Перечень лабораторных работ

№	Тема	К-во часов
ЛР № 1	Исследование работы параметрических датчиков	2
ЛР № 2	Определение основных параметров генераторных датчиков	2
ЛР № 3	Исследование работы логических элементов	2
ЛР № 4	Исследование работы последовательностных устройств	2
ЛР № 5	Исследование работы микропроцессорной системы на базе однокристального микропроцессора	2
ЛР № 6	Разработка линейных программ	2
ЛР № 7	Разработка программ с операторами цикла	2
ЛР № 8	Разработка программ с операторами перехода	4
ПР	Синтез комбинационных схем	2

Список рекомендуемой литературы

1. Шишмарев, В.Ю. Автоматика: учебник/ В.Ю. Шишмарев. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 288 с.

2. Бабер, А.И. Основы автоматики: учебное пособие/ А.И. Бабер ‑ М.: РИПО, 2006. ‑

3. Бохан, Н.И. Основы автоматики и микропроцессорной техники/ Н.И. Бохан. Мн.: Ураджай, 1987. – 376 с.

4. Чекваскин, А.Н. Основы автоматики: учебное пособие/ А.Н. Чекваскин – М.: издательство «Энергия», 1977. – 448 с.

5. Кузин, А.В. Микропроцессорная техника/ А.В. Кузин, М.А. Жаворонков. М.: Издательский центр "Академия", 2006. – 306 с.

6. Кузин, А.В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: учебник/ А.В.Кузин, С.А.Пескова. – М.: Форум: ИНФРА-М, 2006. – 352 с.

7. Мышляева, И.М. Цифровая схемотехника/ И.М. Мышляева. Издательский центр "Академия", 2005. – 398 с.

Лабораторная работа № 1

Тема: «Исследование работы параметрических датчиков»

Цель: формирование умений анализировать влияние сопротивления нагрузки на величину выходного напряжения параметрического датчика.

Перечень оборудования:

1. персональный компьютер;

2. программная среда Electronic Workbench;

3. текстовый процессор MS Word;

4. табличный процессор MS Excel.

Рекомендации при подготовке к работе

Перед выполнением работы необходимо изучить теоретический материал по теме «Датчики» [1, с. 43…68], [2, с. 61…96], [3, с. 60…108] и ответить на следующие вопросы:

1. Какое устройство называется датчиком?

2. Приведите классификацию датчиков по принципу действия.

3. Расскажите о параметрических датчиках.

4. Расскажите о генераторных датчиках.

5. В чем отличие генераторного датчика от параметрического?

6. Назовите основные характеристики датчиков.

Краткие теоретические сведения

Датчик – это устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, на выходе в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

Датчик в общем виде можно представить состоящим из чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразователя (Пр).

Большинство датчиков преобразуют неэлектрическую контролируемую величину в электрическую.

Основными характеристиками датчиков являются:

- статическая характеристика;

- чувствительность;

- порог чувствительности;

- динамическая характеристика;

- погрешность преобразования;

- выходная мощность;

- выходное сопротивление.

Статическая характеристика показывает зависимость выходной величины y от входной x, т.е. y=f(x). Желательно, чтобы статическая характеристика датчика была линейной. Статическая характеристика позволяет оценить работу датчика в установившемся режиме.

Чувствительность, или коэффициент преобразования, представляет собой отношение выходной величины y от входной величины x. Для датчиков с линейной статической характеристикой чувствительность постоянная: k_c = y/x.

Порогом чувствительности называется минимальная величина на входе датчика x, которая вызывает изменение его выходной величины y. Порог чувствительности вызывается как внешними, так и внутренними факторами (трение, помехи).

Погрешности датчиков делятся на основные и дополнительные. Основная погрешность датчика – это максимальная разность между измеренным значением выходного сигнала y_из и его значением y_ид, определяемым по идеальной статической характеристике для данной входной величины при нормальных эксплуатационных условиях. Эта погрешность может выражаться как в абсолютных единицах: ∆ = y_из ‑ y_ид, так и в относительных: δ = (y_из ‑ y_ид)/y_ид = ∆/y_ид.

Дополнительные погрешности – это погрешности, вызываемые условиями внешней среды и внутренними процессами в деталях преобразователя. К ним можно отнести изменения температуры, влажности, колебания напряжения источника питания, механические воздействия, старение и износ материалов. Дополнительная погрешность выражается обычно в процентах изменения выходной величины на определенное значение возмущающего параметра.

В зависимости от принципа производимого преобразования (принципа действия) различают два вида датчиков: параметрические (пассивные) и генераторные (активные).

Параметрические датчики преобразуют неэлектрические величины в электрические (сопротивление R, емкость С, индуктивность L). В таких датчиках изменение контролируемой величины x сопровождается соответствующим изменением сопротивления (активного, индуктивного и емкостного). Обязательным условием работы параметрического датчика является наличие постороннего источника дополнительной энергии.

Параметрические датчики делятся на датчики активного сопротивления (контактные, реостатные, потенциометрические, тензодатчики, терморезисторы) и реактивные датчики (емкостные, индуктивные).

Параметрические датчики активного сопротивления широко применяются в автоматике, телемеханике и вычислительной технике.

Потенциометрические датчики применяются для преобразования угловых или линейных перемещений в электрический сигнал. Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, который может включаться по схеме реостата или по схеме потенциометра (делителя напряжения).

В зависимости от схемы включения датчика перемещение может быть преобразовано в изменение активного сопротивления или тока (при последовательной схеме включения) или в изменение напряжения (при включении по схеме делителя напряжения).

В устройствах автоматики чаще применяется включение потенциометрических датчиков по схеме делителя напряжения.

Схема включения однотактного потенциометрического датчика

Статическая характеристика в режиме холостого хода

Выходное напряжение потенциометрического датчика в режиме холостого хода, когда нагрузка не подключена, определяется по следующей формуле: Uвых = I•R_x = U•R_x/R

где I — ток, протекающий по датчику; R_x — сопротивление введенной части датчика; U — напряжение питания датчика; R — полное сопротивление датчика.

Предположим, что намотка датчика выполнена равномерно и сопротивление проволоки на единицу длины постоянно, тогда можно написать следующее выражение: R_x / R = х / l ,

где х — перемещение ползунка датчика; l — длина обмотки датчика.

Подставив в формулу вместо выражения R_x/R выражение х / l, получим:

где K = U/l — коэффициент передачи.

Из последней формулы следует, что статическая характеристика потенциометрического датчика при работе его в режиме холостого хода представляет собой линейную зависимость между выходным напряжением датчика Uвых и перемещением его ползунка х.

Рассмотренный датчик является однотактным, т.к. дает возможность измерять перемещение ползунка х только одного знака.

Задание на лабораторную работу

1. Исследовать влияние сопротивления нагрузки (0 ‑ 100 Ом) на величину выходного напряжения однотактного потенциометрического датчика. Напряжение питания датчика – 12 В.

2. По результатам исследования построить статическую характеристику.

3. Написать вывод о влиянии сопротивления нагрузки на величину выходного напряжения однотактного потенциометрического датчика

Ход работы:

1. Изучить работу и схему включения потенциометрического датчика.

2. В программной среде Electronic Workbench собрать схему для исследования влияния сопротивления нагрузки (0 ‑ 100 Ом) на величину выходного напряжения однотактного потенциометрического датчика.

Состав схемы: - источник питания 12V; - потенциометр R (переменный резистор 100 Ом); - мультиметр.

3. Щелкнуть два раза по изображению резистора. Появится диалоговое окно

Установить такие же параметры в окне. Нажать кнопку «Ok».

4.  Щелкнуть мышкой по мультиметеру – появится окно, в котором будут отображаться показания работы схемы (выходное напряжение).

5. Запустить схему на выполнение, для чего необходимо установить переключатель в верхнем правом углу окна программы в положение «1».

4. Для того чтобы исследовать, как будет изменяться напряжение, необходимо изменять сопротивление.

Изменять сопротивление R с шагом 10% возможно при нажатии клавиши «R» на клавиатуре.

В окне мультиметра будет отображаться выходное напряжение.

5. Снять показания выходного напряжения с датчика с шагом, кратным 10. Оформить результаты в таблице.

R, Ом	Rx, Ом	R-Rx, Ом	Uвых, В
100	0	100
	10	90
	20	80
	30	70
	40	60
	50	50
	60	40
	70	30
	80	20
	90	10
	100	0

6. По результатам работы потенциометрического датчика построить статическую характеристику датчика U_вых = f(R_x).

8. Проанализировать влияние сопротивления нагрузки на величину выходного напряжения однотактного потенциометрического датчика. Написать вывод.

9. Оформить отчет по лабораторной работе.