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鉆井液攪拌器工況參數(shù)檢測方法研究(參考版)

2024-09-02 08:27本頁面
  

【正文】 應(yīng)變電橋的輸出應(yīng)變 ? 為: KUURRRRRRRR 04 43 32 21 14321 4????????????? ????? ( 322)
。如圖 36所示。 由于所選應(yīng)變傳感器附加在軸上的質(zhì)量很小,不會引起電機負荷過大造成影響,并且消除了攪拌器在正常工作過程中受軸徑向力所受彎曲力的干擾。 45176。 方向才可組成扭矩傳感器。 雖然選擇了全橋電路測量扭矩, 但我們應(yīng)該知道如何粘貼應(yīng)變 片及如何放置四個應(yīng)變片才能正確測量出來扭矩, 經(jīng)過驗證應(yīng)變片應(yīng)該保證與轉(zhuǎn)動軸成 177。從溫度補償消除誤差來看,在單臂和半橋電路中,溫度補償?shù)男Ч靡恍硗?,半橋和全橋電橋采用差動方式測應(yīng)變,消除了非線性誤差,可以降低了一些干擾的影響??捎墒?(317)得到測試輸出電壓增量 △ U01是: ?4 10 KUU AC?? ( 318) 圖 35( b)為半橋接法,由圖所示 , R1和 R2是工作應(yīng)變片,兩者組成差動電橋。 圖 35 常用三種測量電橋的接法 圖 35( a)為單臂測量接法,工作應(yīng)變片為 R1,溫度補償應(yīng)變片為 R2,其中 R R2和 R3, R4阻值相等,但是 R3, R4是固定電阻。 因為式子中 RR? 其實 很小,關(guān)于 RR? 的二次項可以略去,得 ACURRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRU)()(1)()(442221233112``44332211221210 ???????????????????? ( 314) 為了使式子簡化 ,在應(yīng)變設(shè)計中通常使 R1=R2和 R3=R4,則式 (314)簡化為 31 2 41 2 3 4031 2 41 2 3 4()14 [ 1 ( ) ]2ACRR R RU R R R RURR R RR R R R?? ? ?? ? ??? ?? ? ?? ? ? ? ( 315) 又因為 31 2 41 2 3 4RR R RR R R R?? ? ?? ? ?很小,對分母不起影響 ,可得到電阻變化與輸出電壓增量近似線性關(guān)系 鉆井液攪拌器工況參數(shù)檢測方法研究 22 31 2 40 1 2 3 4()4ACURR R RU R R R R?? ? ?? ? ? ? ? ( 316) 通常 ,各臂貼涂的應(yīng)變片的靈敏系數(shù)均相等 ,設(shè)為 K1,各臂應(yīng)變片的應(yīng)變量依次為1? , 2? 、 3? 和 4? ,這時 1111R KR ?? ?、 1111R KR ?? ?、 1111R KR ?? ?、 1111R KR ?? ? 將其代入( 316)可得到被測應(yīng)變與電橋輸出電壓的關(guān)系 10 1 2 3 4()4ACUKU ? ? ? ?? ? ? ? ? ( 317) 式( 317)表明了測量 電橋的加減特性。 下面進行測量原理的分析,首先計算流經(jīng) R1的電流 I1 , 1 12ACUI RR? ? ( 39) 則 AB間的電壓, 11112AB ACRU I R URR?? ? ( 310) 同理, AD間的電壓, 334AD ACRUURR? ? ( 311) 現(xiàn)在可以計算出電橋輸出電壓為 3 1 4 2 3101 2 3 4 1 2 3 4() ( ) ( )A B A D A C A CR R R R RRU U U U UR R R R R R R R?? ? ? ? ?? ? ? ? ( 312) 如果假設(shè)測試時電橋 4個電阻橋臂的增量依次為△ R△ R△ R△ R4,將增量帶 入式( 312)則電橋的輸出電壓為 ACURRRRRRRR RRRRRRRRUU ))(( ))(())(( 44332211 3322441100 ?????????? ???????????? ( 313) 通常在測試前,需要先將電橋調(diào)零,即 U0=0無輸出。 圖 34 直流電橋測量線路 2 1 4 3 1引線 2蓋片 3基底 4敏感刪 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 21 電橋的橋臂電阻依次為 R R R R4,電橋輸入端 AC,接直流電源, 輸出端 DB,輸出電壓 為 U0。交流電橋相對直流電橋而言需要交流電源,抗干擾性不強,而直流電橋具有的特點是:直流信號不受導(dǎo)線間分布電容、各組件以及電感的影響,提高了抗干擾能力;同時便于現(xiàn)場測試,電源簡單,不需用市電。其中惠斯登電橋因為測量靈敏度 較 高,線性好,結(jié)構(gòu)簡單,易于實現(xiàn)溫度補償, 測量的 范圍寬等優(yōu)點,在電阻應(yīng) 變測量領(lǐng)域中得到了 很 廣泛 的應(yīng)用。通常這種電阻的 變化 很小 ,將應(yīng)變片的電阻變化的應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成易于放大的電信號,必須采用特定的測量電路,將多片應(yīng)變片接成應(yīng)變量測線路。基底材料有紙、膠膜、玻璃纖維布等 [17]?;鬃饔?是 保證將構(gòu)件上的應(yīng)變準確地傳遞到敏感刪上, 所以 它必須很薄,一般為 ~。電阻應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)一般是由敏感柵、黏合劑、 基底、 引線、蓋層等組成,其鉆井液攪拌器工況參數(shù)檢測方法研究 20 結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 也就是單位應(yīng)變的電阻變化率。 根據(jù)式( 37)可知 其 電阻相對變化量是由 (1 2 )?? 和 E? 兩方面的因素決定的:其中 (1 2 )?? 的變化是由金屬絲幾何尺寸 所 引起的; E? 的變化是由材料受力導(dǎo)致電阻率 ?的變化引起的。由上式( 31)全微分得 2LLdR d dL dAA A A???? ? ? ( 32) dR dL d dSR L S??? ? ? ( 33) 對 該 材料進行受力分析,桿件在軸向受拉時,其縱向應(yīng)變與橫向應(yīng)變的關(guān)系為 dLL ?? ( 34) drr ???? ( 35) 金屬絲電阻率的相對變化與其軸向所受 的 應(yīng)力 ? 有關(guān),即 d E? ?? ? ?? ?? ( 36) 式 中 ? —— 金屬絲材料的應(yīng)變; E —— 金屬絲材料的彈性模量; ? —— 壓阻系數(shù),與材料有關(guān); d? /? —— 金屬絲電阻率的相對變化量。m ); L —— 金屬絲的長度( m ); 測試傳感器 信 號 變送電路 數(shù) 據(jù) 發(fā)射電路 電源電路 數(shù) 據(jù) 接收電路 主機 電源電路 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 19 A —— 金屬絲的橫截面積( 2m ), 2Ar?? , r 為金屬絲的半徑。所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體 如 電阻絲的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發(fā)生 變化 的一種物理現(xiàn)象。 本論文采用 體積小、方便粘貼的電阻應(yīng)變片來測量試件的 形變量。鉆井液攪拌器工況參數(shù)檢測方法研究 18 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的 快 速發(fā)展, 現(xiàn)代測試器件的小型化、 低功耗 、 集成化、和匹配性都有 較 大的提高,融合通信技術(shù)的發(fā)展,改變了傳統(tǒng)測試方法的理念,加快了測試 技術(shù)的發(fā)展,本文的設(shè)計在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ), 將整個系統(tǒng)硬件設(shè)計部分主要分為三個主要部分和一個輔助部分,其中有測試傳感器、信號變送電路、無線收發(fā)電路和電源 ,具體的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖見圖 31。 而 射頻( RF)通訊技術(shù)易于開發(fā),傳輸距離遠,技術(shù)成熟,它為無線短距離通信提供了經(jīng)濟、實用 、簡單 、低成本的解決方案 , 有很多成功的工業(yè)開發(fā)案例,都是利用成熟 的 射頻通訊模塊來實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的無線傳輸 。 加上信號衰減 及其干擾 的影響,藍牙的 通訊 距離會小于 100米,而 IrDA通訊 距離更 小 , 藍牙 和 IrDA通訊技術(shù)的傳輸距離較短,都無法滿足 鉆井液攪拌器 測試系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸距離的要求。 本文綜合上述通信技術(shù)優(yōu)缺點 , 考慮 鉆井液攪拌器 實際作業(yè)區(qū)域,為使系統(tǒng)開發(fā)簡單 , 來 實現(xiàn)低功耗和數(shù)據(jù)傳輸方便的問題,本測試系統(tǒng)采用了無線短距離(微功耗)通訊方式。 RF技術(shù)在 一般 建筑物中,無線信號 只能 穿透一至三堵隔墻 ,所以它更多用于室外開放環(huán)境 ,少量用于封閉的室內(nèi)辦公環(huán)境。 RF技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品既可 以 工作 在 特許頻帶 (18~ 19GHz),也可以在降低功率的情況下工作 在 ISM頻段 (工業(yè) /科學(xué) /醫(yī)學(xué)頻段 )。 射頻技術(shù) 射頻 Radio Frequency技術(shù),簡稱 RF技術(shù)是一種新型無線通信技術(shù),應(yīng)用范圍很 廣泛 , RF技術(shù) 是 利用電磁波為載波來傳輸數(shù)據(jù)。這就使得藍牙設(shè)備 的 普及 性 不強 ,許多用戶 都 不愿意購買這種無線設(shè)備。 最初 ,藍牙技術(shù)遭遇 到 很多障礙 ,突出問題是價格 非常 昂貴。由于協(xié)議 具有 廣泛性 ,它的硬件市場非常 的 廣闊,可以涵蓋無線局域網(wǎng)絡(luò)中的各類數(shù)據(jù)及硬件設(shè)備(如耳麥、計算機、鍵盤、 移動電話、 小型個人數(shù)字助理( PDA)等)。通信協(xié)議和堆棧開發(fā)難度 很 高,開發(fā)復(fù)雜。在 1998年 5月,由芬蘭諾基亞、 日本東芝、 瑞典愛立信、英特爾公司和美國 IBM五家著名廠商在開展短 距離 無線通信技術(shù)的討論標準化活動時 一致聯(lián)合 提出的。 目前 ,ZigBee技術(shù)發(fā)展速度快,市場前景廣 ,無線通信 ZigBee協(xié)議具有低功耗、 時延短、 網(wǎng)絡(luò)容量大、工作頻段均為免執(zhí)照頻段、可靠、安全等 很多 特點。 ZigBee完全協(xié)議 可 用于控制一次可直接連接到設(shè)備一個基本節(jié)點 4K字節(jié) ,針對 HUB、路由器的協(xié)調(diào)器的 32K字節(jié)。 IEEE僅 用于 處理低級 MAC層兼有物理層協(xié)議,對此 ZigBee聯(lián)盟對 它們的 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和 API進行了標準化。同時,這些數(shù)據(jù)可以進入計算機采集分析 ,也可以被另外一種無線技術(shù)(如 WiMax)收集。它 是在 利用自己的無線電標準 的 基礎(chǔ)上 ,相互協(xié)調(diào)數(shù)千個微小的傳感器網(wǎng)絡(luò) 來 實現(xiàn)通信。它具有短距離、低功耗 、低速率 的特點, ZigBee是一種介于藍牙和無線標記技術(shù)之間的 無線通信 技術(shù)。據(jù)最近國際消費電子產(chǎn)品調(diào)查分析 ,從 WiFi技術(shù)的 快速 發(fā)展趨勢 來 判斷,新版本 被大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品制造商使用。傳輸速度更快的 。 1997年公布的, 被 稱為 ,最初 的 目的是提供 WLAN 接入,現(xiàn)在發(fā)展 成 為 WLAN 的主要技術(shù)標準,同樣它的工作頻率是 ,這樣 就 不需頻率使用許可證 ,與無繩電話 、 藍牙 等許多的無線設(shè)備共享同一頻段。 WiFi技術(shù)最大優(yōu)點是可將 WiFi同 Java 的 Web 服務(wù)或基于 XML( 可擴展標記語言 )融合起來,這樣通信公司就不用 花 費大量資金來進行通信布線 的 接入, 在 很大程度上 減少企業(yè)的 項目 成本。雖然 WiFi的連接不受墻壁阻隔,但是由于障礙物的影響 ,有效傳輸距離 與戶外傳輸相比較會減少 。 雖然 WiFi是以太網(wǎng)的某種無線擴展 的 形式,理論上分析,只要用戶位于一個接入點周圍的一定區(qū)域內(nèi),最高可以以 11Mb/s的速度 連 接入網(wǎng)絡(luò)。 WiFi技術(shù) WiFi正式名稱 為 ,無線高保真 Wireless Fidelity,是一種短距離無線通信協(xié)議, WiFi的傳輸 速率最高可達 到 11Mb/s。但是它 只是一種視距傳輸,而且中間不能 有 其它物體阻隔,相互通信設(shè)備之間必須 要人工 對 準 。紅外連接的簡易性使它 更 能適應(yīng)不同的操作系統(tǒng),而且傳輸速率高。目前它的技術(shù) 很 成熟,它的小型化和低成本很快 就 應(yīng)用在數(shù)字照相機、 電子商務(wù)、 PDA、手機等便攜式移動設(shè)備 之 中。 IrDA技術(shù)是 較早的短距離無線通信技術(shù),它利用紅外線進行點對點通信,它是第一個實現(xiàn)個人無線局域網(wǎng)( PAN)的短距離無線通信技術(shù) ,而且適合低成本、跨平臺和點對點高速數(shù)據(jù)的連接。 目前 短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)使用較廣泛的有無線局域網(wǎng) (WiFi)、 ZigBee、超寬頻( Ultra W
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