Введение

В качестве темы курсового проекты была предложена система подогрева детского питания в автомобиле.

Advertisement
Узнайте стоимость Online
  • Тип работы
  • Часть диплома
  • Дипломная работа
  • Курсовая работа
  • Контрольная работа
  • Решение задач
  • Реферат
  • Научно - исследовательская работа
  • Отчет по практике
  • Ответы на билеты
  • Тест/экзамен online
  • Монография
  • Эссе
  • Доклад
  • Компьютерный набор текста
  • Компьютерный чертеж
  • Рецензия
  • Перевод
  • Репетитор
  • Бизнес-план
  • Конспекты
  • Проверка качества
  • Единоразовая консультация
  • Аспирантский реферат
  • Магистерская работа
  • Научная статья
  • Научный труд
  • Техническая редакция текста
  • Чертеж от руки
  • Диаграммы, таблицы
  • Презентация к защите
  • Тезисный план
  • Речь к диплому
  • Доработка заказа клиента
  • Отзыв на диплом
  • Публикация статьи в ВАК
  • Публикация статьи в Scopus
  • Дипломная работа MBA
  • Повышение оригинальности
  • Копирайтинг
  • Другое
Прикрепить файл
Рассчитать стоимость

Современные приборы значительно упрощают жизнь молодой мамы. А как удобен подогреватель: не нужно пользоваться водяной баней, на которой можно легко перегреть еду или не нагреть до достаточной температуры. Или долго стоять, держа бутылочку под краном с горячей водой и рискуя обжечься.

Подогреватель предназначен для доведения молока и питания в бутылочках и баночках до нужной температуры. Всего через несколько минут ребенок сможет приступить к еде, а если он еще не готов, то подогреватель будет поддерживать оптимальную температуру на протяжении часа. При выборе подогревателя обращается внимание на время подогрева питания, на универсальность системы пригодность для использования со всеми бутылочками и баночками. Полезные функции подогревателя: выбор режима нагрева, автоматическое отключение, поддержание температуры.

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3472, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

ОплатаКонтакты.

Сегодня на рынке есть немало моделей подогревателей детского питания различных производителей, которые как бы соревнуются друг с другом – чей подогреватель нагреет питание для малыша быстрее? Акцент делается на скорости подогрева, но как влияет такой подогрев на детское питание не сообщается. А ведь в экспресс подогревателях быстрый подогрев детского питания за несколько минут происходит за счет воздействия на молочную смесь горячей воды, температура которой может доходить до 80100°.

Очевидно, что питание, контактирующее со стенками бутылочки, подвергается при таком подогреве негативному воздействию высокой температуры, убивающей многие питательные и целебные ингредиенты материнского молока и молочных смесей. Так же быстро можно подогреть детское питание и без подогревателя, опустив бутылочку с молочной смесью в кастрюлю с кипящей водой. Но любая мама интуитивно понимает весь вред такого нагрева.

Задержка с извлечением бутылочки из экспресс подогревателя даже на несколько секунд может привести к перегреву питания, и чем позже достать бутылочку, тем более горячим будет ее содержимое. Так что после подогрева питания может тут же потребоваться его охлаждение, что добавляет заботливой маме только новые хлопоты.

Бережный и плавный подогрев питания, в отличие от быстрого подогрева за 34 минуты, требует более длительного времени. В зависимости от количества молока и его начальной температуры продолжительность бережного подогрева может составлять не менее 1015 минут. Это может показаться неудобным и слишком длительным, однако в течение этого времени пища для малыша медленно подогреется с максимальным сохранением всех питательных веществ.

Быстрый и бережный подогрев – понятия несовместимые! Многие виды детского питания допускают применение быстрого подогрева без ущерба для их качества и использование экспресс подогревателей для их подогрева является обоснованным и удобным. Однако грудное молоко и многие молочные смеси требуют более ласкового и бережного отношения к ним для сохранения максимального количества питательных и полезных веществ для ребенка.

Известна модель нагревателя детского питания Philips SCF 215.

Модель обладает следующими функциями:

Гарантия 2 года

Страна КНР

Серия BabyCare

Вместимость 1 бутылочка

Подогрев. бут.комнат.темп. Да

Подогрев холодных бут. Да

Подогрев баночек Да

Установка объема питания Да

Поддержание температуры Да

Автоматическое выключение Да

Индикация включения Да

Инд. завершения подогрева Да

Отключение при перегреве Да

Питание от сети 220 В Да

Питание от эл. прикуривателя (12 В) Да

Макс. потребляемая мощность 100 Вт

Материал корпуса пластик

Длина сетевого шнура 0.85 м

Отсек для сетевого шнура Да

Держатель д/маленьких бан. Да

Кабель для эл.прикуривателя в комплекте

Цвет белый/желтый

Габаритные размеры (В*Ш*Г) 15*13*10 см

Вес 340 г

Модель нагревателя для детского питания Tefal BH4250:

Характеристики:

Гарантия 2 года

Страна КНР

Серия Baby Home

Вместимость 1 бутылочка

Подогрев. бут.комнат.темп. Да

Подогрев холодных бут. Да

Подогрев баночек Да

Поддержание температуры Да

Время поддержания темп. 30 минут

Автоматическое выключение Да

Индикация включения Да

Инд. завершения подогрева Да

Отключение без воды Да

Питание от сети 220 В Да

Макс. потребляемая мощность 450 Вт

Материал корпуса пластик

Изменение диамет. горлышка 6 7 см

Прорезиненные ножки Да

Длина сетевого шнура 0.85 м

Держатель д/маленьких бан. Да

Цвет белый/голубой

Габаритные размеры (В*Ш*Г) 19*13*18 см

Вес 800 г

Подогреватель детского питания Philips AVENT Express

Характеристики и описание:

AVENT Подогреватель детского питания EXPRESS

Быстрый и безопасный способ подогреть сцеженное молоко, молочную смесь или детское питание. Подогревает бутылочки или чашки AVENT в среднем за 4 минуты. Ёмкость подогревателя имеет овальное сечение. Благодаря этому она вмещает бутылочки любого размера или формы. Внутренняя поверхность подогревателя выполнена из пластмассы, что исключает ожоги рук. Совместим со всеми типами бутылочек и чашек AVENT. Имеет литую вилку европейского стандарта. Система термостатического контроля исключает перегрев или закипание пищи, позволяет за считанные минуты нагревать бутылочки или одноразовые пакеты с детским питанием. Подогреватель чрезвычайно удобен для приготовления питания ночью. Для подогрева контейнеров VIA и Волшебных чашек вынимайте внутреннюю подставку подогревателя. Занимает мало места.

В комплект входят:

подогреватель детского питания

контейнер для хранения детского питания

ложечка для кормления

Выполнение курсового проекта ставит следующие цели:

познакомиться с организацией и основными этапами проектирования систем управления;

усвоить основные понятия и термины, относящиеся к проектированию систем управления.

В курсовом проекте требуется провести обоснование и выбор структурной и функциональной схемы, провести выбор элементов системы, разработать электрическую схему.

1. Техническое задание на разработку СУ

1.1 Общие требования

Полное наименование системы: “Система управления подогрева детского питания”.

Система создается на основании статей и Internet сайтов, а т.ж. литературы указанной в перечне.

Результаты проделанной работы по созданию системы (её частей), оформляется в качестве курсовой работы по предмету ” Проектирование аппаратуры систем управления ”.

1.2 Назначение и цели создания системы

Назначение системы. Разрабатываемая система управления подогрева детского питания (именуемая в дальнейшем – система) относится к классу бытовых систем и предназначена для использования в домашних условиях, а также в автомобиле в качестве дополнительного оборудования.

Объекты управления: детское питание.

Цели создания системы. Целью курсового проекта по созданию системы является приобретение навыков разработки конструкторской документации на конкурентно способное изделие, реализация которого ориентирована на рынок.

Показатели объекта автоматизации (подогреватель), которые должны быть достигнуты в результате создания системы:

температура подогрева – 370 С

поддержание заданной температуры

возможность использования в автомобиле.

1.3 Характеристика объекта управления.

Система должна обеспечивать нагревание детского питания до заданной температуры.

1.4 Требования к системе управления

Требования к системе в целом. Система должна работать от постоянного напряжения 1224 В, должен быть обеспечен удобный блок управления подогревом детского питания в автомобилях любого типа.

Требования к надёжности:

наработка на отказ – 800 часов;

гарантийный срок 1,5 года;

долговечность (срок службы) 10 лет;

должна быть обеспечена ремонтопригодность, при этом среднее время восстановления не более 1 часа.

Требования к методам оценки и контроля показателей надёжности на разных стадиях создания системы в соответствии с действующими нормативнотехническими документами (курс – «Надёжность технических систем»).

Требования безопасности:

требования к системе по электробезопасности не предъявляются;

обеспечить пожаробезопасность.

Требования к эргономике и технической эстетике: система должна удовлетворять современным требованиям технической эстетики, быть удобной в управлении.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению системы:

эксплуатация системы должна осуществляться автономно;

предусмотреть возможность проведения ежегодных регламентных работ при прохождении автомобилем периодического технического осмотра;

ремонт системы в условиях специализированной мастерской ;

хранение в соответствие с ГОСТ 1515080.

Требования по сохранности информации при авариях: не предъявляются.

Требования к защите от влияния внешних воздействий:

температура окружающей среды от минус 50 до + 70 С

влажность 98 % при температуре + 35 С;

давление 760 + 140 мм. рт. ст;

вибрация от 1 до 150 Гц с ускорением до 6g (60 м/c²);

удары до 50g при 26 мс.;

жидкости, пары бензина, пыль.

Система должна функционировать в условиях воздействия радиопомех, электрических, магнитных и электромагнитных полей создаваемых оборудованием (устройствами) автомобиля.

Требования к аппаратуре системы управления с точки зрения воздействия на смежные системы: система не должна греть смежные системы, не создавать вибрационные и ударные перегрузки, не шуметь, не излучать и т.д.

Патентноправовые требования: патентная чистота системы и её частей должна быть обеспечена в отношении стран: США, Япония, Китай, Германия т.к. разработки именно этих стран в большинстве случаев используются при изготовлении электропривода автомобильных кондиционеров.

Требования технологичности, стандартизации и унификации. Разработка КД системы должна проводиться в соответствие с требованиями нормативно-технических документов, устанавливающих степень использования стандартных, унифицированных методов реализации функций (задач) системы, поставляемых программных средств, типовых математических методов и моделей, типовых проектных решений и т.п. (курс – “Конструирование и технология производства аппаратуры СУ”).

Технические требования к параметрам и характеристикам системы управления:

параметры питающей сети – 1224 В;

мощность 100 Вт;

точность регулирования температуры – 0.10С;

в случае выхода системы из строя питающая сеть не должна закорачиваться;

габаритномассовые характеристики должны быть минимальными.

Система управления должна иметь звуковую сигнализацию по достижению объектом управления конечных пределов регулирования ; а т.ж. в случае превышения допустимого значения потребляемого тока, что может быть следствием, например, механического заклинивания вала двигателя. Звуковая сигнализация должна оставаться включенной до тех пор пока водитель не отпустит одну из кнопок управления.

Требования к видам обеспечения. В пояснительной записке к курсовому проекту должны быть приведены:

в рамках математического обеспечения системы формулы и алгоритмы законов управления системы;

в рамках информационного обеспечения системы должны быть приведены параметры информационного обмена между компонентами системы;

в рамках программного обеспечения системы: система должна запоминать и воспроизводить оптимальные параметры температуры;

в рамках технического обеспечения система должна строиться на отечественной элементной базе и только в технически обоснованном случае допускается применение зарубежной элементной базы.

в рамках технического обеспечения система должна строиться на отечетственной элементной базе и только в технически обосновонном случае допускается применение зарубежной элементной базы;

1.5 Состав и содержание работ по созданию системы

В процессе выполнения курсового проекта (в течение 11го семестра) должны быть разработаны: структурная (Э1), функциональная (Э2) и электрическая (Э3) схемы системы.

1.6 Порядок контроля и приёмки системы

Защита курсового проекта проводится в один этап в конце 11го семестра.

Требования к документации. Материалы курсового проекта должны быть оформлены в соответствие с требованиями к курсовому проекту по курсу «Технология проектирования».

1.7 Источники разработки

Конспекты лекций по ТАУ и ЦСУ, метрологии, схемотехнике, микропроцессоры и программирование, надежности , передача данных, автоматизированное проектирование систем и средств управления, фонд библиотеки МФ ЮурГУ и информационных сайтов системы Internet.

Ю.В.Ерилов

2. Обоснование и выбор структурной схемы системы управления подогревателем детского питания

Структурная схема схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначения и взаимосвязи.

Структурные схемы разрабатываются при проектировании изделий на стадиях, предшествующих разработке схем других типов, и пользуются ими при эксплуатации для общего ознакомления с изделием.

Система управления – это техническое устройство, представляющее совокупность приборов, блоков, элементов, созданное для выполнения определенных функций и представляющее собой единство взаимосвязанных частей.

Особенностью данной СУ является то, что с одной стороны необходим быстрый подогрев детского питания, а с другой стороны недопущение его перегрева.

По принципу действия системы автоматического управления делятся на разомкнутые, замкнутые и комбинированные.

В разомкнутой системе для непосредственного управления объектом применяется исполнительное устройство, а обратная связь отсутствует.

Из ТАУ известны следующие структурные схемы:

1. СУ по положению.

В замкнутой системе производится измерение действующего значения выходного сигнала, которое затем сравнивается с его желаемым значением. Чем меньше рассогласование между заданным воздействием и действительным, тем система устойчивей и точней.

2. СУ по положению с компенсацией по отклонению.

3. СУ по положению с компенсацией по возмущению и отклонению.

СУ под номерами 2 и 3 являются комбинированными. Такие системы позволяют получить значение ошибки и с помощью устройства компенсации устремить возмущающее воздействие к нулю. Недостатком данных систем является их сложность в исполнении.

В ходе курсового проектирования будем использовать структурную схему №2, т.к. она наиболее подходит для нашей системы управления, но немного ее преобразуем.

Вместо одного в структурную схему ставим три задатчика. В зависимости от сигнала с датчика через преобразователь с помощью схемы сравнения выбираем один из режимов нагрева.

3. Выбор и обоснование исполнительного устройства.

В качестве исполнительного устройства системы управления подогревом детского питания используются различные нагревательные устройства.

Электронагревательные элементы.

3.1 Трубчатые электронагреватели (тэн)

ТЭН предназначены для нагрева различных сред путем конвекции, теплопроводности и излучения посредством преобразования электрической энергии в тепловую.

ТЭН изготавливаются:

длиной от 0,2 до 6 метров;

диаметром от 6 мм до 18,5 мм;

любой конфигурации;

любых электротехнических параметров;

из стали, из нержавеющей стали, титана.

3.2 Трубчатые электронагреватели оребренные (тэнр)

ТЭНР предназначены для нагрева воздушных сред неподвижного и движущегося воздуха. Эффективный отвод тепла в окружающую газовую среду.

Нагреватели изготавливаются из нержавеющей и конструкционной стали , оребряются лентой и наборными шайбами.

3.3 Блок электронагревателей (тэнб)

ТЭНБ предназначены для обеспечения повышенной мощности при нагреве жидких и сыпучих сред. Любая мощность , различный материал оболочки и фланцев. Исполнение фланцев с болтовым и резьбовым креплением.

3.4 Трубчатые электронагреватели патронного типа (тэнп)

ТЭНП предназначены для нагрева прессформ и используются в качестве комплектующих изделий в промышленных установках. Контактные выводы расположены с одной стороны. Оболочка ТЭНП выполнена из нержавеющей трубы с шлифованной поверхностью, обеспечивающей очень плотную посадку нагревателя в отверстие нагреваемого тела с зазором по диаметру не более 0,02 мм.По заказу ТЭНП изготавливаются с встроенным термоэлектрическим преобразователем. В отдельных случаях ТЭНП могут использоваться для нагрева жидких и газовых сред.

3.5 Плоские электронагреватели (скп)

СКП применяются для нагрева различных поверхностей и могут быть изготовлены любого размера и различной конфигурации.

По желанию заказчика СКП можно изготовить со встроенной термопарой. Максимальная удельная мощность 3,5 Вт/см.кв., при обеспечение хорошего теплосъема до 5 Вт/см. кв.

3.6 Электрические нагревательные ленты (энгл)

Используются для защиты от замораживания, компенсации теплопотерь, или технологического подогрева трубопроводов и резервуаров.

ЭНГЛ1 плетеная лента из стеклонити, в основе которой восемь нагревательных жил из нихрома. С наружи нагреватель покрыт из водонепроницаемой оболочки из кремнийорганической резины.

ЭНГЛ2 плетеная лента из стенклонити, в основе которой восемь нагревательных жил из нихрома С наружи нагреватель покрыт из водонепроницаемой оболочки из композиции полиэтилена.

ЭНГЛУ 400 лента из стеклонити, пропитанная органосиликатной композицией, в основе которой находятся восемь нагревательных жил из нихрома. Электрическая нагревательная лента высокой мощности для обогрева трубопроводов и резервуаров. Технические характеристики ЭНГЛ: Максимальная температура 60,180,400 С; Ширина 2224мм;толщина 2,03,5мм;напряжение 220380В; тепловыделение от 100 до 300 Вт/м;водонепроницаемая конструкция.ЭНГЛ предназначены для использования в стройиндустрии для подогрев битума/асфальта; в химической промышленности для экструдеров, термопластавтоматов; при обработке металлов для плавления легкоплавких сплавов; при обогреве плит прессов, штампов, прессформ и т.д.ЭНГКЕх1. Электрический нагревательный кабель применяется для технологического подогрева или поддержания заданной температуры трубопроводов и резервуаров, в том числе в опасных зонах.Технические характеристики ЭНГКЕх1: максимальная температура 180 С; одобрен для применения во взрывоопасных зонах;напряжение 220380В; тепловыделение до 50 Вт/м;водонепроницаемая конструкция.

3.7 Хомутовые (хн) и полухомутовые (пхн) электронагреватели

ХН и ПХН электронагреватели применяются для нагрева трубопроводов различного диаметра, экструдеров, в термопластавтоматах, литьевых и других машин. По желанию заказчика нагреватели можно изготовить со встроенной термопарой. Максимальная удельная мощность 3,5 Вт/кв. см, при обеспечении хорошего теплосъема до 5 Вт/кв. см.

3.8 Кольцевые нагреватели тип (кнп)

КНП нагреватели предназначены для обогрева инжекторов, сопел литьевых машин, литниковых втулок и т.п. диаметром от 8 мм и более. Навивка выполняется, как с постоянным, так и с переменным шагом. Материал оболочки нержавеющая сталь, максимальная рабочая температура оболочки 650 С.

3.9 Карбидкремниевые нагреватели (кэн)

КЭН применяют при производстве изделий из металла, керамики, стекла и др. материалов с осуществлением операций термообработки, обжига, спекания, закалки, отжига, цементации, азотирования, диффузии, плавки и пайки. КЭН применяются в электропечах сопротивления периодического и непрерывного действия при температуре на поверхности рабочей части КЭН до 1450 С. Тип КЭН А П С диаметр рабочей части от 8 до 30 мм, диаметр выводов от 12 до 45 мм, общая длина до 3м. Тип КЭН В П С диаметр нагревателя от 14 до 45 мм, общая длина до 3 м.

В ходе курсового проектирования будем использовать электрические нагревательные ленты (энгл).

4. Выбор и обоснование датчика

Датчик – это преобразователь, преобразующий физическую величину в параметр, позволяющий простыми способами преобразовать его в электрический сигнал. Под физическими величинами понимают скорость (угловая. Линейная), ускорение, перемещение, температура, давление, уровень жидкости, расход (поток). Параметр – сопротивление, емкость, индуктивность, частота, период, фаза и т.д. Электрический сигнал – ток, напряжение.

4.1 Критерии выбора датчика

Как выбрать не дорогой и надежный датчик температуры? Это актуальная проблема, особенно для тех потребителей, которые впервые сталкиваются с необходимостью измерения температуры. Вот ряд вопросов, на которые необходимо обратить внимание при выборе датчика:

1. В каком температурном диапазоне Вы желаете измерять температуру, и какие допуски по точности измерений Вас устроят?

2. Возможно ли будет расположить датчик внутри измеряемой среды или объекта?

3. В каких условиях будет работать датчик (нормальные, повышенной влажности, высоко окислительная атмосфера, пожароопасные, сейсмоопасные и т.д.)?

4. Возможно ли будет демонтировать датчик для периодической поверки и какая долговременная стабильность желательна?

5. Какова должна быть взаимозаменяемость датчиков? Допустима ли индивидуальная градуировка?

6. Актуально ли получение результата в градусах, или устроит измерение сигнала (сопротивление, напряжение, ток) с последующим самостоятельным пересчетом в температуру?

Основные типы контактных датчиков температуры следующие: термометры сопротивления, термопары, термисторы, жидкостные стеклянные термометры, биметаллические термометры, манометрические термометры, полупроводниковые термометры (IC – integrated circuits), кварцевые термометры. Существуют также магнитные термометры, углеродные термометры, стекло углеродные термометры и др.

4.2 Термометры сопротивления (ТС).

Термометр сопротивления это термометр, как правило, в металлическом или керамическом корпусе, чувствительный элемент которого представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Самый популярный тип термометра – платиновый ТС, это объясняется высоким температурным коэффициентом платины, ее устойчивостью к окислению и хорошей технологичностью. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Новый стандарт на технические требования к рабочим ТС: ГОСТ Р 8.6252006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска ТС, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивлениетемпература. Эти данные приведены также на нашем сайте в разделе справочник. Главное преимущество термометров сопротивления – широкий диапазон температур, высокая стабильность, близость характеристики к линейной зависимости, высокая взаимозаменяемость. Пленочные платиновые термометры сопротивления отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Изготавливаются также герметичные чувствительные элементы термометров сопротивления различных размеров, что позволяет их использовать в местах, где важно устанавливать миниатюрный датчик температуры. Недостаток термометров и чувствительных элементов сопротивления – необходимость использования для точных измерений трех или четырех проводной схемы включения, т.к. при подключении датчика с помощью двух проводов, их сопротивление включается измеренное сопротивление термометра. Важнейшей технологической проблемой для ТС проволочного типа является герметизация корпуса ЧЭ специальной глазурью, состав глазури должен быть подобран так, чтобы при колебаниях температуры в пределах рабочего диапазона не происходило разрушение герметизирующего слоя.

4.3 Термоэлектрические термометры (термопары).

Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик.

Термопары из неблагородных металлов очень широко используются во всех отраслях промышленности. Они дешевы и просты в обращении, устойчивы к вибрациям, могут выпускаться во взрывозащищенном исполнении. Особенно удобны в обращении кабельные термопары, электроды которых заключены в специальный герметичный гибкий кабель с минеральной изоляцией. Такая конструкция позволяет расположить термопару в самых сложных конструктивных узлах объекта. Преимуществом термопар также является высокая чувствительность. Существенным недостатком является образование термоэлектрической неоднородности в зоне максимального градиента температур, что может привести к ошибке в градуировке более 5 °С. Этот недостаток делает очень сомнительной саму возможность периодической поверки термопар в лабораторных условиях и диктует необходимость поверять термопары из неблагородных металлов на месте их рабочего монтажа.

Главные преимущества термопар:

широкий диапазон рабочих температур, это самый высокотемпературный из контактных датчиков.

спай термопары может быть непосредственно заземлен или приведен в прямой контакт с измеряемым объектом.

простота изготовления, надежность и прочность конструкции.

Недостатки термопар:

необходимость контроля температуры холодных спаев. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.

возникновение термоэлектрической неоднородности в проводниках и, как следствие, изменение градуировочной характеристики изза изменения состава сплава в результате коррозии и других химических процессов.

материал электродов не является химически инертным и, при недостаточной герметичности корпуса термопары, может подвергаться влиянию агрессивных сред, атмосферы и т.д.

на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

когда жесткие требования выдвигаются к времени термической инерции термопары, и необходимо заземлять рабочий спай, следует обеспечить электрическую изоляцию преобразователя сигнала для устранения опасности возникновения утечек через землю.

4.4 Термисторы

Термисторы это по сути термометры сопротивления, выполненные на основе смешанных оксидов переходных металлов. Два основные типа термисторов – NTC (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления) и PTC ( с положительным коэффициентом). Наиболее распространенный тип – NTC. РТС термисторы используются только в очень узких диапазонах температур, в несколько градусов, в основном в системах сигнализации и контроля.

Большим преимуществом термисторов является разнообразие форм и миниатюрность. Основные конструктивные типы: бусинковые (0,11 мм), дисковые (2,518 мм), целиндрические (340 мм), пленочное покрытие (толщина 0,21 мм). Выпускаются бусинковые термисторы диаметром до 0,07 мм с выводами толщиной 0,01 мм. Такие миниатюрные датчики позволяют измерять температуру внутри кровеносных сосудов или растительных клеток. Причины нестабильности термисторов следующие:

напряжения, возникающие в материале при термоциклировании и образование микротрещин;

структурные изменения в полупроводнике;

внешнее загрязнение (водой и др. веществами) и в результате химические реакции в порах и на поверхности полупроводника;

нарушение адгезии металлической пленки;

миграция примесей из металлических контактов в материал термистора. Основными преимуществами термисторов являются вибропрочность, малый размер, малая инерционность и невысокая цена.

4.5 Контактные датчики других типов

Жидкостностеклянные термометры – в своей основе это очень простые приборы, позволяющие проводить довольно точные измерения в широком интервале температур. Их действие основано на расширении термометрической жидкости при изменении температуры. Жидкостностеклянные термометры в основном применяются для измерения температуры жидких и газообразных сред. Самый распространенный тип – ртутные стеклянные термометры. Существуют три категории термометров, различающихся глубиной погружения при измерении: термометры полного погружения (погружается резервуар с ртутью и корпус до уровня ртути), термометры частичного погружения (погружается резервуар и заданная часть корпуса), термометры для работы при полном погружении ниже уровня жидкости. Преимуществом ртутных термометров является простота отсчета показаний, хорошая стабильность. Недостатки – хрупкость, экологическая опасность загрязнения окружающей среды, невозможность дистанционного отсчета показаний. В большинстве случаев ртутные термометры медленно, но неуклонно заменяются термометрами сопротивления или другими контактными датчиками.

Биметаллические термометры – это технические термометры, действие которых основано на эффекте расширения двух металлов с различным ТКЛР. Термометры не требуют источников питания, могут устанавливаться в системы контроля и регулирования температуры. Достоинством является низкая стоимость и искро и пожаробезопасность. Недостатком является низкая точность и стабильность.

Манометрические термометры – это технические термометры, действие которых основано на изменении давления газа в баллоне чувствительного элемента. Термометры уступают в точности термометрам сопротивления. Недостатком является также необходимость полного погружения баллона в измеряемую среду. Манометрические термометры могут оснащаться специальными устройствами, преобразующими сигнал в электрический и позволяющими производить регулирование температуры.

Диодные термометры – это термометры сопротивления, используемые в области низких температур (до 400 К) чувствительный элемент которых представляет собой полупроводниковый диод. Выпускаются два типа диодных термометров: на основе арсенида галлия (GaAs) и на основе кремния (Si). Измеряемый параметр, зависящий от температуры – прямое напряжение на pn переходе при постоянном заданном токе. Оптимальный ток лежит в пределах от 10 до 50 мкА. Практическим достоинством термометров является линейная характеристика напряжениетемпература. Воспроизводимость результатов составляет для GaAs ± 10 мК выше 77 К и ниже 7 К, однако вблизи 20 К воспроизводимость не лучше 30 мК. Ниже 30 К кремниевые диоды дают более воспроизводимые результаты, но проявляют большую чувствительность к магнитным полям.

4.6 Сравнительная таблица трех основных типов контактных температурных датчиков.

Недостатки Преимущества Параметр Тип датчика

Нелинейная характеристика

Рабочий диапазон температур примерно от 60 до +300 °С

Взаимозаменяемость только в узком диапазоне температур

Необходим источник тока Высокая чувствительность сопротивлениетемпература

Малая инерционность

Высокое сопротивление, что устраняет необходимость четырехпроводного включения

Малый размер

Низкая стоимость

Высокая стабильность

Хорошая взаимозаменяемость Эл. сопротивление Термистор

Низкая чувствительность

Относительно большая инерционность

Необходимость трех или четырехпроводной схемы включения

Чувствительность к ударам и вибрациям

Необходим источник тока Высокая стоимость Хорошая линейность характеристики

Высокая стабильность

Высокая взаимозаменяемость в широком диапазоне температур Эл. сопротивление Термометр сопротивления

Нелинейная характеристика

Относительно низкая стабильность

Низкая чувствительность

Измерение низких ЭДС может осложниться электромагнитными шумами и наводками

Необходима компенсация холодных спаев Широкий температурный диапазон

Простота производства

Низкая стоимость

Износоустойчивость

Не требует дополнительных источников энергии Эл. напряжение Термопара

В ходе проектирования курсового проекта в качестве датчика будем использовать термометр сопротивления.

5. Выбор и обоснование усилителя мощности

Усилитель – это устройство, предназначенное для усиления входного электрического сигнала по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию входного сигнала.

Усилитель мощности для линейных систем (нагреватели) предназначен для усиления входного сигнала по напряжению и потоку. Усилитель мощности для нелинейных систем (электродвигатели) должен обеспечивать усиление входного сигнала по току и напряжению, преобразовывать входное напряжении в ток нагрузки.

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Применение ОУ в электронике чрезвычайно широко — операционный усилитель, вероятно, наиболее часто встречающийся элемент в аналоговой схемотехнике. Добавление лишь нескольких внешних компонент делает из ОУ конкретную схему аналоговой обработки сигналов.

5.1 Классификация ОУ

По типу элементной базы

На полевых транзисторах

На биполярных транзисторах

На электронных лампах (устарели)

По области применения

Выпускаемые промышленностью операционные усилители постоянно совершенствуются, параметры ОУ приближаются к идеальным. Однако улучшить все параметры одновременно технически невозможно или нецелесообразно изза дороговизны полученного чипа. Для того, чтобы расширить область применения ОУ, выпускаются различные их типы, в каждом из которых один или несколько параметров являются выдающимися, а остальные на обычном уровне (или даже чуть хуже). Это оправдано, так как в зависимости от сферы применения от ОУ требуется высокое значение того или иного параметра, но не всех сразу. Отсюда вытекает классификация ОУ по областям применения.

Индустриальный стандарт. Так называют широко применяемые, очень дешевые ОУ общего применения со средними характеристиками. Пример «классических» ОУ: с биполярным входом LM324, с полевым входом TL084.

Прецизионные ОУ имеют очень малые напряжения смещения, применяются в точных измерительных схемах. Обычно ОУ на биполярных транзисторах по этому показателю несколько лучше, чем на полевых. Также от прецизионных ОУ требуется долговременная стабильность параметров. Исключительно малыми смещениями обладают стабилизированные прерыванием ОУ. Пример: AD707 с напряжением смещения 15 мкВ.

С малым входным током (электрометрические) ОУ. Все ОУ, имеющие полевые транзисторы на входе, обладают малым входным током. Но среди них существуют специальные ОУ с исключительно малым входным током. Чтобы полностью реализовать их преимущества, при проектировании устройств с их использованием необходимо даже учитывать утечку тока по печатной плате. Пример: AD549 с входным током 6•1014 А.

Микромощные и программируемые ОУ потребляют малый ток на собственное питание. Такие ОУ не могут быть быстродействующими, так как малый потребляемый ток и высокое быстродействие — взаимоисключающие требования. Программируемыми называются ОУ, для которых все внутренние токи покоя можно задать с помощью внешнего тока, подаваемого на специальный вывод ОУ.

Мощные (сильноточные) ОУ могут отдавать большой ток в нагрузку, то есть допустимое сопротивление нагрузки меньше стандартных 2 кОм, и может составлять до 50 Ом.

Низковольтные ОУ работоспособны при напряжении питания 3 В и даже ниже. Как правило, они имеют railtorail выход.

Высоковольтные ОУ. Все напряжения для них (питания, синфазное входное, максимальное выходное) значительно больше, чем для ОУ широкого применения.

Быстродействующие ОУ имеют высокую скорость нарастания и частоту единичного усиления. Такие ОУ не могут быть микромощными, и как правило выполнены на биполярных транзисторах.

Малошумящие ОУ.

Звуковые ОУ. Имеют минимально возможный коэффициент гармоник (THD).

Специализированные ОУ. Обычно разработаны для конкретных задач (подключение фотодатчика, магнитной головки, и др.). Могут содержать в себе готовые цепи ООС или отдельные необходимые для этого прецизионные резисторы.

5.2 Области применения

Предусилители и буферные усилители звукового и видеочастотного диапазона

Компараторы напряжения

Дифференциальные усилители

Дифференциаторы и интеграторы

Фильтры

Выпрямители повышенной точности

Стабилизаторы напряжения и тока

Аналоговые вычислители

Аналогоцифровые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи

Генераторы сигналов

Преобразователи токнапряжение и напряжение ток

5.3 Схемы усилителей мощности на операционных усилителях

Схема простейшего усилителя мощности на операционном усилителе.

Введение в ОУ эмиттерного повторителя обеспечивает увеличение тока нагрузки в β – раз.

R3 – компенсирующий резистор, исключает смещение 0.

С целью увеличения коэффициента усиления транзистора используют составные транзисторы.

Схема составного транзистора

VT1 – маломощный транзистор (β=80…240).

VT2 – средней мощности транзистор (β=20…60).

Благодаря этой схема легко обеспечивается коэффициент усиления по току, но между базой и эмиттером U=1.4 В, следовательно, падает КПД.

Для обеспечения более высокого коэффициента усиления применяется другая схема:

В схеме обеспечивается большой коэффициент усиления, но между базой и эмиттером большое падение напряжения 2.1 В.

С целью увеличения КПД используют схему Шиклая

5.4 Импульсные усилители мощности

Известны следующие импульсные усилители мощности:

усилители с АИМ;

усилители с ШИМ;

усилители с ВИМ;

усилители с ФИМ;

усилители с ШИМ;

усилители с ЧИМ;

усилители с ЧШИМ;

В настоящее время наибольшее распространение получили ШИМ. Они просты в применении, обладают высоким быстродействием, высокой надежностью. В схеме используются полевые транзисторы, которые имеют важное качество – мощность рассеивания гораздо меньше, чем при использовании биполярных транзисторов.

УГО ШИМ

ШИМ состоит из генератора «пилы» и компаратора.

На первый вход компаратора подается пилообразный сигнал генератора, а на второй вход постоянное опорное напряжение. На выходе компаратора формируется ШИМ – модулированный сигнал.

Схема генератора «пилы»

В ходе курсового проекта будем использовать импульсный усилитель мощности с ШИМ.

6. Выбор и обоснование преобразователя

Для выбора схемы преобразователя температуры в напряжение рассмотрим две схемы.

1) Преобразователь R в U.

Недостатки: источник питания, как правило, не очень стабильны и выбираются с погрешностью ± 10%, нелинейная зависимость, R0 обладает температурным коэффициентом, начальное смещение нуля.

С целью повышения технических характеристик используется другая схема.

2) Мостовая схема.

Главное преимущество схемы – это устранение начального смещения нуля.

7. Выбор и обоснование корректирующего контура.

Корректирующий контур – это устройство регулирования, для улучшения качества процесса управления.

Назначение регулятора состоит в том, чтобы устанавливать и поддерживать на заданном уровне задающий параметр, определяющий физическую величину. Для этого регулятор должен определенным образом противодействовать воздействию возмущений.

Под улучшением качества процесса управления, помимо повышения точности в типовых режимах, понимается изменение или получение нужных динамических свойств системы.

Проблема обеспечения требуемых свойств автоматических систем сложная. В ней могут быть выделены следующие задачи: обеспечение устойчивости, повышение запаса устойчивости, повышение точности регулирования в установившемся режиме, уменьшение времени переходных процессов, уменьшение ошибок от внешних воздействий. Когда устойчивость и качество не могут быть достигнуты простым изменением параметров системы (коэффициентом передачи, постоянных времени отдельных звеньев), тогда эта задача решается введением в систему дополнительных устройств, называемых корректирующими. Корректирующие устройства основаны на трех базовых звеньях: пропорциональное звено (П), интегрирующее звено (И) и дифференцирующее звено (Д). вместе эти звенья образуют ПИД – регулятор.

Пропорциональноинтегральнодифференциальный (ПИД) регулятор — устройство. используемое в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала. ПИДрегулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально входному сигналу, второе интеграл входного сигнала, третье производная входного сигнала.

Если какието из составляющих не используются, то регулятор называют пропорциональноинтегральным, пропорциональнодифференциальным, пропорциональным и т. п.

Пропорциональная составляющая

Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен уставке, то выходной равен нулю.

Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. Например, в регуляторе температуры выходной сигнал (мощность нагревателя) постепенно уменьшается при приближении температуры к уставке, и система стабилизируется при мощности равной тепловым потерям. Температура не может достичь уставки, так как в этом случае мощность нагревателя станет равна нулю, и он начнёт остывать.

Чем больше коэффициент пропорциональности между входным и выходным сигналом (коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления могут начаться автоколебания, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.

Интегральная составляющая

Для устранения статической ошибки используют интегральную составляющую. Она позволяет регулятору «учиться» на предыдущем опыте. Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая.

Дифференциальная составляющая

Дифференциальная составляющая противодействует предполагаемым отклонениям регулируемой величины, которые могут произойти в будущем. Эти отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему. Чем быстрее регулируемая величина отклоняется от уставки, тем сильнее противодействие, создаваемое дифференциальной составляющей.

8. Обоснование и выбор задатчика

Задатчик предназначен для формирования и выдачи в СУ управляющего сигнала, пропорционального требуемому выходному сигналу. В качестве задатчика могут быть использованы как аналоговые, так и цифровые устройства: потенциометр, конденсатор переменной емкости, индукционные устройства, клавиатура и т.д. Задатчики на основе аналоговых устройств обладают большой погрешностью, поэтому в ходе курсового проектирования будем использовать цифровой задатчик – клавиатуру.

9. Принцип работы функциональной схемы.

С клавиатуры на схему вычитания поступает задающий сигнал. Этот сигнал проходи через корректирующий контур, усилитель мощности на нагревательный элемент. Датчик, установленный вблизи нагревателя, формирует сигнал и через преобразователь подает его на схему сравнения. В зависимости от сигнала с датчика выбирается режим нагрева. Далее в зависимости от режима нагрева сформированный сигнал поступает на второй вход схемы вычитания и сравнивается с начальным установленным значением. Так схема продолжает работать до тех пор, пока сигнал, поступающий с датчика, не будет равен входному значению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная система управления обладает всеми признаками, которыми должна обладать система:

1. Композиция – образование новых качеств не равных сумме свойств исходных частей.

2. Структурность – возможность описания системы через связи и отношение частей.

3. Декомпозиция – разделение на составляющие.

4. Целостность – зависимость каждого элемента системы от его места внутри системы.

5. Иерархичность – каждый компонент системы в свою очередь может рассматриваться как система. А наша система может представлять собой один из компонентов более сложной системы.

6. Взаимозависимость системы и среды. Система формирует и проявляет свои свойства в процессе взаимодействия со средой, являющейся при этом ведущим или активным компонентом взаимодействия.

7. Конкурентоспособность – в военных системах реальный противник стремится разрушить нашу систему или ухудшить ее эффективность. В деловых системах эту же роль играет конкуренция.

8. Список литературы

1 В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. Теория систем автоматического управления. СанктПетербург. «Профессия». 2003

2 С.Т. Усатенко, Т.К. Каченюк, М.В. Терехова. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – М.: «Издательство стандартов», 1989

3 Лекции по предмету «Технология проектирования и производства автоматизированных систем»

4 Лекции по предмету «Схемотехника»