Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов измерения плотности технологических жидкостей 11
1.1 .Анализ свойств рабочих жидкостей станочных гидроприводов и эксплуатационных материалов 11
1.2. Классификация методов и устройств измерения плотности 16
1.3. Анализ конструктивных параметров используемых поплавков 47
1 4.Постановка задачи исследования 5 5
2. Физические основы преобразования изменения плотности жидкости в электрический сигнал 57
2.1. Анализ свойств и областей применения магнитных жидкостей 57
2.2. Уравнения механики сплошных сред для описания физических процессов в гидроэлектрическом преобразователе плотности (ГЭПП) 69
2.3. Уравнения теории упругих оболочек для определения деформации магнитно-жидкостного сенсора ГЭПП 72
2.4. Выводы 74
3. Математическая модель гидроэлектрического преобразователя плотности жидкости для статического и динамического режимов работы 75
3.1. Конструктивные уравнения для гидроэлектрического преобразователя плотности жидкостей 75
3.2. Модель деформации оболочки магнитно-жидкостного сенсора ГЭПП без учета распределенного давления магнитной жидкости 77
3.3. Модель деформации магнитно-жидкостного сенсора ГЭПП с учетом распределенного давления магнитной жидкости 83
3.4. Статическая характеристика гидроэлектрического преобразователя плотности жидкости 93
3.5. Влияние величины деформации магнитно-жидкостного сенсора на изменение магнитного поля ГЭПП 97
3.6. Передаточная функция ГЭПП, как элемента с распределенными параметрами 106
3.7.Выводы 115
4. Экспериментальные исследования гидроэлектрического преобразователя плотности жидкостей 116
4.1. Экспериментальные исследования конструкции ГЭПП с диаметром проточной части 5мм 118
4.2. Экспериментальные исследования конструкции ГЭПП с диаметром проточной части 35 мм 122
4.3. Исследование статической характеристики ГЭПП 125
4.4. Исследования динамической характеристики ГЭПП 126
4.5. Выводы 127
5. Вопросы практического использования ГЭПП в технических системах управления 128
5.1. ГЭПП как элемент обратной связи САУ гидроприводом продольного перемещения инструментального магазина токарного патронно-центрового полуавтомата с ЧПУ мод. 1725МФЗ 128
5.2. Методика инженерного расчета САУ 138
5.3. Экономическая эффективность от внедрения САУ 142
5.4. Концентратор магнитной жидкости 144
5.5. Выводы 146
Заключение 148
Список литературы 150
Приложения 165
- Классификация методов и устройств измерения плотности
- Уравнения механики сплошных сред для описания физических процессов в гидроэлектрическом преобразователе плотности (ГЭПП)
- Модель деформации оболочки магнитно-жидкостного сенсора ГЭПП без учета распределенного давления магнитной жидкости
- Экспериментальные исследования конструкции ГЭПП с диаметром проточной части 35 мм
Введение к работе
Актуальность исследований. Одним из направлений решения задачи комплексной автоматизации производственных процессов во многих отраслях промышленности, тесно связанным с задачами мониторинга технологического оборудования, является разработка и использование компьютерных систем автоматического контроля и технического диагностирования, позволяющих в режиме реального времени корректировать ход технологического процесса с целью повышения качества и надежности выпускаемой продукции.
Широкое использование различных технических жидкостей (ТЖ), применяемых как в качестве технологических сред (например, СОЖ) при металлообработке, так и в качестве энергоносителей (минеральные масла) в системах гидроприводов станков, а также использование эксплуатационных материалов (различные топлива и масла) приводят к необходимости разработки и совершенствования элементов и систем управления, регулирования и контроля важнейшего параметра ТЖ - плотности.
В качестве рабочих жидкостей станочных гидроприводов, выполняющих роль энергоносителя, теплоносителя, смазочной и промывочной сред, используются минеральные масла, статические свойства которых определяются плотностью (845 — 920 кг/м ), вязкостью (6-120 мм /с), сжимаемостью (упругостью) и зависимостями этих свойств от температуры и давления.
Величиной плотности рабочей жидкости при работе станка определяются величина ударного давления при гидравлическом ударе, сопротивление трубопроводов в переходных процессах и потеря напора при истечении жидкости через местные сопротивления [9].
От качества эксплуатационных материалов зависят надежность, долговечность, производительность транспортных средств, затраты на техническое обслуживание и ремонт [56]. Увеличение плотности бензина ухудшает его испаряемость, качество бензино воздушной смеси, понижает детонационную стойкость, что приводит к увеличению расхода бензина, к снижению мощности двигателя и повреждению его деталей (подгорание выпускных клапанов, выкрашивание коренных и шатунных подшипников, погнутость шатуна, прогорание днища поршней, прокладок головки цилиндров и др.), уменьшению теплоты сгорания.
Вопросам разработки способов и устройств измерения плотности жидких сред посвящены работы И.П. Глыбина, С.С. Кивилиса, М.В. Кулакова, С.Я. Гойхмана, И.С. Лидермана, Н.Р. Юсупбекова, Ш.М. Гулямова, А.С. Морохов-ского и др.. Анализ измерителей плотности жидкостей, используемых материалов и конструкций, показал, что широко используемые для непрерывного измерения плотности жидких сред поплавковые плотномеры с полностью погруженным поплавком не удовлетворяют полностью требованиям, предъявляемым к ним, как к элементам систем управления гидрофицированным технологическим оборудованием, в частности, по быстродействию, компактности и др. [120]. Поэтому актуальной задачей в области контроля плотности ТЖ и эксплуатационных материалов является разработка новых гидроэлектрических преобразователей плотности.
В частности, перспективной представляется возможность измерения плотности жидких сред за счет использования в качестве чувствительного элемента преобразователя магнитно-жидкостного сенсора (МЖС), представляющего собой оболочку из эластичного материала, полностью заполненную магнитной жидкостью, основными свойствами которой являются текучесть и способность намагничиваться во внешнем магнитном поле.
Изложенное определило актуальность и цель диссертационной работы.
Целью работы является разработка нового магнитно-жидкостного способа измерения плотности жидких сред; разработка конструкции компактного и быстродействующего гидроэлектрического преобразователя плотности (ГЭПП) жидких сред; вывод основных расчетных соотношений для инженерного проектирования с учетом конкретных условий эксплуатации.
Достоверность и обоснованность полученных результатов определяются корректностью и строгостью применяемых математических методов, соответствием основных результатов и выводов экспериментальным данным и общефизическим представлениям о характере процессов в элементах с магнитной жидкостью. Получен патент на изобретение РФ № 2299419 «Способ определения плотности жидких сред и устройство для его осуществления».
Методы и средства исследования. Теоретические исследования выполнены на базе уравнений механики сплошной среды и теории оболочек, теории автоматического управления и теории систем с распределенными параметрами. Экспериментальные исследования проведены с использованием специально изготовленного гидростенда и макета преобразователя. При обработке результатов измерений использовались статистические методы.
Научная новизна:
1. Разработан способ измерения плотности жидких сред, отличающийся от известных тем, что в поток исследуемой жидкости помещают магнитно-жидкостный сенсор, измеряют деформацию магнитно- жидкостного сенсора, и по полученным значениям деформации магнитно - жидкостного сенсора определяют плотность.
2. На основе решения геометрических уравнений безмоментной теории оболочек и краевого эффекта определены составляющие упругого перемещения срединной поверхности оболочки магнитно-жидкостного сенсора в зависимости от плотности исследуемой жидкой среды.
3. Получена математическая модель гидроэлектрического-преобразователя плотности на основе анализа напряженного состояния материала оболочки магнитно-жидкостного сенсора с учетом влияния потока исследуемой жидкости и магнитно-жидкостного наполнителя. Показано, что величина деформации магнитно-жидкостного сенсора линейно зависит от плотности исследуемой жидкости.
4. Создан программный пакет для численного расчета магнитного поля измерительных катушек, поля магнитно-жидкостного сенсора, суммарного магнитного поля ГЭГШ. Показано, что под действием создаваемого измерительными катушками магнитного поля магнитная жидкость намагничивается без перемещения, и что деформация магнитно-жидкостного сенсора вызывается только изменением плотности исследуемой жидкости, что приводит к изменению магнитного поля и тока измерительных катушек ГЭПП.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Представленные новый способ измерения плотности жидких сред и устройство для его осуществления позволяют определять плотность жидкости по величине деформации магнитно-жидкостного сенсора.
2. Разработанная методика аналитического расчета статической характеристики преобразователя плотности позволяет оценить изменение величины плотности исследуемой жидкой среды по величине выходного тока преобразователя.
3. Математическая модель гидроэлектрического преобразователя плотности в виде трех последовательно соединенных блоков, первые два из которых представляют блоки с распределенными параметрами, позволяет определить его динамические характеристики.
4. Результаты экспериментальных исследований гидроэлектрического преобразователя плотности жидкости с магнитно-жидкостным сенсором подтверждают обоснованность теоретических исследований.
5. Результаты внедрения гидроэлектрического преобразователя плотности жидких сред в САУ гидроприводом токарного полуавтомата с ЧПУ мод. 1725МФЗ в качестве элемента обратной связи.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Создан макетный образец гидроэлектрического преобразователя плотности с магнитно жидкостным сенсором в качестве базового элемента конструкции и токовым-выходным сигналом, способный измерять плотность жидких сред с достоверной точностью. Разработанный гидроэлектрический преобразователь плотности в качестве элемента обратной связи рекомендован к внедрению в механическом цехе ОАО «Балаковский судоремонтный завод»; на металлообрабатывающем участке токарного цеха СРООИ «Вторая весна», филиал «Монтажлегмаш»; на автозаправочной станции «Баррель» ООО «ЦТО Пульсар».
Научные и практические результаты использованы в плановых госбюджетных научно-исследовательских работах за 1999-2007 г.г., выполненных на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ по направлению «Вектор-но-энергетический анализ и синтез элементов автоматики и систем управления», по гранту № НШ-2064.2003.8 Минпромнауки России.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:
— 6-й Международной научной конференции: «Современные проблемы электрофизики и электродинамики жидкостей» (Санкт-Петербург 2000, 2003, 2006г.г.);
— 4-й Международной молодежной школе - семинаре: «Бикамп 03» (Санкт - Петербург 2003 г.);
— 8-й Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург 2004г.);
— 12-й Международной Плесской конференции по магнитным жидкостям (Плес, Россия 2006г.);
— 1-й Всероссийской научно-методической конференции с международным участием: «Региональные особенности развития Машино- и приборостроения, проблемы и опыт подготовки кадров» (Балаково 2000г.);
— Российской научной конференции «Математические и условно-логические модели объектов для векторно-энергетического управления в технических, биологических и социальных системах» (Балаково; 1998г.);
— 2-й, 3-й, 4-й, 5-й, 6-й, 7-й, 8-й Российских научных конференциях: «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных; системах» (Балаково 1999; 2000; 2001,2002 гг., Саратов 2003,2004; 2005Г.Г.);
— на научных семинарах, кафедр «Управление и информатикам технических системах» Балаковского ИТТУ СТТУ (1999-2007ІТ.) и «Автоматизация и управление технологическими процессами» СГТУ (2003—2007гг.);
. —. городских научно-технических конференциях (г. Балаково.; 1999 —
2007Г.Г.):
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 печатных: работ, две из которых в журналах; рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и і объем диссертации. Диссертационная работа состоит из» введения, пяти глав, заключения; списка использованной литературы из 158 наименований;. 8 приложений Работа содержит 164 страницы основного текста,, включая 77 рисунков; 12 таблиц..
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Балаковского института техники, технологии и управления; при Саратовском государственном техническом университете.
Автор благодарит кандидата технических наук, доцента Власова А.В. за оказанные консультации и руководство при написании работы.
Классификация методов и устройств измерения плотности
Все гидроэлектрические методы непрерывного измерения плотности жидких сред можно разделить на 3 группы: поплавково-весовые, динамические, косвенные. Классификация этих методов приведена на рисунке 1.1. К поплавково-весовьш методам измерения плотности относятся ареомет-рический, компенсационный, пикнометрический, гидростатический. [70].
На методе ареометра основано действие преобразователей плотности, чувствительным элементом которых служит поплавок. Преобразователи плотности данной группы выполняются с плавающим поплавком, представляющие собой ареометры постоянного веса, и с погруженным поплавком, представляющие собой ареометры постоянного объема. Принцип действия преобразователей плотности с плавающим поплавком основан на законе Архимеда.
В ареометрических преобразователях плотности измеряется величина перемещения поплавка, зависящая от искомой плотности жидкости. В конструкциях, приведенных нарис. 1.2 а и 1.2 б, поплавки уравновешены пружинами. На рис. 1.2 а [94] - плавающий поплавок с сердечником датчика перемещений подвешен к пружине непосредственно. Для исключения влияния скорости потока жидкости на выходной сигнал прибора поплавок соединяют с двумя сердечниками дифференциально - трансформаторного датчика и подпружинивают с двух сторон вдоль его оси, что реализовано в конструкции, показанной на рис. 1.2 б.
В преобразователе плотности, изображенном нарис. 1.3, поплавок жестко соединен с экраном 6, перемещение которого в зависимости от плотности среды в камере с продольной щелью, определяет величину потока света, падающего на фотосопротивление 7. Величина сопротивления последнего определяет плотность среды.
На рис 1.4 а и рис. 1.4 б приведены конструкции преобразователей плотности с индукционными передатчиками. На рис 1.4 а - сердечник присоединен к нижней части шейки поплавка, на рис. 1.4 б - металлический поплавок 9 жестко связан с сердечником 7 индукционной катушки 6.
В преобразователе плотности, изображенном на рис. 1.5 а, измерения проводят методом сравнения подъемной силы поплавка 1, погруженного в контролируемую среду, с подъемной силой поплавка 2, находящегося в эталонной жидкости 3, приобретающей ту же температуру, что и контролируемая жид кость. Преобразователь плотности, изображенный на рис. 1.5 б, отличается тем, что стеклянные поплавки снабжены телепередачей 3 дифференциально-трансформаторного типа. Приборы данной группы применяются для измерения плотности агрессивных жидкостей под давлением.
Основными достоинствами преобразователей плотности с плавающим поплавком являются высокая чувствительность, простота конструкции, надежность. К недостаткам можно отнести: громоздкость (из-за значительной высоты), зависимость показаний от капиллярных свойств жидкости и скорости по 18 тока, необходимость применения открытого корпуса прибора. Диапазон измерений - 0 — 1600 кг/м3. Погрешность метода составляет ±0,1 — ±4,0%.
Промежуточной конструкцией между преобразователями плотности с плавающими и полностью погруженными поплавками являются цепочковые плотномеры, в которых выталкивающая сила, действующая на поплавок, уравновешивается весом поплавка и весом определенной части цепочек. Различают одноцепочковые и многоцепочковые плотномеры.
На рис. 1.6 а и 1.6 б приведены конструкции преобразователей плотности с погруженным поплавком, уравновешенным цепочками. При оптимальном значении плотности контролируемой жидкости все точки подвеса находятся в одной горизонтальной плоскости. Перемещение поплавка передается вторичному прибору индукционной передачи дифференциально- трансформаторного типа.
Сердечник из ферромагнитного материала может быть вмонтированным в поплавок, что реализовано в плотномере, изображенном на рисунке 1.6а. Измерительная камера помещена,внутрь катушки индуктивного датчика перемещений. Сердечник может быть прикреплен к нижней части поплавка (см. рис. 1.6 б). Для расширения диапазона измерений увеличивают массу цепочки, подвешивают дополнительный груз, или заменяют цепочку винтовой спиралью из кварцевой нити. [42].
Компенсационный метод измерения плотности используется в плотномерах с погруженным поплавком и состоит в измерении выталкивающей силы, действующей на погруженный поплавок. Поплавок все время остается в нейтральном положении, а выталкивающая сила уравновешивается противоположно направленным усилием, создаваемым каким-либо устройством. Высокая чувствительность позволяет использовать его для малых диапазонов шкалы (5 кг/м3).
Индукционная система передачи Существуют типы преобразователей плотности с пустотелыми поплавками в виде удлиненного тела, расположенными по оси трубопровода, одним концом связанные с торсионной трубкой [57] или струной, при помощи которых измеряют вращающий момент, пропорциональный выталкивающей силе. Если поплавок закреплен консольно, то момент измеряют с помощью наклеенных на него терморезисторов. На рис. 1.7 приведена схема конструкции плотномера с пустотелым поплавком в виде удлиненного тела [95], закрепленного консольно в трубке С, угол наклона которого пропорционален его весу. Выходной ток дифференциальных катушек пропорционален выталкивающей силе, действующей на поплавок со стороны жидкости, и силе магнитного притяжения постоянных магнитов т\ и т2.
Достоинствами метода: быстродействие, высокая чувствительность, равномерная шкала, минимальное влияние капиллярных свойств жидкости на показания прибора, использование для измерения плотности движущего потока. Недостаток плотномеров с полностью погруженным поплавком - сравнительно узкий диапазон измерений.
В преобразователе плотности, изображенном на рис. 1.10 [53], чувствительный элемент в виде отрезка трубы 1 установлен на двух основных тензодатчиках 4. Выходной сигнал формируется на выходе блока сравнения 7, куда поступают сигналы от основных тензодатчиков и дополнительного тензодатчика 5, жестко закрепленного на чувствительном элементе, к которому подвешен эталонный груз 6. Выходной сигнал блока сравнения 7 пропорционален плотности исследуемой жидкости и не зависит от утла наклона оси магистрального трубопровода 2, к горизонту. Применение этих датчиков ограничено диаметром трубопровода и давлением в нем, так как с их ростом необходимо увеличивать толщину стенок манжет.
Уравнения механики сплошных сред для описания физических процессов в гидроэлектрическом преобразователе плотности (ГЭПП)
Принцип непрерывного измерения плотности посредством ГЭПП основан на изменении величины тока измерительных катушек вследствие деформации магнитно-жидкостного сенсора при изменении гидростатического давления жидкости, вызванного изменением плотности жидкости в измерительной.камере.
Составляюпще плотности распределения массовых сил Fx, Fy, Fz считаются заданными. В качестве начальных условий задается распределение скоростей в области движения в некоторый момент времени. В качестве граничных — значения скорости или давления на границах потока.
Сферическая оболочка магнитно-жидкостного сенсора ГЭПП имеет плавно изменяющуюся непрерывную поверхность с постоянной толщиной и нагружена непрерывной плавно изменяющейся нагрузкой [114]. Это позволяет применить метод расчленения, при котором напряженно-деформированное состояние оболочки вращения находится путем суммирования двух составляющих: безмоментной теории и краевого эффекта, так как жесткое закрепление оболочки по верхнему краю измерительной камеры вызывает напряженное состояние в этой области. [101].
При расчете оболочек по безмоментной теории пренебрегают крутящими и изгибающими моментами (так как не происходит существенного изменения кривизны и кручения координатной поверхности) и поперечными силами, возникающими в сечениях оболочки, так как полностью отсутствуют деформации поперечного сдвига, то есть My=M2—Q\—Q2 [72]. Все внутренние силы в оболочке сводятся к нормальным Nj, N2 и сдвигающим силам S. Так как нагрузка осесимметрична, сдвигающие силы равны нулю. [72]. Основными уравнениями при расчете оболочек являются статические уравнения (уравнения равновесия); геометрические уравнения, связывающие линейные, угловые деформации, а также кривизны срединной поверхности оболочек с их перемещениями; уравнения состояния, связывающие возникающие усилия с деформациями [136].
В результате решения систем (2.31) и (2.32), (2.33) и (2.34) определены перемещения поверхности оболочки под действием внешних сил, а также усилия, возникающие в материале оболочки, и связанные с ними деформации поверхности оболочки.
1. В качестве основных уравнений при построении модели преобразователя плотности жидкостей выбраны уравнения Навье-Стокса, теории оболочек, теории упругости.
2. При построении физической модели гидроэлектрического преобразователя плотности жидкостей целесообразно использовать индуктивный способ преобразования величины перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал.
3. В качестве базового элемента преобразователя плотности жидкости выбрана магнитная жидкость, намагничивающаяся во внешнем магнитном поле и эквивалентная по свойствам магнитным сердечникам, используемым в электромагнитных устройствах.
Модель деформации оболочки магнитно-жидкостного сенсора ГЭПП без учета распределенного давления магнитной жидкости
МЖС ГЭПП представляет собой упругую полусферическую оболочку, жестко закрепленную по верхнему краю измерительной камеры и полностью заполненную магнитной жидкостью. Так как оболочка сенсора изменяется плавно и непрерывно, нагрузка, действующая на оболочку со стороны исследуемой жидкости q, распределена по поверхности оболочки равномерно и непрерывно, для расчета оболочки можно использовать безмоментную теорию расчета оболочек [72].
Решением системы уравнений равновесия при осесимметричном нагру жении сферической оболочки (2.31) являются меридиональные ./Vf и кольцевые усилия в материале оболочки [72]: Ni=-qR/2, Ni=- -cos2 p (3.6) Распределение усилий по высоте оболочки представлено на рис. 3.2. Сжимающее кольцевое усилие имеет максимальное абсолютное значение в нижней части оболочки при (р = 0. При (р = 45 2 равно нулю. Далее оно ста 78 новится растягивающим и возрастает.
В местах закрепления в оболочке возникают реакции, вызывающие напряженное состояние, связанное с изгибом и быстро затухающее при удалении от края — краевой эффект. Так как динамическое давление на МЖС исключено конструкцией ГЭПП, на упругую оболочку МЖС действуют выталкивающая сила, пропорциональная плотности исследуемой жидкости, и сила тяжести магнитной жидкости в объеме МЖС.
При расчете приняты допущения: — магнитная жидкость несжимаема; — влиянием массы оболочки МЖС можно пренебречь, так как она мала по сравнению с массой магнитной жидкости. Для определения, напряжений в оболочке МЖС необходимо рассмотреть совместно два напряженных состояния. Расчетные схемы для определения напряжений в оболочке МЖС под действием силы тяжести магнитной жидкости и выталкивающей силы, пропорциональной плотности исследуемой жидкости, представлены на рис.3.3.
Конструктивно гидроэлектрический преобразователь плотности представляет дифференциальный индуктивный преобразователь с подвижным сердечником. Индуктивность датчика складывается из индуктивности верхней катушки с подвижным сердечником, индуктивности нижней катушки и взаимной индуктивности катушек.
Поплавок погружается на переменную глубину /у- внутрь верхней катушки, содержащей Ni, размещенных на длине 1/2, витков проволоки. Коэффициент самоиндукции верхней катушки зависит от глубины погружения сердечника.
Индуктивность катушек L датчика можно представить как последовательное соединение заполненной воздухом индуктивности длины 10 с коэффициентом самоиндукции L0 (нижняя катушка) и индуктивности сердечника длиной I/с коэффициентом самоиндукции Lf (верхняя катушка) с учетом взаимной индуктивности катушек.
Теоретическая статическая характеристика ГЭПП при изменении глубины погружения сердечника имеет вид, изображенный на рис. 3.13. При увеличении плотности исследуемой жидкости глубина погружения сердечника if уменьшается, а выходной ток ГЭПП линейно возрастает (рис. 3.14).
Экспериментальные исследования конструкции ГЭПП с диаметром проточной части 35 мм
Конструкция ГЭПП с диаметром проточной части 35 мм представлена на рисунке 4.3. Измерительная камера ГЭПП представляет собой цилиндр 3, в верхней части которого расположен чувствительный элемент 5 (МЖС) преобразователя. МЖС жестко закреплен по верхнему краю измерительной камеры и состоит из двух элементов: оболочки, выполненной из вулканизированного каучука, обладающего повышенной термо-, масло- и кислотостойкостыо, и магнитной жидкости по своим магнитным свойствам близкой к ферро-магнитомягким материалам.
Измерительная камера ГЭПП выполнена из оргстекла. Капилляр 2 является промежуточным звеном между измерительной камерой и трубопроводом 1 с исследуемым потоком. Капилляр 2 и отверстие 6 в измерительной камере, в зоне расположения поплавка предусмотрены для поддержания примерно постоянной и сравнительно небольшой по величине скорости потока, что необходимо для исключения влияния гидродинамического давления жидкости на показания прибора.
Для проведения экспериментов корпус измерительной камеры с МЖС располагают в системе измерительных катушек 4, включенных последовательно.
Для снятия характеристик ГЭПП использовалась мостовая схема включения катушек датчика.
Экспериментальные исследования проводились для ГЭПП со следующими геометрическими параметрами: диаметр измерительной камеры 35 мм, высота измерительной камеры 45 мм; диаметр соединительного капилляра 5мм; длина капилляра 45мм; радиус МЖС 17,5мм.
Параметры катушек: толщина каркаса из полистирола 2мм, для намотки использован медный провод. Размеры катушки: высота намотки 4мм, длина намотки 20мм, внутренний диаметр 35мм; внешний диаметр 45мм, высота намотки 4мм, число витков 1500, диаметр обмоточного провода 0,18мм.
В качестве рабочих сред использовались трансформаторное масло ГК-213252, индустриальные масла И-12А, И-12А1. Изменение температуры рабочей жидкости осуществлялось в диапазоне от 20±2С до 60±2С. Изменение давления в гидросистеме осуществлялось в диапазоне от 0 до 0,04 МПа.
Результаты экспериментальных исследований ГЭПП с диаметром проточной части 35мм приведены на рис.4.4.. Коэффициент корреляции определен по формуле (4.2) и составляет 0,993. Значение коэффициента корреляции близко к единице, т.е. можно говорить о том, что связь между током на выходе преобразователя и плотностью среды близка к линейной.
При исследовании экспериментальной динамической характеристики ГЭПП в качестве входного сигнала использовалось ступенчатое воздействие в виде скачка плотности исследуемой жидкости, для чего в экспериментальном стенде была предусмотрена дополнительная емкость 7 с жидкостью другой плотности. Результаты исследований представляют собой зависимость напряжения на выходе ГЭПП от изменения плотности U=f(Ap).
Выбор элементов. Данная САУ поддерживает регулируемый расход рабочей жидкости в гидроприводе металлорежущего станка в заданных пределах, работа станка в различных режимах обеспечивается по заданной программе. Микропроцессорный блок управления используется в качестве задающего, сравнивающего, а также в качестве корректирующего элемента. Заданное значение напряжения U3, соответствующее требуемому значению плотности рабочей жидкости, и преобразованное в цифровой вид (Uu) значение сигнала обратной связи ир, поступающее с ГЭПП и соответствующее текущему значению плотности рабочей жидкости в гидросистеме, сопоставляются в МПБ, на основе чего вырабатывается управляющий сигнал рассогласования AU=U3 - Uu . Далее этот сигнал преобразуется в аналоговый сигнал напряжения Ua, усиливается до значения Ша и направляется на электрогидравлическое регулирующее устройство (ЭГРУ МЖС). С управляющего устройства воздействие Q поступает на объект управления — гидропривод продольного перемещения инструментального магазина токарного патронно-центрового полуавтомата с ЧПУ модели 1725МФЗ.
В качестве усилителя мощности выбран усилитель К157УД1. Характери стики: напряжение питания Цпит = ±15 В; емкость конденсаторов Cj = 68 пФ, Сг - 6 пФ; сопротивление Ri = 30 кОм; сопротивление нагрузки RH=0.02 кОм; напряжение на выходе Ивых = 12 В; потребляемый нагрузкой ток достигает 1А; коэффициент усиления по напряжению равен единице. Передаточная функция усилителя равна 1: Wyy(p)=l. (5
