Лабораторная работа №5 Резистивные датчики для электрических измерений неэлектрических величин

Введение

Резистивным преобразователем физической величины называется переменное сопротивление, движок которого перемещается в соответствии со значением измеряемой неэлектрической величины. Входной величиной

Материал	Состав,%	Коэффициент тензочувстви- тельности,К	Температурный коэффициент, 1/град•10-6
Константан	60 Си + 40 Ni	1.7 ... 2.1	±50
Нихром	80 Ni + 20 Сг	2.1 ... 2.3	150...170
Элинвар	36 Ni+8 Cr+56 Fe	3.2 ...3.8	300
Адванс	55 Си + 45 Ni	2.1	±50
Карма	3 Fe+3 Cu+74 Ni+20 Cr	2.0	70
Изоэластик	36 Ni+ 55 Fe+ 8Cr+1Mn	3.8	300
Платина	Pt	4.12	3
Платиноиридиевый сплав	95 Pt+5 Ir	5.8	±3.9

резистивных преобразователей является перемещение движка, которое может быть угловым, линейным, а выходной величиной - сопротивление, изменяющееся линейно или по заданному закону по пути перемещения

движка.

На рисунке 5.1 показаны варианты включения резистивных датчиков.

г)

Простейшей измерительной цепью включения переменного резистивного датчика является последовательное включение датчика в цепь (рисунок 5.1а). Чувствительность такой схемы включения является величина сигнала, получаемого измерительным прибором с сопротивлением (Rh) нагрузки при К<< 1.

где а = 1/3 или Rн = 1/3 R₀;

P_{K. 3.} - мощность короткого замыкания.

Величина К = ΔR/R - относительная чувствительность резистивного преобразователя.

Напряжение источника питания Е датчика ограничивается допустимой мощностью рассеяния резистивного датчика Р_рас, которая также ограничивается температурой резистивного датчика.

Напряжение на преобразователе определяется зависимостью:

Погрешность линейности при последовательном включении резистивного датчика является основным недостатком.

Зависимость тока, протекающего через датчик I = Io ± ΔI, от изменения сопротивления преобразователя Ro ± ΔR при напряжении источника питания Е и сопротивлении нагрузки Rн выражается следующим образом:

Мощность сигнала определяется следующей зависимостью:

Зависимость I представляет собой участок гиперболы, что вызывает нелинейность датчика. Нелинейность может быть исправлена следующими способами:

а) использованием градуированной таблицы;

б) нанесением нелинейной градуировки на шкале указателя;

в) использованием для работы малого участка характеристики путем последовательного включения в цепь датчика добавочного сопротивления, что уменьшает чувствительность;

г) линеаризацией датчика, которая может быть достигнута созданием нелинейной зависимости между входной измеряемой величиной X иприращением сопротивления дR так, чтобы выполнялось условие I= Io + b_х , где b - коэффициент. Для этой цели используются нелинейные элементы (диоды, триоды, вариаторы, терморезисторы и т.д.).

Наиболее часто применяемым способом исправления нелинейности датчика является использование профилированных резистивных датчиков.

Расчет формы профиля резистивного датчика производится с использованием следующих соотношений. Для получения линейной характеристики I = I₀+b_х необходимо выполнение следующего условия:

Переменная высота каркаса реостата h(x) (рисунок 5.2) изменяется по зависимости:

Схема включения резистивного датчика с делителем напряжения имеет больше возможностей, чем цепь последовательного включения (рисунок 5.1б, в).

Чувствительность по напряжению такой цепи определяется следующим выражением:

При Rа ≥ Rв когда Rн -> ∞, то напряжение на нагрузке определяется→→

соотношением.

Зависимости Uн =f(R₀) и Uн = f(R_в) для случая R_н=∞ оказываются обратными друг другу» и включение преобразователя R_a и R_в, позволяют использовать любую из них (рисунок 5.3).

Чувствительность по напряжению достигает максимума при R_H = ∞ (рисунок 5.1 в) при сопротивлении не изменяющегося плеча делителя (например, R_a), равном среднему значению сопротивления параметрического преобразователя. Если преобразователь изменяет свое сопротивление в

пределах R_в ± ΔR, то относительная чувствительность равна K = ± ΔR/R

сопротивление не изменяющегося плеча делителя выбирается равным Rа = a•Rв, где а = 1/3 или Rн = 1/3 Ro, и максимум чувствительности при ε<<1 и

Rа=Rв составляет

В случае включения резистивного переменного датчика потенциометром (рисунок 5.1б) с нагрузкой Rн величина сопротивления датчика R_d = R₀ = R₁ + R₂ = const. Нелинейность дифференциальных

преобразователей, включенных потенциометром, возникает при R_H ≠ ∞,

При Rн =∞, т.е. а = ∞ шкала датчика линейна, так как Uн = Eк, при Rн/=∞ шкала нелинейна. Отклонение от прямой линии определяется соотношением (рисунок 5.4б):

Таблица 5.1- Результаты измерений

Лабораторная работа №6

Датчики ускорения

Введение

Для контроля за состоянием автомобиля при движении используются датчики ускорения (замедления). Как правило, датчик представляет собой инерционную массу, соединенную с упругим элементом и элементом, преобразующим механическую величину в электрический сигнал. В качестве элемента, преобразующего механическую или физическую величину в электрический сигнал, используются резисторы, индуктивности, пьезоэлементы, элементы на основе эффекта Холла.

Датчики ускорения (замедления) используются для определения продольного и поперечного ускорения автомобиля, для контроля вертикального ускорения при испытании автомобиля на плавность хода. Датчики также используются для определения колебаний агрегатов в системах безопасности, в противоугонных устройствах.

При установке на автомобиле двух датчиков, направленных в противоположные стороны, возможно определение координаты положения автомобиля на дороге. В данной лабораторной работе рассмотрена схема датчика с инерционной массой и его тарировка.

Под действием инерционной силы F_инподвижная масса датчика перемещается на величину х, смещая движок потенциометрического датчика на величину а. Пружины жесткостью С1 и С2 возвращают подвижную массу датчика в исходное положение после прекращения действия силыF_ин.

F_ин=j _а m.

где F_ин- сила инерции;

j„- действующее ускорение;

m- масса подвижной части датчика.

Величина смещения х (статическая характеристика)

где μ - результирующая жесткость двух пружин.

Величина выходного напряжения датчика U_вых определяется напряжением источника питания датчика и

где а_max максимальная величина смещения движка потенциометра.

Чувствительность датчика

1 - инерционная масса; 2 - ось; 3 - пружины жесткостью с; 4 - демпфер;

3. - потенциометрический датчик Рисунок 6.1 - Датчик ускорений

Задание

Датчик устанавливается в нулевое положение (вдоль оси «X»). Поворачивая датчик вокруг точки «0» в верхнее или нижнее положения, фиксируем выходное напряжение датчика. В положении датчика ±90 (вдоль оси «Y») на датчик действует максимальное ускорение, равное g = 9,8 м/с².

Е_п =5В ± 0,5

Rд =

Uвых=f (ϕ)

Таблица 6.1 - Результаты измерений

ϕ	5	10	15	20	25	30	35	40	45		90
	5	10	15	20	25	30	35	40	45		90
Uвых
Какс