CC BY
611. Николаев В.А., Васильев А.А. Изгиб полосы и другие параметры несимметричной прокатки // Сталь, 2013,№7. - С. 42 - 48
12. Николаев В.А., Васильев А.А.Непростые виды прокатки тонких полос //Сталь, 2013,№8. - С. 41 - 45
13. Николаев В.А., Волков И.А., Лифшиц В.М. Применение разно шероховатых валков с целью устранения изгиба переднего конца листов алюминиевых сплавов //Цветные металлы, 1985, №5. - С. 72, 73.
14. Чекмарев А.П., Нефедов А.А., Николаев В.А. Теория продольной прокатки. - Харьков, ХГУ, 1965. - 212 с.
15. Николаев В.А., Чернета А.П., Нефедов А.А. Закономерности изменения опережения в калибрах для прокатки угловых профилей //Изв. вузов. Черная металлургия, 1963, №4. - С. 83 - 87.
16. Николаев В.А. Удельные давления при прокатке в валках неравного диаметра //Изв. вузов. Черная металлургия, 1970, №1. - С. 87 -90
17. Николаев В.А., Васильев А.А. Холодная прокатка полос с одновалковым приводом //Мета-лургiя,Запорiжжя. ЗД1А. - 2009, №18. - С. 99 - 105.
18. Николаев В.А. Исследования параметров, способы и устройства прокатки полос. - Запорожье, Акцент Инвест -трейд, 2012.-264с.
19. Паргамонов Е.А. Дрессировка холоднокатаного листа на стане с одним приводным валком /Е.А. Паргамонов, Н.А. Трощенков, В.М. Целовальников и др. //Металлург, 1978, №2. - С. 32 - 34.
20. Мазур В.Л., Колесниченко Б.П., Паргамонов Е.А. Энергосиловые параметры процесса дрессировки //Сталь, 1975, №9. - С. 821 - 824.
21. Николаев В.А. Прокатка полос с двойной несимметрией // Изв. вузов. Черная металлургия, 1992, №7. - С. 30 - 33.
22. Николаев В.А., Скороходов В.Н. Полухин В.П. Несимметричная тонколистовая прокатка. -М.:Металлургия, 1993.-192с.
23. Грудев А.П., Тилик В.Т. Технологические смазки в прокатном производстве. - М.: Металлургия, 1975. - 368 с.
24. Николаев В.А., Матюшенко Д.А., Васильев А.Г. Повышение жесткости валкового узла прокатной клети// Сталь, 2018, №11.-С.19-24
25. Заявка на Патент № и 2019 01749 ввд 20.02.2019р./ Школаев В.О.,Васильев О.Г.
НЕР1ВНОВАЖНА ПОТЕНЦ1ЙНА МОСТОВА СХЕМА З ПРОПОРЦ1ЙНИМ ЖИВЛЕННЯМ
Г1ЛОК
Семенець Д.А.
кандидат технгчних наук, доцент ННПШ У1ША,
Украша, м. Бахмут Семенець М.Д. асистент ННШШ1 У1ША, Украша, м. Бахмут
NON-EQUILIBRIUM POTENTIAL BRIDGE CHART WITH THE PROPORTIONAL FEED OF
BRANCHES
Semenets D.
Ph.D., Associate Professor ESPPI UEPA, Bahmut, Ukraine Semenets M. assistant ESPPI UEPA, Bahmut, Ukraine
АНОТАЦ1Я
У робот розглянута схема неврiвноваженого потенцшного мосту постшного струму з розд№ним пропорцшним живленням гшок для використання в первинних колах електронних вишрювальних перет-ворювачiв. Запропонована спрощена методика визначення функцп перетворення неврiвноваженоl схеми. Розрахунковi сшввщношення представлен на базi узагальнених параметрiв з врахуванням титв симетрп схем. Проаналiзованi залежносп вихвдно! напруги ввд розташування резистивного датчика. Отримаш рiв-няння, яш дозволяють аналiзувати схеми вимiрювальних перетворювачiв у ввдповщносп з заданими елек-тричними параметрами.
ABSTRACT
The chart of non-equilibrium potential bridge of direct-current is in-process considered with the separate proportional feed of branches for the use in the primary chains of electronic measurings transformers. Offered the method of determination of function of transformation is simplified for a non-equilibrium chart. Calculation correlations are presented on the base of the generalized parameters taking into account the types of symmetry of charts. Dependences of output tension are analyzed on the location of capacitance-resistance sensor. Equalizations which allow to analyze the charts of similar measurings transformers in accordance with electric preset a parameter are got.
Ключовi слова: вимiрювальний перетворювач, мостова неврiвноважена схема, функцiя перетворення, вихвдний iмпеданс.
Keywords: measuring transformer, bridge non-equilibrium chart, function of transformation, вiходной impedance.
Яким би досконалими i швидкодшчими не були керуючий i силовий канали сучасно! системи автоматичного управлшня, без наявностi доскона-лих датчиков зворотних зв'язк1в створення ефекти-вно! системи високого рiвня неможливо.
Безумовно, за останнi роки сучасш датчики стали набагато досконалiшими по надшносп та то-чностi, маючи значно меншу вартiсть, але розвиток сучасних програмованих електронних засобiв авто-матизаци настiльки стрiмкий, що датчики мимоволi вiдстають вiд них. Тому дослвдження i розробка но-вих вимiрювальних перетворювачiв е актуальним завданням i метою концентрацп зусиль у багатьох наукових центрах.
До вимог, що пред'являються до сучасних датчиков слщ ввднести висок1 якiснi характеристики: чутливють, точнiсть, лiнiйнiсть, вiдтворюванiсть або повторюванють показань, швидк1сть ввдгуку, взаемозамiннiсть, вщсутшсть гiстерезису i велике вiдношення сигнал-шум. Крiм цього, важлива тех-нолопчшсть: малi габарити i маса, простота конструкций, низька собiвартiсть.
Тенденцп розвитку технiки датчикiв обумов-люють вирiшення наступних завдань: поширення штегрально! технологи i пiдвищення рiвня штегра-ци; комбiнування (розмiщуючи дек1лька датчиков в одному корпусi, можна за допомогою одного уш-версального датчика фжсувати калька фiзичних па-раметрiв одночасно) або комбiнування датчиков з виконавчими пристроями; «iнтелектуалiзацiя» (датчик i електронний вимiрювальний перетворювач виготовляються в одному корпусi) [4].
Вихвдний сигнал необхвдно перетворити до пе-вного виду (кондицiонувати) перед тим як подати в пристрш обробки даних (пiдключити до наванта-ження). Для навантаження вх1дним сигналом зазви-чай е напруга або струм. Важлива схема узго-дження сигналiв - штерфейс м1ж датчиком i насту-пними пристроями. Н основна мета - перетворення сигналу датчика в формат, сумюний з навантажен-ням. Для ефективно! роботи iнтерфейсу доводиться ввдповщати дуальним вимогам: датчика i наванта-жувального пристрою. Його вхiднi характеристики повинш бути сумiснi з вихщними параметрами датчика, а вихвдш - з вх1дним форматом наванта-ження.
Вхщна частина штерфейснох схеми характеризуемся кiлькома стандартними параметрами, яш показують наск1льки точно схема може перетворити сигнал датчика i який внесок вона внесе в за-гальну похибку.
Для вимiрювання неелектричних величин широко використовують резистивш датчики, отр яких змiнюеться шд дiею вимiрюваноl величини. Перетворення опору в напругу та вимiрювання спiввiдношень величин виконуеться за допомогою рiзноманiтних схем, найб№ш популярною з яких е мостова схема Ушстона [2]. На рис. 1.а показана принципова схема вимiрювального моста. 1мпе-данси 2 можуть бути як активними, так i реактив-ними, тобто вони можуть бути i активними опорами, як у випадку тензорезистивних датчиков, i конденсаторами, i шдуктивностями.
а) б)
Рис. 1 - Принципова електрична схема мосту Утстона (а) та схема використання в режим1 нер1внова-
ження (б)
Схема Угнетена часто працюе в режимi незба-лансованого моста (рис. 1.б). При включенш в одне з плечей такого моста датчика отримаемо вишрю-вальну систему, засновану на принцип неузгодже-ностi. Цей принцип полягае у визначенш напруги в дiагоналi моста. Вихiдна напруга моста е нелшшно1 функцiею розбалансу моста Д. Для малих значень розбалансу (Д <0,05), що досить часто зустрiча-еться на практицi, цю функцiю можна вважати ква-зшншною. Максимальна чутливiсть моста досяга-
еться, коли Я = Я2 , а Я3 = Я4 [1,3]. Беручи
коефщент вiдношення плечей к = Я / Я2, можна
записати наступне рiвняння чутливосп моста по на-прузi:
Е к
а = —-—. (1)
Я (к +1)
2
На рис. 2 показана нормована залежнiсть чутливосп моста ввд ввдносини iмпедансiв, розрахо-вана за цiею формулою. З графжа видно, що максимальна чутливiсть досягаеться при к = 1, а в дiа-пазош 0,5 < к < 2 чутливiсть падае ввдносно повiльно.
Sciences of Europe # 38, (2019)_65
alfa=f(k)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
кратнють onopiB
Рис. 2 - Залежтсть чутливостг розбалансованого мосту eid спгввгдношення ¡мпедансгв
Метою представлено! роботи е врахування особливих випадшв при розробщ сучасних цифро-вих систем управлшня, коли використання резисти-вного датчика в мостовш схем1 вимагае специф1ч-них умов - пвдвищено! або знижено! напруги жив-лення, значного обмеження струму датчика або його потужносп та ш. Так, наприклад, деяк1 типи фоторезистор1в мають меж1 робочо! напруги 10...60 В при допустимш потужносп споживання
2.. .10 мВт [2], що викликае утруднення !х використання у вбудованих м1кроконтролерних системах вим1рювання та управлшня свиловим обладнанням при напругах живлення +5 В та жорстких обмежен-нях параметр1в джерел живлення. В цьому випадку можливо використання вим1рювальних потенцш-них невр1вноважених моспв постшного струму з пропорцшним живленням гшок (рис. 3).
Рис. 3 - Нер1вноважна потенцшна мостова схема з пропорцшним живленням гшок
Коло резистор1в ^ — ^ вмикаеться через
шдсилювальну ланку з коефщентом передач! ¡3,
причому його величина може бути як 3 >> 1, так
1 ¡< 1 в залежност1 до умов забезпечення роботи резистивного датчику. Ланку доцшьно реал1зувати на баз! операцшного щдсилювача з нешвертуючою схемою вмикання, що забезпечить великий вхвдний
опiр та малий вихвдний опiр. В подальшому, вважа-емо пiдсилювальну ланку вдеальним пiдсилювачем напруги. Номенклатура сучасних операцшних пвд-силювачiв дозволяе реалiзувати практично будь-яш вимоги до пiдсилювальнi схеми з точки зору забезпечення оптимально! роботи резистивного датчика.
В загальному випадку величина вихвдно! напруги мостово! схеми визначаеться сшвввдношен-ням:
иоит = Фс -Фа = Е
я
у Я1 + Я2
-Р
Яз + Я4у
Умова рiвноваги мосту:
я
РЯ 4
або:
я + Я2 Я3 + Я4 Я2 (Яз + Я4 ) = РЯ4 (Я1 + Я2 ) ,
(2)
(3)
(4)
Позначимо Я = %Я. Тод^ на пiдставi бала-
Традицiйний пiдхiд забезпечення рiвноваги кратшстю плiч в даному випадку реалiзувати немо-жливо, тому в подальшому для забезпечення рiвно- нсу Я3 + Я4 = Я1 + Я2 та ранiш прийнятих по-
ваги пропонуеться наступнi умови. Базовим опором вважаемо Я4 = Я. Тод^ Я2 = РЯ4 = РЯ. Слiд зауважити, що в подальшому в вказаш плечi вмикати резистивнi датчики не рекомендуеться.
значень, отримаемо Я3 = я (х + Р — 1) . Таким чином, в подальшому умовами рiвноваги мосту при базовому опорi я приймаемо:
я1 =хя; я2 =ря; Яз = я (х + Р — 1); Я4 = Я. (5)
На шдстаы прийнятих позначень, вихвдна напруга мостовох схеми за умов незмшних та зразкових
опорiв нижшх плечей Я2, Я4 визначаеться сшввщношенням:
1
иоит = е-Р-я
1
у
я+Ря я3 + я
(6)
у
У випадку вмикання резистивного датчика у плече Я3 , тобто Я3 = я (х + р — 1) + Ай3, отри-муемо спiввiдношення:
' 1 1
и.
оит
= Р-Я - Е
\
V
або пiсля перетворень:
и
хя + РЯ Я (х + Р- 1) + А яз + Я а
оит
= Р- е-
'Я3
(7)
(х + Р){ я (х + Р) + А яз).
У випадку вмикання резистивного датчика у плече Я, тобто Я = хЯ + А^, отримуемо сшввщ-
ношення:
и = Е
и оит Е
Ря
Ря
У
або пiсля перетворень:
и,
хя + Ря + А Я1 я(х + Р-1) + я
а
оит
= -е-Р.
Я1
(8)
(х + Р){ я (х + Р) + А Я1).
Тобто, перестановка датчика в перше плече призводить до змши полярносп виххднох напруги. У випадку вмикання датчишв в обидва плеч^ Я = хЯ + А^ та Я = я (х + р -1) + Ад3, отрима-
емо:
Г
и.
оит
= е-р-я
А яз А Я1
\
(9)
у( я (х + Р) + а л,)( я (х + Р) + а л 3 )у
Тобто, при вмиканш резистивних датчикхв в пруги мостовох схеми вiд розбалансу мосту для ви-
перше та трете плече слiд забезпечувати рiзнополя- падку вмикання резистивного датчику у плече Я3 рний характер змiни хх опору. з
На рис. 4 та 5 показаш залежностi вихщнох на- за умов: я = 1000 Ом; р = 5...15; х = 5.
Напруга живлення мосту Е = 5 В. Характеристики представлеш для режимiв «малого» та «великого» змшювання опору резистивного датчика.
Як видно, характеристики мають добру лшш-нють, практично незалежно ввд величини розбала-нсу схеми та коефщента иосилення шдсилювача
Uout=f(dR)
0.025
ß, (залежностi побудованi для трьох значень
ß — 5; 10; 15).
40 50 60 3MÎH3 опору. Ом
100
Рис. 4 - Залежтсть UQjjf — f (Д^З ) для потенцшноïмостовоï схема з пропорцшним живленням
гшок для випадку змши опору датчика до 1%
Рис. 5 - Залежтсть Uquj- — f (Д^З ) для потенцiйноïмостовоï схема з пропорцшним живленням
гшок для випадку змши опору датчика до 10%
Таким чином, запропоноване ршення розши-рюе можливосп використання резистивних датчиков в мостових потенцшних схемах при обмеженнi електричних параметрiв вимiрювальноï схеми по
напрузi та потужносп. Результати роботи можуть бути корисними при розробщ ушфжованих схем перетворювачiв, мостових схем в штегральному ви-конаннi.
Перспективою подальших дослiджень е отри-мання розрахункових спiввiдношень для визна-чення вихвдного опору вимiрювальноl схеми по вь дношенню до резистивного датчику, врахування впливу реальних параметрiв операцiйного шдсилю-вача на точшсть вимiрювальноl схеми та отримання спiввiдношення для визначення конструктивних коефщенпв з метою отримання максимально! чут-ливостi мостово! вимiрювальноl схеми.
Лггература
1. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. / К.Б. Карандеев: М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 344 с.
2. Клаассен К. Основы измерений. Датчики и электронные приборы: Учебное пособие / К. Клаассен - 3-е изд. - Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008 - 352 с.
3. Миронов Э.Г. Метрология и технические измерения: учебное пособие / Э.Г. Миронов, Н.П. Бессонов. - М.:КНОРУС, 2015. - 422 с.
4. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник / Дж. Фрайден - Москва: Техносфера, 2005. - 592 с.
