qitCtg5MQ2

ной работы двух индуктивных преобразователей можно наблюдать, переключив оборудование лабораторного стенда на работу в режиме 3.

Порядок выполнения эксперимента. Включить питание стенда и установить переключатель режимов в положение 2. Перемещая сердечник первого преобразователя ДИП 1 с помощью микрометрического винта, до-

биться минимального показания вольтметра U0.

Достигнутое положение сердечника принимается за начальное (х1 = 0).

Вращая ободок индикатора перемещений, совместить нулевую отметку его шкалы со стрелкой.

Затем определить зависимость выходного напряжения от перемещения

сердечника в диапазоне (– Хmax = 2 мм)… (+Хmax = 2 мм) с шагом 0.1 мм. Результаты занести в таблицу.

Линейная аппроксимация нелинейной характеристики преобразователя в диапазоне 0… Хmax осуществляется прямой линией, совпадающей с началь-

ной и конечной точками характеристики. Уравнение этой прямой имеет вид

Ua = U 0 + S X , где S = (Umax – U0) / Xmax – чувствительность.

Абсолютную и приведенную погрешности линейности определяют, соответственно, по формулам

∆Uл = Ux – Ua; γн = 100∆Uн/(Umax – U0).

Для исследования работы индуктивного преобразователя перемещений при недифференциальном включении следует установить переключатель режимов в положение 1. Методика исследований в этом режиме такая же, как и при дифференциальном включении. Начальное положение сердечника соответствует нулевому показанию индикатора перемещений, зафиксированному в предыдущем опыте.

Для наблюдения совместной работы двух индуктивных преобразователей следует вернуть сердечник первого преобразователя в нулевое положение и установить переключатель режимов в положение 3. Перемещая сер-

21

дечник второго преобразователя, добиться минимального показания вольтметра.

Сместить сердечник первого ДИП на 0.2 мм и, перемещая сердечник второго ДИП, добиться минимального показания вольтметра. Сравнить показания индикаторов перемещений обоих ДИП.

Лабораторная работа 4

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ЗАМКНУТОЙ ПНЕВМОСИСТЕМЕ

Цель работы – ознакомление студентов с приборами, применяемыми для измерения избыточного давления в замкнутой пневмосистеме.

4.1.Задание

1.Ознакомиться с устройством лабораторной установки. Записать технические данные приборов.

2.Измерить с помощью вольтметра выходные сигналы каждого из датчиков давления, воспринимающих избыточное относительно атмосферного

давление в замкнутой пневмосистеме в диапазоне 0.05…0.25 МПа.

3.Вычислить коэффициент преобразования заданных датчиков [B/МПа] и построить нагрузочные характеристики.

4.Определить погрешности измерений давления.

5.Оценить гистерезис характеристик заданного датчика давления.

4.2.Методические указания к работе

Вработе исследуются характеристики деформационных манометров, основу которых составляют упругий элемент или первичный преобразователь давления в перемещение (мембрана) и преобразователь перемещения

вэлектрический сигнал.

Основу конструкции исследуемых датчиков давления составляет кремниевая пластина, на которой формируются диффузией два полупроводниковых тензорезистора. Под одним из тензорезисторов травится выемка до образования чувствительной мембраны.

Оба тензорезистора соединены последовательно: один воспринимает деформации мембраны, второй служит для термокомпенсации. Кремниевая пластина разделяет внутреннюю полость датчика на две части.

Контролируемое давление подаётся к датчику с верхней стороны мембраны, а нижняя часть полости датчика соединена с окружающей средой и

22

находится под атмосферным давлением. Под действием разности давлений мембрана изгибается, и на тензорезистор действует деформирующее (сжимающее или растягивающее) усилие, вызывая изменение сопротивления резистора пропорционально разностному (избыточному) давлению.

На цепочку тензорезисторов подается постоянное напряжение от стабилизированного источника, а падение напряжения на измерительном тензорезисторе фиксируется вольтметром.

Блок

питания

Сеть 220 В

Рис. 4.1

Оборудование, используемое при выполнении работы. Схема уста-

новки ИВ2 представлена на рис. 4.1.

Лабораторный стенд включает следующее оборудование:

∙установка лабораторная ИВ2;

∙универсальный цифровой прибор GDM-8135 (мультиметр);

∙контрольный манометр, модель 11202, класс точности 0.4. Исследуемые датчики давления:

∙изготовитель − фирма «MOTOROLA»;

23

∙ номинальный диапазон измерений 0.01…0.50 МПа. Основная погрешность датчиков:

∙образцового МPХ42500Р/KO525AL − не более 0.5 %;

∙испытуемого MPX425001/KO525AK − не более 2.0 %.

Назначение клапанов:

∙клапан управления – включение подачи давления к датчикам;

∙клапан 1 – быстрый (аварийный) сброс давления;

∙клапан 2 – медленный сброс давления.

Методика выполнения эксперимента. Установить переключатель ре-

жимов в положение «Ручн» и включить питание установки ИВ2 от сети ~220 В. Включить переключатели «Компрессор» и «Клапан управления» и контролировать нагнетание давления в пневмосистеме установки по контрольному стрелочному манометру. При достижении давления в системе 0.255…0.260 МПа (не более!) выключить компрессор.

ВНИМАНИЕ! Нагнетание давления выше 0.27 МПа ОПАСНО.

1. Кратковременно включая переключатель «Клапан 2», медленно сбрасывать давление и, останавливая стрелку манометра на значениях 0.25…0.05 МПа (с шагом 0.01 МПа), регистрировать с помощью вольтметра выходные сигналы U датчиков давления (ДД), подключая поочередно вольтметр к образцовому и испытуемому датчикам с помощью переключателя на пультеадапторе. По окончании измерений включить «Клапан 1» и полностью сбро-

сить давление в пневмосистеме. Выключить питание установки ИВ 2.

3. Для корректировки первичных показаний ДД (в единицах напряжения) следует вычесть из них показания при начальном («нулевом», соответствующим атмосферному) давлении в системе.

Вычисление коэффициентов преобразования ДД производится по формуле

K = (U0.16 – U 0.14) / 0.02,

где U0.16, U0.14 – показания вольтметра в точках 0.16 и 0.14 МПа.

4. Построение нагрузочных характеристик заданного датчика давления

Ррасч = f (Рк), где Рк – точки измерения давления по контрольному маномет-

ру, производится после вычисления расчетных значений давления по показа-

ниям датчиков Ррасч = U / К.

24

5. Вычисление приведенных погрешностей γ = 100(Ррасч – P к) / 0.25 [%] измерений давления испытуемыми датчиками выполняется в сравнении с действительными значениями давления по показаниям стрелочного маномет-

ра Pк. Результаты измерений и вычислений свести в табл. 4.1, сравнить полу-

ченные результаты с паспортными данными датчиков.

6. Оценка гистерезиса характеристик датчиков производится в трёх точ-

ках шкалы: Pк = 0.06; 0.12; 0.18 МПа. Для подхода к каждой из точек «снизу» следует нагнетать давление компрессором до заданных значений Pк. Запи-

сать показания датчиков Uнар при нарастании давления в табл. 4.2.

Для подхода к каждой из заданных точек «сверху» поднять давление в пневмосистеме на 0.01 МПа выше контролируемой точки, затем, кратковре-

менно включая клапан 2, снизить давление до заданного значений Pк и запи-

сать показания датчиков Uспад при спаде давления.

Вычислить гистерезис b = 100 (Uспад – U нар) / U0.25 [%], где U0.25 – показания вольтметра в точке 0.25 МПа.

Провести анализ полученных результатов.

25

Лабораторная работа 5

ПРИМЕНЕНИЕ ЕМКОСТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УСКОРЕНИЙ И ВИБРАЦИИ

Цель работы – ознакомление студентов со средствами измерения параметров вибрации, ролью устройств амортизации и методом определения резонансных частот.

5.1.Задание

1.Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками лабораторной установки, с конструкцией и принципом работы фотоэлектрического (оптопары) измерителя амплитуды колебаний вибростола и емкостным измерителем ускорения вибрации стола (акселерометром).

2.Наблюдать на экране осциллографа формы сигналов от акселеромет-

ров (Dg) и от датчиков амплитуды (Da) при различных режимах работы гене-

ратора.

3.Измерить с помощью осциллографа параметры вибрации обеих платформ стенда в рабочем диапазоне частот при различных уровнях «раскачки» (коэффициентах задания амплитуды) от функционального генератора.

4.Определить диапазон подавления вибрации верхней платформы за счет амортизатора при различных нагрузках на платформу.

5.2.Методические указания

Вработе исследуются параметры вибрации, такие как линейное ускорение и амплитуда колебаний отдельных элементов конструкции, в зависимости от внешних возмущающих воздействий.

Измерение линейных ускорений осуществляется с помощью акселерометров. Физический принцип, определяющий работу этих датчиков, состоит

визменении ёмкости пластинчатого конденсатора за счёт перемещения одной из пластин.

Датчик представляет собой дифференциальный конденсатор из двух фиксированных пластин и размещённой между ними подвижной пластины. Пространство между пластинами заполнено силиконовой массой, выполняющей роль диэлектрика и одновременно упругой подвески для подвижной пластины. Подвижная пластина обладает относительно большой массой и при воздействии ускорений на датчик осуществляет перемещение от одной

26

фиксированной пластины к другой, преодолевая упругое сопротивление силиконовой массы. В результате изменяется соотношение ёмкостей обеих половин конденсатора, что, в свою очередь, модулирует выходной сигнал датчика по амплитуде.

Собственно линейные ускорения в лабораторной работе создаются вибростендом, возвратно-поступательное движение подвижной части которого инициируется электромагнитной системой, возбуждаемой периодическими сигналами от генератора. Мощность сигналов генератора (уровни «раскачки») регулируется вручную.

При подаче периодических сигналов синусоидальной формы движение подвижной части вибростенда можно описать уравнением вида

X = Asin ωt,

где А – амплитуда колебаний; ω – круговая частота колебаний. Тогда, выражение для ускорения принимает вид

а = d 2 X/ d t 2 = – Аω2sin ωt.

Измерение амплитуды колебаний элементов конструкции осуществляется с помощью оптронного преобразователя перемещений, состоящего из пары «излучатель и фотоприемник» в общем П-образном корпусе с открытым створом и шторки, перекрывающей частично створ и жестко связанной с испытуемым конструктивным элементом. Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника, пропорционален площади перекрытия створа шторкой.

Оборудование, используемое при выполнении работы. Схема уста-

новки ИВ5, состоящей из электромагнитного вибростола с двумя рабочими платформами, блока питания и функционального генератора представлена на рис. 5.1 и включает следующие узлы:

∙УИАВ-1 и УИАБ-2 – датчики контроля амплитуды вибраций;

∙ДЛУ – датчик линейных ускорений (акселерометр) ADXL-105. Характеристики установки ИВ5:

∙чувствительность акселерометра − Sg = 0.5 В/g.

27

∙ регулятор задания коэффициента амплитуды (уровня раскачки) в положение «2»;

3.Включить питание приборов в последовательности: осциллограф – генератор – блок питания 2 и отрегулировать синхронизацию осциллографа до получения устойчивого изображения сигналов.

4.Наблюдая форму сигналов от акселерометров DА-1 и DА-2 на экране осциллографа, изменять частоту вибрации с помощью регулятора от положения «1» до положения «10» и определить момент изменения сдвига фазы сигнала акселерометра DА-2 относительно DА-1 на 90о, что соответствует возникновению первого резонанса.

5.Переключив блок коммутации на контроль для сигналов от DА-1 и DА-2, убедиться, что в момент возникновения резонансных колебаний также значительно увеличивается амплитуда колебаний. Обнаруженную частоту возникновения резонанса записать в протокол.

6.Повторить измерения по п. 5, изменяя нагрузку на верхнюю платформу путем наложения гирь 20; (20 + 20); 50 г.

7.Построить семейства графиков.

8.Определить диапазон частот, при которых амплитуда вибрации верхней платформы за счет амортизатора минимальна, при различных нагрузках на платформу.

ВАРИАНТЫ ЗАДАЧ

1. Определить допустимый ток перегрева медного термометра сопро-

тивления (R0 = 53 Ом), если допустимая мощность, выделяемая в нём проте-

кающим током, не должна превышать 10 мВт. Ответ: 13.8 мА.

2. Для повышения точности измерения температуры медным термомет-

ром (R0 = 100 Ом) рассеиваемая в нём активная мощность снижена с 10 до 2

мВт. Определить ток через термометр и изменение сопротивления термомет-

ра за счет нагрева током при температуре 0 °C, если перегрев термометра при рассеиваемой мощности 10 мВт составляет +0.4 °C.

Ответ: 1.41 мА; 0.034 Ом.

3. Подсчитать мощность, выделяемую в платиновом термометре сопро-

тивления (R0 = 46 Ом), а также ток, вызывающий перегрев термометра на

29

+0.05 °C. Термометр помещен в тающий лед. Выделение в термометре мощ-

ности 10 мВт вызывает перегрев термометра на 0.2 °C.

Ответ: 2.5 мВт; 7.3 мА.

4. Определить температурный коэффициент термистора при температу-

рах 0; +20; +100 °C , если известно, что коэффициент характеристики преобразования B равен 4000 К.

Ответ: –0.0538 К–1 ; –0.0467 К–1 ; –0.0288 К–1 .

5. Медный термометр сопротивления (R0 = 53 Ом) включен в плечо неравновесного моста по двухпроводной схеме с помощью двух медных про-

водов длиной 50 м и сечением 0.5 мм2. Определить температурную погреш-

ность прибора, вызванную изменением сопротивления проводов при колеба-

нии окружающей температуры в пределах ±20 °C относительно нормальной.

Прибор был отградуирован в нормальных условиях с внешним сопротивлением 5 Ом.

Ответ: ±1.3 °C.

6. Определить температуру чувствительного элемента медного терморе-

зистора, номинальное сопротивление которого при 0 °C равно 100 Ом, если измеренное значение терморезистора 142.8 Ом. Температурный коэффициент сопротивления материала чувствительного элемента 4.28 . 10–3 К–1 .

Ответ: 100 °C.

7. Рассчитать сопротивление платинового терморезистора, температура чувствительного элемента которого равна 300 °C, а номинальное сопротив-

ление при 0 °C равно 100 Ом. Значения коэффициентов полинома статической характеристики преобразования:

A = 3.968 . 10–3 К–1 , B = –5.847 . 10–7 К–2 ; C = –4.22 . 10–12 К–3 .

Ответ: 234.3 Ом.

8. Определить сопротивление термистора при 20 °C и его коэффициент температурной чувствительности, если при 0 °C сопротивление термистора равно 10.24 кОм, а при 30 °C – 4.22 кОм.

Ответ: 5.56 кОм.

9. Найти уравнивающее сопротивление в схеме моста с платиновым термометром сопротивления (R0 = 46 Ом), если термометр включен в мост с помощью двух медных проводов длиной 10 м и сечением 1 мм2 каждый.

30