Лабораторна робота №2 вивчення індукційних перетворювачів та можливостей використання їх для вимірювання параметрів обертального руху.

Мета роботи:

1. Вивчити будову та принцип дії індукційного перетворювача.

2. Вивчити будову установки для вимірювання параметрів обертального руху та пояснити роботу його електричної схеми.

3. Виробити навички вибору та практичного використання імпульсних індукційних перетворювачів у схемах визначення параметрів обертального руху.

Обладнання:

Індукційний перетворювач, установка для вимірювання параметрів обертального руху, осцилограф, коаксіальний кабель.

Теоретичні відомості:

Поряд з фотоелектричними імпульсними перетворювачами широко застосовуються індукційні імпульсні перетворювачі параметрів обертального руху. Для них також властиві мале споживання енергії від об’єкта вимірювання, достатньо малі статичні та динамічні похибки, висока чутливість, сумісність з цифровими приладами та системами.

Принцип дії індукційних перетворювачів заснований на використанні явища електромагнітної індукції. В лабораторній роботі використаний перетворювач, в якому магнітний потік, що пронизує витки вимірювальної котушки, змінюється внаслідок зміни магнітного опору магнітного кола.

У перетворювачах зі змінним магнітним опором електрорушійна сила, що виникає в котушці з w витками рівна:

_(2.1)

де – магнітний потік, що пронизує витки котушки,

– магніторушійна сила,

– магнітний опір.

Основний магнітний потік Ф індукційного перетворювача (див. рис. 8) створюється котушкою 1, що знаходиться на осерді магнітопроводу 3. Вимірювальна котушка 2, розміщена на розгалуженні магнітопроводу, що має змінний магнітний опір і пронизується частиною магнітного потоку Ф₁

Рухомою частиною перетворювача є феромагнітний диск 4 з виступом 5 прикріплений до валу, швидкість обертання якого вимірюють.

При обертанні вала виступ диска 5, проходячи біля магнітопроводу вимірювальної котушки 2, зменшує повітряний проміжок між рухомим феромагнітним диском та нерухомими частинами магнітопроводу 3. Внаслідок цього змінюється його магнітний опір і відповідно магнітний потік, що пронизує вимірювальну котушку 2, в якій індукується електрорушійна сила (2.1).

Сигнал ЕРС має вигляд двополярних імпульсів. В подальшому він подається на блок формувача прямокутних імпульсів (див. рис. 7).

Рисунок 8. Будова індукційного вимірювального перетворювача

1 – котушка, що створює магнітний потік HL-1;

2 –вимірювальна котушка HL-2; 3 – магнітопровід;

4 – феромагнітний диск, що кріпиться до вала, швидкість обертання якого вимірюють;

5 – феромагнітний виступ.

При обертанні диска з швидкістю n – об/хв на виході формувача імпульсів матимемо p·n імпульсів за 1 хвилину (р – кількість вимірювальних котушок). Відповідно частота імпульсів f_i,, Гц, тобто кількість імпульсів за 1 с буде рівна:

_(2.2)

Оскільки в конструкції імпульсного індукційного перетворювача, який використовується в лабораторній роботі задіяна тільки одна вимірювальна

котушка (р = 1), то частота імпульсів рівна:

_(2.3)

Вихідний сигнал спостерігається на екрані осцилографа. Частота його визначається осцилографічним методом або за допомогою частотоміра.

В лабораторній роботі електричний сигнал досліджується за допомогою електронного осцилографа. Осцилографічний метод дає можливість визначити період Т електричного сигналу.

Знаючи період Т_і електричного сигналу, одержаного за допомогою індукційного перетворювача легко визначити:

• частоту електричних сигналів, Гц:

_(2.4)

• період обертання валу Т_Ві, с:

_(2.5)

• частоту обертання валу, Гц:

_(2.6)

• кутову швидкість валу , рад/с:

_(2.7)

• швидкість обертання валу , виражену в несистемних одиницях – обертах за хвилину, об/хв.:

_(2.8)

Опис установки для визначення параметрів обертального руху.

Установка описана в інструкції до лабораторної роботи №1

Для вивчення роботи індукційного перетворювача перемикач S2, розміщений на передній панелі приладу (див. рис. 6.) перевести в положення «І». При цьому імпульсний електричний сигнал знімається з вимірювальної котушки індукційного перетворювача HL2 блоку перетворювачів 3 і підсилюється підсилювачем 4. Підсилений електричний сигнал вимірювальної котушки і узгоджений з ним сигнал генератора імпульсів 5 подаються на вхід інтегратора 6.

На виході інтегратора U1 маємо сигнал прямокутної форми, частота якого рівна частоті імпульсів ЕРС, наведеної у вимірювальній котушці і пропорційна кутовій швидкості обертання валу двигуна.

Конструктивно вимірювальна схема дає можливість досліджувати електричний сигнал, який одержується безпосередньо за допомогою вимірювальної котушки HL-2 – спостерігати форму та визначити період його на екрані осцилографа. Для цього передбачені клеми вимірювальної котушки, винесені на корпус індукційного перетворювача.

Для визначення частоти спеціально сформованих прямокутних електричних імпульсів осцилографічним методом передбачений вихід U1, а при використанні частотоміра - вихід f1.

Визначивши період Т_і прямокутних електричних імпульсів за допомогою співвідношень 2.5, 2.6, 2.7 та 2.8 легко обрахувати характеристики обертального руху якоря електричного двигуна.

Хід роботи:

1. Вивчити будову та електричну схему лабораторної установки.

2. Пояснити процес одержання електричних сигналів на клемах вимірювальної котушки індукційного перетворювача та виході U1 установки.

3. Встановити перемикач S2, розміщений на передній панелі приладу, в положення І.

4. Включити осцилограф.

5. Подати на вхід осцилографа за допомогою коаксіального кабелю електричний сигнал безпосередньо з клем вимірювальної котушки індукційного перетворювача. За допомогою перемикачів на передній панелі частоти «розгортка», «режим» та «чутливість» досягти стабільного зображення сигналу. При необхідності чіткість та яскравість зображення відкоригувати відповідними пристроями. Замалювати або сфотографувати зображення сигналу.

6. На вхід осцилографа за допомогою того ж кабелю подати електричний сигнал із виходу установки U1 . Аналогічно до вказівок п.5 досягти стабільного зображення сигналу.

7. За вказівкою викладача встановити частоту розгортки. По шкалі екрану та встановленій частоті розгортки визначити період електричного імпульсу Т_і. Дослід провести тричі на різних частотах розгортки. Визначити середнє значення Т_іC. Результати вимірів і обрахунків занести до таблиці.

8. Встановити перемикач S1 послідовно в положення 2, 3 та 4 і виконати вимірювання для відповідних значень кутової швидкості вала електродвигуна.

9. За обрахованими середнім значенням Т_іC , визначити величини:

• періоду обертання валу двигуна T_ві с;

• частоти обертання валу двигуна f_ві , Гц;

• циклічної частоти обертання валу двигуна , рад/с;

• швидкості обертання валу двигуна n_і, об/хв.

9. Обрахувати середню та відносну похибки вимірювання вказаних величин.

10. Результати обрахунків занести в таблицю.

11. Остаточні результати обрахунків для кожної величини записати у вигляді:

;

де – середнє значення досліджуваної величини;

– її абсолютна середня похибка.

Таблиця 2. Кінетичні характеристики обертального руху, одержані при використанні індукційного перетворювача.

Параметри обертового → руху	Вимірювання	с	с	%	fі Гц	Гц	%	с	с	%	fвi Гц	Гц	%			%			%
Положення ↓ перемикача S1
1 … 4	1
	2
	3
	сер

9. Сформулювати висновки за результатами виконаної лабораторної роботи.

Особливу увагу звернути на можливості підвищення точності вимірювання та зменшення габаритів приладу.

Контрольні питання та завдання.

1. Поясніть будову та принцип дії імпульсного індукційного перетворювача.

2. Назвіть явище, що лежить в основі роботи імпульсного індукційного перетворювача та поясніть його суть.

3. Поясніть призначення елементів електричної схеми (Рис.7).

4. Запропонуйте оригінальні схеми імпульсних індукційних перетворювачів.

5. Вкажіть переваги та недоліки імпульсних індукційних перетворювачів.

6. Поясніть роботу лабораторної установки, користуючись її принциповою електричною схемою.

7. Поясніть призначення кожного блоку електричної схеми.