Измеритель силы тока

Так, как внезапные и постепенные отказы независимы, тогде: -вероятность безотказной работы по отношению к внезапным отказам за время t, при условии, что внезапных отказов не было;-вероятность безотказной работы;Произведем расчеты интенсивности отказов (БЛ, час-1), средней наработки на отказ (час) и вероятности безотказной работы Р(t) для платы баровысотомера.Данные о надежностных характеристиках элементов сведем в табл. 3.6. 3. Интенсивность отказов платы вычисляется по формуле:,где Ni – количество элементов, i – интенсивность отказов элемента. Учет влияния неблагоприятных факторов на надежность осуществляется с помощью поправочных коэффициентов при расчете рабочей интенсивности отказов каждого элементагде 0i – интенсивность отказов при нормальных условиях и номинальном режиме работы; Кмех, Квл, Кдавл -поправочные коэффициенты, учитывающие влияние механических нагрузок, влажности и пониженного давления на интенсивность отказов элементов; t- поправочный тепловой коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки и температуры окружающей среды. Результаты расчета рабочих интенсивностей отказов элементов системы сведены в таблицу.Таблица 2.3– Расчет надежности устройства№Наименование типа элементовЧисло элементовniНоминальная интенсивность λ0i(10-6 1/час)К=КмехКвлКдавРежим эл. нагрузкиИнтенсивностьс учетом поправочных коэффициентов λр(10-6 1/час)tКнаг1Конденсатор керамический31,41,80,60,70,241,270082Конденсатор электролитический12,41,80,650,60,641,658883Резисторы непроволочные30,51,80,50,50,420,5674Транзисторы231,80,50,30,40,6485Микросхемы аналог60,81,80,30,70,81,61286Соединение штепсельное30,0021,80,60,30,30,000648Подставляя в формулу данные из таблицы 2.3 получаем:БЛ = 5.7510-6 час-13. Средняя наработка на отказ:,Т = 179913.4 часов.3. вероятность безотказной работы за время t, равное 5000 часам равно:,P(t) = 0,97 > =0,95Таким образом, расчет показал, что требования по надежности, предъявляемые к разрабатываемому прибору, выполняются.3. Описание элементной базыНа основании сравнения параметров ИМС в главе 1 и в соответствии с заданием выбираем в качестве преобразователя ИМС LTC1966. Данная микросхема представляет собой преобразователь среднеквадратичного значениятока в цепи, в котором используется инновационная запатентованная вычислительная техника DS. Внутренняя схема дельта-сигма LTC1966 делает его более простым в использовании, болееточным, с более низким энергопотреблением и значительно более гибким, чем обычные преобразователи RMS-DC в лог.На рисунках 3.1 и 3.2 представлены цоколевка микросхемы и типовая схема включения.Рисунок 3.1 – Расположение выводов ИМССхема включения данной ИМС LTC1966 представлена на рисунке 3.2.Рисунок 3.2 – Схема включения ИМС LTC1966 с использование измерительного шунта и трансформатора токаДля любой из схемы включения ИМС в техническом описании []рекомендуется использование входного конденсатора связи С1. Поскольку входное сопротивление LTC1966 примерно в 100 раз превышает его выходной импеданс, данный конденсатор, имеет емкость, как правило, намного меньше, чем выходной сглаживающий конденсатор. Требования к его выбору не строгие и на практике достаточно использовать керамический SMDконденсатор указанной на схеме емкости. [23]Технические параметры и функциональные особенностиВысокая точность:Точность усиления 0,1% от 50 Гц до 1 кГцОбщая ошибка 0,25% от 50 Гц до 1 кГцВысокая Линейность:Линейность 0,02% позволяет выполнять простую калибровку системыНизкий ток питания:155 мкА Тип, 170 мкА МаксСверхнизкий ток отключения:0.1μAПостоянная пропускная способность: Независимо от входного напряжения800 кГц –3 дБ, 6 кГц ± 1%Широкий диапазон питающих напряжений: От 2,7 до 5,5 В от одного источника,До ± 5,5 В с двумя источниками питанияГибкие входы:Дифференциальный или одностороннийДиапазон синфазных напряжений от шины к железной дорогеДифференциальное напряжение до 1 ВШирокий температурный диапазон:От –55 до 125 ° CКомпактный 8-контактный корпус MSOP4. Настройка устройстваПосле сборки устройство готово к работе. Настройка заключается в проверке рабочих параметров схемы измерения, питающего напряжения и т.д. Калибровка устройства производится путем коррекции коэффициента усиления каскада 2 с помощью резистораR5.5. Разработка печатной платы устройства5.1 Выбор и обоснование компоновочного решенияРазрабатываемая конструкция устройства должна соответствовать заданным требованиям: необходимо обеспечить технологичность конструкции, минимизировать экономические затраты, а также предусмотреть возможность замены компонентов на аналогичные, в случае прекращения их выпуска.Основная задача при разработке конструкции цифровой системы контроля и измерения – снизить влияние на качество измерения сигналов. Для достижения этого предприняты следующие меры:Уменьшена длина дорожек аналогового сигнала.«Вывод "земли" соединен с общим проводом только в одной точке.Аналоговые и цифровые дорожки разнесены на максимальное расстояние.Источники питания также удалены друг относительно друга.Все дорожке на плате, передающие высокочастотный сигнал должны иметь минимальную длину, а компоненты обработки питания, подключенные к данной дорожке, должны быть наиболее плотно сгруппированы. Разработка печатной платы системыРаботы по проектированию и трассировке печатной платы системы контроля выполняются при помощи ПО P-CAD 2006. Разобьём процесс работы с САПР P-CAD на последовательность из следующих действий:1. Создание библиотеки используемых элементов РЭА;5. Ввод принципиальной электрической схемы;3. Подготовка схемы к проектированию ПП;5. Размещение элементов РЭА по полю конструктива;5. Автоматизированная трассировка соединений ПП.В данном случае используемая библиотека содержит необходимые элементы, используемые при проектировании РЭА. На рисунке 5.1представлен процесс ввода принципиальной электрической схемы в программе Schematic.Рисунок 4.1 – Ввод схемы электрической-принципиальной в программе SchematicНа рисунке 5.2 представлено окно параметров элемента (PartProperties) резистора R1.Для элемента могут быть указаны следующие параметры:Порядковый номер и тип(RefDes) – R7;Номинал (Value) – 700 Ом;Тип элемента (Type) – резистор RC1206;Используемая библиотека элементов (Library);Рисунок 5.2 – Окно параметров элемента (PartProperties)Далее необходимо перенести данные из программы Shematic в программу PCB, которая позволит провести размещение элементов и трассировку ПП. Выполнить это можно с помощью команды Utils – GenerateNetList (Рисунок 5.3)Рисунок 4.3 – Создание списка соединенийПосле размещения ЭРЭ приступаем к трассировке, т.е. к прокладке необходимых линий соединений (проводников) между контактными площадками. Рассмотрим данный процесс более подробно.Трассировку печатной платы можно выполнить вручную и с помощью автотрассировщика. Для ручной трассировки в системе PCAD предлагаются инструменты, которые условно можно разделить на три группы:- инструменты для ручной трассировки- инструменты интерактивной трассировки- специальные инструментыКогда работа с автотрассировщиком полностью завершена, необходимо вернуться в программу PCB, для этого выполнить: FileSaveandReturn. Все результаты трассировки средствами программы PCADShapeRoute будут перенесены в программу PCB, в которой можно продолжить работу над проектом, в частности воспользоваться любыми приёмами корректировки. [2]В данном проекте при разработке топологии печатной платы технологический контроль помог обнаружить: узкие места и нарушения установленных зазоров. Коррекция топологии была произведена, ошибки исправлены.ЗаключениеВ ходе выполнения курсового проектабылоразработано устройство измерения среднеквадратичного значения тока.Использование современных интегральных компонентов для построения данного технического решения, имеющих низкие значения погрешности измерений, высокую эффективность выполнения преобразования, а также дополнительные функциональные возможности позволяют считать данную работу актуальной.В процессе выполнения работы был проведен анализ существующих методов и технических средств измерения среднеквадратичного значения тока, проанализированы их недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция, ПО и приведены необходимые расчёты. При проектировании данного устройства использовалась современная элементная база, а также применялись последние достижения проектирования электронных систем.Данное устройство отличается высокой надежностью, что является следствием отсутствия подвижных деталей и механизмов, защитой от импульсных помех высокого напряжения. Отличительными чертами, разработанного устройства являются низкая, в сравнение с другими системами стоимость, при сохранении заданных технических параметров. Устройство может устанавливаться на различных объектах и производственных предприятиях.Список использованной литературыАгеев, О.А., Мамиконова, В.М., Петров, В.В. Микроэлектронные преобразователи электрических величин / уч. пос. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. -153 с.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.Ёлшин Ю.М. Инновационные методы проектирования печатных плат на базе САПР Р-CAD 200х М.: Солон-Пресс, 2016. — 464 с. — ISBN 978-5-91359-196-8.Бохан С.Г., Каштальян И.А. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов Минск : БНТУ, 2013. - 23 с. Основы конструирования и технологии производства. РЭС: учебное пособие / Е. И. Кротова; Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. – Ярославль: ЯрГУ, 2013. – 192 с.Правила устройства электроустановок: официальное издание: утв. от 14.06.05: введ. в действие 23.07.85. - Москва: НЦ ЭНАС, 2017. - 944 с. - Текст: непосредственный.Расчетно-графическая работа - Общие сведения о проектировании электроэнергетических систем, электроснабжения объектов и САПР. Работа в DiptraceСНУЯЭиП (г.Севастополь, Украина) 2013. - 17 с.Сурина Н.В. САПР технологических процессов. Учебное пособие. — М.: МИСиС, 2016. — 104 с. — ISBN 978-5-87623-959-4.Харрисон Л. Источники опорного напряжения и тока. Серия "Схемотехника" – М.: НТФ "Энергопрогресс", 2015 г.Эннс В. Измерительные микросхемы для электронных счетчиков электроэнергии [Текст] // Схемотехника.–2002. №3.–С. 6-9Analog Devices Inc. AD637JQHigh Precision, Wideband RMS-to-DC Converter. datasheet.–AD Inc., june 2012.–[Электронный ресурс].Режим доступа: https://www.analog.com/. Дата обращения 5.09.2020 г.Пушкарев М. А. Микросхемы для измерения тока [Электронный ресурс] // Компоненты и технологии. – 2006, №10. Режим доступа: https://www.kit-e.ru/articles/chip/2006_10_116.php. Дата обращения 10.09.2020 г.Linear Tecnology Inc. LTC1966 Single Supple RMS-to-DC Converter. datasheet.–LT Inc., june 2013.– [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.analog.com/. Дата обращения 7.09.2020 г.