Разработка, описание и обоснование принципиальной схемы

При создании принципиальной схемы вновь разрабатываемой конструкции, на первом ее этапе решаются прежде всего вопросы «что и как измеряется» данным прибором.

Для этого нужно знать, в каком сечении будет контролироваться параметр и какой (наименьший или наибольший); есть ли на контролируемой поверхности пазы, выступы, отверстия; каким методом, прямым или косвенным, будет производиться измерение. От решения этих и других вопросов зависит конструкция будущего прибора и его точность.

Примерная последовательность решения других задач при разработке принципиальной схемы может быть следующей [41]:

Вначале выбирается способ измерения – контактный или бесконтактный. Для контактного способа определяется форма, число, расположение, материал наконечников, влияние измерительного усилия на точность измерения, а для бесконтактного – принцип действия, инерционность, влияние точности базирования [43].

Устанавливается режим измерения: статический или динамический. При статическом режиме точность измерения выше, чем при динамическом, но производительность значительно меньше.

Определяется положение детали при измерении, форма и расположение базовых элементов прибора по отношению к объекту контроля, вид перемещения его на измерительную позицию.

Принимается решение по установлению метода измерения – непосредственной оценки или сравнения с мерой и способ настройки прибора на размер.

Выбирается форма индикации и физический принцип преобразования сигнала измерительной информации.

В дальнейшем выбирается структурная схема, определяющая последовательность преобразования сигнала измерительной информации и уточняется тип каждого элемента этой схемы. В результате такого последовательного уточнения и расшифровки структурной схемы создается принципиальная схема измерительной цепи прибора, после чего производится расчет и конструирование отдельных элементов и всей конструкции в целом. Для составления чертежа принципиальной схемы применяются условные графические обозначения (символы) для каждого элемента.

Существенное влияние на выбор принципиальной схемы оказывает выбор первичного преобразователя, который находится под непосредственным воздействием контролируемого параметра.

Тип первичного измерительного преобразователя выбирается из литературных источников, представленных в библиографии и Государственной системы приборов (ГСП), а исходными данными для его выбора являются: форма и размеры контролируемого параметра, точность и диапазон измерения, вид энергии для его питания, габариты и масса преобразователя и проектируемого прибора.

Выбор первичного измерительного преобразователя проводится методом сравнения технических характеристик, основными из которых могут быть:

- нелинейность характеристики, чувствительность и точность;

- свободный ход измерительного штока;

- цена деления и измерительное усилие;

- динамические характеристики и помехоустойчивость;

- стоимость и конструктивная сложность;

- рабочее давление, масса;

- присоединительный и габаритный размер.

Решая поставленные выше задачи, при составлении принципиальной схемы производится сравнительный анализ различных вариантов измерительной цепи. При этом учитываются следующие дополнительные задачи, решаемые на этом этапе.

Устанавливается способ преобразования сигнала измерительной информации (аналоговый, дискретный) в измерительной цепи; вид отсчетного устройства и его расположение относительно объекта контроля; габаритные размеры, масса и художественно-эстетическое оформление; надежность, обслуживание и длительность работы прибора.

Окончательный выбор принципиальной схемы производится после теоретического, экспериментального и технико-экономического исследований различных вариантов, принимая за основу схему, удовлетворяющую всем предъявляемым требованиям.

Теоретические исследования позволяют определить статические и динамические погрешности и другие параметры [20, 32, 40].

Экспериментальные исследования при курсовом проектировании проводятся редко на специальных установках или элементах, входящих в измерительную цепь, и в большинстве случаев, с целью уточнения расчетных коэффициентов.

Технико-экономические исследования показывают стоимость разработанного изделия, повышение производительности труда и качества выпускаемой продукции [17].

При разработке измерительной цепи прибора необходимо придерживаться некоторых правил, способствующих повышению точности и надежности. Это значит, что в начале цепи следует располагать элементы, имеющие высокую стабильность работы, малое трение [43], высокую точность профиля рабочих поверхностей, малый износ в процессе эксплуатации, а в конце цепи элементы, у которых большая случайная составляющая ошибки выхода и профиля рабочих поверхностей.

Лучше принять унифицированные или стандартные элементы с линейной зависимостью выходного сигнала от входного, чем оригинальные, при этом связь их друг с другом должна быть надежной и простой, а измерительная цепь должна состоять из минимального их числа [32].

Надежность элементов должна быть стабильной в условиях эксплуатации прибора, а точность прибора должна достигаться за счет правильного построения измерительной цепи и компенсации неточностей изготовления и сборки.

Обоснование выбранной принципиальной схемы – это строго аргументированное доказательство правильности выбранной схемы и работоспособности проектируемого прибора, который будет создан с минимальными затратами и отвечающий всем требованиям технического задания. Обоснование принципиальной схемы приводится в пояснительной записке проекта.