Информационно-измерительная система контроля уровня топлива в летательных аппаратах
Контрольная работа - Транспорт, логистика
Другие контрольные работы по предмету Транспорт, логистика
µобразования измерительного канала (как для разомкнутой блок-схемы) имеет вид:
(2.1)
или
, (2.2)
где Р - значение давления (измеряемый параметр);
К? - общий коэффициент преобразования измерительного канала;выхР - выходной код АЦП, пропорциональный измеряемому давлению;
КИПД - коэффициент преобразования датчика давления;
КСПУ - коэффициент передачи согласующего преобразовательного устройства;
ККм - коэффициент передачи коммутатора Км;
КФПЧ - коэффициент передачи ФНЧ;
КАЦП - коэффициент передачи АЦП.
По уравнению преобразования, проведем структурный расчет канала измерения уровня топлива.
Цель расчета - определение значений коэффициентов передачи и уровней входных и выходных сигналов каждого блока, входящего в состав измерительного канала.
Исходными данными для расчета являются следующие параметры:
диапазон изменения измеряемой емкости;
тип и характеристика преобразования электроемкостного датчика уровня;
значение номинального входного напряжения АЦП.
На основании анализа характеристик электроемкостного датчика уровня, выбираем малогабаритный электроемкостной датчик уровня с токовым выходом фирмы Техприбор серии ДТ63-1, характеристики которого приведены в таблице 3.1.
Для вывода зависимости между уровнем топлива в баке и емкостью датчика введем следующие обозначения (рисунок 3.3): e1, e2, e3 - диэлектрические постоянные жидкости, материала изолятора и смеси паров жидкости и воздуха соответственно; R1, R2, R3 - радиусы внутреннего электрода, изолятора и внешнего электрода; х - уровень жидкости; h -полная высота датчика. Вследствие наличия изоляционного слоя имеется возможность измерять уровень полупроводящих (вода, кислота и др.) жидкостей. В качестве изолятора можно использовать стекло, резину или другой материал в зависимости от природы жидкости. При измерении уровня непроводящих жидкостей (керосин, бензин) изоляционный слой не применяют.
Если пренебречь концевым эффектом, то можно принять, что емкость нижней части цилиндрического конденсатора будет рассчитываться по формуле 3.1:
(3.1)
Подобно этому емкость верхней части конденсатора найдем из соотношения 3.2:
(3.2)
Суммируя емкости Сх и Ch, получим полную емкость конденсатора, которая будет равна (3.3):
(3.3)
Из этого выражения следует, что емкость конденсатора является линейной функцией уровня жидкости х. Таким образом, измерение уровня жидкости можно свести к измерению емкости конденсатора С.
Чувствительность емкостного датчика определяется выражением 3.4:
(3.4)
Легко видеть, что наибольшая чувствительность будет в том случае, когда R2/R1 стремится к 1, т. е. когда слой изоляции отсутствует. При этом получим следующее выражение (3.5):
(3.5)
Так как диэлектрическая постоянная полупроводящих жидкостей значительно больше, чем непроводящих, то изменение емкости на единицу длины в первом случае будет больше, чем во втором. Отсюда следует, что емкостный метод измерения уровня особенно эффективен для полупроводящих жидкостей.
Из выражения (3.5) следует, что для увеличения чувствительности величину R3/R2 нет необходимости брать большой. Если величина R3 - R2 мала, то на точность показаний прибора значительное влияние будет оказывать вязкость жидкости. Следовательно, слой жидкости между электродами должен быть таким, чтобы вязкость не оказывала влияния на уровень жидкости. Обычно ограничиваются зазором R3 - R2=l,5 - 6 мм, а для увеличения чувствительности датчик собирают из нескольких концентрических труб, образующих параллельно соединенные конденсаторы [5].
В данном курсовом проекте задаемся максимальным значение емкости датчика, которое будет соответствовать максимальному уровню топлива в баке ЛА, и составляет: Cmax = 100 пкФ. Следовательно, выходная емкость, которая будет соответствовать минимальному уровню топлива, будет равна: Cmin = 50 пкФ (см. таблица 3.1).
Определим минимальное и максимальное значения выходного напряжения датчика в заданном диапазоне измерения уровня топлива: hmin = 0 мм и hmax = 1000 мм. Для этого предварительно составим аналитическое выражение связи между емкостью С и выходным напряжение U. На рисунке 3.2 б) показана идеализированная графическая зависимость между указанными параметрами.
На графике значения hmin = 0 мм (точка A) и hmax = 1000 (точка B) мм ограничивают диапазон измеряемого датчиком уровня, UA = 4 В и UB = 20 В - выходное напряжение датчика, соответствующие крайним точкам диапазона уровней hA - hB. Задача состоит в нахождении аналитической зависимости U = f(С) и соответствующих значений Umin и Umax.
Запишем уравнение прямого участка по двум точкам с координатами (CA, UA) и (CB, UB) [ ]:
,
где Р - текущее значение давления, кПа,
I - выходной ток датчика при давлении Р, мА.
Определим диапазон изменения выходного тока датчика РТХ 7500 при работе в заданном диапазоне давлений Pmin = 10 кПа и Pmax = 120 кПа:
мА
мА
Для преобразования тока датчика в напряжение на входе СПУ установлен нагрузочный резистор. Значение сопротивления этого резистора зависит от двух факторов - во- первых, падение напряжения на резисторе не должно превышать напряжения питания датчика, а во - вторых, падение напряжения на резисторе не должно превышать номинального входного напряжения последующего каскада, а также номинального входного напряжение АЦП.
Для большинства АЦП входной сигнал не д