Средства учета количества электричества и электрической энергии (стр. 13 из 17)
Рисунок 4.1 – Устройство дозирования количества электричества.
Поскольку погрешность, вносимая квантователем по вольт-секундной площади была посчитана ранее (см. раздел 4.1), то для определения погрешности дозирования количества электричества в целом нам необходимо рассчитать лишь погрешности, вносимые дифференциальным усилителем, так как прочие элементы схемы дозатора (счетчик импульсов, блок индикации, блок задания дозы и т.д.) не вносят погрешности. Погрешность блока сравнения определяется временем задержки срабатывания этого устройства. Это время весьма незначительно (примерно 10 нс). За столь короткий промежуток времени в электрохимическую установку поступит очень незначительное количество электричества. В связи с этим погрешностью, вносимой этим устройством, можно пренебречь.
Найдем сначала мультипликативные погрешности дифференциального усилителя. Определим погрешность некомпенсации
dнк=100/(1+К0b)=100/(1+70000*0,0909)=0,016% (4.37),
где b=1/(1+R2/R1)=1/(1+10)=0,0909 – коэффициент обратной связи усилителя.
Погрешность от синфазного сигнала
dсс=10-mcc/20100=10-70/20100=0,0316% (4.38)
Погрешность, возникающая вследствие неточности используемых резисторов. В качестве резистора R1=1 кОм выбираем С2-29В с допуском по сопротивлению 0,05% и ТКС=5*10-6 1/ºC. В качестве резистора R2=10 кОм также выбираем С2-29В с допуском по сопротивлению 0,05% и ТКС=5*10-6 1/ºC. Тогда
δR=δR1+δR2+(ТКСR1+ТКСR2)ΔT*100%=0,05+0,05+(5*10-6+5*10-6)5*100%=0,105% (4.39)
Суммарная мультипликативная погрешность дифференциального усилителя равна
δмулт=δнк+δсс+ δR=0,016+0,0316+0,105=0,1526% (4.40)
Остальные неидеальности дифференциального усилителя устраняются применением цепей коррекции.
Таким образом результирующая погрешность дифференциального усилителя равна мультипликативной погрешности δдиф.ус=0,1526%.
Для того чтобы определить итоговую погрешность устройства дозирования количества электричества просуммируем погрешности дифференциального усилителя и квантователя по вольт-секундной площади
δдоз.КЭ=δквант+δдиф.ус=0,35387+0,1526=0,50647% (4.41)
4.3Определение погрешности устройства дозирования электрической энергии
Рисунок 4.2 – Устройство дозирования электрической энергии.
В данном устройстве помимо квантователя погрешность вносит импульсное перемножающее устройство. Однако применяемые умножители обеспечивают превосходную статическую точность, достигающую 0,02%. Однако их полоса рабочих частот составляет всего несколько сотен Гц. В рассматриваемом умножителе один из входных сигналов изменяет длительность импульсов в последовательности, а второй – их амплитуду. После этого импульсная последовательность поступает на ФНЧ, частота среза которого намного ниже тактовой. Этот способ является радикальным с точки зрения решения всех проблем, связанных с перемножением аналоговых сигналов. Дешевизна и высокое качество многих современных микросхем ЦАП и АЦП делают его вполне доступным.
Таким образом, поскольку прочие элементы устройства дозирования электрической энергии не вносят погрешностей, то итоговая погрешность рассматриваемого устройства будет определяться суммой погрешностей квантователя по вольт-секундной площади и импульсного перемножающего устройства. Вычислим ее
δдоз.ЭЭ=δквант+δмнож=0,35387+0,02=0,37583% (4.42)
Диапазон измерения электрической энергии определяется диапазоном изменения номинальных (максимальных) токов и напряжений. Для энергии, потребляемой различными электротехническими устройствами, нижний предел диапазона измерения тока равен примерно 10-9 А, а напряжения 10-6 В. Верхний предел диапазона измерения тока равен 104 А, а напряжения – 106 В. Допускаемая погрешность измерения энергии должна находится в пределах ±(0,1-2,5)%.
4.4 Зависимость погрешности дозирования от состава технических средств комплексов дозирования
Поскольку в электротехнические комплексы дозирования помимо рассмотренных выше устройств цифрового дозирования количества электричества и электрической энергии входят также устройства коммутации и датчики тока и напряжения, то необходимо заметить, что погрешность дозирования в целом будет в значительной мере определяться погрешностями указанных устройств. Так как погрешность самих дозаторов невелика, следует уделить особое внимание выбору устройств коммутации и датчиков для того или иного электротехнического комплекса. Погрешность этих устройств не должна намного превышать значения погрешностей самих дозаторов.
Измерения токов и напряжений всегда сопровождаются погрешностью, обусловленной сопротивлением используемого средства измерения. Включение в исследуемую цепь средства измерения искажает режим этой цепи.
Из средств измерений, используемых для измерения токов и напряжений, наименьшим потреблением мощности из цепи измерений обладают компенсаторы (потенциометры), электронные и цифровые приборы.
При исследованиях приходится измерять постоянные токи в мощных энергетических установках, на предприятиях цветной металлургии, химической промышленности – токи, достигающие сотен килоампер. Для измерения токов и напряжений в таком широком диапазоне отечественной промышленностью выпускаются различные средства измерений.
Измерения больших токов и напряжений имеют свои особенности и трудности. Например, при измерении больших постоянных токов с использованием шунтов на шунтах рассеивается большая мощность, приводящая к значительному нагреву шунтов и появлению дополнительных погрешностей. Для уменьшения рассеиваемой мощности и устранения перегрева необходимо увеличивать габариты шунтов или применять специальные дополнительные меры по искусственному охлаждению. В результате шунты получаются дорогими и громоздкими. При измерении больших токов очень важно следить за качеством контактных соединений. О которым протекает ток. Плохое качество контактного соединения может не только исказить режим цепи, и, следовательно, результат измерений, но и привести к обгоранию контакта за счет большой мощности, рассеиваемой на контактном сопротивлении. При измерении больших токов могут возникать дополнительные погрешности от влияния на средства измерений сильного магнитного поля, создаваемого вокруг шин протекающим током. При измерении больших токов возникают погрешности, обусловленные спецификой этих измерений.
Из рабочих средств измерений постоянных токов и напряжений наименьшую погрешность измерений дают компенсаторы постоянного тока. Постоянные токи измеряют с помощью компенсаторов косвенно с использованием катушек электрического сопротивления. При использовании катушек электрического сопротивления типа Р324 класса точности 0,002 и компенсатора типа Р332 можно измерять токи с погрешностью не более 0,0025%. Компенсаторы используют при точных измерениях постоянных токов, ЭДС и напряжений и для проверки менее точных средств измерений. Измерения больших токов осуществляют, как правило, магнитоэлектрическими килоамперметрами с использованием наружных шунтов, а весьма больших токов – с использованием трансформаторов постоянного тока.
5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
5.1 Трудовые затраты на этапах проектирования
Таблица 5.1.
| Содержание работ | Трудоемкость | Исполнитель | |
| чел/час. | чел/мес. | ||
| 1. Эскизное проектирование:а) Подбор и изучение литературы | 9.84 | 0.056 | Инженер-конструктор 2 категории. |
| б) Разработка и составление принципиальной схемы | 41.82 | 0.24 | Инженер-конструктор 1 категории. |
| в) Проведение основных расчетов | 26.6 | 0.153 | Инженер-конструктор 1 категории. |
| итого (эскизное проектирование) | 78.26 | 0.449 | |
| 2.Техническоепроектирование:а) Уточнение схемы и расчетов | 10.3 | 0.059 | Инженер-конструктор 2 категории. |
| б) Выполнение чертежей | 53.2 | 0.306 | Инженер-конструктор 3 категории. |
| в) Расчет погрешностей | 24.3 | 0.139 | Инженер-конструктор 3 категории. |
| итого (техническое пр-ние.) | 87.8 | 0.504 | |
| итого (общее проектирование) | 166.06 | 0.953 | |
5.2 Расчет стоимости материалов, необходимых для изготовления устройства дозирования электрической энергии
Таблица 5.2.
| Наименование компонентов | Шт. | Цена за единицу, руб/шт. | Общая стоимость, руб. |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Резистор C2-29В 10 кОм±0,05% | 6 | 0,2 | 1,2 |
| Резистор C2-29В 5,1кОм±0,05% | 1 | 0,2 | |
| Резистор C2-29В 2,2 кОм±0,05% | 1 | 0,2 | |
| Конденсатор К51 1мкФ10В±0,05% | 1 | 0,3 | 0,3 |
| Диод КД522А | 1 | 1,5 | 1,5 |
| Стабилитрон КС170А | 1 | 2,9 | 2,9 |
| Семисегментный индикатор АЛС314А | 1 | 3 | 3 |
| Микросхема К544УД2 | 2 | 86,4 | 172,8 |
| Микросхема КР590КН4 | 1 | 19 | 19 |
| Микросхема К574УД3 | 1 | 79 | 79 |
| Микросхема К140УД17 | 1 | 28 | 28 |
| Счетчик импульсов74HC160N | 1 | 14,3 | 14,3 |
| Устройство сравнения 74HC85D | 1 | 6,03 | 6,03 |
| Умножитель импульсов 40194B | 1 | 9,25 | 9,25 |
| ИТОГО | 337,68 | ||
5.3 Расчет основной заработной платы служащих на этапе проектирования