Основные положения и методика выполнения работы

Датчики перемещения – элементы автоматики, воспринимающие и преобразующие линейные и угловые перемещения в форму, удобную для использования в автоматическом устройстве (в большинстве случаев в виде электрического сигнала).

Датчики перемещения в зависимости от назначения и принципа действия имеют различное конструктивное исполнение. По характеру перемещения бывают датчики поступательных (линейных) и угловых перемещений. В зависимости от принципа действия датчики перемещения классифицируют как:

1) контактные датчики;

2) потенциометрические и реостатные датчики;

3) индуктивные датчики;

4) трансформаторные (индукционные) датчики;

5) емкостные датчики;

6) сельсины и вращающиеся трансформаторы.

Контактные датчики преобразуют линейное или угловое перемещение чувствительного элемента в электрический импульс, который используется либо для приведения в движение непосредственно исполнительного механизма, либо его управляющего органа.

Потенциометрический датчик (потенциометр) предназначен для преобразования перемещения в напряжение постоянного или переменного тока. К достоинствам потенциометрических датчиков следует отнести простоту конструкции, малые габариты и вес, возможность питания как постоянным, так и переменным током. Основным недостатком является наличие скользящих контактов.

Индуктивные датчики предназначены для преобразования механического перемещения в электрический сигнал. Работа индуктивного датчика основана на изменении индуктивного сопротивления катушки со стальным сердечником при перемещении подвижного якоря.

Индукционные или трансформаторные датчики представляют собой устройства принцип работы, которых основан на изменении взаимной индуктивности между двумя системами обмоток.

Емкостными называются датчики, у которых входной сигнал – перемещение определяет изменение выходного сигнала – электрической ёмкости.

Сельсинами называются специальные машины переменного тока, которые в зависимости от того, как включены их статорные обмотки, могут работать в качестве датчиков или в качестве элементов дистанционной передачи. Датчиками являются сельсины, работающие в трансформаторном режиме. В дистанционных передачах используются сельсины, работающие в индикаторном режиме. Обычно сельсины применяются попарно: один называется сельсин датчик (СД), а другой – сельсин приёмник (СП)

Вращающимися трансформаторами называют электрические микромашины переменного тока, преобразующие угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное этому углу или некоторым его функциям.

К основным характеристикам датчиков перемещения относят: 1)зависимость выходного параметра датчика от перемещения или угла поворота; 2) передаточная функция датчика; 3) чувствительность датчика; 4) динамическая и статическая характеристики; 5) инерционность (быстродействие) датчика; 6) порог чувствительности; 7) погрешность преобразования.

Методика проведения экспериментальных исследований

1. Статическая характеристика реостатного и потенциометрического датчика угловых перемещений снимается с использованием следующей схемы.

Снять и построить статическую характеристику реостатного датчика угловых перемещений U_н = f(α) или I_н = f(α). Эта характеристика снимается при замкнутом переключателе SA1 (с его помощью подаётся напряжение в схему) и разомкнутом переключателе SA2.

Снять и построить статическую характеристику потенциометрического датчика угловых перемещений U_н=f(α). Эта характеристика снимается при замкнутом переключателе SA1 (с его помощью подаётся напряжение в схему) и замкнутом переключателе SA2.

Рис.3.1. Схема для снятия характеристик реостатного и потенциометрического датчиков (R=47 кОм, R_н=50 Ом, U_n=5В).

2. Расчетная статическая характеристика потенциометрического датчика определяется по формуле:

, (3.1.)

где φ – полный угол поворота потенциометрического датчика при изменении сопротивления от 0 до R (φ = 360°); α – угол поворота; U_п – напряжение питания, В; R_н – сопротивление нагрузки, Ом.

3. Определить чувствительность потенциометрического датчика можно, используя следующую формулу:

. (3.2)

4. Снять статическую характеристику индуктивного датчика линейных перемещений можно, используя схему экспериментальной установки:

Рис.3.2. Схема для снятия характеристик индуктивного датчика

5. Снять статическую характеристику индукционного датчика угловых перемещений можно, используя схему экспериментальной установки:

Рис.3.3. Схема для снятия характеристик индукционного датчика

6. Снять характеристику работы сельсинной пары: сельсин датчик (СД) – сельсин приёмник (СП) в индикаторном режиме можно используя схему экспериментальной установки:

Рис. 3.4. Сельсин-пара в индикаторном режиме

7. Определить величину угла статической ошибки работы сельсинной пары: сельсин датчик (СД) – сельсин приёмник (СП) в индикаторном режиме можно по следующей формуле:

ΔΘ=α_вс – α_ве , (3.2)

где α_вс – угол поворота сельсина датчика; α_ве – угол поворота сельсина приёмника.