Антиплагиат (1231167), страница 7
Текст из файла (страница 7)
При прохож дении колесом оси датчика и спаде входного напряж ения сигнала дальнейшее измерение уровня входногонапряж ения датчика не имеет смысла так как не несет полезной информац ии.Скорость нарастания выходного напряж ения измерительного усилителя будет равна:VUвых=Uвых.махtизм=120,0036=3333,3 В/с (4.13)или 0,0033 В/мкс. По э тому параметру в дальнейшем следует выбирать тип операц ионного усилителя для выходного каскадаинструментального усилителя.Эквивалентную частоту сигнала мож но определить по формуле:fc=1tизм=10,0036=277,78Гц (4.14)Пройдя предварительную математическую обработку в измерительном усилителе, сигнал поступает на вход аналогово-ц ифровогопреобразователя, при помощ и которого сигнал из аналоговой формы преобразуется в э квивалентный ц ифровой код, пригодный для обработки в ЭВМ.
Изэ того следует, что быстродействие аналогово-ц ифрового преобразователя долж но быть, как минимум, на два порядка вышепериода измерения. Современные монокристальные аналогово-ц ифровые преобразователи последовательного приближ енияпозволяют измерить входное напряж ение с частотой дискретизац ии около 30000 Гц , что вполне достаточно для оц ифровкизвуковых сигналов, но увы недостаточно для прец изионных измерений быстро меняющ ихся сигналов. Это связано с явлениемконечной дискретизац ии измеряемого сигнала.
Так как замеры производятся через определенные дискретные промеж уткивремени, то невозмож но совершенно точно угадать, когда сигнал достигнет своего максимума, а следовательно появляетсянеуправляемая погрешность измерения. Так ж е следует учесть, что стоимость преобразователей такого типа достаточнозначительна как и затраты вычислительных мощ ностей управляющ ей ЭВМ на обработку того множ ества значений, котороеуспевает послать преобразователь на обработку в ЭВМ. Учитывая все э ти аргументы, следует рассмотреть альтернативныеспособы ц ифровых измерений.Далее по ранее внесенным характеристикам вагонов и локомотивов определяется состав поезда, скорость движ ения, ускорениеhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.22454939&repNumb=115/2601.01.2003Антиплагиат(замедление) и затем производится вычисление поправочных коэ ффиц иентов динамики. После вычисления поправочныхкоэ ффиц иентов производится окончательный расчет колесной нагрузки.
По рассчитанной нагрузке мож но произвести анализотносительно правильности загрузки вагонов (перекос ц ентра тяж ести) или по перегрузу осей или колес. Это важ но, так как остьв среднем загруж ена в пределах допустимых норм, но при замере колесной нагрузки мож ет оказаться, что ось имеет значительныйдифферент по массе.Итак, мож но сделать вывод, что характеристики основных компонентов определены. Определены так ж е и условия работыпреобразователя. Это однополярный строго возрастающ ий сигнал (полезная часть) с единственным максимумом. Знание э тихусловий позволяет сформировать техническое задание на узкоспец иализированное устройство, нац еленное на решениеконкретной задачи – определение колесной нагрузки подвиж ного состава на рельс. Благодаря узкой спец иализац ии достигаетсясниж ение общ ей себестоимости устройства и упрощ ается конструкц ия.Необходимо спроектировать устройство для измерения нагрузки от колес подвиж ного состава на рельс, которое долж но:Иметь погрешность измерения нагрузки в диапазоне скоростей движ ения до 15 км/ч не более 1%;Иметь возмож ность измерения нагрузки на более высоких скоростях движ ения без гарантированной точности;Иметь универсальный внешний интерфейс, с возмож ностью подключения к любому типу силоизмерительных датчиков и любымтипам ЭВМ;Быть выполнено преимущ ественно или полностью на отечественной э лементной базе;Быть простым в использовании, обслуж ивании и э ксплуатац ии;Иметь возмож ность работать вблизи источников э лектрических помех (контактная сеть, э лектромашины).В заключении мож но отметить ещ е одно важ ное технологическое решение, позволяющ ее в значительной степени снизитьпогрешность, измерений.
Это применение диапазонов или масштабов измерения. Если внимательно рассмотреть проц ессизмерения нагрузок, то мож но заметить, что часть" общ его диапазона (шкалы прибора) является "мертвой зоной". Эта "мертваязона" включает в себя обязательные для ж елезнодорож ного транспорта вес самого вагона (тару), либо массу неэ кипированноголокомотива. Так как полезная нагрузка товарного полувагона достигает 71 тонны, а максимальный вес вагона 90 тонн икоэ ффиц иент загрузки не менее 0.25 или 16 тонн, то общ ий постоянный вес вагона будет равен 41 тонну или 5,5 тонн на колесовагона. Примем нагрузку на колесо с учетом погрешности и конструкц ии вагонов 4,5 тонн и рассчитаем увеличение точностиизмерения дня вагонов.
Так ж е и для локомотивов колесная нагрузка в большинстве их типов не превышает 11.25 тонны вполностью э кипированном состоянии. Примем минимальную нагрузку на колесо локомотива 9 тонн, а максимальную 12,5 тонн ипроизведем расчет так ж е, как и для вагонов. Схематично диапазоны измерения и их изменение представлены на рисунке 4.9.а)-19,5т04,5т19,5тб)-9т-4,5т08тв)-19,5т09т19,5тг)-9т*Зтд)-19В+19ВРисунок 4.9 − Схема изменения диапазонов измеренияНа рисунке 4.9(д) показан диапазон допустимых входных напряж ений аналогово-ц ифровых преобразователей, который так ж есовпадает с диапазоном максимальных выходных напряж ений измерительного усилителя.Здесь следует прокомментировать необходимость как мож но полнее использовать полезный диапазон измеренийпреобразователя.
Так как ц ифровые измерения всегда имеют дискретный характер, то в конечном итоге погрешность измерениясоставит 0,5 ц ены деления прибора. Число делений, э то максимально возмож ное число дискретных уровней напряж ения, котороемож ет быть представлено для сравнения с измеряемым сигналом.Таким образом, сопоставляя полученный уровень напряж ения, пропорц иональный ц ифровому коду, измеряемому напряж ению,мож но "приблизительно" судить о значении э того напряж ения с точностью -0,5...+0,5 ц ены деления.Поэ тому, чем полнее будет выделен рабочий диапазон, тем точнее измерение. Произведем расчет ц ены деления прибора сучетом и без учета перераспределения диапазонов измерения и в конечном итоге сравним полученные погрешности измерения.Цена деления рассчитывается по формуле:С=PmaxNдел, (4.15)где Рмах- максимальная нагрузка на полезную длину шкалы;Nдел=210=1024 – число делений прибора.Цена деления при измерении нагрузки с одного колеса вагона без изменения диапазона (рис.4.9(а)):Сваг=12.51024=0,0122м=12,2кг (4.16)Цена деления при измерении нагрузки с одного колеса вагона с изменением диапазона (рис.4.9(б)):Сваг`=81024=0,0078м=7,8кг (4.17)Увеличение точности измерения:∆=С-С`C (4.18)Увеличение точности диапазона измерения прибора для диапазонов предусмотренных для вагонов:∆ваг=12,2-7,812,2∙100%=36,45 (4.19)Так как при проведении коммерческих измерений необходимо иметь удобное значение ц ены деления (например 10кг) то шкалуискусственно загрубляют.
То есть значение нагрузки округляется в меньшую сторону до ближ айшего корректного показанияприбора. И в э том случае необходимо иметь истинную ц ену деления меньше, чем ц ена деления представления.В нашем случае истинная ц ена деления 7,8 кг, а ц ена деления представления 10 кг. Для локомотивов э то не так важ но, так каконо не имеет коммерческой ц ен-ности.
При измерении нагрузки от колес локомотива истинное значение нагрузки необходимознать только комплексу автоматизированной системы измерения (АСИ), а конечным результатом работы является выдачаhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.22454939&repNumb=116/2601.01.2003Антиплагиатрекомендац ий по выравниванию осевой и колесной нагрузки в ремонтном производстве.Цена деления при измерении нагрузки с одного колеса локомотива без изменения диапазона (рис 4.9(в)):Слок=12,51024=0,0122м=12,кг (4.20)Цена деления при измерении нагрузки с одного колеса вагона при изменении диапазона (рис 4.9(г)):Слок`=31024=0,00292м=2,92кг (4.21)Увеличение точности измерения при изменении диапазона измерения для локомотивов:∆лок=12,2-312,2∙100%=75,4% (4.22)Из выше представленного расчета видно, что увеличение точности измерения составляет значительные величины, и учитывая тотфакт, что каких либо сущ ественных изменений в конструкц ии прибора не производилось.
Ещ ёнеобходимо учесть для масштабирования диапазонов — э то подача напряж ения смещ ения на вход измерительного усилителя иступенчатое изменение коэ ффиц иента усиления, а в случае если прибор работает только в депо, никаких изменений, кромеподачи постоянного напряж ения смещ ения, производить не нуж но. Упрощ енная схема изменения конструкц ии усилителяпредставлена на рисунке 4.10Рисунок 4.10 − Схема модернизац ии измерительного усилителяИзменения касаются только выходного каскада усилителя. В схему вводятся переключатель П (механический или э лектронный),который осущ ествляет управление переключением диапазонов, подключая разные резисторы обратной связи и источникнапряж ения смещ ения.4.3 Расчет тензорезисторных датчиков4.3.1Типы тензодатчиковТензорезисторный преобразователь (тензорезистор) представляет собой проводник, изменяющий своё сопротивление придеформации сжатия-растяжения.
При деформации проводникаизменяются его длина и площадь поперечного сечения Q . Деформация кристаллической решётки приводит к изменениюудельного сопротивления , что приводят к изменению сопротивления проводника R = / Q.Этим свойством обладают в большей или меньшей степени все проводники.В настоящее время находят применение проводниковые ( фольговые , проволочные и пленочные) и полупроводниковыетензорезисторы.
Хорошим материалом для проводниковых тензорезисторов, используемых при температурах ниже 180° С,является константант. Зависимосгь сопротивления R от относительной деформации с достаточной точностью описываетсялинейным двучленом :R= Ro(l+St) , (4.23)где Ro- сопротивление тензорезистора без деформации; St – тензочувствительность материала.Тензочувствительность константана лежит в пределах 2,0-2,1. Нелинейность функции преобразования не превышает 1%.Фольговыетензорезисторыпредставляютсобойтонкуюлаковуюпленку,накоторуюнанесенафольговаятензочувствительная решетка из константана толщиной 4-12 мкм ( рисунок 4.1)Решетка сверху покрыта лаком.
Фольговые тензорезисторы практически не чувствительны к поперечной деформациивследствие малого со¬противления перемычек, соединяющих тензочувствительные элементы.Проволочный тензорезистор имеет аналогичное устройство, его решетка выполнена из константановой проволокитолщиной 20-50 мкм. По метрологическим и эксплуатационным характеристикам проволочные[6]тензорезисторы уступают фольговым.Проволочные и фольговыетензорезисторы обычно имеют длину 5-20 мм, ширину 3-10 мм.
Их номинальное сопротивление равно 50, 100, 200, 400 и800 Ом. Параметры тензорезисторов общего назначения регламентирует ГОСТ-21616-91.Полупроводниковые тензорезисторы представляют собой пластинку монокристалла кремния или германия длиной 5-10 мм,шириной 0,2-0,8 мм. К ее торцам приварены [6]металлические выводы. Номинальное сопротивление датчиковлежит в пределах 50-800 Ом. Свойства полупроводниковых и металлических преобразователей сильно различаются.Чувствительность полупроводниковых преобразователей может быть как положительной, так и отрицательной и лежит впределах St = 55-130. Как сопротивление, так и чувствительность сильно зависят от температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
