Анализ неисправностей и их устранение в анеморумбометре

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

Глава 1. Анеморумбометр прибор для измерения параметров ветра………...4

    1.1. Общие сведения о анеморумбометре М-63М-1……………………....4

       1.2. Датчик скорости и направления  ветра………………………………...7

       1.3. Измерительный пульт…………………………………………………11

       1.4. Блок питания…………………………………………………………...19

Глава 2. Последовательность нахождения неисправностей и способы их устранения……………………………………………………………………….21

         2.1.Метод нахождения неисправностей………………………………….21

         2.2.Способ определения неисправностей………………………………..23

         2.3. Неисправности по прибору и  их устранение……………………….32

 Глава 3. Техника безопасности при монтаже и эксплуатации анеморумбометра М-63М-1…………………………………………………….34

          3.1. Техника безопасности при монтаже………………………………...34

          3.2. Техника безопасности при эксплуатации…………………………..35

          3.3. Техника безопасности при электрических  работах………………..37

Заключение………………………………………………………………………40

Список  источников  литературы……………………………………………….41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     В этой работе будет рассмотрен прибор анеморумбометр М-63М-1, он предназначен для измерения параметров ветра направления и скорости ветра среднею, максимальную и мгновенную. Принцип работы прибора состоит в преобразование параметров ветра в электрические импульсы. Актуальность темы является рассмотреть все его свойства и на чём основан принцип работы, это поможет проанализировать все его неисправности, методы нахождения и способы их устранения. Это поможет избегать погрешностей при измерении параметров ветра и направления ветра, что позволит давать более точные данные разным отраслям.

     Объектом  исследования является дистанционная метеорологическая установка анеморумбометр М-63-М-1

Цель  данной работы: проанализировать возможные неисправности и их устранение, на основе знаний о приборе измеряющем параметры ветра анеморумбометр М-63-М-1.

Для поставленной цели решаются следующие задачи:

- изучение  конструкции и принципа работы  анеморумбометра М-63-М-1

- изучение  методов и способов нахождения неисправностей

- исследование  неисправностей на примере анеморумбометра  М-63-М-1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Анеморумбометр - прибор для измерения параметров ветра 

1.1. Общие сведения  о анеморумбометре  М-63М-1

     Анеморумбометр  М-63М-1 предназначен для дистанционных измерений скорости ветра в пределах 1,5—60 м/с (погрешность измерения ±(0,5+0,05V) м/с, где V — измеренное значение скорости ветра), максимального значения скорости ветра в пределах 3—60 м/с (погрешность измерения не более ±(1,0+0.05V) м/с) средней скорости ветра за десятиминутный интервал в пределах 1—40 м/с (погрешность измерения не более ±(0,5+0,05V) м/с, где V — измеренное значение средней скорости ветра) и направления ветра в пределах 0—360° (погрешность измерения не более ±10°).

      Порог чувствительности прибора по скорости ветра не более 0,6 м/с. Источником питания являются сетевой выпрямитель и батарея аккумуляторов с напряжением 12В, включенных в буферном режиме; от выпрямителя происходит подзаряд аккумуляторов. 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1.1. Анеморумбометр М-63М

     Прибор  М-63М-1 (рис. 1.1) состоит из трех блоков: датчика скорости и направления ветра, измерительного пульта и блока питания. Датчик соединяется с измерительным пультом семижильным кабелем. Датчик и пульт могут быть удалены друг от друга на расстояние до 5 км. Измерительный пульт соединяется с блоком питания небольшим отрезком кабеля (3м). Блок питания подключается к сети переменного тока с помощью шнура  с вилкой.

     Принцип работы прибора состоит в преобразовании скорости и направления ветра в электрические импульсы, по частоте следования и фазовому сдвигу которых определяются   параметры   ветра. Сигналы преобразования частоты   и  фазового  сдвига импульсов    поступают   на электроизмерительные   показывающие приборы.

     Датчики скорости и направления ветра выполнены в виде одного блока. (Чувствительными элементами являются четырехлопастный винт и флюгарка). В качестве промежуточных преобразователей используются три бесконтактных устройства, так называемые импульсаторы, которые преобразуют вращение винта и флюгарки в серии импульсов напряжения.

     Один  из трех импульсаторов   управляется  только вращением вала четырехлопастного винта, при этом частота следования импульсов, вырабатываемых этим импульсатором, соответствует скорости ветра и принимается за опорную серию (ОП).

     Второй  и третий импульсаторы (основной серии  — ОС и сдвинутой серии —  СС) управляются как валом винта, так и флюгаркой. Серия импульсов, вырабатываемых одним из этих импульсаторов, имеет фазовый сдвиг относительно опорной серии, который несет информацию о направлении ветра.

     При нулевом положении флюгарки (ориентированной  на северное направление ветра) импульсы, создаваемые импульсаторами опорной и основной серий, совпадают по фазе. Чем больше угол отклонения флюгарки от нулевого положения, тем больше сдвиг фаз между импульсами опорной и основной серией. С датчика импульсы поступают в измерительный пульт, в котором размещаются оконечные преобразователи и показывающие приборы (рис. 1.2). Средняя скорость ветра определяется как результат счета числа импульсов за 10-минутный интервал времени, которые через масштабный делитель частоты (МДЧ) подаются на счетчик. Время измерения (10 мин) задается часовым механизмом. Текущая (мгновенная) скорость ветра определяется по значению тока на выходе частотомера, пропорциональному частоте вырабатываемых  датчиком (ОС и СС) импульсов. Преобразование частоты в ток производится частотомером, на выходе которого включен миллиамперметр Р1.

     Максимальная  скорость запоминается механическим устройством, фиксирующим наибольшее отклонение стрелки указателя скорости за период измерения.

     Направление ветра определяется по среднему значению тока, пропорциональному величине фазового сдвига между импульсами опорной и основной или опорной и сдвинутой серий.

     Преобразование  фазового сдвига в ток осуществляется фазометром, на выходе которого включен микроамперметр Р2.

               Рис. 1.2. Структурная схема анеморумбометра  М-63М-1 

     1.2. Датчик скорости и направления ветра

     Как было указано ранее, преобразование параметров ветра в электрические величины осуществляется с помощью импульсаторов, состоящих из двух элементов: подвижного и неподвижного. Управление взаимодействием этих элементов осуществляется чувствительными элементами датчика; оно поясняется на (рис. 1.3.)

     В датчике имеется неподвижная  относительно земли стойка 1 с платформой. На платформе жестко закреплены неподвижные элементы импульсаторов опорной 13, основной 5 и сдвинутой 14 серий.

     Подвижный элемент 12 опорного импульсатора установлен на оси 10, связанной с винтом датчика, а подвижный элемент 6 (общий для обоих измерительных импульсаторов — основной и сдвинутой серий) установлен на конической шестерне 7, приводимой в движение шестерней 8. Если подвижный элемент опорного импульсатора может вращаться только от винта 9, то подвижный элемент измерительных импульсаторов может вращаться за счет двух независимых друг от друга движений, управляемых поворотом шестерни 8: во-первых, при вращении винта 9 и, во-вторых, при повороте шестерни 7 при вращении корпуса 2 флюгарки 11 относительно  стойки  1.

     При неподвижном корпусе винт 9 под действием ветра вращает ось 10, расположенную в подшипниках. Вместе с осью винта вращается жестко закрепленная на ней коническая шестерня 8 и подвижный элемент 12 импульсатора опорной серии (ОП). Шестерня 8 вращает шестерню 7 и закрепленный на ней подвижный элемент 6 измерительных импульсаторов. Так как число зубьев шестерен 7 и 8 одинаково, то при отсутствии вращения корпуса 2 относительно стойки 1 угол поворота (скорость вращения) шестерни 7 будет равен углу поворота (скорости вращения) шестерни 8, а следовательно, и углу поворота винта 9.

     В нулевом положении флюгарки, соответствующем  направлению на север, подвижные и неподвижные элементы импульсаторов опорной и основной серий совпадают, т. е. подвижный элемент 12 совпадает с неподвижным элементом 13, а подвижный элемент 6 совпадает с неподвижным элементом 5. В этом случае при вращении вертушки импульсы от импульсаторов ОП и ОС совпадают во времени, т. е. фазовый сдвиг между ними отсутствует.

    Рис. 1.3. Принципиальная кинематическая схема датчика М-63М-1 

     Если  же флюгарка повернется на некоторый  угол от нулевого положения, то шестерня 7 и установленный на ней подвижный элемент 6 импульсатора ОС дополнительно повернутся также на некоторый угол. В этом случае совпадение подвижных и неподвижных элементов опорного и измерительного (ОС или СС) импульсаторов будет происходить с фазовым сдвигом, соответствующим этому углу.

     С целью обеспечения измерения  направления при переходе флюгарки через начало отсчета углов в датчике предусмотрен индикатор положения флюгарки, состоящий из двух магнии-тоуправдяемых контактных групп (3 и 15), неподвижно расположенных в точках 0 и 180°, и обегающего магнита 4, вращающегося  вместе с  флюгаркой.

     В моменты, когда флюгарка занимает положение, близкое к 0 или 180°, происходит замыкание соответствующей контактной группы. В указанных положениях флюгарки в пульте анеморумбометра происходит автоматическое изменение начала отсчета углов: при замыкании группы вблизи 180° отсчет ведется относительно импульсов основной серии, а при замыкании группы, расположенной вблизи 0°, отсчет ведется относительно импульсов сдвинутой серии.

     Последовательности  импульсов имеют одинаковые средние  значения частот, благодаря чему любая последовательность может быть использована для определения мгновенной и средней скорости ветра.

     Для обеспечения работоспособности  и необходимой точности датчика в нем имеются элементы для регулировки, выполняемой в соответствии с заводской инструкцией, приложенной к прибору. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

рис.1.4. Датчик анеморумбометра М-63М-1. 

     1 — четырехлопастный винт; 2, 39 — гайки; 3 — ось винта; 4 — корпус; 5, 15 — радиальные шарикоподшипники; 6 — конические шестерни; 7 — тройник; 8, 46— ферритовые стержни; 9, 19, 25, 37, 47, 50, 51 — винты; 10 — медный колпачок; 12 — флюгарка; 13, 14, 44 — трансформаторы импульсаторов; 16 — пустотелая вертикальная ось; 17 — радиально-упорный шарикоподшипник; 18 — ступица; 20 — трубчатая стойка; 21 — наружная труба; 22 — контактная группа; 23 — плавающий радиальный шарикоподшипник; 24 — гайка регулировочная; 26 — основание; 27 — наконечник; 28 — зажимный винт; 29 — кольцо; 30 — стопорный винт; 31 — болт; 32 — штепсельный разъем; 33 — переходник; 34 — ориентир; 35 — переходная плата; 36 — пробка; 38 — втулка; 40 — монтажная плата; 41 — катушка трансформатора; 42 — обойма; 43 — ферритовый сердечник; 45 — медный диск; 48 — штифт; 49 — магнит. 

     1.3. Измерительный пульт

     Пульт М-63М-1 предназначен для обработки информации о параметрах ветрового потока, поступающей от датчика ветра. В пульт через разъем XI поступают все сигналы, формируемые датчиком. Через разъем Х2 на пульт с блока питания поступает напряжение 12 В постоянного тока для питания схемы пульта и датчика.

     По  функциональным признакам и принципу действия вторичных преобразователей электрическая схема пульта может быть представлена как три канала измерения: средней скорости ветра, мгновенной (текущей) скорости ветра, направления ветра. В приборе имеется также устройство для контроля точности измерительных каналов (схема контроля).

     Канал средней скорости ветра. Средняя скорость ветра определяется как результат счета числа импульсов опорной  серии,  генерируемых датчиком за 10 мин.

     Как следует из функциональной схемы (рис. 1.5.), импульсы опорной серии с датчика по кабелю поступают на вход инвертора, усиливаются и формируются, после чего через масштабный делитель частоты (МДЧ) поступают на вход счетчика (Сч). Счет импульсов происходит в течение периода, когда часовой механизм включен. Время измерения (10 мин) задается часовым механизмом (ЧМ).

                    Рис.1.5..   Функциональная  схема канала   средней  скорости  ветра М-63М-1. 

     Электрическая схема канала средней скорости ветра состоит из:

     а) масштабного делителя частоты (3-ДМ, 4-ДМ)

      б) выходного инвертора на транзисторах 1-V7 и 1-V8, на 
грузкой которых является обмотка счетчика (Сч). Вход этого 
инвертора соединен с выходом последнего триггера 4-D3 масштабного делителя;

     в) каскада установки  коэффициента  деления  на транзисторе 1-V6 с цепью задержки 1-С7, 1-R20

     г) часового   механизма,  обеспечивающего   формирование 10-минутного интервала при измерении средней скорости ветра;

     д) электромеханического счетчика средней  скорости,

     Процесс измерения средней скорости ветра  происходит следующим образом. Поворотом ручки «средняя скорость» включается часовой механизм. При этом контакты микропереключателя S4, управляемые часовым механизмом, замыкаются и подают напряжение минус 12 В на элементы схемы канала сред ней скорости: импульсатор ОП, транзисторные инверторы 1-V3, 1-V6, 1-V7, масштабные делители 3-ДМ и 4-ДМ. Плюс источника питания (12 В) постоянно подключен к общей точке схемы. Напряжение — 12 В от источника питания подается на микропереключатель S4 через разъем Х2 (конт. 6), по проводу 1 на предохранитель F, затем по проводу 2 на кнопку S1, с которой по проводу 3 на контакт 1

     микропереключателя  S4. С контакта 2 микропереключателя S4 напряжение подается:

1. на инвертор 1-V3, через разъем платы 1, диод 1-Д1, резистор 1-R12 на коллектор транзистора 1-V3;
2. на инвертор 1-V6, через разъем платы 1 и резистор 1-R21 на коллектор, а через резистор 1-R19 — на базу 
   транзистора 1-V6;
3. на инвертор 1-V7, по проводу 7, через счетчик, по проводу 18, через разъем платы 1 на коллекторы транзисторов 1-V7 и 1-V8;
4. на масштабный делитель 3-ДМ по проводу 7, через разъем платы 3 и резистор 3-R9;
5. на масштабный  делитель  4-ДМ по  проводу 7,  через разъем платы 4 и резистор 4-R9;
6. на   импульсатор опорной серии   (ОП)   через   разъем платы 1 диод 1-Д2, разъем платы 1, по проводу 6 на разъем XI .

     После подачи питания на вышеперечисленные  элементы начинается счет импульсов масштабным делителем (ДМ).

     Триггеры  построены таким образом, что  переход из одного состояния устойчивого  равновесия в другое осуществляется при подаче на вход импульсов положительной полярности. Счет общего числа импульсов происходит в следующей последовательности. Импульсы отрицательной полярности, вырабатываемые импульсатором опорной серии (ОП) датчика, поступают по кабелю на инверторный каскад 1-V3 по цепи: XI), провод 9, разъем платы 1, через резистор 1-R11 на базу транзистора 1-V3. С инверторного каскада преобразованные импульсы положительной полярности через диод 1-Д10 (схема или, собранная на диодах 1-Д10, 1-Д11), разъем платы 1, провод 14 поступают на совмещенный вход (конденсаторы 3-С1 и 3-С2) триггера 3-D1. Первый пришедший импульс опрокидывает триггер из состояния «0» в состояние «1». При этом на его

     правом  выходе образуется импульс отрицательной полярности, а на левом — импульс положительной полярности. После прихода второго импульса триггер 3-D1 перейдет в исходное состояние «0». При этом на его правом выходе образуется импульс положительной полярности, который вызовет опрокидывание второго триггера. На выходе же второго триггера импульс положительной полярности образуется с приходом на вход первого триггера каждого четвертого импульса. Значит, на выходе шестого триггера 4-D3 масштабного делителя 4-ДМ импульс появится только лишь с приходом на вход первого триггера 64-го импульса.

     Для согласования аэродинамической характеристики винта датчика и принятого масштаба измерения пульт выпускается заводом с коэффициентом деления 54.

     При каждом переходе триггера 4-D3 из состояния «1» в состояние «О» происходит запись единицы в счетчик средней скорости по цепи: левый выход триггера 4-D3 (импульс отрицательной полярности), разъем платы 4, провод 17, разъем платы 1, через резистор 1-R24 на базу транзистора 1-V7. С коллектора транзистора 1-V7 усиленный импульс положительной полярности через разъем платы 1 по проводу 18 поступает на счетчик и на разъем платы 4. Минус к счетчику подается по проводу 1 разъема Х2. Одновременно с импульсом левого выхода триггера 4-D3 импульс с правого его выхода поступает по проводу 20, через конденсатор 1-С7 и диод 1-Д16 на базу транзистора 1-V6. На выходе этого транзистора возникает положительный импульс, устанавливающий в состояние «1» те триггеры делителя, установочные входы которых соединены с одним из диодов З-ДЗ÷З-ДБ. Те триггеры, установочные входы которых соединены с диодами 4-ДЗ÷4-Д5, устанавливаются в состояние «1» импульсом, который подается с коллектора транзистора 1-V7.

     Канал мгновенной (текущей) скорости ветра. Канал мгновенной скорости ветра представляет собой преобразователь частота — ток, на выходе

     которого  определяется значение тока, которое пропорционально частоте входных импульсов, поступающих с датчика.

     Как следует из функциональной схемы (рис. 1.7), импульсы основной серии или сумма импульсов основной и сдвинутой серий поступают с датчика через инверторы на преобразователь частота — ток (ПЧТ). На выходе преобразователя установлен указатель скорости Р.

     В качестве преобразователя частота — ток применен конденсаторный частотомер, основанный на совместном применении емкостных запоминающих элементов и устройств, срабатывающих при достижении заряда на дозирующей емкости некоторого уровня, называемого пороговым. В схеме частотомера имеются две запоминающие емкости — дозирующая (5-С1 и 5-С2) и накопительная (5-С4). При поступлении импульсов с датчика дозирующая емкость заряжается от источника питания. Когда заряд на дозирующей емкости достигнет определенного уровня, который задается пороговым устройством (5-Д9 и 5-Д10), дозирующая емкость разряжается через электронный ключ (5-V3) на накопительную емкость, при этом происходит передача накопленной энергии с дозирующей на накопительную емкость. При поступлении с датчика на схему следующего импульса процесс повторяется. Таким образом, от каждого поступающего импульса накопительная емкость получает с дозирующей емкости заряд, вызывающий на ней увеличение напряжения. Количество приходящих за 1 с импульсов определяется скоростью ветра, поэтому среднее значение напряжения на накопительной емкости, а следовательно, и среднее значение тока, протекающего через измерительный прибор, пропорционально числу перезарядов дозирующей емкости в 1 с, т. е. частоте входных импульсов.

     Максимальная  скорость ветра фиксируется специальной стрелкой, которую перемещает стрелка мгновенной скорости измерительного прибора Р2. При перемещении стрелки мгновенной скорости в направлении увеличения скорости ветра ее поводок увлекает за собой стрелку максимальной скорости, при этом их указатели все время совмещены. При

     уменьшении  скорости ветра поводок стрелки мгновенной скорости отходит, а стрелка максимальной скорости остается на месте, удерживаемая силой трения. Таким образом, эта стрелка остается зафиксированной до тех пор, пока с помощью механизма сброса она не будет отведена влево до упора или мгновенная скорость не превысит предыдущего значения максимальной скорости. 

     Рис. 1.6. Схема механизма «сброса» стрелки максимальной скорости 

     На (рис. 1.6.) приведена схема механизма «сброса» стрелки максимальной скорости. Механизм состоит из поворотной оси 1 и пружинного стержня 2, закрепленного на оси 1 зажимом 4. На оси закреплена ручка 6, выведенная на лицевую панель. Пружинный стержень перемещается между двумя ограничителями 3 и в правое крайнее положение (со стороны лицевой панели) отводится пружиной 5.

     При повороте ручки 6 против часовой стрелки пружинный стержень ведет стрелку максимальной скорости до ее встречи с поводком стрелки мгновенной скорости. Стрелка мгновенной скорости имеет вертикально расположенный поводок (на рисунке не показан), с помощью которого она и устанавливает стрелку максимальной скорости ветра.

     Канал направления ветра. Направление ветра определяется по среднему значению тока, пропорциональному величине фазового сдвига между импульсами опорной серии и импульсами основной или сдвинутой серии.

     Как показано на функциональной схеме (рис. 1.7.), импульсы опорной серии (ОП) с датчика поступают на вход R триггера, а импульсы основной (ОС) или сдвинутой серии (СС) через переключатель серии (ПС), управляемый указателем положения (УП) (находится в датчике), поступают на вход 5 триггера. 

Рис. 1.7. Функциональная схема канала направления  ветра М-63М-1. 

     На  выходе триггера формируются импульсы напряжения, скважность которых пропорциональна величине сдвига. Когда от датчика на вход R триггера приходит импульс опорной серии, триггер переходит из одного состояния устойчивого равновесия в другое (например, из состояния «О» в состояние «1»). В результате этого на выходе триггера формируется выходной импульс. С приходом измерительного импульса (ОС или СС) формируется задний фронт этого же импульса. Таким образом, длительность образовавшегося интервала между импульсами определяется временным сдвигом импульсов опорной и измерительной серий, т. е. чем больше угол отклонения флюгарки от нулевого положения, тем больше временной сдвиг между импульсами опорной и измерительной серий, а значит, больше длительность выходного импульса триггера.

     В определении среднего значения направления  ветра принимают участие не единичные, а серии импульсов. Поэтому на выходе триггера образуется периодическая последовательность импульсов, имеющая в зависимости от изменения направления ветра различный период и длительность. Таким образом, скважность выходных импульсов триггера определяется направлением ветра. Импульсы напряжения триггера поступают на выходной инвертор, где они нормируются (стабилизируются по амплитуде) и поступают на вход 5. Интегратор формирует выходное напряжение, значение которого пропорционально длительности выходного импульса. Так как постоянная времени интегратора значительно больше возможной длительности импульса, то за время паузы между входными импульсами переходные процессы, связанные с перезарядом элементов интегратора, заканчиваются. Наличие интегратора позволяет произвести осреднение выходного напряжения, облегчающее визуальный отсчет показаний по указателю Р. Таким образом, среднее значение тока на выходе преобразователя пропорционально отношению периода к длительности импульса (Т/Т_и) и определяет направление ветра, отсчитанное от 0° при использовании основной серии либо от 180° при использовании сдвинутой серии импульсов.

     Если  в процессе измерения флюгарка окажется вблизи 180°, то на выход индикатора положения подается такое напряжение, при котором напряжение на базе транзистора 2-V4 по отношению к эмиттеру станет равным нулю, вследствие чего транзистор 2-V4 запрется. Обмотка реле обесточится, и произойдет переключение контактов в исходное положение, указанное на схеме. В результате этого на левый вход триггера через замкнутые контакты 4, 6 будут поступать импульсы основной серии, а через контакты 7, 9 будет подано напряжение питания на красную индикаторную лампочку Н2, свечение которой указывает на то, что отсчет направления должен производиться по верхней шкале (0—360°) микроамперметра PL

     Такое состояние автоматического переключателя  будет сохраняться до момента, пока флюгарка снова не окажется вблизи 0°.

1.4. Блок питания

     Для обеспечения нормальной и бесперебойной  работы прибора блок питания может работать в трех режимах: от сети переменного тока напряжением 127 или 220В с частотой 50Гц от аккумуляторов с напряжением 12В без подзаряда и от аккумуляторов в режиме их непрерывного подзаряда от сети m переменного тока. Питание только от аккумуляторов осуществляется в течение нескольких суток (3—5), когда отсутствует возможность их подзарядки.