Содержание

Назначение……………………………………………………………………………………………….4

Состав лабораторного стенда…………………………………………………………………………..4

Подготовка лабораторного стенда к работе…………………………………………………………...7

Методические указания к проведению лабораторных работ………………………………………...9

Работа № 1. Изучение датчиков тока и напряжения………………………………………………….9

Работа №2. Изучение датчиков температуры………………………………………………………...17

Работа №3. Изучение датчиков магнитного поля………………………………………………........22

Работа №4. Изучение датчиков освещённости………………………………………………………29

Приложение 1. Датчики тока и напряжения………………………………………………………….35

Приложение 2. Датчики температуры…………………………………………………………..........38

Приложение 3. Датчики магнитного поля……………………………………………………………47

Приложение 4. Датчик освещённости………………………………………………………………..63

Перечень литературы ………………………………………………………………………………….65

1. Назначение

Лабораторный стенд «Датчики технологической информации» (далее- стенд) предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучающих дисциплины, связанные с автоматизацией различных отраслей промышленности.

Стенд может быть использован также для обучения учащихся техникумов и слушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации.

1.1. Стенд выполнен для работы в лабораторных условиях (невзрывоопасная окружающая среда, не содержащая агрессивных газов и паров, ненасыщенная водяными парами и токопроводящей пылью).

2. Состав лабораторного стенда

2.1. Моноблок «Датчики технологической информации», который содержит:

2.1.1 Блоки питания:

■ +24 В, 2 А;+5 В, ЗА;

■ ±15 В, 1 А;+5 В, ЗА.

2.1.2 Генератор постоянного и переменного напряжения 0...10 В, частота 10... 10 000 Гц.

2.1.3 Регулятор тока(0...2,5 А, 10... 10 000 Гц).

2.1.4 Поле датчиков тока н напряжения (шунт, делитель напряжения, измерительные трансформаторы тока и напряжения, интегральные датчики тока и напряжения).

2.1.5 Поле датчиков температуры (биметаллический термостат, термопара, интегральный датчик, кремниевый н платиновый терморезисторы, инфракрасный пирометр).

2.1.6 Поле датчиков магнитного поля (дискретный и аналоговый датчик Холла, дискретный и аналоговый магниторезистор, геркон).

2.1.7 Поле интегрального датчика освещенности.

2.1.8 Блок цифровых индикаторов:

- вольтметр 0.. .30 В для измерения переменного и положительного постоянного напряжения;

- амперметр 0...5 А для измерения постоянного и переменного

тока.

2.1.9 Цифровой мультиметр для измерения тока, напряжения и сопротивления. 2.2. Комплект мини модулей, 16 шт.: 2.2.1. Датчики тока и напряжения:

- шунт мощностью 1 Вт с сопротивлением 0,1 Ом ±1%;

- делитель напряжения с коэффициентом передачи 10:1;

- измерительный трансформатор тока с коэффициентом передачи 1000:1;

- измерительный трансформатор напряжения с коэффициентом передачи 1:1;

- интегральный датчик тока;

- интегральный датчик напряжения.

2.2.2. Датчики температуры:

- Биметаллический термостат;

- Термопара и интегральный датчик температуры:

■ термопара типа К(ХА), материал Хромель-Алюмель;

■ интегральный датчик температуры.

- Кремниевый и платиновый терморезисторы:

■ кремниевый терморезистор;

■ платиновый терморезистор.

- Инфракрасный пирометр

2.2.3. Датчики магнитного поля:

- дискретный датчик Холла;

- аналоговый датчик Холла;

- дискретный магниторезистор;

- аналоговый магниторезистор;

- геркон.

2.2.4. Датчик освещенности с логарифмической статической характеристикой.

2.3. Комплект кабелей и соединительных проводов.

2.4. Комплект постоянных магнитов 7x7x4 мм (2 шт.).

2.5. Техническое описание.

2.6. Методические указания к проведению лабораторных работ.

2.7. Паспорт.

2.8. Кейс для хранения мини модулей.

Внешний вид лицевой панели моноблока представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид лицевой панели моноблока «Датчики технологической информации»

4. Подготовка лабораторного стенда к работе

4.1. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков тока и напряжения:

1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы генератора напряжения «UВых» с входами мультиметра, работающего в режиме измерения переменного напряжения до 20 В. Галетный переключатель «Множитель» установить в положение «х 1»;

2) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручки регулировки амплитуды и частоты, с помощью мультиметра и индикатора частоты можно наблюдать изменения величины и частоты переменного напряжения 0...10 В и 10 Гц... 10 кГц. Переключая галетный переключатель в положения «х 10» и «х 100», можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты;

3) выключить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

4) галетный переключатель «Множитель» установить в положение «=»;

5) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, можно наблюдать изменение уровня постоянного напряжения;

6) выключить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

7) с помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы регулятора тока «Iвых» через амперметр РА1 с входами поля «Датчики тока и напряжения». В поле установить интегральный датчик тока. Выходные клеммы поля соединить с с входами мультиметра, работающего в режиме измерения постоянного напряжения до 20 В;

8) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, с помощью мультиметра можно наблюдать изменение уровня постоянного напряжения:

9) выключить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

10) галетный переключатель «Множитель» установить в положение «х 1»;

11) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, с помощью мультиметра можно наблюдать изменения величины переменного напряжения 0...10 В. Переключая галетный переключатель в положения «х 10» и «х 100», можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты.

4.2. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков температуры:

1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регулятора температуры;

2) установить любой из минимодулей (желательно термопару и интегральный датчик) в гнезда соответствующего поля;

3) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Переключателем SA4 включить регулятор температуры, наблюдать изменение текущей температуры нагревательного элемента на экране регулятора температуры. Кроме того, при подключении мультиметра, работающего в режиме измерения постоянного напряжения (термопара, пирометр или интегральный датчик) или в режиме измерения сопротивления (терморезисторы), можно наблюдать изменение значения напряжения и сопротивления.

4.3. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков магнитного поля:

1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ;

2) установить любой из минимодулей (желательно аналоговый датчик Холла) в гнезда соответствующего поля;

3) подключить мультиметр, работающий в режиме измерения постоянного напряжения, к выходным гнездам поля, на котором установлен исследуемый минимодуль;

4) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

5) изменяя расстояние от датчика до воздействующего магнита с помощью микрометра, необходимо наблюдать изменение величины напряжения.

4.4. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчика освещенности:

1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ. Галетный переключатель «Множитель» установить в положение «=».

2) С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы регулятора напряжения с входными клеммами поля «Датчик освещенности». Эти же клеммы необходимо подключить к входам мультиметра, работающего в режиме измерения постоянного напряжения до 20 В;

3) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, с помощью мультиметра можно наблюдать изменение уровня постоянного напряжения.

ВСЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ЧЕРЕЗ КАБЕЛИ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ СУББЛОКА И ВСЕГО МОДУЛЯ В ЦЕЛОМ. В указаниях к каждой лабораторной работе поясняется, какие модули используются, и какие подключения (переключения) необходимо осуществить перед началом конкретной лабораторной работы и в ходе ее выполнения.

4. Методические указания к проведению лабораторных работ.

Работа № 1. Изучение датчиков тока и напряжения Цель работы

1. Изучить режимы работы и основные характеристики датчиков тока и напряжения.

2. Сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оценить погрешности.

3. Определить основные погрешности датчиков тока и напряжения.

Программа работы

Дома изучить принцип работы, назначение и технические характеристики датчиков тока и напряжения, схемы их подключения, а также основные узлы и возможности лабораторного комплекса.

В лаборатории:

- пройти тестирование по теоретической части;

- снять и построить экспериментальные статические характеристики измерительного шунта;

- снять и построить экспериментальные статические характеристики измерительного трансформатора тока;

- снять и построить экспериментальные статические характеристики интегрального датчика тока:

- снять н построить экспериментальные статические характеристики делителя напряжения;

- снять и построить экспериментальные передаточные характеристики трансформатора напряжения;

- снять и построить экспериментальные статические характеристики интегрального датчика напряжения;

- проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;

- выполнить отчет о проделанной работе.

Пояснения к работе

1. Общие сведения

В лабораторной работе исследуются следующие датчики тока и напряжения:

-измерительный шунт;

-измерительный трансформатор тока Talema АС1010;

-интегральный датчик тока LEM НХ-ОЗР;

-делитель напряжения; 

-трансформатор напряжения HANN BV 201;

-интегральный датчик температуры LEM LV-25P.

Краткий теоретический материал, посвященный описанию принципов работы датчиков тока и напряжения, а также технические характеристики используемых в лабораторной работе датчиков приведены в Прил. 1.

2. Описание лабораторной установки для изучения датчиков тока н напряжения

Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию датчиков тока и напряжения, необходимо ознакомиться с принципом их действия и схемой подключения. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.

Зона для изучения датчиков тока и напряжения лабораторного стенда представлена на рис.1. Данная зона представляет собой субблок генератора постоянного и переменного по амплитуде и частоте напряжения с выходными клеммами, регулятора и переменного по амплитуде и частоте тока с выходными клеммами, поле для установки минимодулей с изучаемыми датчиками тока и напряжения с входными клеммами для соединения с выходами субблока генератора напряжения и регулятора тока н выходными клеммами для подключения измерительных входов мультиметра, а также блок индикаторов (вольтметр и амперметр, позволяющие в зависимости от режима работы измерять переменный или постоянный ток и напряжение).

Питание датчиков и других микросхем ±15 В осуществляется через внутренние цепи от импульсного источника питания.

Рис. 1. Зона для исследования датчиков тока и напряжения

На рис.2 представлен внешний вид минимодулей, внутри которых размещены изучаемые датчики.

 

Рис. 2. Внешний вид минимодулей с изучаемыми датчиками: измерительный шунт (а), трансформатор тока (б), интегральный датчик тока (в), делитель напряжения (г), трансформатор напряжения (д), интегральный датчик напряжения (е)

3. Проверка работоспособности экспериментальной установки

Для проверки работоспособности необходимо:

- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы генератора напряжения «Uвых» С входами мультиметра, работающего в режиме измерения переменного напряжения до 20 В. Галетный переключатель «Множитель» установить в положение «х 1»;

- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Наличие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере питания на лицевой панели. Вращая ручки регулировки амплитуды и частоты, с помощью мультиметра и индикатора частоты можно наблюдать изменения величины и частоты переменного напряжения 0... 10 В и 10 Гц... 10 кГц. Переключая галетный переключатель в положения «х 10» и «х 100», можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты;

- выключить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

- галетный переключатель «Множитель» установить в положение «=»;

- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, можно наблюдать изменение уровня постоянного напряжения;

- выключить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

- с помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы регулятора тока «Iвых» через амперметр РА1 с входами поля «Датчики тока и напряжения». В поле установить интегральный датчик тока. Выходные клеммы поля соединить с входами мультиметра, работающего в режиме измерения постоянного напряжения до 20 В;

- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, с помощью мультиметра можно наблюдать изменение уровня постоянного напряжения;

- выключить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ;

- галетный переключатель «Множитель» установить в положение «х 1»;

- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ. Вращая ручку регулировки амплитуды, с помощью мультиметра можно наблюдать изменения величины переменного напряжения 0...10 В. Переключая галетный переключатель в положения «х 10» и «х 100», можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты.

4. Экспериментальное определение характеристик датчиков тока н напряжения

4.1. Снятие н построение экспериментальной характеристики измерительного шунта при измерении постоянного и переменного тока

Для снятия экспериментальной статической характеристики измерительного шунта необходимо установить в поле «Датчики тока и напряжения» модуль с изучаемым прибором. К его входам подключить выходы регулятора тока, причем в эту цепь необходимо последовательно включить амперметр в режиме измерения постоянного тока и параллельно вольтметр также в режиме измерения постоянного напряжения. Галетный переключатель «Множитель» установить в положение «=». К выходам мини модуля необходимо подключить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения до 2 В. Вращая соответствующую ручку регулировки амплитуды, необходимо изменять величину постоянного тока, протекающую через шунт и фиксировать значения на дисплее мультиметра. В ходе эксперимента необходимо снять восходящую и нисходящую ветви характеристики (не менее 15 точек в каждую сторону). Данные занести в табл.1. Аналогично провести экспериментальные исследования для переменного тока. Для этого галетный переключатель «Множитель» установить в положение «х 1», амперметр и вольтметр перевести в режим измерения переменного тока и напряжения, а мультиметр перевести в режим измерения переменного напряжения до 2 В. Вращая ручку регулировки частоты, установить требуемую частоту (например, 50 Гц). Методика снятия характеристик аналогична исследованиям датчика на постоянном токе. Данные занести также в табл.1.

Таблица 1

=	Iвх, мА
	Uвых, В
-	Iвх. мА
	Uвых, В

Построить на одном графике восходящую и нисходящую ветви статической характеристики измерительного шунта и оценить основные погрешности отдельно для измерения постоянного и переменного тока.