напряжением, В 15;

• потребляемая мощность от источника питания

должна быть не более, Вт 1;

- эксплуатация в жилых помещениях :

температура,С от +5 до 35;

- влажность при температуре 25С и атмосферном давлении 86-106 кПа, не более,  80.

- транспортировка: на всех видах транспорта.

Требования по надежности:

- наработка на отказ 10-15тыс.ч;

- интенсивность отказа 10^-4 – 10^-9 ч^-1.

Конструктивные требования:

• органы управления вынести на панель;

• масса, форма и габариты устанавливаются в процессе проектирования;

• окраска в белый цвет.

Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

• схема электрическая принципиальная А3;

• сборочный чертеж А1

• спецификация А4;

• перечень элементов А4;

• печатный узел А1;

• печатная плата А1.

1.3.1 Техническое описание

Изобретение относится к радиоэлектронике, более конкретно к измерительным средствам, и используется в измерительной технике, автоматике, механике и других областях. Целью создания изобретения были такие характеристики как: относительно малая стоимость (достигаемая за счет современной элементной базы), простота применения не требующая специальных технических навыков, достаточно высокий частотный спектр (не мене 1000 Гц), малые массогабаритные параметры.

Предлагаемое изобретение как и аналогичное устройство объединяют в себе: вибропреобразователь (преобразующий колебания в электрический сигнал), усилитель электрического сигнала, увеличивающий и согласующий значение заряда до доступного для измерения, измерительный прибор уровня напряжения дает возможность визуально фиксировать резуль­таты измерений. На рисунке 3 приведена блок-схема измерительная системы.

Рисунок 3 Блок-схема измерительная системы.

1. Вибропреобразователь (вибродатчик), который входит в любой комплект виброизмери­тельной аппаратуры. Он выполняет роль преобразователя энергии вибрационных колебаний, получаемых от источника, в электри­ческие сигналы. В предлагаемом устройстве используется преобразователь пьезоэлектрический виброизмерительный ДН4.

Основные технические характеристики вибропреобразователя.

- Рабочий диапазон частот от 0 до 12500 Гц.

- Электрическое сопротивление изоляции:в нормальных условиях не менее 1 ГОм ; в условиях повышенной влажности не менее 0,1 ГОм.

- Электрическая ёмкость вибропреобразователя, включая ёмкость кабеля, не менее 1000 пФ.

- Номинальное значение коэффициента преобразования на часто­те 1000Гц

• Относительный коэффициент поперечного преобразования не более

 5%.

- Габаритные размеры вибропреобразователя:18,817,014,0 мм

- Масса вибропреобразователя ( без соединителей) не более: 0,013 кг.

2. Усилитель включен в измерительную схему как для усиления слабого выходного сигнала с вибропреобразователя, так и для согласования высокоомного выхода вибропреобразователя с низкоомными последующими каскадами.

---

Основным элементом усилителя является операционный усилитель КР574УД 2. Выбор данной микросхемы был обусловлен тем, что у нее малый входной ток и большое входное сопротивление.

Основные технические характеристики усилителя:

- Напряжение питания – 9В;

- Потребляемый ток  5 мА;

- Входной ток 0,5 нА;

- Входное сопротивление 10³ МОм;

3. Измерительный прибор уровня напряжения дает возможность визуально фиксировать резуль­таты измерений вибрации. В качестве измерительного прибора выступает стрелочный электромагнитный вольтметр.

Технические характеристики устройства диагностирования приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные технические характеристики устройства:

- Напряжение питания, В	9
- Потребляемый ток, А	0,01
- Частотный диапазон, Гц	50  5000
- Диапазон измерений виброускорения, м/с2	0,1  500
- Диапазон рабочих температур, 0С	-30  +50
- габаритные размеры, мм	70х80х60
- масса, кг, не более	0,5

Достоинствами данного прибора являются такие характеристики как:

- Низкая себестоимость (доступен широкому кругу потребителей);

- Простота применения не требующая специальных технических навыков;

- Высокий частотный спектр (то 50 до 5000 Гц);

- Простота конструкции и малая элементная база;

- Широкий круг применения(ремонт и наладка электродвигателей, автомобилей, трансформаторов, насосов, редукторов и других средств техники);

- Малые массогабаритные параметры.

Недостатками данного прибора является:

- Точность значений, измеряемой величены, является средне выраженным.

1.3.2 Техническое обслуживание системы

Обслуживание системы заключается в плановом осмотре и ремонте (в основном измерительного прибора) устройства, в плановой замене электробатарей (“Крона”) (один раз в квартал или по необходимости) и наблюдением за ходом выдачи окончательного результата о состоянии технологического оборудования.

Применение этих приборов на производстве позволяет уменьшить время на определение неисправностей, а также избегать простоя технологического оборудования из-за проведения плановых осмотров и ремонтов, проводя ремонтные работы по фактическому состоянию оборудования. Внедрение данного устройства позволяет также избежать аварийных режимов работы технологического оборудования из-за быстро развивающихся дефектов, так как производится постоянный мониторинг его работоспособности. Такие качества, а также достаточно низкая стоимость устройства привлекают покупателей, обеспечивая высокий спрос на эту продукцию.

---

РАСЧЕТ СПЕЦИАЛЬНОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

.1 Общие сведения о высоковольтном усилителе.

Исторически первыми разработками в области получения высокого напряжения были неуправляемые выпрямители переменного напряжения, предназначенные для питания различных устройств. Такая схема не могла обеспечить хорошего качества выпрямленного высокого напряжения. Низкая частота опорного питающего напряжения обуславливала большие габариты и вес практически всех элементов структуры. На практике в подавляющем большинстве случаев используется структура высоковольтного усилителя, показанная на рисунке 1.

U_ВХ

ИОН НВ К ВТ УН

Рисунок 1 Классическая структура высоковольтного усилителя

Основное отличие схемы заключается в том, что процесс выпрямления и умножения напряжения осуществляется на высокой частоте 16 - 20 кГц. Для этого низкочастотные напряжение от источника напряжения (ИОН) выпрямляется низковольтным выпрямителем (НВ) и подается для питания конвертора (К), вырабатывающего высокочастотные колебания. Дальнейшая технология получения высокочастотного напряжения происходит через высоковольтный трансформатор (ВТ) на умножитель напряжения (УН). Достоинствами высоковольтного усилителя перед своими историческими прототипами являются малые габариты и вес, а также возможность плавной регулировки выходного напряжения с большим коэффициентом усиления по мощности. Весогабаритные параметры значительно уменьшаются за счет высокой частоты (уменьшение объема высоковольтного трансформатора и величин емкостей умножителя напряжения), а возможность плавного изменения U_ВЫХ за счет использования в конверторах регулируемых элементов: ламп, транзисторов, тиристоров.

Все разновидности этой структуры обусловлены различием либо в схемах конверторов, либо в конструкциях трансформаторов, либо в схемах умножителя напряжения.

Все разновидности схем конверторов могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся одноконтактные конверторы, предназначенные для генерации одиночных импульсов напряжения на первичную обмотку высоковольтного трансформатора. Наиболее типичным представителем этой группы конверторов является блокинг-генератор с использованием в качестве активных элементов ламп, транзисторов и тиристоров.

Конверторы с ударным контуром относятся ко второй группе разновидностей конверторов и основан на том, что параллельный индуктивно-емкостной контур возбуждается одиночными прямоугольными импульсами тока, под воздействием которых контур начинает “звенеть”, то есть генерировать пачку спадающих по амплитуде до нуля импульсов.

Третью группу разновидностей конверторов составляют устройства с большой мощностью в нагрузке. Такие конверторы строятся по схеме магнитно-транзисторных мультивибраторов.

---

Общие сведения о высоковольтных усилителях:

Высоковольтные усилители - усилители, у которых Т_ВЫХ > 1 кВ.

Мощность таких усилителей не превышает 10...20 Вт.

Область применения высоковольтных усилителей.

Приборный вариант высокого напряжения: Блок питания электронно-лучевых трубок, мониторов ЭВМ, телеиндикаторов рекламных щитовых табло, приборов рентгенодиагностики, нейтрализаторы статического электричества на нефтеналивных танкерах, люстры Чижевского.

Технологическое высокое напряжение, мощностью более 40 Вт: электрофильтры газоочистки, электротехнология.

СВЧ - технология: электро-гидравлические взрывные технологии по эффекту Юткина, системы электронного высоковольтного зажигания на дизелях.

Способы получения высоковольтного напряжения:

1. Получение высоковольтного напряжения из промышленной сети 50 Гц - для получения технологического высоковольтного напряжения.

50 Гц U_ВЫХ 220

ВТ УН

ВТ  высоковольтный трансформатор с выходным напряжением до 10...50 кВ;

УН  умножитель напряжения строится на число каскадов до 16.

310

220

лампочка мигает 100 в сек.

= 1,41;

1,41 220=310;

Достоинства данной схемы:

1) простота получения высокого напряжения;

2) практически неограниченная мощность сети.

Недостатки:

1) низкое качество высокого выходного напряжения (частота пульсации 50 Гц, большой габаритный вес, включенные конденсаторы);

2) опасность поражения электрическим током.

В качестве исключения данную схему можно использовать для приборного варианта только на стадии эксперимента.

2. СВЧ - схема.

Основана на том, что автономное высоковольтное напряжение преобразуется специальным генератором в высокочастотные импульсы (1000-16000 Гц) и выпрямляется специальным умножителем напряжения до нужного уровня.

U_ВЫХ

БНП К ВТ УН

БОС

БНП - блок низковольтного питания (5 ... 12 В);

К - конвертор, преобразует 5 - 12 В в высокочастотные импульсы,

Конверторы бывают:

1) блокинг - генератор - преобразует постоянное напряжение в одиночные единичные импульсы с 3-5 Вт;

2) мультивибратор Ройера - генерирует симметричные импульсы с выходной мощностью 100 Вт;

3) тиристорные ключи - генерируют импульсы неограниченной мощности для построения блоков питания, приводов, станков с ЧПУ.

ВТ - высоковольтный трансформатор;

УН - умножитель напряжения, построен из-за большой частоты на малогабаритных конденсаторах и диодах;

БОС - блок обратной связи.

Достоинства данной схемы:

1) малый габаритный вес параметров;

2) высокая частота выходного напряжения;

3) простота управления (либо по БНП, либо по К).

---

Недостаток данной схемы: нестабильность выходного напряжения, поэтому требуется стабилизация через блок низковольтного питания.

Рассчитанный ниже блок высоковольтного усилителя в рамках дипломного проекта может использоваться в качестве высоковольтного источника питания для создания электростатического поля, необходимого для дробления капли в процессе получения эмульсий с помощью ЭГД-эмульгатора.

.2 Расчет высоковольтного усилителя

Расчет высоковольтного усилителя напряжения ведем по методике академика Власова В.В.

2 Техническое задание

2.1 Мощность источника на выходе на высокой стороне Р=17 Вт

2.2 Высокое выходное напряжение в нагрузке Uвых=8 кВ

2.3 Число ступеней умножения n=3

2.4 Рабочая частота f=6250 Гц

3 Расчет усилителя

3.1 Выходной ток в нагрузке

Iвых = Р/Uвых = 17/ 8000 = 2,125 ^. 10^-3 А, (1)

3.2 По числу каскадов умножения определяем требуемое напряжение высоковольтного трансформатора:

Uт = Uвых/n = 8000/ 3 = 2 666 В, (2)

3.3 Поскольку предполагается использование стандартного высоковольтного трансформатора, то в качестве базовых выбираем параметры трансформатора выходной строчной развертки ТВС-90ЛЦ2-1. Его паспортные данные: Ртр=110 Вт; Uтр=4,5кВ; fраб=6250 Гц; Lтр=1,68Гн.

3.4 Количество последовательно включенных по вторичной обмотке высоковольтных трансформаторов:

Nтр = Uт/Uтр = 2,666 кВ/4,5 кВ = 0,59 (3)

Принимаем Nтр=1.

3.5 Таким образом, будем считать, что последовательно включенных трансформаторов в схеме три, и на каждом из них необходимо иметь истинное выходное напряжение равное

Uист = Uт/Nтр = 2,666 кВ/1 =2,666 кВ, (4)

На каждом из последовательно включенных трансформаторов включается умножитель напряжения с числом каскадов равным двум.

3.6 Вычисляем емкости каждого умножителя напряжения в согласованном режиме. Будем считать, что трансформатор ТВС-90ЛЦ2-1 пока работает один на один каскад умножителя напряжения.

Сi = 2^n+1-i / 4²f²Lтр, (5)

где n - число каскадов, i - порядковый номер конденсатора.

Примечание: С₁ = С₂.

С₁ = С₂ = 2^3+1-1/4² 6250² 1,68 =

=2³/2,58910⁹=309010^-12Ф, (6)

С₃ = 154510^-12 Ф,

Полученное значение емкости конденсаторов составляют так называемую верхнюю границу вилки емкостей умножителя напряжения.

3.7 Рассчитаем требуемую мощность трансформаторного блока, питающего умножитель напряжения в согласованном режиме.

Ртр = (Uист)²С1f(27,6 - 62^3-n - 1,2(0,25)^{(n - 1)/2}) =

= (2666)²309010^-126250(27,6 - 6 ^. 2⁰ - 2,52 0,25²) = 2924 Вт

Поскольку мощность блочного трансформатора значительна превышает мощность выбранного ТВС-90ЛЦ2-1 согласованный режимы принципиального технико-экономически расточителен и от него за счет понижения емкости конденсаторов.

3.8 Посчитаем КПД использования блочного трансформатора при питании умножителя напряжения;

---

Смотрите также файлы

• Клас Дат(ТЕКСТ).doc

• Текст- Датчик ДН-4.doc

• Плакат(ЭКОНОМ).doc

• ВВУ, СРП(С.Е.А).doc

• БЖД(готовый 20 стр).doc