Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Костромской государственный технологический университет

Кафедра автоматики и микропроцессорной техники.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ТИ-1

Исследование потенциометрических преобразователей угловых и линейных перемещений

Описание и методические указания

Кострома

2008

УДК 621.373

Лабораторная работа ТИ-1 «Исследование потенциометрических преобразова­телей угловых и линейных перемещений» : описание и методические указания / состав. И. П. Байков. - 3-е изд. - Кострома : Изд-во Костром. гос. технол. ун-та, 2008.-11 с.

В методических указаниях рассмотрена работа потенциометрических преобразователей с расчетом основных характеристик.

Предназначены для студентов вузов специальности 220301 «Автоматиза­ция технологических процессов и производств» , изучающих дисциплину «Технические измерения и приборы».

Рецензент: Плаксин Е.Б., доцент кафедры электротехники и электромеханики КГТУ.

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета.

© Костромской государственный технологический университет, 1985

Требования техники безопасности

При выполнении лабораторной работы по технологическим измерениям следует помнить что напряжение выше 42 В опасно для жизни. Лабораторные работы по технологическим измерениям проводятся при напряжении 220 В.

Поэтому необходимо:

1. Перед началом работы убедится в отсутствии напряжения на зажимах стенда, наличие напряжения показывается горящей красной лампой.

2. Убрать с рабочего стола все посторонние предметы.

3. Собрать электрическую схему, необходимую для проведения эксперимента.

4. Получить разрешение на включение схемы.

Без проверки преподавателем включение схемы под напряжение КАТЕГО­РИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО!

5. После включения схемы приступить к выполнению эксперимента.

ВО ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1. Прикасаться к токоведущим частям электрооборудования.

2. Производить изменения схемы, включение приборов, аппаратов.

3. Оставлять без присмотра рабочее место.

4. Отвлекаться при выполнении эксперимента и отвлекать других.

По окончании работы:

1 .Отключить схему.

2.Доложить преподавателю об окончании работы.

После проверки преподавателем результатов эксперимента по разреше­нию преподавателя схему разобрать: провода, приборы, элементы электрообо­рудования и мебель возвратить на место.

Лабораторная работа ти-1 исследование

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Цель работы: изучить потенциометрические преобразователи и способы их применения в качестве чувствительных элементов в датчиках угловых и линей­ных перемещений; освоить методику исследования статических характеристик потенциометрических преобразователей при холостом ходе и под нагрузкой.

1. Теоретические сведения

Потенциометрический преобразователь предназначен для преобразования линейных и угловых перемещений в пропорциональные им напряжения или ток. Подвижный контакт механически связывают с объектом, перемещение (уг­ловое или линейное) которого необходимо преобразовать. Входной величиной датчика является перемещение контакта (движка), а выходной - изменение его сопротивления.

На рисунке 1а изображен реостатный преобразователь для линейных пре­образований, включенный в электрическую цепь постоянного или переменного тока делителем напряжения. Выходной величиной датчика является падение напряжения U_вых между подвижным и одним из неподвижных контактов. Зави­симость выходного напряжения от перемещения х контакта U_вых = f(x) соответ­ствует закону изменения сопротивления вдоль потенциометра.

а б

Рис.1. Реостатный датчик: схема (а) и общий вид (б)

Преобразователь для угловых перемещений изображен на рис.1б. Он пред­ставляет собой проволочный реостат, состоящий из каркаса 1 с намотанной на него изолированной проволокой и подвижного токосъемного контакта 2 в виде щетки, скользящей по виткам провода, очищенного в месте контактирования от изоляции. Диаметр обмоточной проволоки определяет порог чувствительности датчика, так как перемещение щетки в пределах одного витка не вызывает из­менения выходного напряжения.

Зависимость выходного напряжения в цепи потенциометрического преоб­разователя от угла поворота движка или от перемещения, соответствует закону изменения сопротивления вдоль потенциометра (рис. 2).

Рис. 2. Статические характеристики потенциометрического преобразователя

На стенде установлен потенциометрический преобразователь ПД угловых перемещений величин (рис. 3). Преобразователь ПД (Бл. ПУ) служит задат-чиком сигнала управления положением каретки К2 (Бл. ИМ2). Входной вели­чиной преобразователя ПД является угол , вводимый ручкой "Ввод " (Бл. ПУ).

Преобразователь собран по схеме на прецизионных потенциометрах типа ПЛ, имеющих максимальное сопротивление R_max = 1000 Ом.

Потенциометр питается от стабилизированного напряжения ”U_п” (Бл. ИП) через ограничительный резистор R₁₇ и выключатель ”U_пд-откл”. Движок потен­циометра выведен на клемму ”U_пд1” (Бл. ПУ). В качестве нагрузки используется регулируемое ручкой ”Рег. I_k" (Бл. ИП) сопротивление R_н величиной R_{H max} = 3,3 кОм, R_{H min} = 20 Ом.

Проводник 1 служит для реализации опыта холостого хода, т.е. когда со­противление нагрузки равно сопротивлению вольтметра .

Для реализации работы под нагрузкой, помимо проводника 1, необходимо подключить проводник 2, как видно из рис. 3. Таким образом мы подключаем регулировочный резистор R_Н и амперметр.

К достоинствам этих преобразователей относится простота конструкции, высокая стабильность и точность, малая масса и габариты, возможность пита­ния постоянным и переменным током. К недостаткам можно отнести наличие скользящих контактов, нелинейность характеристик при низкой нагрузке.

Рис. 3. Электрическая схема потенциометрического преобразователя ПД

Возможны два режима работы потенциометрического преобразователя: режим холостого хода, если сопротивление нагрузки равно бесконечности, и режим нагрузки, если сопротивление нагрузки имеет конечное значение.

Зависимость выходного напряжения в цепи потенциометрического преоб­разователя от угла поворота движка U = f() при холостом ходе, т.е. при со­противлении нагрузки, равном сопротивлению вольтметра (), называется статической характеристикой. Статическая характеристика потенциометриче­ского преобразователя в режиме холостого хода представляет график прямой линии (см. рис. 2).

(2.1)

где К – коэффициент пропорциональности;

– величина углового перемещения.

При наличии нагрузки, соизмеримой с сопротивлением преобразователя (потенциометра), и << R статические характеристики будут нелинейны. Пунктиром показан ход характеристики при отсутствии ограничивающего сопротивления R₁₇

Абсолютная погрешность потенциометрической схемы , вносимая шун­тирующим действием нагрузки, равна

(2.2)

где U_H — напряжение на нагрузке, В

U_xx – напряжение холостого хода, В;

Соответственно относительная погрешность для указанной схемы опреде­ляется по формуле:

, (2.3)

Чувствительность по напряжению ненагруженного и нагруженного пре­образователя определяется по формуле:

, (2.4)

где - приращение напряжения на выходе преобразователя;

- приращение угла на входе преобразователя.