є можливість застосування даної проектованої ІВС. Зробити опис та подати характеристики окремих давачів фізичних (технологічних) параметрів, які можуть бути використані у якості первинних вимірювальних перетворювачів. Для порівняння зробити опис не менше трьох давачів різних конструкцій та принципів дії.

Приклад 1.

    1. Загальні відомості

Інформаційно–вимірювальною системою називається сукупність апаратних та програмних засобів призначений для представлення необхідної вимірювальної інформації.

Вимірювання тиску може здійснюватися різними методами. Кожний метод має свої особливості, які визначаються як принципом, так і засобами вимірювання та схемами їх підключення. Крім того, при вимірюванні тиску, необхідно враховувати інерційність давачів та особливості їх конструкції, через які при певних умовах може унеможливлюватись їх робота.

Вимі́рювання ти́ску полягає у встановленні значення тиску у рідкому чи газоподібному середовищі. Це необхідно для керування технологічними процесами та забезпечення безпеки виробництва. Крім цього, цей параметр використовується при непрямих вимірюваннях інших технологічних параметрів: рівня, витрати, температури, густини тощо

У більшості випадків первинні перетворювачі тиску мають неелектричний вихідний сигнал у вигляді сили або переміщення і об'єднані в один блок з вимірювальним приладом. Якщо результати вимірювань необхідно передавати на відстань, то застосовують проміжне перетворення цього неелектричного сигналу в уніфікований електричний або пневматичний. При цьому первинний і проміжний перетворювачі об'єднують в один вимірювальний перетворювач

За видом тиску, що вимірюється засоби його вимірювання поділяють на:


  • манометри надлишкового тиску — для вимірювання надлишкового тиску;

  • манометри абсолютного тиску — для вимірювання тиску з відліком від абсолютного нуля;

  • барометри — для вимірювання атмосферного тиску;

  • вакуумметри — для вимірювання вакууму (розрідження);

  • мановакууметри — для вимірювання надлишкового тиску і вакууму (розрідження).

  • Диференційні манометри — засоби вимірювання різниці тисків.

Класифікація за принципом роботи:

Гравітаційні, де використовується сила гравітації для прямого вимірювання тиску. Вони поділяються на рідинні та вантажопоршневі:

Пружинні або деформаційні, де про вимірюваний тиск судять за мірою деформації пружного елементу, що відбувається під тиском. Як пружний елемент можуть використовуватися:

  • в електронних датчиках тиску вимірюваний тиск, здійснюючи вплив на чутливий елемент, змінює його власні електричні параметри: електричний опір, електричну ємність чи електричний заряд, котрі стають мірою цього тиску. Основна маса датчиків тиску реалізовані за одним із трьох принципів:

  • ємнісні — використовують пружний чутливий елемент у вигляді конденсатора із змінним зазором за рахунок зміщення чи прогину під дією тиску рухомого електрода-мембрани відносно нерухомого електрода;

Також для вимірювання тиску деяких газів датчик може мати дещо інший принцип роботи. Такий датчик виготовляють у вигляді коаксіального конденсатора, діелектриком в якому є газ, тиск якого вимірюється. Зміна тиску газу веде до зміни його діелектричної проникності, що в свою чергу призводить до зміни ємності конденсатора-датчика. Датчик-конденсатор являється частиною коливального контуру, і від зміни ємності конденсатора змінюється частота коливального контура пропорційно зміні тиску.

  • п'єзоелектричні — базуються на залежності поляризованого заряду чи резонансної частоти п'єзокристала кварцу чи турмаліну під дією прикладеного до нього тиску. Своєю будовою дуже схожі на тензорезисторні, тобто являють собою п’єзокристал, який являє собою мембрану, на яку безпосередньо діє тиск вимірюваного середовища, від чого вона деформується;

  • тензорезисторні — використовують залежність активного електричного опору провідника чи напівпровідника від ступеня його деформації.

Являють собою мембрану, на яку наклеєний тензорезистор (рис.1).

image551

Рисунок 1.1. Схема мембранного тензорезисторного давача тиску



1 - корпус; 2 - електричні виводи, 3 - контактні провідники; 4 -мембрана; 5 - тензорезистори, 6 - область з'єднання мембрани і підкладки; 7 - термокомпенснрующая підкладка; 8 - область з'єднання підкладки та корпусу; 9 - підмембранная порожнина, 10 - отвір в підкладці; 11 - захисний гель

При зміні тиску мембрана вигинається і опір тензорезистора змінюється. Тензорезистор вмикають в місток Уітсона, який знаходиться в одному корпусі з тензорезистором. Часто в корпусі датчика крім містка Уітсона встановлюють підсилювач, і тоді датчик на виході має стандартизований по напрузі чи струму аналоговий сигнал.



1.2. Область застосування даної ІВС

На даний час двигуни внутрішнього згорання широко використовуються дуже широко. Їх використання не обмежується автотранспортом і різним бензоінструментом. Двигуни внутрішнього згорання є основною рушійною силою морського транспорту, авіації, сільськогосподарської техніки, різних установок і верстатів. Вони є джерелом енергії у віддалених від централізованого електропостачання місцях, а також використовуються в основі систем резервного електроживлення різних будівель, установ, заводів.

З часів винайдення двигуна внутрішнього згорання ведуться роботи по покращенню технічних характеристик двигунів, таких як потужність на одиницю об’єму двигуна (так звана літрова потужність), зменшення витрат палива ( зазвичай вимірюється в г/кВт/год), зменшенню шкідливих викидів в атмосферу, та покращенню навантажувальних характеристик. Одним із найефективніших способів покращити всі ці параметри без кардинальних змін конструкції самого двигуна є нагнітання повітря під тиском у впускний колектор двигуна, тим самим забезпечується краще наповнення циліндра свіжим повітрям, внаслідок чого отримується більш повне згорання пального. Це дозволяє збільшити потужність двигуна до 60%, і зменшити витрату палива на 30%.

Для нагнітання повітря використовуються різні компресори. Загалом їх можна поділити на дві основні групи: перші приводяться в рух від колінчастого вала двигуна (механічні нагнітачі) , другі в якості джерела енергії використовують енергію відпрацьованих газів(турбокомпресор). Для нагнітання повітря можуть використовуватися як центробіжні так і різні лопаткові насоси.

Щоб від нагнітання повітря отримати якусь користь, тиск повітря у впускному колекторі повинен бути не менше ніж 0,3 бар. Чим більший тиск створюється, тим більша ефективність від цього, але є певна межа, вище якої збільшувати тиск недоцільно або й небезпечно. В бензинових двигунах максимальний тиск наддуву обмежується виникненням явища детонації паливо-повітряної суміші при стисканні. В дизельних двигунах максимальний тиск обмежується надійністю конструкції двигуна, адже при збільшенні літрової потужності ростуть механічні і теплові навантаження на всі деталі двигуна, як наслідок може різко впасти надійність двигуна. Тому наддув повітря рідко використовується у бензинових двигунах, зате дуже широко використовується в дизельних. Для більшості дизельних двигунів оптимальний тиск наддуву лежить в діапазоні від 0,5 до1,2бар.

При стисканні повітря воно розігрівається, внаслідок чого збільшується його об’єм, і відповідно ефективність наддуву зменшується, адже головним фактором для підвищення потужності є подача більшої кількості кисню в циліндри. Для того, щоб ефективність нагнітання не зменшувалась з ростом тиску повітря треба охолоджувати. Для цього існує спеціальний пристрій – інтеркулер, який являє собою радіатор для охолодження повітря.



ustroistvo-skhema-sistema-turbonadduva-dvigatelya-54

Рисунок 1.2. Схема роботи турбонаддуву

У випадку відмови чи поломки нагнітача чотирьохтактний дизельний двигун буде продовжувати працювати, але з нижчою ефективністю, тому за справністю нагнітача потрібно слідкувати. До падіння ефективності нагнітача може призвести засмічення повітряного фільтра, внаслідок чого буде збільшуватись розрідження у впускному патрубку нагнітача, а тиск на виході буде падати. Інтеркулер також створює певний опір потоку повітря, тому його засмічення чи деформація можуть призвести до сильного падіння тиску у впускному колекторі двигуна. Також механічний знос компресора може призвести до падіння тиску у впускному колекторі. Оскільки вал компресора має велику швидкість обертання, то для зменшення тертя в них використовують гідро підшипники, для роботи яких потрібна подача мастила під тиском. Те ж мастило використовується для охолодження деталей компресора. Падіння тиску мастила призведе швидкого перегріву і заклинювання вала компресора, тому за тиском мастила також потрібно слідкувати.

Дана вимірювальна система дозволяє слідкувати за роботою системи наддуву і вчасно виявляти проблеми, які виникають. Датчики тиску встановлюються в ключових точках системи, а саме на у всмоктую чому патрубку компресора (дозволяє своєчасно помітити засмічення фільтра), і випускному патрубку компресора (разом з першим датчиком дозволяє визначити ефективність роботи самого компресора) і у впускному колекторі двигуна(за різницею показів між другим і третім датчиком можна визначити пропускну здатність інтеркулера і вчасно помітити неполадки. Четвертий датчик вимірює тиск мастила у гідропідшипниках.

Використання даної системи є недоцільним для автотранспорту та малогабаритних двигунів, зате її ефективність складно переоцінити у великих стаціонарних двигунах, таких як приводи електростанцій, компресорів, насосних станцій і тому подібних установок. Також дану систему можна використовувати на великих корабельних двигунах, які, дивлячись на масштаби судна, можна розглядати як стаціонарні. Також поштовхом для використання її на у кораблебудуванні є те, що двигуни на великих суднах працюють на тяжких фракціях нафти, або навіть на сирій нафті і в переважній більшості є двохтактними з клапанно-щілинною продувкою. Особливістю даних двигунів є те, що вони не можуть працювати без наддування, і у разі виходу з ладу копресора корабель не зможе рухатися і залишиться без енергії. Дана ж система як було описано вище дозволяє виявити навіть незначні збої в роботі компресора, що дає змогу вчасно провести ремонт і запобігти більш серйозним поломкам.

Приклад 2

Інформаційно–вимірювальною системою називається сукупність апаратних та програмних засобів призначений для представлення необхідної вимірювальної інформації.

Вимірювання температури може здійснюватися різними методами. Кожний метод має свої особливості, які визначаються як принципом, так і засобами вимірювання та схемами їх підключення. Крім того, при вимірюванні температури, необхідно враховувати взаємодію між термоперетворювачем і середовищем.
1.1 Термоелектричні перетворювачі

Термопара – термочутливий елемент в пристроях для вимірювання температури, системах управління і контролю. Складається з двох послідовно з’єднаних (спаяних) між собою різнорідних провідників або напівпровідників.

Для вимірювання термо-е.р.с., яку розвиває термопара, в її коло вмикають вимірювальний прилад (мілівольтметр, компенсатор)

Вимірювання температури за допомогою термопар грунтується на наявності певної залежності між термоелектрорушійною силою (термо-е.р.с), яка виникає в колі, складеному з різнорідних провідників, і температурою місць з’єднання цих провідників. Термо-е.р.с виникає завдяки наявності в металах вільних електронів, концентрація яких у різних металах неоднакова. У місцях спаювання двох термоелектродів електрони з одного металу дифундують у другий.

Для вимірювання термо-е.р.с, яку розвиває термопара, в її коло вмикають вимірювальний прилад. На рисунку 1 зображено основні схеми увімкнення термопар. Найчастіше застосовують схему, зображену на рисунку 1.1,а. Диференціальну термопару (рисунок 1.1,б) використовують для вимірювання різниці температур.

Діапазон температур, які можна вимірювати термопарами, дуже великий: від температури, що лежить в колі абсолютного нуля, до температур, за яких тільки небагато з речовин лишаються твердими.


mV

mV

mV


а) б)



Рисунок 1.1 – Основні схеми увімкнення термопар:

а- увімкнення вимірювального приладу в холодний спай;

б – диференційна термопара
Нині стандартизовано п’ять типів термопар, градуйовані таблиці яких наведено в міждержавному стандарті ГОСТ 3044-84. Основні дані цих термопар зведені в таблиці 1.

Для вимірювання високих температур використовують термопари типів ТПП, ТПР і ТВР. Термопари із благородних металів (ТПП і ТПР) використовують при вимірюваннях з підвищеною точністю. В інших випадках використовують термопари із неблагородних металів (ТХА, ТХК).


Таблиця 1

Типи термопар та їх характеристики

Тип термопари

Матеріал

термоелектрода



Діапазон вимірюваних

температур, оС



ВР
ПР
ПП
ХА

ХК


Вольфреній-

вольфрам-реній

Платинородій-

платинородій

Платинородій-платина
Хромель-алюмель

Хромель-копель



0 – 1800
300 – 1600
0 – 1300
-50 – 1000

-50 – 600





Поділіться з Вашими друзьями:

  1   2   3


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал