Отчет по лабораторной работе: «Датчики систем управления технологическими процессами».

Отчет по лабораторной работе: «Датчики систем управления технологическими процессами».

 

Выполнил студент

 группы ОТ-31:

Кайсин А.Э.

 

 

Преподаватель:

Садовников В. А.

 

Киров 2011

Цель работы:

1) Изучить конструкции, устройство и принцип работы датчиков;

2) Снять и построить статистические характеристики датчиков;

3) Определить рабочую зону датчиков.

Краткие теоретические сведения.

Датчик – это устройство, воспринимающее действие извне и преобразующее это действие в электрический сигнал.

При автоматизации контроля на датчик чаще оказывает воздействие механическое движение. В этих случаях датчик – устройство для преобразования механического перемещения в электрический сигнал.

В лабораторной работе исследуются индуктивный и электроконтактный датчики, относящиеся, согласно классификации, к датчикам по виду преобразования сигнала, а также генераторные датчики – фотоимульсионный и сельсин.

Характер преобразования датчика называется зависимость выходной величины от изменения входной.

Чувствительностью датчика есть отношение приращения выходной величины. Применительно к индуктивному датчику, чуствительность датчика определяется:

S =

Где:

 – приращение напряжения, измеряемого на входе датчика;

 – приращение воздушного зазора

Устройство, назначение и принцип работы узла датчиков сельсинов БА-155А.

В системах ЧПУ металлорежущими станками в качестве датчиков обратной связи по положению или датчиков угла поворота принимаются сельсины, например типа БА-155А.

Сельсин представляет собой индукционную электрическую машину высокой точности. Конструктивно сельсин состоит из неподвижной части – статора вращающейся части – ротора. На статоре, как правило, расположены 3 первичные обмотки, оси которых сдвинуты на 120° относительно друг друга. Эти обмотки называются первичными трансформаторными обмотками.

На роторе расположена вторичная однофазная обмотка.

В следящих системах автоматического управления сельсины работают в паре: сельсин-датчик и сельсин-приемник.

Основные технические характеристики сельсина БА-155А.

Напряжение питания	В	100±5
Частота питания	Гц	400±20
Потребляемая мощность	Вт	4
Погрешность следования в трансформаторном режиме	Не более	±5’÷±30’
Гарантийная наработка на отказ	час	6000

 

Принципиальная электрическая схема сельсина.

                                               C1 C2 C3  P1 P2

Результаты измерений.

δ, см	-3	-2,5	-2	-1,5	-1	-0,5	0	0,5	1	1,5	2
U1	1,7	1,95	1,9	1,7	1,2	0,5	0,9	0,8	1,5	1,8	1,9

Статистическая характеристика индуктивного датчика.

Датчики углового положения.

Датчики углового положения создают управляющий сигнал в зависимости от углового положения или угла рассогласования между рабочими органами.

 

Потенциометрический датчик.

Потенциометрический датчик состоит из потенциометров П1 и П2, которые подключены параллельно к общему источнику питания U п.

Подвижные контакты потенциометров К1 и К2 соответственно соединены механически с задающим (ЗРО) и исполнительным (ИРО) рабочими органами.

Напряжение, снимаемое с подвижных контактов потенциометров, является напряжением сигнала U_c.

При согласованном положении рабочих органов (подвижные контакты находятся в одинаковом положении), когда α≠β, напряжение сигнала равно нулю. При рассогласованном положении, когда α≠β, сигнал датчика на выходе не равен нулю, т.е. U_c ≠ 0. Причем сигнал будет пропорционален углу рассогласования т. е. U_c = α – β, а знак сигнала Определяет направление рассогласования (U_{c ≠} 0 означает, что U_c > 0 или U_c <0 т. е. сигнал соответственно положительный или отрицательный).

Сельсины.

Сельсины представляют собой трансформаторы с воздушным зазором, у которых при вращении ротора происходит плавное изменение величины ЭДС, наведённое в обмотке ротора. Обычно сельсины работают в паре: сельсин, связанный с ведомым валом, называют сельсином-приемником, а сельсин, связанный с ведущим валом, - сельсином-датчиком.

Однофазная обмотка сельсина расположена на статоре, а трёхфазная — на роторе. Трехфазная обмотка состоит из трех катушек, сдвинутых относительно друг друга на 120°. Они уложены в пазы ротора и соединены в звезду. Концы фазовых (C1, C2, СЗ) обмоток выведены на три контактных кольца, расположенных на валу ротора.

 

Датчики скорости.

Датчики скорости создают управлявшие сигналы в зависимости от скорости.

Тахогенераторы.

Тахогенераторы служат для изменения частоты вращения. В зависимости от рода тока различают тахогенераторы постоянного и переменного тока. Тахогенераторы постоянного тока разделяют по способу возбуждения на тахогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов и с электромагнитным возбуждением. Те и другие представляют малогабаритную машину постоянного тока. Напряжение на зажимах якоря пропорционально частоте вращения вала якоря, т. е. E = U _я = к_еФω, где Е - ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря; Ф - поток возбуждения; к_е - конструктивный коэффициент машины.

По принципу действия тахогенераторы переменного тока делят на синхронные и асинхронные. Конструкция асинхронного тахогенератора подобна конструкции двухфазного асинхронного двигателя. Тахогенератор имеет две обмотки: обмотку возбуждения(ОВ) и выходную обмотку. При вращении ротора в выходной обмотки наводится ЭДС, пропорциональная частоте вращения.

                          

                                       

 

 

Силовые датчики.

Силовые датчики обеспечивают создание управляющих сигналов в зависимости от сил, создаваемых в рабочих органах.

Пьезометрические датчики. Пьезометрические датчики для измерения сил представляют собой кварцевую пластину 1. С двух сторон на неё напылены или приклеены токопроводящим клеем электроды 2, с которых снимается выходное напряжение.

Два электрода и кварцевый диэлектрик образуют конденсатор, на электродах которого присутствуют электрические заряды, возникающие вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта при сжатии кварцевой пластины силой Р.

 

 

Электрический заряд пропорционален сжимающей силе P:Q=αP, где α - коэффициент пропорциональности, называемый пьезомодулем. Под действием изменяющейся силы Р на электродах датчика появляется выходное напряжение

 

где С_д - емкость датчика; С_м - монтажная ёмкость. Выходное напряжение датчиков изменяется от единиц милливольт до единиц вольт.

Вывод по работе: В ходе работы изучил конструкции, устройство и принцип работы датчиков; сняли и построили статистические характеристики и определили рабочую зону.

Компетенции:

Основные понятия о датчиках.

№	Название термина	Определение	Изучение
			До УТС	Раздел	После УТС
1	Датчик	термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал
2	Сигнал	изменение некоторой физической величины, служащее для регистрации события.
3	Электрический дискретный сигнал	это сигнал, характеризующийся состоянием: 1 – указывающий наличие сигнала и 0 – указывающий на отсутствие сигнала
4	Чувствительность датчиков	Отношение приращения выходной величины к входной
5	Порог чувствительности датчиков	Это наименьшее значение выходной величины, которая вызывает появление сигнала
6	Инертность датчика	Это время, в течении которого выходная величина принимает значение соответствующее входной величине
7	Характеристика преобразования датчика	Это зависимость между электрическим параметром и параметром датчика измеряемой неэлектрической величиной
8	Параметрический датчик	Это устройство, которое преобразует управляемую величину в параметр электрической цепи
9	Генераторный датчик	Это устройство, которое преобразует неэлектрическую энергию входного сигнала, пропорционально значению выходного сигнала
10	Ёмкостной датчик	Это измерительный преобразователь в виде электрического конденсатора, ёмкость которого измеряется пропорционально значению выходного сигнала
11	Индуктивный датчик	Это устройство, которое преобразует угловое или линейное перемещение в электрический сигнал
12	Фотоэлектрический датчик	Это устройство, которое преобразует в электрический сигнал различные неэлектрические величины
13	Датчик пути и положения	Это устройство, предназначенное для создания управляющего сигнала в зависимости от пройденного пути или положения рабочих органов управляемого объекта
14	Датчик углового положения	Это устройство, предназначенное для создания управляющего сигнала в зависимости от углового положения и угла рассогласования между рабочими органами.
15	Датчик скорости	Это устройство, предназначенное для создания управляемого сигнала в зависимости от скорости вращения рабочих органов
16	Силовой датчик	Это устройство, предназначенное для создания управляющего сигнала в зависимости от сил создаваемых в рабочих органах
17	Сельсин	Это индукционная машина высокой точности, используемая в качестве датчиков в обратной связи по положению.

 

Отчет по лабораторной работе: «Датчики систем управления технологическими процессами».

 

Выполнил студент

 группы ОТ-31:

Кайсин А.Э.

 

 

Преподаватель:

Садовников В. А.

 

Киров 2011

Цель работы:

1) Изучить конструкции, устройство и принцип работы датчиков;

2) Снять и построить статистические характеристики датчиков;

3) Определить рабочую зону датчиков.