СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа 1

Исследование магнитного усилителя ..................................................................... 3

Лабораторная работа 2

Определение характеристики поляризованного магнитного усилителя ....…........ 9

Лабораторная работа 3

Исследование магнитного усилителя с внешней обратной связью .......…........... 12

Лабораторная работа 4

Магнитный усилитель с самонасыщением ............................................................ 17

Лабораторная работа 5

Реверсивные магнитные усилители ....................................................................... 22

Лабораторная работа 6

Исследование термодатчиков ................................................................................ 27

Лабораторная работа 7

Исследование тензодатчиков ................................................................................. 31

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ

”УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ”

для студентов специальности

”Системы управления и автоматика”

Утверждено

на заседании кафедры

автоматики и телекоммуникаций

Протокол №___ от ________

Утверждено на заседании учебно-издательского совета ДонНТУ

Протокол №___ от ________

Донецк 2010

УДК 621.318.3

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу ”Устройства автоматики и систем управления” (для студентов специальности 7.091401 ”Системы управления и автоматика”).

Сост. : Борисов А.А. — Донецк : ДонНТУ , 2010. — 36 с.

Изложены цели, содержание и методика выполнения лабораторных

работ. Указаны применяемые приборы и оборудование, а так же форма представления полученных результатов исследования.

Предназначены для подготовки к лабораторным работам по электромагнитным устройствам автоматики и исследованию датчиков .

Составители: А.А. Борисов, доц.

О.С. Валуева, ас.

Отв. за выпуск : В.И. Бессараб, доц.

2. Снять характеристики тензодатчика .

Установить лабораторную установку в устойчивое положение на горизонтальной плоскости . Соблюдая правила по технике безопасности включить лабораторную установку в сеть . Установить лабораторную установку в исходное состояние . Путем добавления грузов на блюдце снять показания приборов , при этом после каждого добавления следует подождать 5-10 секунд для установления точного показания прибора . После снятия результатов сделать вывод о зависимости электрического сопротивления тензорезисторов от растяжения, беря во внимание то, что была использована балочка равного сопротивления . Рассчитать напряжение изгиба балочки для 1,2,3,4,5 и 6 грузов , при массе одного груза 0.2 кг .

Результаты занести в таблицу и построить график .

Содержание отчета

1. Краткие сведения по тензодатчикам .

2. Таблица экспериментально снятой зависимости I(m) для тензодатчика .

3. Выводы по результатам исследований .

35

В лабораторной работе используется специальная балочка , которая называется балочка равного сопротивления ( рис. 7.3 ) .

На участке балочки АВ отношение величины плеча изгибающего момента М к ширине балочки В является постоянной величиной , поэтому и напряжение изгиба Н , которое вычисляют по формуле :

где М — изгибающий момент ;

H — толщина балочки ;

W — момент сопротивления изгиба .

Напряжение Н можно вычислить по формуле :

где F — площадь поперечного сечения детали ;

Е — Модуль упругости материала детали .

Таким образом зная Н можно определить деформацию детали .

34

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы : ознакомится с конструкцией, определить основные

характеристики магнитного усилителя.

Оборудование и приборы

Магнитный усилитель, миллиамперметры, регуляторы тока и напряжения.

Содержание работы

1. Изучить конструкцию и паспорта магнитного усилителя.

2. Выполнить расчеты по паспортным данным.

3. Снять характеристики управления нереверсивного магнитного усилителя.

4. Рассчитать коэффициенты усиления по экспериментальным данным и

сравнить их с паспортными.

Порядок выполнения работы

1. Изучить конструкцию магнитного усилителя.

Магнитные усилители применяются в системах автоматизированного электропривода, автоматического управления и регулирования режимов работы производственных установок, автоматического управления станками и другими механизмами, в стабилизаторах тока и напряжения , измерительных устройствах и т. п.

В данной лабораторной работе исследуются магнитные усилители серии ТУМ, предназначенные для работы в схемах автоматического управления и регулирования в качестве входных и выходных усилителей для усиления и суммирования нескольких управляющих сигналов.

Магнитный усилитель состоит из двух одинаковых ферромагнитных сердечников с обмотками (рис.1.1) .

Сердечники усилителей средней и большой мощности изготавливаются из электротехнических сталей с высокой индукцией насыщения (Э310, Э320, и т.п. ).

В маломощных усилителях с большим коэффициентом усиления по мощности используются сердечники из пермалоев 79 НМ и 80 НХС . В усилителях с мощностью в нагрузке от долей Ватта до десятков Ватт при высокой линейности характеристики управления применяются сердечники из пермалоев 50НП,

60 НП,34 НКМП, обладающих прямоугольной петлей гистерезиса.

3

Обмотки усилителя выполняются из медного изолированного провода.

Обмотки переменного тока _р называются рабочими . Рабочие обмотки наматываются отдельно на каждый сердечник и подключаются последовательно с нагрузкой к источнику переменного тока. Обмотки постоянного тока _у называются обмотками управления . При этом магнитный усилитель снабжается несколькими обмотками управления с различным числом витков. В отличие от рабочих обмоток обмотки управления охватывают оба сердечника. Обмотки управления подключаются к источнику управляющего сигнала, а также могут использоваться в качестве обмоток смещения и обратной связи.

Во всех конструктивных вариантах магнитных усилителей две рабочие обмотки включают последовательно или параллельно, но всегда встречно, чтобы переменные магнитные потоки в сердечниках имели противоположное направление относительно обмоток управления. При этом переменные ЭДС , наводимые в обмотках управления, уменьшаются.

Принцип работы магнитного усилителя основан на способности

ферромагнитных материалов изменять значение магнитной проницаемости для переменного магнитного потока при подмагничивании магнитным полем постоянного тока.

Величина переменного тока в рабочей обмотке :

где R_р,X_р и R_н,X_н — активные и реактивные сопротивления рабочей обмотки и нагрузки соответственно.

В магнитных усилителях величины U_с,R_с,X_н и R_н являются неизменными, а индуктивное сопротивление обмотки X_р зависит от возвратной магнитной проницаемости сердечника :

,

где f — частота питающего напряжения;

S — сечение сердечника;

l — средняя длина силовой линии;

Возвратной называют усредненную магнитную проницаемость обратимого частного цикла перемагничивания. Из приведенных выражений следует, что величина тока в рабочей обмотке ( и в нагрузке ) зависит от магнитной проницаемости материала сердечника.

Значение возвратной магнитной проницаемости изменяется при

дополнительном подмагничивании сердечника постоянным полем, создаваемым током в управляющей обмотке. Характер изменения от напряженности

подмагничивающего поля показан на рис 1.2.

4

Полупроводниковые тензорезисторы. Эти тензорезисторы по сравнению с рассмотренными выше имеют ряд существенных преимуществ: их чувствительность в 50-60 раз превышает чувствительность проволочных, размеры существенно меньше, а высокий уровень выходного сигнала измерительных схем в ряде случаев не требует применения сложных и дорогих усилителей. Кроме того , сопротивление тензорезистора при одних и тех же размерах, путем добавления соответствующих присадок и изменения технологии изготовления , может быть изменено в очень широких пределах от 100 Ом до 50 Ком при коэффициенте тензочувствительности от -100 до +200 .Недостатком является их малая механическая прочность и гибкость.Изменения сопротивления тензорезистора , вызванное деформацией, весьма мало и колеблется от единиц миллиОм до нескольких десятых долей Ома. Для измерения сопротивлений используют в основном две схемы :

1. Потенциометрическую .

2. Мостовую .

В лабораторной работе используется мостовая схема включения ( рис.7.2) ,

ПрчемR₁=R_Д2=R_Д3=R_Д4.

33

Электрическое сопротивление в исходном состоянии :

Относительное изменение сопротивления тензорезистора :

где — удельное электрическое сопротивление материала проволоки ;

l — начальная длина деформируемого участка проволоки ;

S — площадь сечения проволоки ;

 l — изменение длины ;

 — изменение удельного электрического сопротивления ;

 — коэффициент Пуассона .

Коэффициент чувствительности тензодатчика :

Для изготовления проволочных тензорезисторов применяют материалы, имеющие высокий коэффициент тензочуствительности.

Фольговые тензорезисторы. Фольговые тензорезисторы являются

дальнейшим развитием проволочных тензорезисторов и в отличие от последних имеют решетку из тонких полосок фольги, которые наносятся на лаковую основу. Благодаря большей площади, чем у проволочных, через фольговый тензорезистор можно пропускать ток до 0.5 А и тем самым повысить чувствительность тензопреобразователя .

Другим преимуществом фольговых тензорезисторов является возможность изготовления решеток сложной формы, которые наиболее полно удовлетворяют условиям измерения.

32

Таким образом, всякое изменение управляющего тока будет вызывать соответствующее изменение возвратной магнитной прницаемости сердечника и , в конечном итоге, тока в нагрузке. Процесс управления магнитным усилителем можно представить цепочкой причинных связей :