Порядок работы к заданию 1
- Определить на панели положение схемы с фотодатчиком.
- Установить исходное положение l лампочки на отметке 21-22 см.
- Подать питание на лампочку.
- Передвигая лампочку в сторону фотодиода через каждые 2 см, снять показания микроамперметра I.
- Занести в таблицу 1 экспериментальные точки l и I. Для всех значений силы тока I определить обратные величины d и также занести в таблицу.
- Отключить питание.
Таблица 1. Показания фотодатчика.
l, мм | |
I, mА | |
d, 1/mА |
Задание 2.
ИЗУЧЕНИЕ ИНДУКТивного ДАТЧИКА
Индуктивный датчик (рис. 2) состоит из двух катушек и подвижного сердечника. На катушку 3 подаётся напряжение ~ 12 В с понижающего трансформатора. Катушки 1 и 2 соединены последовательно с микроамперметром mА так, чтобы ЭДС самоиндукции были направлены навстречу друг другу. Сердечник 4 может перемещаться относительно катушек при вращении ручки 6. Один полный оборот ручки 6 соответствует продольному перемещению сердечника на Dl = 0,6 мм. Переменное электрическое поле, создаваемое катушкой 3, наводит ЭДС индукции противоположного знака в катушках 1 и 2. Если сердечник расположен посредине, то суммарная ЭДС равна нулю, ток по цепи не протекает, и отклонения стрелки микроамперметра нет. Если сердечник смещен от центрального положения, то индуктивность катушек 1 и 2 становится различной, в результате чего суммарная ЭДС отличается от нуля и микроамперметр фиксирует изменение тока, пропорциональное смещению сердечника от центрального положения. Входной величиной, в данном случае является смещение сердечника (l), выходной – сила тока (I).
Рис. 2
Порядок работы к заданию 2
- Собрать на панели схему с индуктивным датчиком.
- Подать питание.
- Вращая ручку 6, установить сердечник в центральном положении, чему соответствует минимальное отклонение стрелки микроамперметра. Стрелка микроамперметра должна находиться на нуле и поворот ручки 6 должен приводить к смещению стрелки. В некоторых случаях установить стрелку на ноль невозможно. Тогда нужно определить наименьшее значение силы тока (систематическую погрешность) и проводить отсчет с него.
- Вращая ручку 6, через каждый оборот (Dl) снять показания микроамперметра (I).
- Занести в таблицу 2 экспериментальные точки l и I.
- Отключить питание.
Таблица 2. Показания индуктивного датчика.
l, мм | |
I, mА |
Расчеты
- Пользуясь соотношениями (9 - 12), рассчитайте величины, указанные в таблице 3. Определите и запишите их единицы измерения.
Таблица 3.
Вид датчика | v | u | W | z | a | b |
фотодатчик | ||||||
Вид датчика | v | p | q | z | a | b |
индуктивный |
- Для каждого датчика найдите значения коэффициентов a и b и также занесите в таблицу 3.
- Запишите в аналитическом виде характеристики датчиков I = f(l).
- Рассчитайте значения чувствительности в двух точках каждой характеристик, указанных преподавателем.
- Начертите графики аппроксимированных зависимостей характеристик. Для этого возьмите несколько значений длинны l, не совпадающие со значениями в таблицах 1 и 2. Запишите их в таблицу 4 (для фотодатчика требуется взять не менее 7-10 значений), рассчитайте для них I.
- Для каждого графика начертите свои оси координат в удобном масштабе, так чтобы координатная плоскость занимала не менее половины страницы, а сам график располагался на всей координатной плоскости.
- По полученным точкам постройте графики (в разных системах координат!) зависимостей I = f(l). Для фотодатчика постарайтесь провести плавную линию.
- Нанесите все экспериментальные точки, обозначив их звездочками.
Таблица 4.
фотодатчик | l, мм | |||
I, mA | ||||
индуктивный | l, мм | |||
I, mA |
- Сделайте вывод, в котором обязательно укажите значения чувствительности в виде S(l1) = , l1= , S(l2) =, l2 = и характеристики датчиков.
Контрольные вопросы
- Что называется датчиком? Что называется электродом?
- В чем заключаются преимущества использования систем, содержащих датчики? Каковы требования, предъявляемые к датчикам? Приведите примеры использования датчиков в медицине.
- Что такое характеристика датчика? Чувствительность? Порог чувствительности? Что такое предел преобразования датчика?
- В чем заключается разница между генераторными и параметрическими датчиками? Что называется входной и выходной величиной датчика?
- Что такое сила тока, сопротивление, напряжение, частота, ЭДС?
- Рассказать устройство и принцип действия пьезоэлектрического датчика. Рассказать устройство и принцип действия индукционного датчика.
- Рассказать устройство и принцип действия ёмкостного датчика. Рассказать устройство и принцип действия индуктивного датчика.
- Рассказать устройство и принцип действия тензометрического датчика. Рассказать устройство и принцип действия фотоэлектрического датчика.
- Рассказать устройство и принцип действия термоэлектрического датчика. Рассказать устройство и принцип действия реостатного датчика.
- Расскажите устройство опытной установки (лабораторной системы), содержащей фотодатчик. Поясните порядок проведения измерений?
- Расскажите устройство опытной установки (лабораторной системы), содержащей индуктивный датчик. Поясните порядок проведения измерений?
- Что называется методом наименьших квадратов (МНК)?
- Как с помощью МНК определить характеристики датчика?
- Напишите уравнения, по которым, зная характеристики фотодатчика и индуктивного датчика I = f(l), можно найти чувствительность
в определённых точках.
- Переведите чувствительность из mА/мм в А/м (1mА/мм = ? А/м).
Задачи
1. При перемещении движка реостатного датчика на 2 см, показание последовательно соединенного с ним микроамперметра уменьшилось на 0,70 мА. Найти чувствительность данного датчика в СИ, считая его характеристику линейной. Ответ: S = 3.75×10-2 А/м.
2. При увеличении звукового давления на 20 мПа выходное напряжение пьезоэлектрического датчика увеличилось на 1000 мкВ. Найти чувствительность данного датчика в СИ, считая его характеристику линейной. Ответ: 5×10-2 В/Па.
3. Чувствительность термопары 4×10-2 В/К. Температура холодного спая 0°С, ЭДС термопары составляет -800 мВ. Определите температуру горячего спая. Ответ: T =253 К.
4. Один из спаев термопары находится при температуре 0 °С. При изменении температуры этого спая, показания вольтметра уменьшились на 0,09 мВ. Найти новую температуру в кельвинах, если чувствительность датчика S = 4,5×10-5 В/К. Ответ: T = 271 К.
5. Чувствительность индуктивного датчика S = -10-2 А/м. Найти его порог чувствительности, если цена деления микроамперметра 1мкА.
Ответ: Dl =10-4 м или 0,1 мм.