Содержание
Введение
1. Автоматизированное измерительное устройство
1.1 Устройство и принцип работы
1.2 Назначение и работа установки
1.3 Недостатки
1.4 Устранение недостатков
1.5 Выбор комплектующих длямодернизации
1.6 Спецификация
1.7 Выбор ОС
1.8 Актуальностьтемы
2. Явление сверхпроводимости в материале
2.1 Сверхпроводимость
2.2 Автоматизированноеизмерительное устройство
2.2.1 Порядок работы с установкой
2.5 Формирование структуры «трибометаллокерамики»
2.6 Результаты опытов
Заключение
Литература
Введение
В конструкции агрегатовсовременной техники применяется большое количество коммутирующих устройств,неразборной конструкции. Характерной неисправностью коммутирующих устройств,установленных в слаботочных цепях агрегатов, является нарушение электрическогоконтакта элементов коммутации. Не разбирающаяся конструкция не позволяетпроизводить профилактическую зачистку их контактов при ремонте. При этомединственный способ предупреждения отказов контактов является замена всегоустройства. Нарушения электрического контакта в коммутирующих элементахслаботочных цепей происходит главным образом в результате образования наконтактных поверхностях диэлектрических плёнок. Наличие и состояниедиэлектрических плёнок на контактных поверхностях оценивается по величинепереходного сопротивления Rx контактов по сравнению с Rx1 свежее зачищенного контакта той же конструкции. Величина превышения Rx проверяемого контакта характеризует сопротивлениеего диэлектрической плёнки.
Трудность полученияреального Rxконтакта заключается в особыхэлектрических свойствах диэлектрической плёнки.
Во-первых, сопротивлениедиэлектрической плёнки имеет нелинейный характер, близкий к характерусопротивления тонких полупроводников и диэлектриков, во-вторых, в процессеизмерения Rx контакта может наступить фриттингплёнки, т.е. пробой с образованием тонкого непрочного металлического мостика,создающего впечатление металлического контакта, свободного от диэлектрическихплёнок. Применение методов измерения Rxконтактов, не учитывающих указанные свойствадиэлектрических плёнок, приводят к существенным ошибкам при оценке техническогосостояния контактов. [6]
Импульсный метод измерения, неразрушающий диэлектрическиепленки контактных поверхностей xобеспечиваетвысокую достоверность 090890. При этом модель развертки контактной дорожки формируетсягенератором импульсов параметры которого (по амплитуде ∆RЭК и длительности ∆tЭc) зависят отчувствительности установки и поставленной задачи.
Принцип действия установки И-189-73 основан на этом методе.
/>1. Автоматизированноеизмерительное устройство
Установка И-189-73предназначена для контроля и измерения параметров процесса электрическогоконтактирования слаботочных электрических контактов.
Позволяет регистрироватьпревышение контактного сопротивления выше установленной величины (отказы) сселекцией по длительности и амплитуде, измерять их суммарную длительность. Втом числе в процессе испытания в режиме скольжения и качения.
1.1 Устройство ипринцип работы
Функционально установкуможно разбить на следующие блоки:
-блок предварительногоусилителя (БПУ)
— входной блок (Бвх)
— блок формирования иконтроля (БФК)
— блок селектора времени(БСВ)
— блок регистрации ииндикации (БРИ)
— блок управлениеселектором (БУС)
— блок кварцевогогенератора (БКГ)
— блок индикаторов (БИ)
— блок питания (БП)
Блокпредварительного усилителя
(БПУ) предназначен дляусиления импульсов отказов, поступающих с испытуемого контактного устройства икоммутации входных цепей установки.
Предварительный усилительпредставляет собой усилитель постоянного тока с переключаемым коэффициентомусиления и переключаемым входным делителем,
Обеспечивающим независимостьчувствительности усилителя и установки от величины тока через контакт.
Изменение коэффициентаусиления осуществляется переключением сопротивления в цепи обратной связи. Причувствительности установки 1ом, 10ом, 50ом, 100ом, коэффициент усиления равенсоответственно 200, 20, 4, 2. Переключение чувствительности на пределы 500 и1000ом делителем на входе усилителя.
Температура стабилизацииусилителя осуществляется терморезистором, установленном на корпусе микросхемы.Вход усилителя защищён двусторонним ступенчатым диодным ограничителем.
Входнойблок
(Бвх) предназначен длявыработки управляющих импульсов при проверке надёжности контактирования реле.
В состав блока входитдекадный делитель частоты 10 Гц, ждущий мультивибратор и два электронных ключа.
Декада делит импульсычастотой 10Гц до частоты 1Гц. Импульсы с частотой 1Гц через повторителипоступают на электронный ключ на транзисторах, управляющий обмоткой реле.Одновременно эти импульсы поступают на ждущий мультивибратор, вырабатывающий импульсдлительности около 200мсек, который определяет задержку подачи испытательныхимпульсов тока на контакты реле, относительно импульса питания обмотки реле.
Электронный ключ натранзисторах осуществляет коммутации измерительного тока через контактыиспытуемого реле.
Блокформирования и контроля
(БФК) предназначен дляформирования прямоугольного импульса отказа. Прямоугольный импульс на выходеБФК появляется в случае, если контактное сопротивление исследуемого контактногоустройства превышает заданный уровень. Длительность прямоугольного импульса навыходе БФК, равно длительности превышения контактным сопротивлением заданногоуровня.
Кроме того вырабатываетиспытательные импульсы для контроля надёжности контактов реле.
Формирующее устройствоБФК состоит из триггера Шмита с собственным предусилителем на транзисторах,автоколебательного мультивибратора на транзисторах, автоколебательногомультивибратора с эмиттерным повторителем на транзисторах.
Блокселектора времени
(БСВ) предназначен дляселекции импульсов отказов по длительности. Импульс занесения единицы в счётчикчисла отказов вырабатывается схемой БСВ только в том случае, если длительностьимпульса отказа превышает установленную.
БСВ состоит издвоично-десятичного счётчика, триггеров памяти, фиксирующих выбранныедлительности и входной логики.
Блокуправление селектором
(БУС) предназначен длявыработки управляющих импульсов, обеспечивающих нормальную работу ВС. По заднемуфронту импульса отказа должны вырабатываться импульсы переписи, сброса счетчикаселектора и сброса триггеров памяти.
В состав бус входят 2ждущих мультивибратора с буферным усилителем и выходной эмиттерный повторитель.
Блокрегистрации и индикации
(БРИ) предназначен длярегистрации числа отказов, суммарного числа времени отказов, времени испытания.
БРИ включает в себя:
-3 независимых десятичныхсчётчиков ёмкостью в 4 декады;
— логические схемы выводаинформации на индикатор,
— дешифраторыдвоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора
Блокиндикаторов
(БИ) предназначен длявизуальной индикации результатов измерений. В качестве индикаторов выбранывакуумные люминесцентные индикаторы.
Блоккварцевого генератора
(БКГ) вырабатываетсчётные импульсы стабильной частоты. Генератор собран на кремниевыхтранзисторах с выходным эмиттерный повторителем. Конструктивно блок кварцевогогенератора совмещён с источником стабилизированного напряжения -27.
Блокпитания
1) (БП) вырабатываетследующие напряжения:
стабилизированноенапряжение -12В;
2) стабилизированноенапряжение -27В;
3) стабилизированноенапряжение +2В;
4) Напряжениепостоянного тока +155В;
5) Напряжениепостоянного тока +12В;
6) Напряжениепостоянного тока +24В;
7) Напряжениепеременного тока 2В;
1.2 Назначение иработа установки
В состав блока питаниявходит стабилизатор тока, дающий на выходе стабильные токи: 1ма; 5ма; 10ма.
Стабилизатор тока истабилизации напряжения собраны по типовым схемам стабилизации комплексноготипа.
Конструкция установкиИ-169-73 выполнена в настольном переносном варианте. Основные элементы схемыустановки размещены на одиннадцати съемных печатных платах.
В данной работе с помощьюустановки И – 189 – 73 подсчитывается суммарное число отказов скользящихслаботочных контактов.
1.3 Недостатки установки
В процессе работы с установкойвыявляются некоторые недостатки:
— Необходимостьнепрерывного наблюдения оператором
— Сложность дальнейшихрасчётов характеристик
— отсутствиесигнала при возникновении отказа.
1.4 Устранение недостатков
Все перечисленныенедостатки возможно устранить если подключить установку к компьютеру. С помощьюЭВМ можно будет накапливать необходимые данные с незначительным участиемоператора. Так же значительно облегчается дальнейший расчёт характеристик, еслиручной способ мог занимать несколько часов, то для компьютера эта задача нанесколько секунд. Подача звукового сигнала в случае возникновения отказа можетосуществляться через динамики компьютера.
Задачу модернизации можноразделить на 3 этапа:
1. анализпринципиальной схемы установки и определение места подключения соединительногокабеля.
2. написаниепрограммы обработки полученных данных.
3. подключение иналадка.
1.5 Выбор комплектующих длямодернизации
Для модернизациинеобходимы:
1. промышленныйкомпьютер
2. программное обеспечение
3. соединительныйкабель.
В настоящее времяна нашем рынке представлен широкий выбор промышленных компьютеров различныхстран производителей :
— промышленныйкомпьютер «Корвет».
— промышленныйкомпьютер «iROBO Classic»
— промышленныекомпьютеры «Industrial Computer»
— промышленныеуправляющие компьютеры " BOXER"
Из выше перечисленныхкомпьютеров мы выберем отечественный «Корвет».
В мире существуютпроизводители изделий, подобных по свойствам промышленному переносномурасширяемому компьютеру «Корвет». Приведу несколько существенныхотличий этого изделия от аналогичных изделий производства других компаний.
— в стандартнуюконфигурацию входит высокопрочная (гарантировано до 20 млн. нажатий на каждуюклавишу) резиновая клавиатура с подсветкой клавиш, что позволяет работать вусловиях недостаточного освещения или при его отсутствии. Клавишиподсвечиваются изнутри светодиодами зеленого цвета. Подсветка включается ивыключается путем нажатия функциональной клавиши.
— жесткий дискможет быть установлен с помощью уникальной амортизационной системы, повышающейустойчивость изделия к вибрациям и ударам.
— изделие можетбыть оснащено уникальной системой температурного контроля, контролирующейтемпературный режим внутри изделия.
-для эксплуатациив транспортных средствах изделие может комплектоваться виброизолирующейплатформой, повышающей рабочий ресурс изделия.
Виброизолирующаяплатформа может быть специально разработана для различных транспортных средств(с разными параметрами вибраций).
— в ближайшеевремя планируется реализовать функцию «холодного старта» (включенияизделия при пониженной температуре -20°C и ниже).
— изделиеполностью соответствует российским стандартам по электромагнитной совместимостии безопасности, успешно прошло соответствующие испытания и имеет сертификатсоответствия.
-производительданного изделия – российское предприятие. Производство находится в г. Москве,поэтому производитель может доработать изделие в соответствии со специальнымитребованиями заказчика.
1.6 Спецификация
Процессор •Intel Pentium-4, частота до 3 ГГц и более (требуемая частота согласовывается сзаказчиком). Система охлаждения используется вентилятор. Чем ниже частотапроцессора, тем меньше тепловыделение, тем выше предельная повышеннаятемпература среды, при которой система работает устойчиво
•Intel Celeron M, частота 600 МГц. Система охлаждения процессора не использует вентиляторов.
Оперативная памятьот 512 МБ до 4 ГБ
Графическийконтроллер согласовывается с заказчиком
Размер экранадисплея, LCD TFT 20.1",
Разрешение 1600x1200
Вес от 18 кг
Габаритные размерыкорпуса
(ширина, высота,глубина) 511х386х237 мм
Мощность блокапитания •400 Вт
Защита экрана •Ударопрочное стекло с антибликовым покрытием
Звуковаяподсистема согласовывается с заказчиком
Клавиатура •Пылевлагозащищенная резиновая клавиатура с подсветкой клавиш (89 кл) • 20 млн.гарантированных нажатий на каждую клавишу
Устройствопозиционирования курсора
• Встроенный вклавиатуру джойстик
• Внешнийманипулятор типа «мышь» с интерфейсом USB или PS/2 (опция)
Жесткий илиэлектронный диск (на выбор) • Жесткий диск до 500 ГБ и более, установленный наспециальных амортизаторах
• Жесткий диск IDE40 ГБ с расширенным рабочим диапазоном температур (от -20°C до +60°C), установленный на специальных амортизаторах
• Жесткий диск IDEемкостью до 500 ГБ и более, установка на амортизаторах не предусмотрена
• Электронный диск4, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 80, 128 ГБ и более. Электронный дискрекомендуется устанавливать, если предполагается эксплуатация в условияхвысокочастотных вибраций
Устройства дляотсека 3.5" (опция) • FDD
• Дополнительныйжесткий диск
• Расширитель портов
Устройства дляотсека «slim» (опция) • FDD
• DVD+/-RWУстройства для отсека 5.25" (опция) • FDD
• DVD+/-RW
• Дополнительныйжесткий диск
• встроенныйисточник бесперебойного питания (UPS)
• сменныйконтейнер с жестким диском
• систематермоконтроля
• Расширительпортов
Порты ввода/вывода(опция) Необходимый комплект портов согласовывается с заказчиком. Нижеприведен список (неполный) возможных портов:
• RS232, RS422,RS485
• USB 1.1, USB 2.0
•LPT
•Mic-in, Line-in, Audio-out
•S/P-DIFF
•PS/2 Mouse, PS/2 Keyboard
•VGA-out, DVI-out
•Video-in, S-video-in, Composite-in
•Video-out, S-video-out, Composite-out
•PCMCIA типа II 16-bit, PCMCIA типа II 32-bit
•LAN 10 / 100, LAN Gigabit
•Modem 56k
•1394 (FireWire)
• CAN
• MIL-1553
Беспроводная сеть:IEEE 802.11 (опция)
GPRS-модем (опция)• Способ реализации согласовывается с заказчиком
BlueTooth (опция) •Способ реализации согласовывается с заказчиком
iRDa (опция) •Способ реализации согласовывается с заказчиком
GLONASS, GPS(опция) • Способ реализации согласовывается с заказчиком
Блок питания •Встроенный блок питания, 90 – 240 В, 50 Гц, 300 — 400 Вт. Система охлажденияблока питания включает вентилятор.
• Внешний инвертордля питания изделия от бортовой сети постоянного тока, DC/AC преобразователь (опция)
Виброизолирующаяплатформа (опция) • Повышает рабочий ресурс изделия при эксплуатации втранспортных средствах.
1.7 Выбор операционной системы
Выбор ОС очень важен,т.к. операционная система определяет, какие приложения могут быть запущены нанашем компьютере, какой вид имеет интерфейс пользователей, а также, какимобразом приложения будут взаимодействовать между собой. При обработкирезультатов нам необходим будет Microsoft Office (Word, Excel, PowerPoint)
Из представленных нарынке операционных систем выберем наиболее распространённую Microsoft WindowsVista.
Соединение установки скомпьютером возможно через стандартный кабель. Схема подключения представленана чертеже №3
1.8 Актуальность темы
Актуальность темы.Лауреат Нобелевской премии, академик В.Л. Гинсбург в интервью газете «Аргументыи факты » (№42 2006г.) назвал одной из важнейших проблему «созданиекомпактно-температурных сверхпроводников (КТСП), решение которой вызовет прорывв других областях, минимизирует потери энергии так, что провода не будутгреться вообще». При этом может быть достигнута колоссальная экономияископаемых (невозобновляемых) видов углеводородов, используемых в качестве втрадиционной электроэнергетике и на транспорте. Но как это сделать — поканеизвестно.
В настоящей работерассматриваются физические принципы сверхпроводимости, достигнутые к настоящемувремени результаты, акцентируется внимание на существенном прорыве, связанном соткрытием высокотемпературной сверхпроводимости, сделанном в последние годы.
Сверхпроводимостьинтерпретируется и применительно к слаботочным контактам (СК) – где болееактуально устранение дополнительных сопротивлений вызванных, при переходе токас одной контактной поверхности на другую, образованием диэлектрических пленок(полимерных, оксидных и др.) и возникновением «фрикционной непроводимости».В качестве сверхпроводников используются благородные металлы, поверхностноесопротивление которых может равняться нулю, и где фрикционная самоорганизацияпозволяет получить твердость соизмеримую с твердостью стали в т.ч. безтермической обработки – за счет процессов трения.[1]
Цель опытов: получение сверхпроводимости спомощью диэлектрика на неблагородном металле для скользящих контактов прикомнатной температуре, с помощью трения.
Поставленные задачи:
Во втором разделе:выяснить понятия «Сверхпроводимости». Рассмотреть методы анализовпроводников. Выделить основные этапы в развитии технологии для получениясверхпроводимости. Рассмотреть структуры основных видов приборов для измеренияи анализа.
В третьем разделе:Рассмотреть методику, приемлемую для проверки контактного сопротивления вскользящих контактах. Приводиться описание измерительных устройств, необходимыхдля реализации цели. Представлены рисунки, основанные на экспериментальныхданных, которые наглядно отображают проводимость различного рода проводников,полученных с помощью трения.
2. />Явлениесверхпроводимости в материале
2.1 Сверхпроводимость
Сверхпроводимость –физическое явление, наблюдаемое у некоторых веществ (сверхпроводников), приохлаждении их ниже определенной критической температуры (0,35-11,7К), исостоящее в обращении в нуль электрического сопротивления постоянному току ивыталкивания магнитного поля из объема образца (эффект Майснера). При крайненизких температурах целый ряд веществ обладает сопротивлением, по крайней мере,в 10-12 раз меньше, чем при комнатной температуре. Изучение прохождения токачерез ряд различных проводников показало, что сопротивление контактов междусверхпроводниками тоже равно нулю. В обычных проводниках под влияниеммагнитного поля ток металле смещается, в сверхпроводниках это явлениеотсутствует. Ток в сверх проводнике как бы закреплен на своем месте.Сверхпроводимость наблюдается как у элементов, так и у сплавов инеметаллических соединений. Сверхпроводимость есть у Hg, Pb, Tl, Ta, Ti, Th,Nb, Sn(белое), Al и т.д.
2.2 Автоматизированноеизмерительное устройство
Установка И-189-73предназначена для контроля и измерения параметров процесса электрическогоконтактирования слаботочных электрических контактов. Позволяет регистрировать превышение контактного сопротивлениявыше установленной величины (отказы) с селекцией по длительности и амплитуде,измерять их суммарную длительность. В том числе в процессе испытания в режимескольжения и качения. Схема подключения проверяемого скользящего контакта черезсоединительный жгут показана на рисунке 8.
/>
2.2.1 Порядок работы с установкой
1) Исходноеположение переключателей:
П6 – «Измерение»в положении «Стоп»;
П1 – «Порогпереходного сопротивления» в положении «1 Ом»;
П2 – «Измерительныйток» в положении «1 мА»;
П7 – «Индикация»в положении «Время измерения»;
2) Подключите кустановке через соединительный жгут испытуемый скользящий контакт.
3) Установитьпереключатель П3 «Режим работы» в положение «Скользящие контакты»Переключателем П2 «Измерительный ток» выбирается заданный ток.Переключателем П1 «Порог переходного сопротивления» устанавливаетсязаданное значение переходного сопротивления. Переключателем П8 «Длительностьотказов» устанавливается та длительность отказов, которые должныфиксироваться на индикаторном табло. Нажать клавишу «Сброс».
4) На переключателеП6 «Индикация», снять показания счетчиков.
2.3 Формирование структуры «трибометаллокерамики»
Во многих публикациях овысокотемпературной сверхпроводимости говориться, о получении ее на основекерамических композиционных материалов, являющихся признанными диэлектриками.Получение этих проводников связано с традиционными технологиями, применяемыми вмикроэлектронике. [2]
Подобные методыискусственного получения сверхпроводниковых материалов в исходном состоянии немогут гарантировать устойчивость сверхпроводимости при длительной эксплуатации,т.к. не учитывают естественных методов «самоорганизации трибосопряжений»созданных самой природой и сопровождающихся образованием на поверхности новыхструктур и фаз со свойствами отличными от исходных материалов. [3]
До настоящего времениидеальная проводимость перехода с одной контактной поверхности на другуюдостигалась за счет применения драгоценных металлов в т.ч. золота,поверхностное сопротивление, которого (после зачистки) RП=0. Но приэтом адгезионные взаимодействия двух подвижных контактов настолько высоко, чтовозникает схватывание (холодная сварка), что ограничивает их использование вподвижных контактах, и при больших ресурсах работы.
Вместе с тем имеют местосведения о том что устойчивые структуры обладающие низким контактнымсопротивлением RК, могут возникать и без специальной термообработкиза счет процессов трения, в результате чего устойчивость такой структуры должнаподдерживаться и восстанавливаться во время эксплуатации. Образование такихструктур замечено не только при трении металла но и неметаллических материаловв том числе фрикционного полимера и «трибометаллокерамики», что даетвозможность в отличии от искусственного достижения неустойчивойсверхпроводимости в исходном состоянии получить ее в реальных условиях, где онаможет сохраняться и восстанавливаться длительное время. Идеальная проводимостьскользящего контакта замечена при образовании на юнивильной поверхностивзаимодействующей с парами ацетона, в результате чего проводимость совмещаласьс износостойкостью т.к. возникающая при этом тонкая плотная пленка фрикционногополимера подавляла диффузию окислителя и защищала поверхность от износа. [4]Аналогичное явление замечено при формировании диэлектрической пленки «трибометаллокерамики»которая неожиданно стала обладать контактным сопротивлением чистого металла.
Заключение
1. Обосновананеобходимость и подтверждена расчётами экономическая выгода от модернизацииустановки, окупаемость 0,3 года.
2. Подтвержденавозможность эффективного применения метода и аппаратуры для непрерывнойавтоматической регистрации скачков Rк выбранных уровней в комбинации с машиной трения, для выявлениеформирования на поверхности трения сверхпроводящих слоёв.
3. Сверхпроводящие слоимогут формироваться при трении не только на основе благородных металлов,обладающих в исходном состоянии нулевым контактным сопротивлением, но и безблагородных металлов на основе структурной самоорганизации высокоактивныхкомпозиций.
4. в случае закреплениярезультата исследований сверхпроводимости в слаботочном контакте, в будущемпоявляется возможность не только создания высоконадёжных контактных устройств,совмещающих противоположные свойства сверхпроводимости и износостойкости, но идостижение сверхпроводимости при комнатной температуре на неблагородныхметаллах, в том числе таких, которые в исходном состоянии являютсядиэлектриками.
5. Искусственные методыполучения сверхпроводимости в в исходном состоянии не могут гарантировать еёустойчивость при длительно эксплуатации, так как, не учитывают естественныхпроцессов самоорганизации, созданные самой природой, формирующей на поверхностиновые структуры со свойствами, отличными от исходных.
Литература
1. Журнал «трениеи смазка в машинах и механизмах» №1 2008г
2. Межвузовскийнаучный сборник «проектирование и техническая диагностика автоматизированныхкомплексов» Саратов 1995г
3. Куранов В.Г. «Фрикционнаянепроводимость слаботочных контактов» Саратов 1986г.
4. Куранов В.ГИсследование природы отказов слаботочных скользящих контактов и разработкаэффективных способов повышения их надёжности и износостойкости: Дис. На соиск.учен. степ. Д-ра техн. Наук. –Киев, КИИГА, 1981.
5. Интернет: http//www.libraries.
6. Интернет: www.ts.ru/korvet.html
7. Интернет: www.windxp.com.ru/Vista/faqvista.htm
8. ГОСТ 12.1.030 –81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.
9. ГОСТ 12.3.019-80ССБТ. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности
10. ГОСТ 12.1.005-88.ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
11. СН 3223‑85.Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах
12. СНиП 2.04.05-91.Отопление, вентиляция и кондиционирование
13. СНиП 2.3-05-95.Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение