Весовое устройство

 

Так как рабочий ток I_раб тензорезистора известен, то по закону Ома можно произвести расчет напряжения питания U_п, учитывая, что в мостовой схеме, показанной на рисунке 5, через тензорезисторы протекает ток в два раза меньший рабочего:

 

 

В рассматриваемом случае активные тензорезисторы (Т₁, Т₂) наклеены по экваториальной выточке упругого элемента, а компенсационные (Т₃, Т₄) – по меридиану (полный мост). Тогда выходное напряжение моста будет рассчитано по формуле

,

где ΔR – изменение сопротивления активного тензорезистора, вызванное деформацией упругого элемента, Ом; R – сопротивление тензорезистора, Ом; U_м – выходное напряжение моста, В.

Отношение определяется как произведение коэффициента тензочувствительности на относительное изменение длины базы

,

где ε_l – есть отношение изменения длины базы Δl к ее первоначальной длине l

Таким образом, зная напряжение питания U_п коэффициент тензочувствительности S_т, первоначальную длину базы l и деформацию тензорезистора δ_Т произведем расчет выходного напряжения моста

 

 

2.2 Описание  конструкции устройства

 

В качестве тензометрического датчика был выбран фольговый тензорезистор 2ФКПА.

Фольговые тензорезисторы  имеют  решетку из тонколистового металла (фольги) толщиной  5—10 мкм.

Основой тензорезистора является пленка из синтетической смолы  или бумага, пропитанная клеем. Толщина  пленочного основания тензорезистора составляет 30—40 мкм, бумажного — 80 — 100 мкм.

Выводы тензорезисторов  обычно изготовляют из медной проволоки диаметром 0,12—0,15 мм.

Фольговые тензорезисторы по сравнению с петлевыми проволочными имеют, как правило, лучшие технико-метрологические характеристики, допускают образование решетки практически любой формы и размеров.

Элементы решетки фольговых  тензорезисторов имеют прямоугольное сечение с более выгодным отношением периметра к площади поперечного сечения, чем в тензорезисторах с круглым сечением элементов решетки. Благодаря этому рассеяние тепла фольговым тензорезистором происходит гораздо лучше, а допустимый рабочий ток и выходной сигнал могут быть значительно больше, чем у проволочного тензорезистора при тех же размерах. Фольговые тензорезисторы имеют по сравнению с проволочными существенно меньшую чувствительность в поперечном направлении. Это достигается увеличением ширины поперечных участков решетки тензорезистора. Технология изготовления фольговых тензорезисторов основана на использовании фотохимических процессов и обеспечивает получение решеток любой формы с базами от 0,3 мм и более.

Технология изготовления фольговых тензорезисторов удобна для массового производства; она  состоит из следующих основных этапов:

1. проектирование тензорезистора и изготовление чертежа решетки;
2. изготовление фотошаблона, который представляет собой изображение тензорезистора на фотографической пленке или пластинке в натуральную величину; на одном фотошаблоне обычно помещают одновременно 60 — 200 изображений решеток тензорезисторов;
3. нанесение рисунка решетки тензорезистора на фольгу; нанесение рисунка на фольгу осуществляется путем контактного копирования с негатива на фольгу, предварительно покрытую светочувствительным кислотоупорным составом;
4. травление тензорезисторов; при травлении участки фольги, не _ч покрытые кислотоупорным составом (изображением решеток тензорезисторов), растворяются;
5. присоединение выводных проводников;

6. контроль качества тензорезисторов.

Фольговые тензорезисторы выпускают нескольких типов:

1 одноэлементные тензорезисторы 2ФКПА, 2ФКПД, 1ФКТК, 2ФКТК, ЗФКТК, ФК-ПА, ФК-ПБ, ФК-ПВ, состоящие из одной прямоугольной решетки;

2 двухэлементные розетки 2ФКРВ, ФК-РА, состоящие из двух одинаковых решеток, расположенных под прямым углом;

3 трехэлементные тензорезисторы, состоящие из трех одинаковых решеток, расположенных под углами 45° и 60^е.

Трехэлементные розетки  выпускают двух модификаций: а) прямоугольные ФКРБ и дельта-розетки 2ФКРГ; б) мембранные тензорезисторы 2ФКМВ, 2ФКМГ.

Фольговые тензорезисторы всех типоразмеров имеют решетку  из константановой фольги по ТУ ЦМО-03 № 96-67.

В качестве основы используют пленку из лака ВЛ-931, клея БФ-2 или бумагу. Диапазон измеряемых деформаций ± 3 тыс. — 10 тыс. еод.

 

 

В качестве связующего элемента выбран клей БФ2.

Клеи группы БФ включают термостойкие фенолформальдегидные смолы  и поливинилбутироль, обладающий хорошей  адгезией. При правильном приготовлении клеи группы БФ вполне нейтральны и не вызывают коррозии в местах наклейки. Клеи этой группы нетоксичны.

Клей БФ2 отличается наибольшей термостойкостью, он также стоек  к действию кислот и нефтепродуктов. Коэффициент водопоглощения 0,2%.

Клей БФ4 обладает повышенной пластичностью и вибростойкостью, а также щелочестойкостью.

Клеи группы БФ при хранении в непрозрачной герметизированной таре сохраняют свои свойства в течение 7 месяцев.

 

Таблица 2 - Номенклатура и технические данные клея БФ2

Состав клея	Растворитель	Способ отверждения	Рабочий диапазон температур T, К	Влагостойкость	Технологичность
50% фенольной смолы, 50% поливинилбутироля	Этиловый спирт-ректификат	Горячая полимеризация  Т=455-475 К	225-375	Удовлетворительно	Хорошая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Принцип действия  весового устройства.

 

 

Весовое устройство со сферическим чувствительным элементом, который покоится в конусообразном вырезе подпятника, запрессованного в корпус. Измеряемая сила на чувствительный элемент передается через цилиндрический подпятник, запрессованный в крышку. Между крышкой и корпусом имеется зазор, благодаря чему при нецентренном приложении силы крышка корпуса может самоустанавливаться на сфере чувствительного элемента, и усилие всегда передается по центру. Для герметизации силоизмерителя между корпусом и крышкой установлено уплотнительное  резиновое кольцо. Активные   тензорезисторы  наклеены на чувствительный элемент  по экваториальной выточке, а тензорезисторы температурной компенсации – по меридиану.

Математическая модель отражает зависимость изменения  напряжения моста от деформации упругого элемента. Окно программы математической модели представлено на рисунке 6.

 

Рисунок 6 -  Окно программы математической модели весового устройства.

Данная программа строит график в зависимости от введенных начальных условий, которые определяют параметры груза, влияющие на графическую область, и параметры тензорезистора:

1. Начальное и конечное  значения по оси абсцисс;

2. Шаг между значениями;

3. Рабочий ток тензорезистора;

4. Сопротивление тегнзорезистора.

Листинг программы приведен в приложении А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В результате выполнения курсового проекта была достигнута цель – выполнен проект тензометрического весового устройства со сферическим упругим элементом для контроля массы подвижного состава. Для достижения поставленной целы выполнены задачи:

• изучены теоретические основы весового устройства;
• изучены свойства и принцип работы тензометрических датчиков;
• разработана математическая модель метрологической характеристики тензометрического преобразователя;
• построены сборочный чертеж и рабочие чертежи всех деталей весового устройства.

В итоге был разработан комплект конструкторской документации, необходимой для изготовления первичного преобразователя устройства измерения  массы подвижного состава, имеющий габаритные размеры 90Х90Х96, максимально допустимая измеряемая масса – до 20 тонн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Электрические измерения неэлектрических величин. Под  ред. П.А.Новицкого. — Л.: Энергия, 1975 (1979).
2. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи) учебное пособие для вузов. —  Л.:  Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1983.
3. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учебное пособие для вузов. / Н.Н.Евстигнеев и   др. —  М. : Энергоатомиздат, 1990.
4. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Под редакцией Р.А.Макарова. —  М.: Машиностроение, 1975. — 288 с., ил.
5. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е.П.Осадчего. —  М.: Машиностроение, 1979.
6. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.I /Под ред. И.Н.Жестковой.. - Изд.8-е,перераб.и доп.: Справочник. – М.: Машиностроение, 2001.
7. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ
8. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов
9. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам
10. ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы
11. ГОСТ 2.108-96 ЕСКД. Спецификация
12. ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам
13. ГОСТ 7.1-84 СИБИД. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления
14. ГОСТ 19.401-78 ЕСПД. Текст программы. Требования к содержанию и оформлению

15. ГОСТ 25.346-89 ЕСДП. Основные нормы  взаимозаменяемости. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений
16. ГОСТ 25.347-82 ЕСДП. Основные нормы взаимозаменяемости. Поля допусков и рекомендуемые посадки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А

 

unit Unit1;

 

interface

 

uses

  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

  Dialogs, TeeProcs, TeEngine, Chart, StdCtrls, ExtCtrls,Math, Series;

 

type

  TForm1 = class(TForm)

    Edit1: TEdit;

    Edit2: TEdit;

    Panel1: TPanel;

    Label1: TLabel;

    Label2: TLabel;

    Label3: TLabel;

    Label4: TLabel;

    Label5: TLabel;

    Edit3: TEdit;

    Label6: TLabel;

    Label7: TLabel;

    Label8: TLabel;

    Edit4: TEdit;

    Label9: TLabel;

    Edit5: TEdit;

    Label10: TLabel;

    Label11: TLabel;

    Button1: TButton;

   Button2: TButton;

    Chart1: TChart;

    Series1: TLineSeries;

    Label12: TLabel;

    Label13: TLabel;

    procedure Button1Click(Sender: TObject);

    procedure Button2Click(Sender: TObject);

  private

    { Private declarations }

  public

    { Public declarations }

  end;

    const

    D=44;

    g=9.81;

    E=210;

    l=9;

    St=5;

var

  Form1: TForm1;

  Vn,Vk,Sh,Ir,Rt,def,Up,m,P,el,Um:real;

implementation

 

{$R *.dfm}

 

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

begin

Vn:=strtofloat(Edit1.Text)*1000;

  Vk:=strtofloat(Edit2.Text)*1000;

   Sh:=strtofloat(Edit3.Text)*1000;

    Ir:=strtofloat(Edit4.Text)/1000;

     Rt:=strtofloat(Edit5.Text);

 

while Vn<=Vk do begin

     m:=Vn;

     P:=m*g;

     def:=P/(1000*D*E);

 

     Up:=2*Ir*Rt;

     el:= (((sqr(l)+4*sqr(def))/(4*def))*arcsin((8*l*def)/(sqr(l)+4*def)))/l;

     Um:=(Up*St*(el-1))/2;

     Series1.AddXY(Vn,Um,inttostr(round(Vn)),clred);

     Vn:=Vn+Sh;

     Label13.Caption:=floattostr(Um);

 

End;

 

end;

 

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

begin

Series1.Clear;

end;

 

end.