МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Контрольная работа по дисциплине:

“Технологические средства автоматизации”

ВАРИАНТ 4

ВЫПОЛНИЛ: студент гр. № 141

А.С. Лизунов

ПРОВЕРИЛ: С.В. Санталов

Рязань 2003

Вопрос 5.

Современное производство характеризуется повышением доли автоматизированного оборудования. В связи с этим многие учебные дисциплины предусматривают изучение автоматических устройств дискретного действия, в частности наиболее распространенных устройств дискретной электроавтоматики (УДЭА).

Существующие пакеты прикладных программ, обеспечивающие разработку УДЭА, не могут использоваться для обучения студентов, т.к. большинство операций проектирования в них выполняются автоматически.

Устройства дискретной электроавтоматики, используются для формирования команд управления типа включено-выключено при наличии определенных комбинаций воздействий, заданных, например, в случае электрических устройств механическими воздействиями на их подвижные контакты.

Анализ и синтез УДЭА проводится на основе булевой алгебры, что позволяет формализовать задачи и создать компьютерные программы проектирования и изучения работы таких устройств, а также оценивать уровень знаний на основе специальных контролирующих программ на персональных ЭВМ [1,2].

Синтез устройства управления электромеханического типа осуществляется с помощью программы имитирующей работу этого устройства, которое моделируется в ячейках матрицы размера 4х4 установкой в них нормально замкнутых и разомкнутых электрических ключей, вертикальных и горизонтальных перемычек. После чего выдаются варианты замыкания полученной электрической схемы при различных воздействиях на ключи, а если число вариантов воздействий не превышает 16, то дополнительно и таблица истинности с указанием вариантов замыкания.

Таким образом, синтез УДЭА проводится в несколько последовательных этапов: на первом - определяется булева формула соответствующая логике работы устройства, на втором - по этой формуле задается электрическая схема, на третьем - анализируется ее работа, причем второй и третий, наиболее трудоемкий, этапы выполняются с помощью компьютера и в случае нахождения ошибки в работе УДЭА могут повторяться не однократно.

Вопрос 14.

Индуктивные преобразователи линейных перемещений предназначены для преобразования линейных перемещений в электрические сигналы.

*Коэффициент преобразования: выходной сигнал преобразования при нагрузке 1кОм / смещение якоря преобразователя / напряжение питания.

**Нелинейность характеристики преобразования: наибольшее отклонение характеристики от прямой, проходящей через ноль и наименнее уклоняющейся от действительной, отнесенное к рабочему диапазону преобразователя.

***Размах показаний: разность между максимальным и минимальным показаниями при многократном арретировании преобразователя.

Тип	Общий ход шпинделя, мм	Рабочий диапазон, мм	Коэффициент преобразования*, мВ/мм/В	Нелинейность характеристики преобразования,%**	Размах показаний***, мкм	Вариация показаний****, мкм
М-022	3,6	±1	130	0,5	0,2	0,2
М-022А	3,6	±1	130	0,1	0,2	0,2
М-023	12,3	±5	50	5	0,2	0,2
М-023А	12,3	±5	50	0,5	0,2	0,2
М-024	12,6	±3	80	5	0,2	0,2
М-028	35	±15	30	10	1	1
М-032	5	±2,5	20	5	5	5
М-032-01	5	±0,5	100	3	5	5

****Вариация показаний: разность между двумя показаниями преобразователя при измерениях величины, имеющей одно и то же значение, с плавным медленным подходом к этому значению со стороны больших и меньших значений.

Вопрос 24.

Принцип действия такого датчика заключается в том, что при отражении электромагнитной волны от движущейся цели ее частота сдвигается на величину: f = 2F0·v/c , где F0 - частота электромагнитной волны, v - проекция скорости цели на направление цель-локатор, с - скорость света. Отсюда видно, что нужна очень высокая частота излучаемого сигнала, так как сдвиг частоты (то, что несет информацию о цели) пропорционален v/c и очень мал. Если v = 3 м/сек, то относительный сдвиг частоты всего 10-8 и при частоте излучения 10ГГц (1010 Гц) f = 200 Гц. Кроме того, только в СВЧ (сверхвысокочастотном) диапазоне можно создать компактные направленные антенны.

Локатор облучает цель непрерывным СВЧ сигналом. Отраженный целью сигнал возвращается обратно, принимается локатором и смешивается на смесителе с малой долей излучаемого сигнала. Смеситель - нелинейный электрический элемент (в простейшем случае обычный СВЧ диод). При одновременном взаимодействии двух электромагнитных колебаний с различными частотами f1 и f2 на нелинейном элементе выделяются колебания с комбинационными частотами

fL = f1 - f2   и  fH = f1 + f2

Обычно нижняя частота fL выделяется фильтром и используется для регистрации наличия движущегося объекта и (если нужно) для измерения его скорости.

Фактически все такие датчики, это радиолокаторы СВЧ диапазона, которые работают на частотах от 10 до 40 ГГц (длина волны от 3 до 0.8 см). Датчики такого типа используются:

• для определения скорости самолетов,

• измерения скорости автомобилей. Ряд марок автомобилей имеет в качестве спидометра доплеровский радиолокационный датчик скорости. Датчик работает на длине волны 8мм, расположен под сидением водителя и облучает дорогу через радиопрозрачное окно.

• контроль скорости автомобиля (датчики, которые использует ГАИ),

• охранные датчики (регистрация движущихся объектов в помещении).

Простейший датчик движения представляет собой два куска волновода (скажем 23 x 10), сложенные вдоль узкой стенки. С одной стороны волноводы закорочены, и с помощью диафрагм в них организованы резонаторы, настроенные на частоту F0. СВЧ мощность излучается (попадает) в резонаторы через отверстие связи в диафрагме. В одном резонаторе помещен диод Ганна (G) (или лавинно пролетный диод - ЛПД). При подаче определенного напряжения на диод такая система начинает генерировать СВЧ колебания на частоте F0. Во втором резонаторе размещен смесительный диод (M) - это приемник. Часть мощности излучаемого сигнала через отверстие связи в общей узкой стенке волновода проникает в волновод приемника и далее в резонатор смесителя. Эта мощность смешивается с сигналом, отраженным целью на диоде-смесителе. В результате на диоде возникает низкочастотный сигнал с разностной частотой. Этот сигнал используется для измерения скорости цели (измеряется частота fL). Если требуется только регистрация наличия движущегося объекта, то просто анализируется, есть ли в напряжении на диоде переменная часть с амплитудой выше некоторого порога. Система на двух волноводах (без рупорной антенны) имеет чувствительность в конусе с раскрытием порядка 70 градусов (вдоль оси волноводов).

Рис.1 СВЧ установка

Вопрос 34.

.

Операционным усилителем называется электронная схема, имеющая большой коэффициент усиления и два входа - инвертирующий и неинвертирующий. Операционные усилители могут использоваться в аналоговых вычислительных машинах для выполнения различных операций (сложение, вычитание, умножение, дифференцирование, интегрирование). Каждая конкретная операция, выполняемая операционным усилителем, определяется его схемой включения и подключёнными к нему дискретными элементами.

Основными характеристиками операционного усилителя являются его коэффициент усиления по постоянному току, скорость нарастания выходного напряжения, которая определяет его быстродействие, диапазон рабочих частот и т.д. Обычно операционные усилители имеют широкий диапазон рабочих частот (от нуля - постоянное напряжение - до нескольких мегагерц). Коэффициент усиления операционных усилителей варьируется в пределах от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Основной особенностью операционного усилителя является то, что он усиливает разностное напряжение, т.е. разность напряжений на его неинвертирующем и инвертирующем входе. Таким образом, передаточная функция операционного усилителя может записываться в упрощённой форме в виде:

где K - коэффициент усиления по постоянному току операционного усилителя, x1 - напряжение на неинвертирующем входе, x2 - напряжение на инвертирующем входе, Umax - максимальное значение выходного напряжения.

Таким образом, если разность входных напряжений по модулю будет превышать Umax/K, то транзисторы усилительных схем операционного усилителя войдут в состояние насыщения и на выходе установится значение Umax. Знак Umax соответствует знаку разности входных напряжений.

Операционный усилитель (ОУ) может использоваться не только для выполнения математических операций, но и в качестве усилителя в аудиоаппаратуре. При этом для обеспечения необходимого коэффициента усиления требуется ввести цепь отрицательной обратной связи, которая снижает коэффициент усиления и увеличивает стабильность работы схемы. Глубина отрицательной обратной связи регулируется в зависимости от требуемого коэффициента усиления.

Идеальный ОУ должен обеспечивать отсутствие наклона и прямолинейность амплитудно-частотной характеристике в рабочем диапазоне частот, а также бесконечный коэффициент усиления. Иногда для выравнивания АЧХ в некоторой области частот к специальным выводам ОУ подключается корректирующая ёмкость.

ОУ функционально состоит из дифференциального усилителя и усилителя мощности. Дифференциальный усилитель собственно и обеспечивает формирование разностного сигнала и его усиление. Усиление по мощности и согласование выхода дифференциального усилителя с цепями, подключёнными к выходу ОУ обеспечивается усилителем мощности. Дифференциальный усилитель собран по симметричной мостовой схеме, состоящей из двух или четырёх транзисторов, не считая транзисторов стабилизатора тока, подключённого к коллекторным или эмиттерным (в зависимости от типа проводимости транзисторов) цепям транзисторов. Дифференциальный усилитель имеет два входа, подключённых соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входу ОУ. Нагрузочная способность, максимальный выходной ток и максимальное выходное напряжение зависят от параметров усилителя мощности. В частности, максимальное выходное напряжение также зависит от напряжения питания ОУ. Напряжение питания ОУ обычно выбирается двуполярным. Это определяется наличием дифференциального усилителя и принципом работы электрического моста.

ОУ обычно выполняется в виде интегральной схемы.