Контрольные задания для студентов заочного и

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»

Политехнический институт

Кафедра теплотехники и электроники

П.А. Трофимов

ДАТЧИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Методическое пособие для самостоятельной работы студентов

Великий Новгород

ВВЕДЕНИЕ

Постоянное совершенствование систем управления автомобилем требует точного и оперативного измерения параметров физических величин, характеризующих состояние объекта управления. Только в этом случае система управления может вырабатывать управляющие сигналы, обеспечивающие оптимальное состояние объекта управления. Поэтому, наряду с самими системами – совершенствуются и устройства, преобразующие контролируемую физическую величину в сигнал, удобные для обработки в системе управления. Меняются конструкции датчиков и физические эффекты, лежащие в основе работы датчиков.

ТЕМА 1. ДФВ – КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1 Содержание темы

Рассматривается определение датчиков, их назначение, требования, предъявляемые к датчикам и особенности их применения в автомобильном транспорте. Классификация датчиков и их структурные схемы.

1.2 Методические указания

При изучении этой темы важно хорошо представлять структурную схему системы измерения или контроля и место датчиков в этой системе. Необходимо знать требования, которые предъявляются к датчикам и в чем выражается особенность их применения в автомобильном транспорте. Необходимо знать основные общие характеристики датчиков и варианты их классификации. Необходимо иметь представление об измеряемых физических величинах, их классификации и единицах их измерений.

1.3 Контрольные вопросы

1. Что такое датчик ( сенсор, первичный измерительный преобразователь ) ?

2. Что такое естественная физическая величина ?

3. Дайте определение истинного и действительного, значений физической величины.

4. Перечислите основные единицы системы СИ.

5. В чем разница между статическим и динамическим измерением физических величин?

6. Поясните основные виды погрешностей, возникающих при измерении физических величин.

7. Приведите основные структурные схемы построения датчиков.

ТЕМА 2. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ

2.1 Содержание темы

Основные физические явления, лежащие в основе построения датчиков температуры и область их применения. Международная техническая шкала температур – как основа для калибровки датчиков. Термометры на эффекте расширения материалов. Термометры на эффекте изменения сопротивления материалов. Термометры на основе термоэлектрического эффекта. Пирометры. Датчики давления – классификация и области применения. Жидкостные манометры и манометры на основе деформации трубок. Диафрагменные манометры – тензорезистивные, емкостные , индуктивные и на эффекте Холла.

2.2 Методические указания

При изучении этой темы необходимо знать какие физические эффекты лежат в основе построения датчиков температуры и давления. Необходимо знать конструкцию этих датчиков и их основные характеристики. Необходимо уметь произвести обоснованный выбор датчика исходя из конкретной задачи измерения.

2.3 Контрольные вопросы

1. Приведите значения тройной точки воды.

2. В чем разница между термистором и терморезистором?

3. Какой металл обладает наиболее линейной зависимостью сопротивления от температуры?

4. Что такое термопара и в чем особенность ее применения для измерения температуры?

5. Как устроен и работает яркостной пирометр?

6. Что такое технический манометр?

7. Как работает трубка Бурдона?

                                ТЕМА 3. РАСХОДОМЕРЫ

3.1 Содержание темы

Поток жидкости и газов, единицы измерения расхода. Турбулентный и ламинарный потоки. Принципы измерения расхода. Расходомеры по перепаду давления. Механические расходомеры. Термоанемометры. Ультразвуковые расходомеры.

3.2 Методические указания

При изучении этой темы необходимо знать, что такое объемный и массовый расходы и связь между ними. Условия возникновения ламинарного и турбулентного потоков – число Рейнольдса. Необходимо знать конструкцию, принцип действия и характеристики основных типов расходомеров – по перепаду давления, механических, термоанемометров, ультразвуковых. Необходимо уметь давать им сравнительную характеристику и знать области их применения.

3.3 Контрольные вопросы.

1. В чем разница между ламинарным и турбулентным потоками?

2. Почему массовый расход жидкости или газа зависит от температуры?

3. Почему механические расходомеры уступили место термоанемометрам при измерении массы воздуха поступающего в ДВС?

4. На каком принципе основана работа вихревого датчика Кармана?

5. Почему дифференциальный ультразвуковой расходомер точнее одноканального?

6. Какой тип расходомера обладает лучшими динамическими характеристиками?

                   ТЕМА 4. ДАТЧИКИ СОСТАВА

4.1 Содержание темы

Методы анализа химического состава жидкостей и газов. Электрохимические газоанализаторы – по проводимости, гальванические, полярографы. Спектроскопические газоанализаторы.

4.2 Методические указания

При изучении этой темы необходимо знать принцип действия, конструкцию и основные характеристики газоанализаторов и анализаторов состава жидкостей, датчики кислорода.

4.3 Контрольные вопросы

1. Поясните конструкцию циркониевого датчика кислорода и его работу.

2. Что изменяется на выходе циркониевого и платинового датчиков кислорода?

3. Как работает газоанализатор выхлопных газов ГИАМ?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. КлаассенКлаас Б. Основы измерений. Датчики и электронные приборы. Учебное пособие.-Долгопрудный: Интеллект. 2008. 350 с.

2. РанневГ.Г.Методы и средства измерений :Учеб.для вузов. - 2-е изд.,стер. - М. : Академия, 2004. - 330,[2]с. : ил.

3 Воротников С.А. Информационные устройства робототехнических систем. Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2005.

4 Осипович Л.А. Датчики физических величин. – М.: Машиностроение, 1979.

5 Шимарев В. Ю. Средства измерений. – М.: Издательский центр

6 «Академия», 2010. – 320 с.

7 Датчики / Под общ. ред. В. М. Шарапова, Е. С. Полищука. – М.:

Техносфера, 2012. – 624 с.

УСКОРЕННОГО ОБУЧЕНИЯ

Задание 1.

Электрический термометр измеряет температуру в диапазоне Т= 0…50 С. Преобразование температуры в напряжение U(Т) осуществление мостом, в одно из плеч которого включен пленочный термометр R(Т). Значение ТКС никелевого или пластиковых датчиков составляют λ = 5,4 * 0,001 и λ= 3,9 * 0,001 1/град соответственно. Сопротивления плеч одинаковы и равны Rо. При питании моста от источника постоянного напряжения Uо= 15В ток температуры ограничивается сопротивлением Rд.

Определить:

- значение сопротивления Rдатчика;

- построить характеристику преобразования Ur (T) и сравнить ее с линейной Uл = Кt.

Максимальный ток определяется при Т=0^оС по мощности рассеяния термометра Р_расс. при которой погрешность от саморазогрева ∆Т = Р/Е не превышает допустимого значения.

Коэффициент самонагрева Е мвт/град.

Рис. Схема для расчета задачи 1.   

Задание 2.

- Описать принцип работы оптического газоанализатора.

- Зависит ли показания абсорбционного газоанализатора от расхода газовой смеси, от температуры газовой смеси?

- В чем отличие хромотографического газоанализатора от других.

- Какая разница между расходомером и счетчиком.

- В чем принцип работы ультразвукового расходомера, вихревого расходомера?

- Поясните структурную схему измерения и контроля.

- Что такое датчик или первичный измеритель преобразования.

- Перечислите основные требования предъявляемые к датчиком.

- Перечислите и поясните основные метрологические характеристики датчиков.

- Поясните принцип измерения температуры на зависимость сопротивления материалов. Приведите примеры и сравните терморезистора с термистором.

- Принцип работы тензоризистора.

- Что такое ламинарный и турбулентный потоки, как их определить.Какие принципы положены в основу расходомера.

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров