Додаток 2
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМЕНІ ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО”
ПРИЛАДОБУДІВНИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Пояснювальна записка
до курсового проєкту по дисципліні
«Проєктування комп'ютеризованих інформаційно-вимірювальних систем» на тему: Розробка комп'ютеризованої інформаційно-вимірювальної системи для вимірювання товщини листових матеріалів із застосуванням ємнісного перетворювача
«»2022р.
«»2022р.
Виконав: студент групи ПІ-21мп
Осадчий В. О.
Керівник: Барилко С.В.
Київ 2022
Додаток 3
ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
на курсовий проєкт
Осадчий Вадим Олександрович
Тема: Розробка комп'ютеризованої інформаційно-вимірювальної системи для вимірювання товщини листових матеріалів із застосуванням ємнісного перетворювача
Вихідні дані
Зміст роботи Вступ, розділ 1, розділ 2, розділ 3, розділ 4, розділ 5, розділ 6, КП креслення формату А-1.
Додаткова література
Дата видачі завдання «» 20р.
Термін захисту курсового проєкту «» 20р.
Підписи:
Студент
Керівник
Зміст курсової роботи
Вступ……………………………………………………………………………….4
Розділ 1…………………………………………………………………………….5
Розділ 2…………………………………………………………………………….9
Розділ 3…………………………………………………………………………...13
Розділ 4……………………………………………………………………………18
Розділ 5……………………………………………………………………………29
Розділ 6……………………………………………………………………………33
КП Креслення формату А-1……………………………………………………...41
Список використаної літератури………………………………………………...42
Вступ
Для вимірювання лінійних розмірів в системі СІ використовується як основна одиниця метр (м); в машинобудування та неруйнівному контролі також використовують дольні одиниці – міліметр (мм), мікрометр (мкм). Міліметр (від мілі та метр) – одиниця виміру, що становить 1/1000 метра. Мікрометр або мікрон (мкм, μm, мк, μ) ) – це одиниця вимірювання, що дорівнює 10-6 метра.
Метр є одним з семи основних одиниць міжнародної системи. Оскільки точність будь-якого вимірювання значною мірою визначається точністю засобів вимірювання, розробка прецизійних методів та засобів вимірювання різних фізичних величин, в тому числі і лінійних розмірів, є актуальним інженерним завданням.
Товщиномір – це вимірювальний пристрій, що дозволяє вимірювати товщину різних елементів виробів з високою точністю. Такі засоби використовуються при проведенні контрольно-вимірювальних робіт. Вони використовуються для вимірювання товщини металевих виробів і їх елементів, захисних покриттів у вигляді лаків, фарб, епоксидної смоли, оксидної плівки на внутрішніх поверхнях труб (для таких покриттів найчастіше використовують вихрострумові товщиноміри). Один з основних параметрів товщиноміра є похибка вимірювання, що виникає, як правило, внаслідок впливу чинників, дію яких в процесі вимірювання неможливо передбачити заздалегідь.
У вихрострумових товщиномірах, розрахованих на контроль об’єктів пласкої форми, використовують накладні вихрострумові перетворювачі (ВСП), що дає змогу оцінювати товщину об'єкта в локальній зоні. Структурні схеми товщиномірів визначаються способом виділення корисної інформації та відрізняються від схем дефектоскопів, як правило, відсутністю блоків, що застосовуються при модуляційному способі отримання корисної інформації.
Похибка вимірювання вихрострумових товщиномірів залежить від шорсткості поверхні, змін електромагнітних параметрів матеріалу і близькості краю об'єкта, варіації зазору між ВСП і об'єктом, перекосом ВСП при установці його на контрольовану поверхню і тощо.
Вихрострумові товщиноміри діелектричних покриттів на електропровідній основі представляють собою по суті вимірювачі зазору. Вибравши досить велике значення узагальненого параметра контролю, можна отримати хорошу чутливість до зазору за малої похибки, викликаної впливом варіації товщини основи. Завдяки цьому вдається створити товщиноміри без застосування спеціальних схем, призначених для ослаблення впливу чинників, що впливають на покази приладів.
Метою даного дипломного проекту є розроблення структурної, функціональної та принципової схеми приладу вимірювання товщини захисних термопокриттів лопаток турбін.
Розділ 1
Вивчення технологічного процесу та виготовлення продукції
На сьогоднішній день, листовий метал – це найбільш затребуваний тип металопродукції з усіх різновидів металопрокату. Він широко застосовується в будівельній індустрії, так і в промисловій. Листова сталь служить матеріалом для виробництва іншої прокатної продукції – смуги, стрічки, труби.
Лист заліза також використовується для виробництва профільного металопрокату – різних куточків і швелерів. Крім того, листове залізо використовується як готовий матеріал для створення самих різних металоконструкцій, несучих елементів будівель і мостових переходів. Лист сталевий використовується так само в корпусних елементах і деталях машин в автомобілебудуванні, авіації та верстатобудуванні.
Основні властивості сталі безпосередньо залежать від хімічних елементів, що входять до складу сплаву і технологічних особливостей виробництва.
Листовий метал отримують двома способами прокату – холодним і гарячим. Компанія «Мир» пропонує своїм клієнтам гарячекатаний листовий прокат наступних видів:
Лист г/к товстолистовий (4 мм-200мм)
Лист г/к конструкційна сталь
Лист г/к підвищеної міцності для мостобудування
Лист г/к низьколегований
Види гарячекатаного листового прокату
Лист гарячекатаний може бути наступних видів:
Низьколегований лист металу – проводиться з низьковуглецевої сталі. Такі листи мають підвищену міцність, менше схильні до корозії. Завдяки цим якостям збільшується термін експлуатації металоконструкцій виготовлених з низьколегованої сталі. Ця сталь зберігає свої якісні характеристики при низьких температурах і застосовується там, де потрібно підвищений запас міцності. Вона є універсальним і незамінним матеріалом при будівництві мостів, естакад, зварних, болтових і клепаних металоконструкцій.
Конструкційний лист металевий – для його отримання використовується легована вуглецева сталь високої якості. Такий лист застосовується при виробництві трубного прокату, з нього роблять металоконструкції, що не піддаються великим навантаженням, а також за допомогою конструкційної сталі виготовляють безліч елементів для машин і механізмів, які обслуговуються в машинобудівній, і будівельній сфері.
Лист з вуглецевої сталі. Характеристики її є підставою для найширшого застосування. Без сталі Ст 3 поки неможливо будувати, зводити підземні і наземні комунікації, виготовляти транспорт, необхідні верстати і агрегати.
Класифікація за ГОСТом
Все гарячекатані листи класифікуються відповідно до Держстандарту 19903-74 за кількома критеріями.
Розміри, що вказують на товщину готового листа: тонкий (тонколистовой прокат) – до 4 мм, товстий (товстолистовий прокат) – 4-160 мм.
Точність вироби при виробництві (прокатці): високою – А, нормальної – Б.
Вид обробки крайки: в наявності є обрізна кромка – О, без кромки – НО.
За типом поставки споживачу: рулонні і листові.
По площинності: ПО – дуже високою, ПВ – високої, ПУ – поліпшеною, ПН – нормальною
Сортамент листової сталі відповідає ГОСТ 19903-74. Він діє на листовий метал ширина якого понад 500 мм. Лист сталевий ГОСТ повинен повністю відповідати встановленим вимогам по товщині, ширині і довжині прокату, не виходити за рамки допусків.
Вага листової сталі розраховується в кілограмах. Знаючи вагу сталевого листа можливо легко порахувати скільки листів в тонні металопрокату. Такі розрахунки допоможуть постачальника при закупівлі чорного металопрокату. Метал листовий – це самий практичний, вигідний і економічний вид металопрокату, тому продаж і купівля металопрокату у вигляді листової сталі так популярна.
Листовий прокат від СпецСтальТрейд
Листова сталь – плоский готовий продукт із металу. Це універсальний металопрокат, який має широке застосування у різних сферах промисловості, від харчової до переробної. Завдяки своїм властивостям листовий метал є ідеальним металом для великого асортименту продукції.
Аркуш металу – це металевий напівфабрикат, який активно використовується у будівельній, машинобудівній та багатьох інших. Це зумовлено зручністю та практичністю застосування як сировина.
Сталь у такому форматі зручно використовувати як цілком повноцінний продукт або як заготівлю для виробництва та інших маніпуляцій. Лист металевий добре переносить: різання, зварювання, згинання, клепання, різні види термообробки – дозволяючи досягати бажаних результатів. У поєднанні з покращеними показниками адгезії виходить відмінний та практично універсальний матеріал.
Де застосовується листовий метал?
Металеві листи виконуються із сталі різних марок. Залежно від цього відрізняється основний набір характеристик відповідно і конкретне практичне використання. Сталеві листи потрібні при:
– обшивку фасадів різноманітних будівель;
– створення різних металоконструкцій;
– зведення мостових споруд та опор;
– виробництві рам, корпусів, перегородок у автомобілебудуванні;
– випуск промислового, сільськогосподарського та інших видів обладнання;
– виробництві ємностей, посуду, резервуарів, трубної продукції, будівельних конструкцій.
Це лише частина сфери застосування, насправді вона набагато ширша. У тому числі металевий лист затребуваний як матеріал для настилу покрівлі при зведенні різних будівель та споруд від житлових до виробничих.
Сталь листова: класифікація
Існують різні способи класифікувати металопродукцію. Основний спосіб поділу: спосіб прокату. Відповідно можна купити лист металевий:
– Гарячекатаний. Його одержують після гарячої прокатки сталі на прокатному стані з подальшою термообробкою. Це забезпечує матеріалу цілу низку корисних характеристик, у тому числі: хорошу зварюваність, корозійну стійкість, термостійкість, відмінні експлуатаційні властивості, високоякісний поверхневий шар, стійкість до механічних пошкоджень тощо. Гарячекатаний метал відмінно підходить для виробництва зварних металоконструкцій, що експлуатуються в особистих умовах, а також термостійких виробів.
– Холоднокатаний. Такий сталевий лист виходить холодним прокатом пластичних металів на прокатних станах. Відмінна риса такого матеріалу – практично бездоганна якість поверхні. Серед інших переваг, які виділяють такий листовий прокат, можна виділити також високі експлуатаційні характеристики, стійкість до деформації в процесі зварювання, можливість наносити лакофарбові покриття без допоробки. Холоднокатаний лист сталевий оптимальний при виготовленні профнастилу, оцинкованого покрівельного покриття, перфорованих листів та інших металоконструкцій.
Є й інші способи класифікації, які також дозволяють покупцеві точніше підібрати та купити листовий метал в Україні відповідно до своїх потреб. Металевий лист буває тонко- та товстолистовим, зі звичайною, підвищеною та високою точністю розмірів, різним рівнем площинності.
У нашому асортименті на вибір клієнтам надаються металеві листи різних марок сталі, а саме:
Сталь 20
Сталь 35
Сталь 45
Сталь 40Х
Сталь 65Г
Сталь 30ХГСА
Сталь 09Г2С
Сталь 10ХСНД
Сталь 17Г1С
Сталь 9ХС
Сталь ХВГ
Сталь 5ХНМ
Сталь У8А
Сталь AISI 201
Сталь AISI 304
Сталь AISI 321
Сталь AISI 430
Причини купити листовий прокат у СпецСтальТрейд
Наша компанія вже багато років працює над тим, щоб пропонувати своїм клієнтам не лише першокласну металопродукцію, а й забезпечувати достатній вибір. Бізнес має бути ефективним, а грамотний підбір сировини підвищує прибуток і знижує витрати.
Є ціла низка причин, чому купити листову сталь вигідно саме в СпецСтальТрейд:
Металопрокат з 17 марок сталі, що відрізняються за своїми характеристиками та оптимальними сферами застосування;
Листовий метал можна купити завжди в листах саме тієї товщини, яка вам потрібна. Ми реалізуємо прокат завтовшки від 0,35 до 200 мм;
Вся продукція якісна, сертифікована. Вона стабільно є в наявності в обсягах, достатніх для виконання великих замовлень;
Складські комплекси мають зручне розташування та пристосовані під відвантаження для перевезення залізничним та автотранспортом;
Великий верстатний парк з обробки металопрокату (лінійне, фігурне різання), що полегшує нашим замовникам подальше практичне застосування металу;
Власний вантажний транспорт завдяки чому ви можете замовити оперативну доставку продукції за адресою.
СпецСтальТрейд це ваш надійний постачальник листового металопрокату за розумними цінами.
Розділ 2
Товщину покриття можна виміряти різними способами: від неруйнівного вимірювання деталі до її різання.
Залежно від стану покриття, фізичних властивостей, інформації та покриття матеріалу, необхідної точності, робочого середовища тощо використовуються кілька методів. Великою групою методів неруйнівного контролю є електричні пристрої, в тому числі засновані на фізичних властивостях характеристик матеріалу деталей і їх відмінності від характеристик покриття.
Основним типом механічних вимірювач пошкоджень є мікрометр. У випадку великих товщин, можливо використовувати ті ж техніки і методики, але й можна використовувати й інші, до прикладу за допомогою зважування можливо визначити товщину, якщо відома густина матеріалу.
Резистивний метод. Вимірювання опору плівки - це проста процедура, що використовується для визначення товщини провідника і товщини шару напівпровідникового епітелію.
Ємнісний метод може бути використаний для визначення товщини діелетричних покритів. Виміряна ємність обернено пропорційна товщині діелектричного покриття і прямо пропорційна площі електрода (без урахування крайового ефекта).
Радіаційні методи вимірюють на основі характеристик випромінювання.
Іонізація Джерело випромінювання і іонізаційний перетворювач можуть бути встановлені на обох сторонах вимірюваного покриття, а також на одній стороні. В обох випадках інтенсивність випромінювання, що покривається кришкою, змінюється зі зміною товщини.
Рентгенівські методи товщинометрії – метод поглинання і метод емісії, мають невисоку точність, їх використання недоцільно для розв’язання поставленої задачі.
Для методів оптичного контролю товщина може визначатися цілим рядом оптичних явищ, таких як інтерференція, поглинання, пропускання та відбиття світла. Використання конкретного явища для вимірювання визначається матеріалом.
Метод вихростумової товщинометрії використовується здебільшого для вимірювання товщини захисних не електропровідних покриттів на не феромагнітній основі. В залежності від використаного перетворювача – взаємоіндуктивного чи параметричного, вихідним сигналом є відповідно електрорушійна сила чи комплексний електричний опір.
У ряді вихрострумових товщиномірів використано частотний спосіб отримання вимірювальної інформації. Вимірювальна котушка активується на LC-переході високочастотного генератора. Залежно від товщини покриття, а також від режиму взаємодії поля вихрових струмів з вимірювальною котушкою більшою або меншою мірою змінюється індуктивність вимірювальної котушки. Частота автогенератора може буде розрахована як
де C0 - ємність резонансного контуру;
L0 та R0 - індуктивність та активний опір вихрострумового перетворювача за відсутності досліджуваного об'єкта;
Lвн та Rвн - внесені індуктивність та активний опір, зумовлені впливом вихрових струмів у досліджуваному об'єкті.
Індуктивний метод може бути використаний для вимірювання товщини покриття на феромагнітних деталях. Схема індуктивного товщиноміра представлена на рис 2.1. Основним перетворювачем такого засобу є індуктивний перетворювач, загальний електричний опір обмотки якого залежить від товщини покриття:
де R0 - омічний опір обмотки;
xм та Rм - реактивна та активна складові комплексного магнітного опору магнітопроводу;
- магнітний опір досліджуваного покриття (між полюсами магнітопроводу та поверхнею феромагнітного тіла деталі).
Рис. 2.1 – Схема індуктивного товщиноміра
Якщо брати до уваги, що магнітний опір магнітопроводу є набагато меншим від магнітного опору покриття, еквівалентна індуктивність обмотки наближено може бути записана як
де w - кількість витків вимірювальної обмотки;
Sм - площа перерізу магнітопроводу;
δ – товщина шару покриття.
Ефективним схемо технічним рішенням для індуктивних товщиномірів є мостові схеми. На мостовий схемі (рис. 2.2) індикатором вимірюваної величини є електромагнітний мілівольтметр, який підключений до виходу контуру фазочутливої кільцевої схеми. Резистор Rр змінного опору призначений для встановлення нульового показу мілі-вольтметра за нульового чи заданого значення вимірюваної товщини.
Рис. 2.2 – Мостова схема індуктивного товщиноміра
Абсолютне значення похибки вимірювання товщини покриття за допомогою індуктивних перетворювачів знаходиться в межах 10%.
До числа популярних неруйнівних методів товщинометрії належить метод, заснований на використанні взаємоіндуктівних перетворювачів (рис. 2.3).
Рис. 2.3 – Вимірювач товщини гальванічного покриття
Вихідним параметром такого засобу єелектрорушійна сила, що наводиться у вимірювальній котушці перетворювача
де w1 та w2 - кількість витків намагнічувальної та вимірювальної обмоток;
І1 - намагнічувальний струм;
S - площа перерізу магнітопроводу;
δ - товщина покриття;
- комплексний магнітний опір магнітопроводу.
На основі цього методу, розроблені пристрої для вимірювання товщини покриття в діапазоні до 3 мм з похибкою 10 ... 15%.
Серед методів руйнівного контролю найчастіше використовується хімічний метод, який є основою для зняття покриття за допомогою спеціальних хімічних реагентів. За допомогою цього методу виміром товщини покриття може бути час видалення покриття або його маси, або різниця між вагою частини з покриттям і масою частини після видалення покриття.
Електромеханічні методи широко використовуються для вимірювання розміру поверхні і шорсткості поверхні (контактні товщиноміри, мікрометри, профільні метри) для вимірювання рівня (поплавки і рівні плавучості). Вимірювання відстаней, пройдених транспортними засобами, широко використовуються в якості методу зсуву.
В контактних мікрометрах та профілометрах координати досліджуваного об'єкта попередньо перетворюються в лінійне переміщення голкоподібного щупа, а згодом в електричний сигнал за допомогою індуктивних, взаємоіндуктивних чи ємнісних перетворювачів.
На рис. 2.4 пояснюється принцип вимірювання невеликого розміру на основі ємнісного перетворювача, який є елементом LC - ланцюга кварцового генератора.
Рис. 2.4 - Схема ємнісного профілометра
Ємнісний перетворювач має стаціонарний електрод 1, прикладений до полірованого скляного стрижня, і рухливий електрод 2, механічно з'єднаний з голкою зонда, закріпленої на корпусі за допомогою плоских пружин. Ємнісний кабельний перетворювач з'єднаний з виходом кварцового генератора, частота f, якого є функцією ємності C, між рухливими і стаціонарними електродами. Частота f і частота f0 від генератора базової частоти надходять на вхід змішувача, вихідна частота якого Δf = fх - f0. Частота, виміряна вимірником частоти, відповідає значенню розміру.
Мікрометри з порогом чутливості в частки мкм забезпечують вимірювання в діапазоні 0,1...1 мм. Такий мікрометр можна використовувати для вимірювання параметрів шорсткості. У цьому випадку, однак, можуть бути значні помилки через деяку нелінійність, яка виникає під час перетворення реального профіля нерівної поверхні в лінійний рух щупа. Існують також помилки через від'єднання шупа в деяких точках від поверхні і в результаті деформації (пружної і пластичної) на поверхні під дією сили з боку шупа. Ці помилки визначаються зусиллям, створеним щупом. Це зусилля не стале, і воно може змінюватись в залежності від інерційності датчики, радіуса зонда, властивостей матеріалу і характера профілю поверхні. У цьому сенсі перевагу має метод віброконтакта, який є основою для перетворення в коливання електричного сигналу вібруючого зонда.
Розділ 3
Параметри первинного перетворювача системи
Вимірювальний перетворювач (ВП) – це пристрій з нормованими метрологічними характеристиками, що перетворює одну вимірювану величину в іншу величину або у вимірювальний сигнал, зручний для опрацювання, зберігання, перетворення, індикації або передавання.