Схемы исследования потенциометрических датчиков

Контрольные вопросы:

 

1. Каково назначение потенциометрических датчиков?

2. Какие параметры позволяют контролировать эти датчики?

3. К каким датчикам по принципу действия относятся потенциометрические датчики и почему?

4. В чем особенность двухтактной схемы включения датчика?

5. Объяснить смысл названия одно- и двухтактной схемы.

6. Что означает для датчика «реверсивная схема включения»?

7. У каких датчиков возникает ступенчатость характеристики и как от нее избавиться?

8. Чем отличаются линейные и нелинейные датчики?

9. Можно ли с помощью линейного датчика получить функцию cos x?

10. Из какого материала изготавливают намотку потенциометрических датчиков и почему?

 

Лабораторная работа 2: Исследование дифференциального трансформаторного датчика ДТД.

 

Цель: - Закрепить теоретические знания по принципу действия ДТД и снять его статическую характеристику;

- По характеристике сделать вывод об особенностях исследуемого датчика.

 

Используемые приборы:

1. Блок питания с переменным выходным напряжением 36В.

2. Дифференциальный трансформаторный датчик.

3. Тестер Ц4341.

4. Клеммные провода – 4 шт.

Теоретическая часть:

Дифференциальные трансформаторные датчики, благодаря своим ценным качествам, получили большое распространение для измерения неэлектрических величин. К числу положительных качеств этих датчиков следует отнести:

1) высокую чувствительность, которая обеспечивается за счет возможного выполнения вторичной обмотки датчика с большим числом витков;

2) возможность измерения весьма малых перемещений. Это объясняется тем, что датчик имеет высокое выходное сопротивление, которое хорошо согласуется с входным сопротивлением электронного усилителя;

3) значительный линейный участок характеристики.

ДТД представляет собой два совмещенных трансформатора с общим подвижным якорем. Различают несколько конструктивных форм дифференциально-трансформаторных датчиков, которые отличаются друг от друга магнитной системой: плоские ДТД с магнитопроводом плоской формы и цилиндрические ДТД, у которых магнитопровод имеет круглое сечение.

В данной лабораторной работе будет исследоваться цилиндрический ДТД с сосредоточенной первичной обмоткой. В этом датчике на общем изоляционном каркасе расположены три катушки: первичная Wв и две вторичные. Обе вторичные катушки имеют строго одинаковое количество витков и выполняются проводом одного диаметра. Внутри катушек перемещается якорь цилиндрической формы (плунжер), на который воздействует контролируемая величина Х. Снаружи катушки охватываются круглым магнитопроводом из листовой электротехнической стали.

При нейтральном расположении якоря наведенные в обмотках э.д.с. будут равны (Е1=Е2), а выходное значение э.д.с. равно нулю (Е=0). При смещении якоря вверх или вниз от нейтрального положения на величину Х нарушается равенство э.д.с. (так как магнитный поток в одной катушке увеличивается, а в другой уменьшается) и результирующая э.д.с., равная разности э.д.с. в катушках, приобретает некоторое значение (при встречном включении вторичных катушек). Величина этой э.д.с. будет зависеть от величины смещения якоря, а фаза - от направления перемещения якоря.

 

~

 

Рис.3. Схема исследования ДТД

 

Порядок выполнения работы:

1.Подключить блок питания к гнездам а-б исследуемого датчика.

2.Гнезда в-г соединить с гнездами тестера.

3.Установить на тестере предел измерения переменного напряжения 30В.

4.Якорь датчика установить в положение 0, для чего совместить отметку 0 на неподвижной шкале и подвижной части датчика.

5.Включить тумблер «Сеть» на блоке питания.

6.Зафиксировать показания тестера и занести их в таблицу.

7.Перемещая подвижную часть датчика против часовой стрелки, через каждые 5 делений на неподвижной шкале измерять выходное напряжение датчика и заносить его в таблицу.

Таблица.

Х, мм					15,2
U Вых, В

8. Выключить тумблер «Сеть».

9.По данным таблицы построить график зависимости U вых= f (Х).

10. По полученной характеристике сделать вывод о работе датчика.

 

Контрольные вопросы:

1. Объяснить название исследуемого датчика.

2. На чем основан его принцип действия?

3. Объяснить устройство и работу датчика по его схеме включения.

4. Как называется полученная характеристика датчика?

5. О каких свойствах датчика можно судить по его характеристике?

6. Объяснить особенности полученной характеристики исследуемого датчика.

7. Что такое чувствительность датчика?

8. Можно ли чувствительность датчика определить во время лабораторной работы?

9. Чем отличается реверсивная схема включения датчика от нереверсивной?

10. Что такое инерционность датчика и можно ли ее определить во время лабораторной работы?

Лабораторная работа 3: Исследование фото и термодатчиков.

 

Цель работы: Закрепить теоретические знания по принципу действия генераторных датчиков и снять статические характеристики фото и термодатчиков.

 

 

Используемые приборы:

 

1. Комбинированный прибор М 92А—2 шт.

2. Магнитоэлектрический вольтметр М4213 с температурной шкалой.

3. Термопара ТХК.

4. Фотодиод ФД265А.

5. Двойные провода—2 шт.

6. Одинарные провода—4 шт.

 

 

Теоретическая часть:

 

Принцип действия фотодатчика основан на использовании внешнего фотоэффекта, который заключается в том, что под действием светового потока с поверхности некоторых металлов может происходить выбивание потока электронов. Причем поток этих электронов будет тем больше, чем сильнее будет освещение фотодатчика. Величину электронного потока можно замерить электрическим прибором, который можно сразу проградуировать в единицах освещенности, но для этого необходимо знать статическую характеристику фотодатчика. Эту характеристику определяют экспериментальным путем.

 

Принцип действия термодатчика основан на использовании термоэффекта, который заключается в том, что если два проводника разной проводимости спаять с одной стороны, то получится термопара. Если затем спаянные и свободные концы этой термопары поместить в среды с разными температурами, то на свободных ее концах образуется термоэдс. Величина этой эдс будет пропорциональна разности температур свободных и спаянных концов. Эту эдс можно измерить электрическим вольтметром. Если шкалу вольтметра проградуировать в градусах, то вольтметр может стать «термометром».

 

 

 

Рис. 4. Схема исследования фотодатчика

 

Рис. 5. Схема исследования термодатчика

Порядок выполнения работы:

 

Исследование фотодатчика.

1.1.Ознакомиться с блоком 1, сектором А2.

1.2.К резистору Rр, размещенному на стенде, подключить постоянное напряжение 20В.

1.3.Регулируемое напряжение, снимаемое с Rр (гнезда 3-4), двойным проводом подключить к гнездам Х1-Х2 осветительной лампы (блок 1, А2).

1.4.К этим же гнездам Х1-Х2 подключить прибор М92А на пределе измерения 20В—для контроля напряжения освещения.

1.5.К гнездам Х3-Х4 фотодиода подключить второй прибор М92А на пределе измерения 2В—для измерения фотоэдс.

1.6.Включить тумблер «Сеть».

1.7.Перемещая ручку Хмм, менять освещенность лампы HL1(что можно визуально наблюдать в окошечке).

1.8.Через каждые 2В напряжения освещения определять величину фотоэдс. Результаты занести в таблицу 1.

 

Таблица 1.

U осв. В 0 2 4 ……….. 18

Еф В

 

1.9.Выключить тумблер «Сеть» и разобрать схему.

1.10.По данным таблицы построить характеристику фотодатчика

Еф= f(Uосв).

 

Исследование термодатчика.

2.1.Ознакомиться с блоком 1, сектором А3.

2.2.К гнездам Х1-Х2 нагревательного элемента подключить переменное напряжение 24В.

2.3.К гнездам Х3-Х4 термопары двойным проводом выполнить параллельное подключение прибора М92А (на пределе измерения 200мВ) и магнитоэлектрического вольтметра (с температурной шкалой 0-600°С).

Следить за полярностью!

2.4.Сделать заготовку для таблицы результатов—нагрев происходит очень быстро.

 

Таблица 2.

Т °С 0 20 40 300

Ет мВ

 

2.5.Включить тумблер «Сеть»

2.6.Наблюдая по магнитоэлектрическому «термометру» за повышением температуры, фиксировать по цифровому прибору значения термоэдс через каждые 20°.

2.7.Результаты измерений занести в таблицу 2.

2.8.Выключить тумблер «Сеть» и разобрать схему.

2.9.По данным таблицы 2 построить градуировочную характеристику термопары: Ет=f(Т).

2.10.Ответить на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы:

1.Каково назначение датчиков?

2.Для чего можно использовать фото и термодатчики?

3.Есть ли что-то общее между этими датчиками?

4.К каким датчикам по принципу действия относятся фото и термодатчики?

5.Чем отличаются исследуемые датчики от потенциометрических датчиков?

6.Что такое чувствительность датчика?

7.Каким образом ее можно определить во время лабораторной работы?

8.В чем отличие применения градусника и термодатчика?

9.Что такое статическая характеристика датчика?

10.Для чего необходимо знать статическую характеристику датчиков?

 

 

Лабораторная работа 4: Исследование сельсинов.

 

Цель работы: -Закрепить теоретические знания по принципу действия сельсинов и снять характеристики основных режимов работы сельсинов;

- Сделать вывод об особенностях каждого режима работы сельсинов.

 

Используемые приборы:

1. Сельсины БД 1404 НА.

2. Линии связи.

3. Комбинированный прибор М92.

4. Провода: одинарные- 10шт; двойные- 2шт.

 

 

Теоретическая часть:

Сельсинные датчики - применяются для измерения угла рассогласования двух осей.

Сельсин по конструкции напоминает трехфазный синхронный генератор. На роторе у него располагается однофазная обмотка с контактными кольцами и щетками, а на статоре -трехфазная, либо наоборот. Есть также бесконтактные сельсины, у которых обе обмотки располагаются на статоре, а магнитопровод ротора имеет специальную конструкцию.

Если роторы обоих сельсинов подключить параллельно к общему источнику питания, а статорные обмотки соединить, то получится индикаторный режим работы сельсинов (рис. 1). Он применяется для дистанционной передачи угловых перемещений. Сельсин, у которого ось ротора механически связана с вращением контролируемого вала, называется сельсином-датчиком (СД). А второй -- сельсин- приемником СП, и если на его ось поместить индикаторную стрелку, то можно контролировать передаваемый угол. Если углы поворота роторов СД и СП одинаковы- то это положение будет согласованным. Тогда ЭДС в одноименных статорных обмотках будут одинаковыми, токи в линиях связи протекать не будут и ротор СП будет неподвижен. А если ротор СД повернуть на какой- либо другой угол, то на концах линий связи образуется разность потенциалов и тогда по линиям связи и статорным обмоткам будут протекать уравнительные токи. Под действием этих токов в статорах СД и СП будут действовать магнитные потоки Ф_рез- результирующие трех потоков_. А при взаимодействии Ф_рез и Ф_в в СП образуется вращающий момент, который повернет его ротор на угол, равный заданному, при этом сельсины снова вернутся в согласованное состояние. Этот вращающий момент называют моментом синхронизации, его появление заставляет сельсины самосинхронизироваться.

Схема включения сельсинов в трансформаторном режиме показана на рис2. Однофазная обмотка СД подключается к сети переменного тока. Другой сельсин называется сельсином- трансформатором (СТ). С его однофазной обмотки снимается выходное напряжение. Под действием напряжения сети однофазной обмотки СД создается ток i, который наводится в витках трехфазной обмотки электродвижущие силы e₁, e_2, e_3.

Эти ЭДС наводят токи i_1, i_2, i₃ в фазах системы, которые создают в СТ магнитный поток Ф. Если ось однофазной обмотки СТ перпендикулярна магнитному потоку Ф, то потокосцепление с этой обмоткой равно нулю, ЭДС в ней не наводится и U_вых.= 0.

Положение роторов сельсинов, при котором U_вых.= 0, называется согласованным.

При повороте ротора СД от согласованного положения на угол 0 изменяется взаимная индуктивность между одно- и трехфазной обмотками СД, изменяются амплитуды электродвижущих сил e₁, e_2, e₃ и амплитуды токов i_1, i_2, i_3, что приводит к повороту потока СТ.

Возникает потокосцепление с витками однофазной обмотки СТ, в ней наводится ЭДС, за счет которой появляется выходное напряжение с частотой питающей сети и с амплитудой U_вых.=U_макс sin θ, где U_макс- максимальная амплитуда выходного напряжения; θ - угол рассогласования.

При повороте ротора СД в другую сторону от согласованного положения угол Θ будет

отрицательным. При этом фаза U_вых изменится на 180⁰. Таким образом, по амплитуде выходного напряжения можно определить величину Θ,а по фазе- знак угла Θ.

 

 

Порядок выполнения работы: