7 Литература.

Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М.., 1977г.
Бородин И.Ф. Технические средства автоматики. М., 1982 г

1-якорь; 2-противодействующая пружина; 3-электрические контакты;

4–короткозамкнутый виток; 5–сердечник; 6–обмотка

Рис.1. Устройство электромагнитного реле

Рис.2. Электрическая схема испытания реле.

Лабораторная работа № 3

исследование тензодатчиков

1. Цель работы

1.1 Изучит устройство и принцип работы тензорезисторов.

1.2 Научиться экспериментально определять основные характеристики датчиков (статическая характеристика и чувствительность датчика).

2. Теоретические сведения

Датчики (первичные преобразователи) – это устройства, измеряющие контролируемую или регулируемую физическую величину и преобразующие ее в выходной сигнал, удобный для дальнейшего использования. Чаще всего измеряемая величина преобразуется в электрический сигнал (ток или напряжение).

Существуют тысячи типов различных датчиков – тока, напряжения, давления, температуры, частоты вращения, влажности и т.д. Однако принцип работы их основан на использовании сравнительно небольшого числа физических явлений. Наибольшую группу составляют параметрические датчики, у которых под действием измеряемой величина изменяется какой-либо параметр, если выходной сигнал – электрический, то изменяется электрический параметр – или электрическое сопротивление, или индуктивность, или емкость, или взаимная индуктивность и т.д. Соответственно бывают датчики сопротивления (потенциометрические, угольные, тензорезисторы и др.), индуктивные датчики, емкостные датчики и т.д.

Генераторные датчики отличаются от параметрических тем, что у них входная величина преобразуется в электрический ток или напряжение. Такие датчики обычно могут работать без постороннего источника электроэнергии (термопары, тахогенераторы, некоторые фотодатчики и др.).

Датчики должны удовлетворять следующим требованиям: однозначность зависимости выходной величины Х_вых от входной Х_вх; линейность этой зависимости (где это возможно), высокая чувствительность, стабильность свойств, достаточная мощность выходного сигнала, достаточная точность, малая инерционность, надежность, простота, невысокая стоимость, удобство эксплуатации и др.

Основными характеристиками датчиков является статическая и динамическая характеристика, чувствительность, максимальная погрешность.

Статическая характеристика – это зависимость выходной величины от входной при установившемся режиме. Например, для угольного датчика давления (см. ниже) это зависимость сопротивления угольного столбика от приложенного давления. Для тензодатчика – зависимость его сопротивления от деформации. Если эта зависимость линейная, то У_вых = К Х_вх, где К – передаточный коэффициент (коэффициент усиления). Нелинейные статические характеристики часто линеаризуют на рабочем участке.

Динамические свойства датчиков, как и других элементов автоматики, определяют их поведение в переходных, т.е. динамических режимах. Они характеризуются передаточными функциями, частотными характеристиками, временными диаграммами. В большинстве случаев стремятся выбрать такой датчик, чтобы его инерционность (тепловая, механическая, электромагнитная и т.д) была как можно меньше.

Чувствительность датчика – это отношение приращения выходной величины к приращению входной.

Если датчик имеет линейную статическую характеристику, то S=k=const. Для сравнения различных датчиков по чувствительности У_вых и Хвх иногда выражают в относительных единицах, чтобы чувствительность была безразмерной величиной.

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

На лабораторном стенде имеются установки для испытания тензодатчиков (рис.1), угольных датчиков (рис.2,а), датчиков индуктивности и взаимной индуктивности (рис.2,б) сигнализатор уровня с емкостным датчиком (рис.3).

3.1 Тензометрический датчик (тензодатчик) представляет собой тонкий проводник из проволоки, фольги или полупроводникового материала, приклеенной к подложке в виде частных петель или спиреи (рис.1, а). Тензодатчик применяется для измерения деформаций, усилий и других с ними связанных величин. С этой целью он наклеивается на деталь в том месте, где нужно измерить деформацию, и деформируется вместе с деталью. Сопротивление датчика , где – удельное сопротивление материала датчика,

– его активная длина,

– площадь поперечного сечения.

Поэтому при растяжении, когда возрастает, а уменьшается, сопротивление возрастает, а при сжатии – уменьшается.

Чувствительность тензодатчика

Для проволочных тензодатчиков ≈2; для полупроводниковых датчиков достигает 100, но не стабильно во времени; механическая прочность их очень мала. Поэтому чаще применяют проволочные тензодатчики (напр., константановые), а для увеличения чувствительности включают их в плечи мостовой cxeмы на постоянном токе (в одно, два или четыре плеча). Если два датчика имеют разноименную деформацию (один работает на растяжение, а другой – на сжатие), то их включают в соседние плечи моста, а если одноименную – в противоположные плечи.

Величина упругой деформации металлических деталей не превышает нескольких долей процента, поэтому в измерительную диагональ моста включается высокочувствительный прибор (микроамперметр или гальванометр) или усилитель.

Если деталь работает на изгиб, (рис. 1, б) то один датчик наклеивается сверху (работает на растяжение), а другой – снизу (на сжатие). Так как , где – механическое напряжение изгиба;