Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

Кафедра электротехники и электромеханики

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Лабораторный практикум

Cоставители:

Доц. Семёнов М.А

Доц. Большунова О.М.

Санкт-Петербург

2011

Лабораторная работа № 1 исследование датчиков линейного перемещения

Цель работы: изучение конструкций датчиков перемещения, схем их включения и статических характеристик «вход – выход» при различных сопротивлениях нагрузки.

Краткие теоретические сведения

Датчики перемещения широко используются для измерения линейных и угловых перемещений, ускорений, а также статических давлений. Резисторные и магниторезисторные датчики применяются при перемещениях от долей миллиметра до десятков метров и углов от нескольких градусов до 360⁰.

Резисторный датчик перемещения, исследуемый в лабораторной работе, представляет собой потенциометр реохордного типа, подвижный контакт которого соединен с входным штоком, выполненным в виде винта для задания входного воздействия. Датчик измеряет перемещение от 0 до 10 мм.

Резисторные датчики имеют три основные схемы включения: реостатную (рис. 1.1), потенциометрическую (рис. 1.2), мостовую (рис. 1.3).

Выходное напряжение U_в реостатной схемы включения определяется выражением

(1.1)

где Х – входное перемещение; l_x– длина потенциометра; R -полное сопротивление датчика перемещения; R_н – сопротивление нагрузки; U_п– напряжение питания.

Выходные напряжения потенциометрической (рис. 1.2) и мостовой (рис. 1.3) схем включения определяются из выражений

; (1.2)

.(1.3)

Линейность характеристик U_в = f(x) сильно зависит от величины R_н. Чем меньше R_н,_, тем больше нелинейность.

Магниторезисторный датчик, исследуемый в работе, представляет собой два подковообразных постоянных магнита с заостренными наконечниками. На наконечники наклеены магниторезисторы. Между постоянными магнитами расположен концентратор, соединенный с входным штоком.

При воздействии на шток датчика концентратор перемещается, изменяя воздушные зазоры у обоих магнитов: увеличивая у одного и уменьшая у другого. При этом изменяются магнитные потоки, пронизывающие магниторезисторы. Сопротивление магниторезисторов изменяется в соответствии с выражением

, (1.4)

где R₀- сопротивление при перемещении, равном нулю; А – коэффициент, зависящий от формы и геометрических размеров магниторезистора; m - магнитная проницаемость, определяемая проницаемостью воздушного зазора и магнитопровода; В – магнитная индукция в зазоре.

Погрешность измерения перемещения резисторными и магниторезисторными датчиками в значительной степени зависит от стабильности питающего напряжения. Относительная погрешность измерения перемещения при отклонении питающего напряжения d_и определяется из выражения

, (1.5)

где U_вu– выходное напряжение схемы включения резисторного датчика при отклонении питающего напряжения от номинального значения; U_вн – тоже при номинальном напряжении питания.