Федеральное государственное бюджетное	Методические указания к
	образовательное учреждение высшего образования	лабораторным работам
	«Башкирский государственный аграрный университет»	Б1.Б.21 Автоматика

Кафедра ЭПЭЭСХ

Б1. Б.21 Автоматика

Методические указания

к лабораторным работам

Направление подготовки

35.03.06 Агроинженерия

Профиль подготовки

Технические системы в агробизнесе

Технический сервис в агропромышленном комплексе

Технологическое оборудование для хранения и переработки

сельскохозяйственной продукции

Квалификация (степень) выпускника

бакалавр

Уфа 2015

УДК 378.147.88.62

ББК 74.58: 40.72

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета механизация сельского хозяйства (протокол № 5 от 24 декабря 2015г.)

Составители: к.т.н., доцент кафедры ЭПЭЭСХ Торопчин В. Д.

ст. преп. кафедры ЭПЭЭСХ Ахметшин А. Т.

Рецензент: к.т.н., доцент Ярмухаметов У.Р.

Ответственный за выпуск:

И. о. зав. кафедрой ЭПЭЭСХ, д.т.н. Галиуллин Р. Р.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Лабораторная работа № 1. Исследование потенциометрических	4
датчиков угловых перемещений
Лабораторная работа № 2. Исследование термопары	8
Лабораторная работа № 3. Исследование переходных	13
характеристик типовых динамических звеньев
Лабораторная работа № 4. Исследование работы цифровых	19
элементов САР
Библиографический список	28

4

Лабораторная работа №1 Исследование потенциометрических датчиков угловых перемещений

1. Цель работы

Целью работы является изучение принципа работы и экспериментальное исследование статических характеристик электромеханического резистивного

измерительного преобразователя (датчика) угловых перемещений потенциометрического типа.

2. Теоретическая часть

Электромеханические первичные измерительные преобразователи (ИП) предназначены для преобразования входных механических величин (давление, усилие, перемещение и т.д.) в выходные электрические величины (напряжение, ток, сопротивление, индуктивность и т.д.).

Электромеханические преобразователи делятся на параметрические и генераторные. В параметрических преобразователях выходная величина – параметр электрической цепи (сопротивление, индуктивность, электрическая емкость). Для получения выходного сигнала в виде электрического тока или напряжения параметрические преобразователи необходимо включать в соответствующие электрические схемы (мостовые, дифференциальные) и питать от отдельных источников электрической энергии.

Генераторные преобразователи вырабатывают электрический выходной сигнал в виде электрического тока или напряжения, значение которых зависит от значения механической контролируемой величины (пьезоэлектрические преобразователи, тахогенераторы и др.).

По принципу действия электромеханические преобразователи можно разделить на резистивные, электромагнитные, емкостные, тахометрические.

Резистивные ИП наиболее широко распространены и используются для контроля линейных и угловых перемещений, измерения усилий, моментов, ускорений и расхода материалов. По конструктивному исполнению резистивные преобразователи бывают контактного типа, потенциометрические и тензометрические.

Потенциометрические ИП представляют собой регулируемые проволочные резисторы, которые в отличие от регулировочных реостатов имеют однозначную функциональную зависимость между значением сопротивления и перемещения или угла поворота.

Для линейного потенциометрического ИП, изображенного схематически на рисунке 1, эта функциональная зависимость имеет вид:

R_x = ^R_l x = r₀ x,

где R – сопротивление ИП, l – полная длина намотки, r₀ – сопротивление, приходящееся на единицу длины намотки, Ом/мм.

5

Рисунок 1 Схемы линейного и кольцевого потенциометрических ИП

Основные элементы потенциометрических ИП – пластмассовый или керамический каркас, на котором намотана обмотка из провода круглого или прямоугольного сечения и скользящий контакт (щетка).

Для потенциометрического ИП с линейной характеристикой, включенного по схеме делителя напряжения (рисунок 1а):

21. _{= U} ^x _{= U} ^Rx

10. lR

Тогда чувствительность ИП по напряжению определится из выражения:

k_u = ^dU_dx^x = ^U_l

Для ИП с кольцевым каркасом при равномерном распределении витков по длине дуги каркаса (рисунок 1б):

U _α = ^U_R rρ₀ α ,

где r - радиус каркаса, м; ρ₀ - сопротивление обмотки, отнесенное к единице длины дуги, на которую намотана обмотка, Ом/(м∙рад); α - угол поворота, рад, k_u – чувствительность ИП по напряжению.

Чувствительность кольцевого ИП по напряжению определится:

k_u = ^dU_dα^x = ^U_R rρ₀ .

Функциональная зависимость углового перемещения α = α(U_α) будет иметь вид:

1

^{α =} _ku ^U α ^.

Зависимость (6), разрешенная относительно U_α, называется статической градуировочной характеристикой ИП, а k_u - чувствительностью, крутизной, статическим коэффициентом передачи.

3. Задание

3.1 Изучить устройство и конструкцию потенциометрического ИП угловых перемещений.

6

3.2 Рассчитать градуировочную характеристику потенциометрического ИП.

3.3 Снять экспериментальную градуировочную характеристику потен-циометрического ИП в прямом и обратном направлении.

3.4 Построить расчетный и экспериментальный графики градуировочной характеристики ИП и произвести их сравнение.

4. Порядок выполнения работы

4.1 Для расчета градуировочной характеристики исследуемого потенцио-метрического ИП в диапазоне угловых перемещений α = 0…300⁰, с шагом Δα=30⁰ воспользоваться формулой (6), с учетом следующих значений параметров схемы и ИП: U=24В, R=216 Ом, r=0,024м, ρ₀=29,63 Ом/м*град.

По результатам расчетов заполнить таблицу 1 и построить расчетную градуировочную характеристику потенциометрического ИП U=U(α).

Таблица 1 Расчетная градуировочная характеристика

α,

град.

U(α),

В

4.2 Собрать схему для проведения эксперимента (рисунок 2).

Ко входу потенциометра Rp (верхний и нижний выводы) подключить переменное напряжение 24 В. Общий (нижний) вывод потенциометра подключить ко входу COM мультиметра для предотвращения выхода прибора из строя. Средний вывод потенциометра (щетка) подключить к входу измерения напряжения и сопротивления (V,Ω). Вращением ручки выбора режима измерения установить на мультиметре предел измерения ≈200В.

Рисунок 2 Схема проведения эксперимента

Включение схемы в сеть производить только после проверки преподавателем правильности соединений.

7

Изменяя значение угла поворота α скользящего контакта потенциометра с шагом 30⁰, измерить значение выходного напряжения ИП в прямом и обратном направлении в диапазоне 0…300⁰.

Примечание: Для повышения точности измерений необходимо вывести лимб потенциометра в нулевое положение и совместить риску «0» с острием арретира.

Результаты эксперимента занести в таблицу 2.

Таблица 2 Экспериментальная статическая характеристика

α, град.

U(α), В (прямой ход)

U(α), В (обратн.ход)

По данным таблицы 2 построить экспериментальную градуировочную характеристику потенциометрического ИП в прямом и обратном направлении.

5. Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

• цель работы;

-формулы и таблицы с расчетными и экспериментальными данными градуировочной характеристики ИП;

• схему эксперимента;

-графики расчетных и экспериментальных градуировочных характе-ристик ИП;

-выводы по результатам работы.

6 Контрольные вопросы

1. Функции и виды электромеханических преобразователей.

2. Принцип работы и устройство потенциометрических ИП.

3. Порядок расчета градуировочной характеристики ИП.

4.Сравнить расчетную и экспериментальную градуировочные характе-ристики ИП. Объяснить различие между ними.

5.Дать объяснение гистерезису статической характеристики датчика.

6.По экспериментальной градуировочной характеристике ИП определить чувствительность датчика.

7.Определить абсолютную и относительную погрешность ИП.

8