Методическое пособие 99
.pdf
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим работам
по дисциплине «Физические основы получения информации» направления 200100.62 «Приборостроение»
(профиль «Приборостроение») всех форм обучения
Воронеж 2014
Составители: канд. техн. наук А.В. Турецкий, канд. техн. наук Н.В. Ципина, канд. техн. наук В.А. Шуваев
УДК 621.3.049.7.002 (075)
Методические указания к практическим работам по дисциплине «Физические основы получения информации» направления 200100.62 «Приборостроение» (профиль «Приборостроение») всех форм обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; cост. А.В. Турецкий, Н.В. Ципина, В.А. Шуваев. Воронеж, 2014. 42 с.
Методические указания предназначены для проведения практических занятий по курсу «Физические основы получения информации». Основной целью указаний является выработка навыков практической работы и расчетов различных преобразователей и устройств автоматики. Методические указания предназначены для бакалавров техники и технологии по направлению 200100.62 «Приборостроение» всех форм обучения.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле Мет Pr ФОПИ.pdf
Табл. 30. Ил. 2. Библиогр.: 3 назв.
Рецензент канд. техн. наук, доц. А.В. Башкиров
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.В. Муратов
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Данные методические указания для студентов по выполнению практических работ согласно программе дисциплины "Физические основы получения информации" предназначены для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников бакалавриата 200100.62 «Приборостроение» с целью закрепления теоретических знаний и практических умений.
В сборнике содержатся методические указания по выполнению следующих практических работ:
№1 Определение основных параметров потенциометрического и термоэлектрического датчиков.
№2 Определение основных параметров индуктивного датчика.
№3 Определение основных параметров емкостного и пьезоэлектрического датчиков.
№4 Определение основных параметров электромагнитного реле.
№5 Определение основных параметров исполнительного устройства и простейшего магнитного усилителя.
№6 Определение основных параметров магнитного усилителя с обратными связями.
№7 Определение основных параметров многокаскадного и реверсивного магнитных усилителей.
№8 Определение основных параметров аналогового цифрового преобразователя.
Требования к знаниям и умениям при выполнении практических работ
При выполнении практических работ студент должен знать:
-типы электромеханических и магнитных устройств автоматики;
-конструктивные разновидности устройств автоматики;
-схемные решения устройств и систем автоматики;
-основные характеристики и параметры устройств автоматики;
-классификацию систем автоматики;
уметь:
-пользоваться специальной и справочной литературой;
-строить характеристики устройств автоматики;
-рассчитывать основные параметры устройств и систем автоматики;
-различать системы стабилизации, следящие, автоматические
измерительные системы;
-производить сравнительный анализ основных параметров устройств
автоматики.
Правила выполнения практических работ 1. Студент должен придти на практическое занятие
подготовленным к выполнению практической работы.
2. После проведения практической работы студент должен представить отчет о проделанной работе с таблицей результатов расчета.
3. Отчет о проделанной работе следует выполнять в журнале практических работ на листах формата А4 с одной стороны листа.
Содержание отчета указано в описании практической работы.
4. Расчет следует производить с точностью до двух значащих цифр.
5. Вспомогательные расчеты можно выполнять на отдельных листах, а при необходимости на листах отчета.
6. Оценку по практической работе студент получает,
если:
-расчеты выполнены правильно и в полном объеме;
-результаты сведены в таблицы;
-может пояснить выполнение любого этапа работы;
-отчет выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы,
2
- отвечает на контрольные вопросы на удовлетворительную оценку и выше.
Зачет по практическим работам студент получает при условии выполнения всех предусмотренных программой практических работ после сдачи журнала с отчетами по работам и оценками по каждой из них.
Практическая работа № 1 Определение основных параметров потенциометрического
итермоэлектрического датчиков
1.Цель работы.
1.1.Научиться рассчитывать параметры потенциометрического датчика.
1.2.Научиться рассчитывать параметры термоэлектрического датчика.
Задача № 1. Рассчитать параметры потенциометрического датчика
2. Пояснения к работе.
2.1. Краткие теоретические сведения. Потенциометрический датчик представляет собой
реостат, включенный по схеме потенциометра. Потенциометрический датчик преобразует механические перемещения в изменения сопротивления реостата. Расчет потенциометра сводится к расчету сопротивлений: определяются размеры каркаса для намотки, диаметр провода обмотки, количество витков, шаг намотки.
1) рабочая длина каркаса L, мм:
L= Dπ/360, |
(1) |
где α - угол поворота, град;
D - средний диаметр каркаса, мм. 2) минимальное число витков n, %:
3
n = 100/ δр, |
(2) |
где δр - разрешающая способность. 3) шаг намотки τ, мм:
τ = L /n. |
(3) |
4) диаметр провода с изоляцией dи, мм:
dи = τ - 0,015. |
(4) |
5) коэффициент нагрузки β:
|
RН |
|
1 max |
, |
(5) |
R |
|
||||
|
|
4 max |
|
||
Где δ max – максимальная погрешность. 6) сопротивление потенциометра R, Ом:
R = Rн / β |
(6) |
7) высота каркаса H, мм:
H= (π Rd2/ 8ρn)-b, |
(7) |
где ρ - удельное сопротивление Ом · м, b - толщина каркаса, мм.
2.2. Пример расчета:
Исходные данные:
Rн = 4400 Ом, δ max = 2,5 %, U = 26 B, D = 45 мм, α = 330, b = 2 мм, δр = 0,25 %, ρ = 0,49 · 10-6 Ом м.
Решение:
1)L = 330 · 45 · 3,14 / 360 = 129,5 (мм);
2)n = 100 / 0,25 = 400 (витков);
4
3)τ = 129,5 / 400 = 0, 324 (мм);
4)dи = 0,324 – 0,015 = 0,309 (мм) (с учетом изоляции);
5)Выбираем d ≈ 0,3 (мм) = 0,3 · 10-3 (м);
6)β = (1 – 0,025) / (4 · 0,025) = 9,75;
7)R = 4400 / 9,75 = 451,3 (Ом);
8)H = {[3,14 · 451,3 · (0,3 · 10-3)2] / (8 · 0,49 · 10-6 · 400)}
–0,002 = 0,0793 (м) = 79,3 (мм).
3. Задание:
3.1. Рассчитать параметры потенциометрического датчика. Исходные данные для расчета взять из табл. 1, согласно варианту.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Rн |
δmax |
U |
D |
α |
B |
δр |
|
ρ 10-6 |
Вар- |
(Ом) |
(%) |
(B) |
(мм) |
|
(мм) |
(%) |
|
(Ом м) |
та |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4400 |
2,0 |
26 |
50 |
330 |
1,8 |
0,2 |
|
0,49 |
2 |
4400 |
3,0 |
26 |
55 |
330 |
2,5 |
0,2 |
|
0,42 |
3 |
4400 |
2,7 |
26 |
47 |
330 |
1,5 |
0,23 |
|
0,49 |
4 |
4400 |
2,3 |
26 |
52 |
330 |
2,3 |
0,25 |
|
0,42 |
5 |
4400 |
2,1 |
26 |
49 |
330 |
2,0 |
0,21 |
|
0,42 |
3.2. Произвести расчет. Результаты расчета свести в табл. 2.
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
L (мм) |
n (вит) |
τ (мм) |
dи |
β |
R (Oм) |
Н (мм) |
|
|
|
(мм) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
Задача № 2. Определить параметры термоэлектрического датчика
2. Пояснения к работе.
2.1. Краткие теоретические сведения.
Термоэлектрический датчик – датчик генераторного
типа.
Термоэлектрический датчик представляет собой цепь, состоящую из двух разнородных металлов. Проводники называются термоэлектродами, стыки – спаями, а возникающая при нагреве спая ЭДС – термо ЭДС. Спай, температура которого поддерживается постоянной, называется холодным, а спай, соприкасающийся с измеряемой средой, – горячим. По величине термо – ЭДС можно судить о разности температур горячего и холодного спаев, и если известна температура холодного спая, то можно определить температуру горячего спая.
1) величина термо – ЭДС EТП, мВ:
EТП UM (RM + RВН)/ RM, |
(8) |
где Етп– термо– ЭДС, мВ,
2) перепад температуры t ПЕР, С
t ПЕР = Е ТП 100/ Е ТАБ , |
(9) |
где tпер- перепад температуры.
3) температура горячего конца термопары t1, С
t1= t ПЕР + tO, |
(10) |
где tO - температура холодного конца термопары.
4) при точном расчете термо - ЭДС вводится поправка на температуру холодного конца термопары ЕП, мВ
6
ЕП = Е ТАБ t O /100 |
(11) |
5) расчетная термо - ЭДС ЕР, мВ:
ЕР = Е ТП + EП |
(12) |
2.2. Пример расчета:
Исходные данные:
Rм = 130 Ом; Rвн = 10 Ом; t = 15 оC; Uм = 24 мВ; Етабл. = 6,95 мВ; Решение:
1)EТП = 24 (130+10)/ 130 = 26 мВ;
2)t ПЕР = 26 · 100 /6,95=374 С
3)t1=374+15= 389 0С;
4)ЕП = 6,95 · 15/100 = 1,04 мВ;
5)ЕР =26+1,04=27,04 мВ.
3. Задание:
3.1. Определить параметры термоэлектрического датчика. Исходные данные для расчета взять из табл. 3, согласно варианту.
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
№ |
Rм (Ом) |
Rвн |
t (град) |
Uм (мв) |
Етабл. |
варианта |
|
(Ом) |
|
|
(мв) |
|
|
|
|
|
|
1 |
120 |
10 |
5 |
24 |
6,95 |
2 |
130 |
10 |
10 |
24 |
6,95 |
3 |
140 |
9 |
15 |
24 |
6,95 |
4 |
150 |
8 |
20 |
24 |
6,95 |
5 |
160 |
10 |
25 |
24 |
6,95 |
7
3.2. Произвести расчет. Результаты расчета свести в табл. 4.
|
|
|
|
Таблица 4 |
Етп(В) |
t ПЕР |
t 1 ( С) |
Еп(В) |
Ер(В) |
|
( С) |
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Контрольные вопросы по практической работе № 1
1.Изменением какого параметра можно уменьшить погрешность от ступенчатости выходного напряжения в потенциометрическом датчике?
2.Что показывает разрешающая способность потенциометра?
3.От чего зависит ЭДС термоэлектрического датчика?
4.Какие бывают схемы включения термоэлектрического
датчика?
5.Укажите области применения потенциометрического
итермоэлектрического датчиков.
Практическая работа № 2 Определение основных параметров индуктивного датчика
1. Цель работы.
1.1.Научиться рассчитывать индуктивность индуктивного датчика.
1.2.Научиться рассчитывать параметры обмотки индуктивного датчика.
Задача № 1. Рассчитать индуктивность индуктивного
датчика
2. Пояснения к работе.
2.1 Краткие теоретические сведения.
Индуктивные датчики преобразуют механическое перемещение в изменение параметров магнитной и электрической цепей. Принцип действия индуктивных
8