лаб_Датчики_мех_величин
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Научно-производственное предприятие «УчТех-Профи»
ДАТЧИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Методические указания
к проведению лабораторных работ
Челябинск
2012
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтяной и газовой промышленности» дневного (АГ) и заочного (АГз) отделений, а также специальностей 220200 «Автоматизация и управление» и 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтяной и газовой промышленности» (БАГ) дневного отделения.
В учебно-методическом пособии даны рекомендации по выполнению и требования к оформлению и защите лабораторных работ по курсам «Средства получения информации» и «Измерительные преобразователи».
|
Содержание |
|
|
|
Стр. |
1. |
Назначение................................................................................................................... |
4 |
2. |
Состав лабораторного стенда..................................................................................... |
4 |
3. |
Подготовка лабораторного стенда к работе.............................................................. |
6 |
4. |
Методические указания к проведению лабораторных работ.................................... |
8 |
|
Работа №1. Изучение бесконтактных конечных выключателей............................... |
8 |
|
Работа №2. Изучение датчиков линейного перемещения......................................... |
18 |
|
Работа №3. Изучение датчиков частоты вращения................................................... |
29 |
|
Работа №4. Изучение датчиков углового положения............................................... |
34 |
Приложение 1. Бесконтактные конечные выключатели.................................................. |
42 |
|
Приложение 2. Оптоэлектронные и магнитные преобразователи |
|
|
|
линейных перемещений................................................................... |
49 |
Приложение 3. Датчики частоты вращения.................................................................. |
54 |
|
Приложение 4. Датчики углового положения................................................................. |
61 |
|
Перечень литературы....................................................................................................... |
75 |
3
1.Назначение
1.1.Лабораторный стенд «Датчики механических величин» (далее «Датчики технологической информации 1») предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучающих дисциплины, связанные с автоматизацией различных отраслей промышленности.
Стенд может быть использован также для обучения учащихся техникумов
ислушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации.
1.2.Стенд выполнен для работы в лабораторных условиях (невзрывоопасная окружающая среда, не содержащая агрессивных газов и паров, ненасыщенная водяными парами и токопроводящей пылью).
2.Состав лабораторного стенда
2.1.Моноблок «Датчики механических величин», который содержит:
2.1.1.Блок питания (±15 В, 1 А;+5 В, 3А).
2.1.2.Генератор переменного напряжения 10 В, частота 400 кГц, максимальный ток нагрузки 0,3 А, выходное сопротивлении 2 Ом.
2.1.3.Блок датчиков частоты вращения, содержащий:
−инкрементальный оптический энкодер
−тахогенератор постоянного тока
2.1.4.Блок датчиков углового положения:
−инкрементальный оптический энкодер
−потенциометрический датчик положения
2.1.5.Вращающийся трансформатор.
2.1.6.Оптический датчик линейного перемещения.
2.1.7.Магнитный датчик линейного перемещения.
2.1.8.Блок цифровых индикаторов:
−индикатор скорости приводного двигателя 0…2000 об./мин.;
−вольтметр 0…10 В для измерения переменного и положительного постоянного напряжения;
−индикатор расстояния и количества импульсов оптической и магнитной измерительных систем, диапазоны измерений: 0…200 мм, 0…2000 имп.;
−индикатор угла поворота и количества импульсов инкрементального оптического энкодера, диапазоны измерений: 0…360°, 0…2000 имп.
2.2.Комплект кабелей и соединительных проводов.
2.3.Комплект бесконтактных конечных выключателей
2.4.Индуктивный преобразователь напряжения
2.5.Техническое описание
2.6.Методические указания к проведению лабораторных работ
2.7.Паспорт
4
Внешний вид моноблока представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Внешний вид лицевой панели моноблока «Датчики технологической информации 1»
5
3.Подготовка лабораторного стенда к работе
3.1.Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков частоты вращения:
1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.
2) подключить выходы тахогенератора к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения постоянного напряжения «=U»;
3) подключить выходы оптического энкодера к соответствующим входам индикатора PF2, работающего в режиме счётчика импульсов (переключатель –
вположении «Имп.»);
4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5)включить переключатель SA4. Вращая ручку регулировки скорости двигателя, можно наблюдать изменение частоты вращения, величины напряжения
ичисла импульсов на соответствующих индикаторах.
3.2.Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков углового положения:
1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле
ДТИ1.
2)подключить выходы потенциометрического датчика к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения постоянного напряжения «=U»;
3)подключить выходы оптического энкодера к соответствующим входам индикатора PF2, работающего в режиме счётчика импульсов (переключатель –
вположении «Имп.»);
4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5)включить переключатель SA5. Вращая ручку регулировки угла поворота, можно наблюдать изменение величины напряжения и числа импульсов на соответствующих индикаторах;
6)выключить переключатель SA5 и подключить клеммы «UCOS» вращающегося трансформатора к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения переменного напряжения «~U»;
7)индикатор PF2 перевести в режим счета угла поворота «α»;
8)включить переключатель SA5. Вращая ручку регулировки угла поворота, можно наблюдать изменение величины напряжения и угла поворота на соответствующих индикаторах;
3.3.Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению оптической измерительной системы:
1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.
2)подключить выходы оптической измерительной системы к индикатору PF1, работающему в режиме счётчика импульсов в оптической системе измерений (переключатели – в положении «Имп.» и «Опт.»);
4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5)включить переключатель SA2. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение числа импульсов на индикаторе;
6
6) индикатор PF1, работающий в оптической системе измерений, перевести в режим измерения расстояния (переключатель – в положении «мм»). Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение значения перемещения на индикаторе;
3.4. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению магнитной измерительной системы:
1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.
2)подключить выходы оптической измерительной системы к индикатору PF1, работающему в режиме счётчика импульсов в магнитной системе измерений (переключатели – в положении «Имп.» и «Магн.»);
4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5)включить переключатель SA2. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение числа импульсов на индикаторе;
6)индикатор PF1, работающий в магнитной системе измерения перевести
врежим измерения расстояния (переключатель – в положении «мм»). Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение значения перемещения на индикаторе;
3.5. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению бесконтактных конечных выключателей:
1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.
2)подключить выходы установки для исследования бесконтактных конечных выключателей к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения постоянного напряжения;
3)установить в стойку бесконтактный датчик или индуктивный преобразователь перемещения;
4)установить мишень в зажим измерительной головки штангенциркуля;
5)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
6)включить переключатель, расположенный слева на задней стороне модуля. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать:
– дискретное изменение уровня напряжения (индуктивный, оптический, ёмкостной, ультразвуковой или магниточувствительные датчики);
– плавное изменение уровня напряжения (индуктивный преобразователь перемещения).
ВСЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ЧЕРЕЗ КАБЕЛИ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ СУББЛОКА И ВСЕГО МОДУЛЯ В ЦЕЛОМ.
7
4. Методические указания к проведению лабораторных работ
Работа № 1. Изучение бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений
Цель работы
Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, приобрести навыки подключения датчиков и оценки их погрешностей.
Программа работы
Дома изучить назначение и технические характеристики бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, схемы их подключения, а также основные узлы и возможности лабораторного стенда.
В лаборатории:
–пройти тестирование по техническим характеристикам и способам подключения бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений;
–произвести программирование ультразвукового датчика с различными расстояниями включения и отключения;
–для каждого изучаемого датчика экспериментально рассмотреть работу в режиме изменения расстояния между торцом датчика и воздействующим элементом (ВЭ);
–для каждого бесконтактного конечного выключателя снять задаваемое преподавателем число раз включение/отключение датчика, фиксируя расстояние между датчиком и ВЭ;
–по результатам экспериментов определить среднее квадратическое отклонение случайной погрешности σ и гистерезис датчика;
–экспериментально оценить, как изменяется среднее квадратическое отклонение случайной погрешности σ и гистерезис с изменением исходного расстояния между датчиком и ВЭ;
–для индуктивного преобразователя перемещений экспериментально снять и построить номинальные статические характеристики при разных расстояниях между датчиком и ВЭ, рассчитать по ним наибольшее значение суммарной погрешности, оценить изменение гистерезиса с изменением расстояния между датчиком и ВЭ.
8
Пояснения к работе
1. Общие сведения
В лабораторной работе используются следующие датчики:
–бесконтактный ёмкостной конечный выключатель ТЕКО ВЕ Е5-31-Р-10- 400-ИНД-ЗВ;
–бесконтактный индуктивный конечный выключатель ТЕКО ВК Е4-31-Р- 8-250-ИНД-ЗВ;
–бесконтактный оптический выключатель ТЕКО OV A43A-31P-150-LZ;
–ультразвуковой конечный выключатель Telemecanique XX518A3.AM12;
–индуктивный преобразователь перемещений ТЕКО ИПП Е41-33-Р-8-А1;
–магниточувствительный конечный выключатель на герконе;
–магниточувствительный конечный выключатель на эффекте Холла. Теоретический материал по бесконтактным конечным выключателям и ин-
дуктивному преобразователю перемещений, а также технические характеристики изучаемых в лабораторной работе датчиков представлены в Прил. 1.
2. Описание лабораторной установки для изучения бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений
Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, необходимо ознакомиться с их принципами действия и схемой расположения гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.
Схема субблоков лабораторного стенда для измерения параметров датчиков представлена на рис. 1.
Рис. 1. Расположение датчика в стойке–держателе
На рис. 1 виден образцовый измеритель расстояния на мерительной линейке, на нём закреплена мишень, до которой и будет измеряться расстояние. Слева на стойке необходимо закрепить изучаемый датчик, чтобы его торец, упершись в мишень, находился на нулевой отметке образцового измерителя расстояний.
Для индуктивного преобразователя перемещений показания расстояния считываются с цифрового милливольтметра PV1, для этого сигнал с выхода датчика на задней стенке стенда (рис. 2) подаётся на вход вольтметра с помо-
9
щью двух соединительных проводников. При подключении вольтметра соблюдайте полярность, в противном случае будет индицироваться сообщение об ошибке «Err».
Рис. 2. Задняя панель стенда (левая часть):
гнезда бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений (общий и выход), разъём для соединительного кабеля датчика, выключатель питания датчиков и вольтметра
На рис. 3 представлен вид на панель управления образцового измерителя расстояния (штангенциркуля).
Рис. 3. Панель управления образцового измерителя расстояния
На передней панели расположены кнопка включения измерителя «ON/OFF», кнопка установки нуля «ZERO», кнопка переключения единиц измерений дюймы/миллиметры «inch/mm». Кнопка установки нуля «ZERO» служит для обнуления текущей координаты, её всегда следует нажимать перед началом серии измерений. Кнопка или сигнал сброса в ноль присутствует на всех датчиках расстояния инкрементального типа – на изучаемом и на образцовом.
Результаты измерений индицируются на цифровом экране образцового измерителя в миллиметрах (следует выбирать кнопкой «inch/mm» единицы измерения – миллиметры, по умолчанию миллиметры).
Справа предусмотрено колёсико точного перемещения образцового измерителя расстояния. Его следует использовать при малых перемещениях на конце отрезка измерения для повышения точности позиционирования. Используйте его всегда для точного позиционирования в конечной точке.
В креплении образцового измерителя следует закрепить мишень любого цвета из комплекта стенда.
10