Разработка конструкции

На рисунке 5.1 представлен общий вид измерителя уровня жидкости.

Рисунок 5.1

Корпус представляет собой цилиндр, изготовленный из алюминия с полиуретановым покрытием или из нержавеющей стали. Он состоит из двух отсеков и может быть отсоединён от зонда в случае необходимости.. Материал для изготовления корпуса выбран исходя из условий эксплуатации и экономических требований. Толщина стенок крышки и корпуса достаточна для обеспечения нормальной работы прибора согласно требованиям прочности, устойчивости, жесткости и характеристикам тепловых режимов работы. Корпус имеет такие габаритные размеры: длина 173 мм, димаметр 110 мм, толщина стенок корпуса 7 мм. Стандартно в корпусе имеется два отверстия для подвода кабеля.

Конструктивно корпус прибора состоит из двух отсеков, крепление которых между собой осуществляется с помощью четырех шурупов-саморезов. Для индикации измерений можно использовать встроенный дисплей или выносной 4-х разрядный жидкокристаллический индикатор модели 751 помещенный в корпус прибора.Питание поступает по сигнальному контуру (2 проводному), 11 – 42 В постоянного тока.

Внутри корпуса расположены печатные узлы измерителя и жидкокристаллического индикатора Печатный узел измерителя крепится к стойкам корпуса четырьмя винтами. Печатная плата – однослойная, чего достаточно для размещения ЭРЭ и печатного монтажа. ЭРЭ соединены с печатной платой пайкой, что обеспечивает надежность электрических контактов. Габаритные размеры печатной платы определяются в первую очередь характером применяемых элементов и плотностью их размещения и составляют 100×50 мм.

Навесные элементы расположены параллельно плоскости платы, что придало им требуемую жесткость. Радиоэлементы, обладающие наибольшей массой, установлены на печатную плату вплотную, и количество выводов у них способствует достаточно прочному и устойчивому креплению. Часть используемых элементов крепятся на печатную плату на нагруженных выводах. Элементы, установленные на плату на частично нагруженных выводах, менее уязвимы, чем элементы на нагруженных выводах.

Печатный узел жидкокристаллического индикатора крепится у стойкам корпуса с помощью четырех винтов. Для защиты индикатора от внешних воздействий к крышке прибора с внутренней стороны приклеивается стекло. Для управления измерителем в крышке установлены 4 кнопки.

5.2 Расчет печатной платы

5.2.1 Расчет собственной частоты колебаний

Для расчета собственной частоты колебаний необходимы данные о размерах и материале печатной платы, а также о массе установленных на ней ЭРЭ. Данные о массе ЭРЭ приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Масса ЭРЭ, входящих в состав печатного узла

Тип элемента	Количество ni	Масса одного элемента mi, г
Микросхема AtMega128		2,7
Микросхема ADP3301-5AR		1,4
Микросхема AD620AN		1,4
Микросхема MAX 232		2,1
Микросхема MAX 809
Конденсатор TAJC, 47 мкФ - 16 B		3,5
Конденсатор SMD 0805		0,55
Диод 1N5817		0,9
Резисторы SMD 0805		0,55
Резистор МЛТ – 0.25		0,25

Данные о печатной плате:

Толщина печатной платы H_п=2мм.

Длина печатной платы, а = 100 мм.

Ширина печатной платы, b = 50 мм.

Материал печатной платы - стеклотекстолит.

Выбираем расчетную модель, уподобляя печатную плату пластине с равномерно распределенной нагрузкой и точечным креплением (рис. 5.2).

Рисунок 5.2. Точечный способ крепления – в четырех точках

Для этого случая собственная частота колебаний f₀ вычисляется по формуле:

, (5.1)

где В – коэффициент, зависящий от количества точек крепления печатной платы;

m^" – приведенная масса, кг/м²;

H_n – толщина печатной платы, м;

E – модуль упругости материала оснований печатной платы, Н/м².

Определим коэффициент В. Для случая крепления печатной платы в четырех точках он вычисляется по формуле

. (5.2)

Приведенную массу можно вычислить следующим образом

(5.3)

где m_э – суммарная масса навесных элементов печатного узла, кг

кг

Масса печатной платы m_n определяется из уравнения:

кг, (5.4)

где - плотность материала платы, кг/м³.

Найденные данные подставим в формулу (5.3) и получаем результат:

кг/м².

По формуле (5.1) определим собственную частоту колебаний:

Гц.

Рассчитываем коэффициент расстройки :

. (5.5)

Проверяем выполнение условия:

, (5.6)

.

Условие не выполняется, следовательно, печатный узел работает не в резонансной области.

5.2.2 Расчет на жесткость

При расчете на жесткость и прочность печатный узел заменяется математической моделью в виде упругой балки по короткой стороне, что соответствует воздействию на элемент конструкции наибольших перегрузок и предъявлению более жестких требований по допускаемой амплитуде смещения, т.е. худшему случаю действия вибрации.

Определяем амплитуду смещения платы на собственной частоте колебаний из выражения:

м (5.7)

Вычислим показатель затухания для фольгированного стеклотекстолита, приняв логарифмический декремент колебаний :

. (5.8)

Тогда коэффициент передачи будет равен

. (5.9)

Амплитуда смещения платы на максимальной частоте вибрации составит

м. (5.10)

Считая печатную плату балкой по короткой стороне, выберем расчетную модель по табл. 4.6 [6]. Нашему способу крепления печатной платы соответствует случай 4 в таблице (рис.5). Вычислим допускаемые напряжения в опасном сечении из условия статической прочности, приняв коэффициент запаса n=5:

Н/м². (5.11)

Вычислим допускаемый прогиб платы, приняв по табл. 4.6 [1] коэффициент К_А=0,021:

м (5.12)

Требуемая для безотказной работы печатного узла жесткость будет обеспечена при выполнении условия

А [А_ст], (5.13)

где А – расчетный прогиб платы в динамическом режиме А_в или при статическом нагружении А₀.

Проверяем выполнение неравенства (5.13):

Неравенство выполняется.

Из условия динамической прочности, вычислим допускаемое напряжение, при и :

Н/м² (5.14)

Определяем допускаемый прогиб платы при динамическом нагружении:

м

Проверяем выполнение неравенства для условия динамической прочности:

А [А_дин]

Условие жесткости выполняется. Таким образом, можно сделать вывод, что выбранный способ крепления платы соответствует тем условиям, в которых будет эксплуатироваться данный прибор. В повышении жесткости и прочности узла нет необходимости.

Заключение

В данной работе был разработан радарный волновой измеритель уровня жидкости выполненный по наиболее точному методу. Результатом проделанной работы также является то, что полученный уровнемер обладает технологичной конструкцией и надёжными показаниями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Засоби та методи вимірювань неелектричних величин: за редакцією професора Є.С. Поліщука / Є.С. Поліщук, М.М. Дорожовець, Б.І. Стадник, О.В. Івахів, Т.Г. Бойко, А. Ковальчик, Т.І. Батенко. – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2008.-615с.

2. Измерительные преобразователи: справочное пособие / К. Бридли. – М.:Энергоатомиздат, 1991. – 144с.

3. Электрические измерения физических величин: методы измерений: Учеб. Пособие для вузов / С. А. Спектор. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.-320с.

4. Измерение электрических и неэлектрических величин / А.М Науменко, Г.А. Черепащук. – Х.: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», 1987.-97с.

5. Измерительные преобразователя / Е.С. Полищук. – К.: Высшая школа. Головное издательство, 1981. – 291с.

6. Датчики / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой. – Москва: Техносфера, 2012. – 624 с.

7. www.ngpedia.ru/id308200p2.html.

8. http://www.3v-engineering.ru/information/1/3/

.

Дата добавления: 2014-12-26