лаб_Датчики_мех_величин

3. Проверка работоспособности экспериментальной установки:

Для проверки работоспособности необходимо:

−подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;

−установить в стойке бесконтактный конечный выключатель или индуктивный преобразователь перемещений. Зажать в образцовом измерителе по центру мишень любого цвета;

−соединить выход датчика с милливольтметром PV1, соблюдая полярность (рис. 2): красная клемма выхода с красной клеммой милливольтметра, чёрная клемма выхода с чёрной клеммой милливольтметра;

−подать питание на датчик, для этого соединительный кабель датчика вставить в разъём на задней стенке (рис. 2);

−включить стенд выключателем SА1, при этом должен загореться встроенный в него индикатор «Питание»;

−включить датчик нажатием вверх тумблера на задней панели стенда (рис. 2). Для индуктивного преобразователя перемещений милливольтметр высветит на дисплее значение выходного напряжения датчика. Образцовый измеритель с мишенью должен находиться в нулевом положении при включении питания датчика;

−перемещать образцовый измеритель с мишенью вправо/влево, милливольтметр PV1 должен изменять свои показания, что говорит о нормальной работе датчика;

−выключить стенд выключателем SА1.

4. Экспериментальное определение статических характеристик бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений

4.1. Исследование работы бесконтактных конечных выключателей (емкостного, индуктивного и оптического)

Для снятия экспериментальной характеристики установить датчик в стойку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя установить любую мишень.

Плавным изменением положения ВЭ произвести включение и отключение датчика (контролируется по состоянию светодиода). При наличии осциллографа зафиксировать переходный процесс включения и отключения датчика, подключившись к выходным клеммам поля. Произвести включение и отключение датчика заданное число раз (не менее 5), фиксируя по образцовому измерителю положение ВЭ.

Для исключения влияния люфтов следует после отключения датчика ещё удалить ВЭ от него, чтобы в начале очередного цикла эксперимента проходить положение отключения в направлении движения к выключателю.

Данные занести в табл. 1.

11

Таблица 1

По результатам измерений для каждого датчика вычисляется среднее арифметическое значение результатов наблюдений по формуле

∑n li

lCР = i=n1 ,

где li – результат i-го наблюдения, n – число наблюдений.

Определяются согласно ГОСТ 8.009-72 средние значения погрешности при измерениях l со стороны меньших (больших) значений:

где liм (liб) – измеренные значения при изменении l со стороны меньших (боль-

Гистерезис датчика (дифференциал хода) Д, то есть расстояние между точками включения и отключения датчика, по результатам эксперимента определяется как разность между максимальным в серии опытов значением положения ВЭ при отключении выключателя lОТКЛ и минимальным значением положе-

ния ВЭ при включении датчика lВКЛ.

4.2. Исследование влияния материала мишени на расстояние срабатывания емкостного бесконтактного выключателя

12

Для снятия характеристик установить емкостной датчик в стойку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя попеременно устанавливать не менее 3 различных мишеней.

Порядок снятия характеристик аналогичен 4.1. Данные занести в табл. 2. Аналогично п.4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешно-

сти, отклонения и дифференциал хода.

Таблица 2

4.3. Исследование влияния отражающего материала на расстояние срабатывания оптического бесконтактного выключателя

Для снятия характеристик установить оптический датчик в стойку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя попеременно устанавливать не менее 3 различных мишеней.

Порядок снятия характеристик аналогичен 4.1. Данные занести в табл. 3.

Таблица 3

Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности, отклонения и дифференциал хода.

4.4. Исследование работы магниточувствительных конечных выключате-

лей.

Измерения проводить аналогично 4.1. данные занести в табл. 4. Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности,

отклонения и дифференциал хода.

13

4.5. Исследование работы ультразвукового бесконтактного конечного выключателя с функцией программирования.

Запрограммировать рабочую зону ультразвукового бесконтактного конечного выключателя по следующей методике (рис. 1):

1)установить в крепежную стойку ультразвуковой датчик, направляя его на мишень;

2)убрать из зоны «видимости» все предметы;

3)нажать и удерживать кнопку на корпусе разъема, пока светодиод не замигает периодично зеленым цветом;

4)отпустить кнопку. Светодиод по-прежнему должен мигать зеленым цве-

том;

5)в течение 30 с. поместить мишень в положение 1 (указывается преподавателем), после чего нажать и отпустить кнопку. Светодиод должен мигать оранжевым;

6)в течение 30 с. поместить мишень в положение 2 (также указывается преподавателем), после чего нажать и отпустить кнопку. Светодиод должен замигать зеленым, после чего – постоянно гореть оранжевым;

7)для сброса параметров датчика повторить шаг 3;

8)после программирования датчика и во время изучения датчика на нажимать на кнопку.

Датчик запрограммирован правильно в следующем случае:

1)светодиод горит оранжевым цветом, когда мишень обнаружена датчи-

ком;

2)светодиод горит зеленым цветом, когда мишень не обнаружена датчи-

ком.

Для снятия экспериментальной характеристики установить датчик в стойку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя установить любую мишень.

Плавным изменением положения ВЭ произвести включение и отключение датчика (контролируется по состоянию светодиода). При наличии осциллографа зафиксировать переходный процесс включения и отключения датчика, подключившись к выходным клеммам поля. Произвести включение и отключение датчика заданное число раз (не менее 5), фиксируя по образцовому измерителю положение ВЭ.

14

C

D

NO

A

Рис. 4. Рабочие зоны ультразвукового датчика: А – мертвая зона,

В – зона «видимости» датчика, С – рабочая зона, D – двуцветный светодиод, D1 – светодиод горит зеленым, если объект не обнаружен,

D2 – светодиод горит оранжевым, если объект обнаружен, NO – замыкающий контакт

Для исключения влияния люфтов следует после отключения датчика ещё удалить ВЭ от него, чтобы в начале очередного цикла эксперимента проходить положение отключения в направлении движения к выключателю.

Данные занести в табл. 5.

Таблица 5

Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности, отклонения и дифференциал хода.

4.6. Исследование влияния отражающего материала на расстояние срабатывания ультразвукового бесконтактного конечного выключателя

Для снятия характеристик установить ультразвуковой датчик в стойку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя попеременно устанавливать не менее 3 различных мишеней.

Порядок снятия характеристик аналогичен 4.1. Данные занести в табл. 6.

15

Таблица 6

Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности, отклонения и дифференциал хода.

4.7. Снятие и построение статической характеристики индуктивного преобразователя перемещений.

Для снятия экспериментальной характеристики установить индуктивный преобразователь перемещений в стойку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя установить металлическую любую мишень.

Плавным изменением положения ВЭ приближая мишень к исследуемому датчику и удаляя от него, снять с помощью образцового измерителя не менее 10 точек и построить на одном графике прямую и обратную ветви зависимости выходного напряжения датчика от расстояния между торцом датчика и ВЭ. По данным эксперимента рассчитать и построить номинальную статическую характеристику датчика. Выходное напряжение при каждом положении ВЭ рассчитывается как среднее из всех результатов измерений при данном положении ВЭ. Произвести не менее 3 опытов. Данные внести в табл. 7.

Таблица 7

lПР, мм

U, В

lОБР, мм

UОБР, В

Сравнить полученные характеристики с табличными (Прил. 1). Рассчитать наибольшее значение суммарной погрешности ∆ как наибольшее по абсолютной величине из экспериментально полученных значений ∆мi и ∆δi. Здесь ∆мi (∆δi) – i-ая реализация погрешности при изменении входного сигнала со стороны меньших (больших) значений до значения заданного.

16

5. Требования к отчёту

Отчет должен содержать: а) цель работы;

б) основные паспортные характеристики исследуемых датчиков; в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров

и графиков по каждому из исследованных датчиков; г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных

данных с паспортными, выводы и рекомендации по использованию исследованных датчиков.

6. Контрольные вопросы

1.Каков принцип действия индуктивного выключателя?

2.Каков принцип действия емкостного выключателя?

3.Каков принцип действия магниточувствительных выключателей?

4.Каков принцип действия ультразвукового выключателя?

5.К какому типу относится оптический выключатель, и каков его принцип действия?

6.Как обеспечивается питание исследуемых датчиков и как подключается нагрузка к их выходам?

7.Как рассчитывается среднеквадратическое отклонение случайной составляющей погрешности датчика?

8.Что такое гистерезис датчика и как его определить экспериментально?

9.Как исключается влияние люфтов в передаче при исследовании датчи-

ков?

10.Как построить номинальную статическую характеристику датчика с аналоговым выходом (ИПП)?

17

Лабораторная работа № 2. Изучение датчиков линейного положения

Цель работы

1.Изучить принцип действия и основные характеристики преобразователя линейных перемещений.

2.Самостоятельно изучить принцип работы, назначение и технические характеристики оптического и магнитного линейного преобразователя перемещения, схему их подключения, а также работу квадратурного энкодера PF1 лабораторного стенда.

3.Ознакомиться с методами экспериментального исследования данных устройств и определения точности преобразования положения в электрический сигнал.

4.Сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оценить погрешности.

5.Выявить недостатки инкрементальных датчиков.

Программа работы

Дома изучить самостоятельно принцип действия, виды и особенности линейных датчиков перемещения по Прил. 2.

В лаборатории:

–пройти собеседование по теоретической части;

–проделать серию экспериментов, предложенных в методическом посо-

бии;

–проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;

–выполнить отчет о проделанной работе.

Пояснения к работе

1. Общие сведения

В лабораторной работе для исследований используются оптическая и магнитная измерительные системы.

Теоретический материал по преобразователям линейных перемещений представлен в Прил. 2.

2. Описание лабораторной установки для изучения оптического и магнитного преобразователя линейных перемещений

В лабораторной работе изучаются оптический и магнитный датчики линейного положения инкрементального типа. Оптическая головка состоит из двух фотодиодов, которые освещаются светодиодом через оптическую линейку со штриховыми непрозрачными полосами, расположенные через равные про-

18

межутки. Перемещение головки вызывает проход фотодатчиков через зоны света и тени, что видно по выходным сигналам.

Аналогично устроен магнитный датчик. В его составе два датчика холла перемещаются по магнитной ленте с полосами намагниченности разной полярности. Это вызывает изменение магнитного поля через датчики, что видно по выходным сигналам.

Датчики в паре сдвинуты на 90°, для определения направления движения головки вперёд-назад, соответственно сдвинуты и электрические сигналы с пар датчиков.

Перед проведением лабораторных работ с линейными преобразователями, необходимо проверить работоспособность стенда по Прил. 2.

Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию датчика линейных перемещений, необходимо ознакомиться с принципом их действия и схемой расположения гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.

Субблоки «Линейный оптический энкодер» и «Линейный магнитный энкодер» лабораторного стенда представлен на рис. 1.

Рис. 1. Субблоки «Линейный оптический энкодер» и «Линейный магнитный энкодер»

На рис. 1 также представлен образцовый измеритель расстояния на мерительной линейке.

Исследуемый оптический датчик скрыт внутри корпуса во избежание повреждения.

Исследуемый магнитный датчик скрыт под пластиной головки образцового измерителя, состояние датчиков Холла индицируется двумя светодиодами на измерительной головке. При отключенном магнитном линейном датчике светодиоды не светятся.

Гнезда А, В и ┴ (рис. 2) необходимы для подключения выходов соответст-

венно оптического или магнитного датчика к измерителю – квадратурному энкодеру PF1.

19

Рис. 2. Гнёзда для подключения датчика к квадратурному энкодеру PF2

Кнопка SA2 служит для подачи питания на оптический датчик, а SA3 – для подачи питания на магнитный датчик.

На рис. 3 представлен вид на панельку управления образцового измерителя расстояния (штангенциркуля).

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.

Рис. 3. Панель управления образцового измерителя расстояния

Датчик закреплён внутри корпуса стенда и жёстко закреплён за образцовый измеритель. Перемещая образцовый измеритель, Вы одновременно перемещаете оптический и магнитный датчики положения. Такая конструкция по-

20