Датчик пневмотахометра

- напряжение  коллектор-эмиттер U_КЭнас.>U_пит., т.е больше 30 В;

-напряжение  насыщения U_КЭнас.=1.7-3.0В;

   Определяем  значение сопротивления R₅ в базовой цепи регулирующего транзистора:

  Принимам  по результатам макетирования R₄=200Ом, тип резистора С₂-13-0,25Вт

  P_R4=I₄²R₄=0.05Вт 

   Перечисленным   требованиям   в   большей  мере   отвечает  транзистор КТ603Е со следующими значениями основных параметров:

    - напряжение  коллектор - эмиттер U_K3max ⁼ 30 В

• напряжение насыщения  U _Кэнас не более 1,5 В
• максимальная сила тока Iк_тах =300 мА
• коэффициент передачи β = 60 - 200
• граничная частота f _гр. = 200 МГц

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Таким образом, в результате расчета ЭИС  выбираем следующие элементы:

   Таблица 4

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   15. Анализ источников погрешности и определение результирующей

   погрешности

   К важнейшим метрологическим характеристикам  разрабатываемого пневмотахометра относятся показатели точности.

   Наряду  с эксплуатационными требованиями точность измерения определяет его структуру и параметры. Поэтому на стадии разработки для правильной оценки его погрешности необходимо проведение анализа всех внешних и внутренних источников (факторов), приводящих к появлению погрешностей.

   Для линейных измерительных систем, к  которым можно отнести и разрабатываемое устройство, результирующая погрешность обычно представляется как статическая сумма следующих составляющих: основной статической и дополнительной динамической погрешностей.

   Основная  статическая погрешность разрабатываемого преобразователя расхода, определяемая для нормальных условий, включает главным образом погрешность от несоответствия конструктивных параметров сужающего устройства номинальным (расчетным) значениям и погрешность СКП расхода газа через обводной канал.

   Последняя составляющая погрешности возникает  за счет того, что те или иные известные функции преобразования СКП и его звеньев лишь приближенно описывают реально протекающие процессы в них.

   Вычислить величину этой погрешности не представляется возможным из-за значительных материальных трудностей. Поэтому на практике целесообразно определить границы возможных значений параметров СКП, при соблюдении которых эта составляющая погрешности сводится к минимуму.

   Анализ  источников погрешностей будем проводить  согласно общей структурной схеме, представленной на рис.9.

   Основные  источники погрешности, в зависимости  от характера их проявления, разделим на две группы: методические и инструментальные.

   Погрешности систематические методические возникают  при изменении параметров среды и измеряемого вещества (температуры). В нашем случае к этим погрешностям относятся погрешности, обусловленные влиянием сноса потока на пневматические сигналы.

   Информативным является перепад давления ∆р, равный разности р₁ - р₂, поэтому для дальнейшей оценки методической погрешности будем анализировать только этот сигнал.

   Первым  преобразователем в структурной  схеме является СУ (сопло), которое преобразует G в перепад давления ∆р.

   Исходная  формула для измерения расхода  с помощью сопла может быть представлена в следующем виде:

   

   Считая, что средние квадратические погрешности отдельных величин, входящих в правую часть этого уравнения σ_α  , σ ε, σ_d,  σ _p , σ_∆p невелики и независимы друг от друга, получим выражение для определения среднеквадрати-ческой погрешности измерения расхода: 

   

          (46)

   Среднеквадратические  погрешности σ_а и σ_р для сопел известны на основании ряда многочисленных экспериментов и приводятся в нормативных документах. Сложнее с погрешностями σ_d, σ_p, σ_р.

   Величины  d, р, ∆р определяются на основании измерений, а значения будут равны соответственно дd/2, др/2, д∆р/2.

   Зависимость а от т выражается приближенным уравнением а = а + bт², а и b - постоянные. Если принять b = 0,6 для сопла, то, очевидно, получим, что да/дт = F.

   Тогда уточненное выражение для среднеквадратической погрешности примет вид: 

            

                                      (47)

   

   

   Погрешность σ_а зависит от многих причин. На нее влияет степень шероховатости трубопровода, а также различные дефекты, возникающие в процессе изготовления, монтажа и эксплуатации СУ.

         Эта формула учитывает  влияние на исходную погрешность  числа R_e относительной площади m сопла, размер D и шероховатости трубопровода. 

                                 

                                                   (48)

где n=5.5

r₀- исходная поправка на шероховатости, определяемая в зависимости от D/k; r₀=4.5·10^-4

                                       

                                                    (49)

где σ_аи - погрешность исходного коэффициента расхода; σ_kш – погрешность поправочного множителя на шероховатость трубы; σ_kRe - погрешность множителя или поправки на число Re<Re_гр.; σ_аD - погрешность коэффициента а, вызванная отклонениями действительного D от Dрасчетного.

   Средняя квадратическая погрешность σ_ε множителя ε определяется:

                                          

                                                                       (50)

где n=1 (для сопел) 

   Далее определим  численные значения σ_а , σ_ε и σ_G соответственно по зависимостям (47),(49),(50). 

   Re(1.5)=0.993·10⁶

   Re(60)=3.9·10⁶

   Re_гр.=0.2·10⁶

   Re>Re_гр. возрастает до 0,6 

   σ_аи=0,25÷0,6%

   σ_кш=0÷1,9%

   σ_км=0,5÷1,5% (≈1%)

   σ_кRe=0.15÷0.5%

   

   σ_a =0.6+2(0.64-0.8)=0.88%

   σ_a =(0.6²+1²+1²+0.15²+0.16²)^1/2=1.55%

   σ_ε=n∆p/p₁

   

   p₁≈10кПа

   σ_ε=0,93/10=0,093%

   σ_D=0,08%; σ_d=0,1%; σ_ρ=0,02%; σ_∆p=0,6%

   

   

   Погрешность СКП имеет аддитивную и мультипликативную  составляющие. Первая составляющая определяется в соответствии с зависимостью:  

          

                                                            ∆U_a=-Q_T·∆T                                                              (51) 

где Q_T- чувствительность к температуре, Q_T=1,05·10^-2 В/˚С;∆T=30 /˚С 

   ∆U_a=1.05·10^-2B/˚С·30˚С=0.315B

   Вторая  составляющая погрешности численно определяется выражением:

                                                 

                                                  (52) 

   Q_Hmax=174.754ьВт/˚С; Q_Ho=149.96 мВт/˚С 

   

   За  счет реализации в структуре канала дифференциального метода преобразования, аддитивная составляющая погрешности уменьшается до величины, не превышающей 100...200мВ, а введение контура коррекции уменьшает мультипликативную погрешность ее до величины 10...20мВ.

                                 

                                                    (53)

где σ_a- погрешность СУ; σ_п-погрешность пневматического устройства; σ_Т-погрешность СКП; σ_N- погрешность блока ПИР.

   

   Аддитивная  погрешность канала, определяемая в  основном СКП, не превышает ∆и = 0,06 км²/ч.

   В дальнейшем для уменьшения аддитивной и мультипликативной  погрешности предполагается использовать цифровой канал. 

   Заключение 

   1. Проведенный анализ методов и средств пневмотахометрии определяет проблемы и перспективные направления их развития и показывает, что методы пневмотахометрии в диагностике системы дыхания сохраняют  ведущую роль.

   2. В пояснительной записке и в графической части курсового проекта представлены результаты конструкторской и схемотехнической разработки пневмотахометра.

   3. Технический результат работы заключается в расширении диапазона измерения, который должен охватывать как детей, так и пожилых людей, но при этом необходимо сохранить точность измерения в таком широком диапазоне измерения.

   4. Предствленные в курсовом проекте материалы исследования могут быть использованы в рамках инженерного проектирования, расчета и испытаний перспективных образцов анализаторов систем дыхания.