Дослідження потенціометричних датчиків

Мета роботи - ознайомлення з принципом дії, конструкцією та вибором потенціометричних датчиків лінійних та кутових переміщень.

Прилади та обладнання:

1) Датчик лінійних переміщень 0-23 см.

2) Датчик кутових переміщень 0-240 град.

3) Амперметри : 300 мА;750 мкА.

4) Вольтметри : 150 В; 3 В.

5) Додаткові опори.

6) З’єднувальні провідники.

7) Універсальний лабораторний стенд з джерелами стабілізованих напруг постійного струму 120 В; 3 В.

Основні теоретичні положення:

В потенціометричних датчиках переміщення, яке контролюється, передається первинному перетворювачу і перетворюється за рахунок змін свого електричного опору первинного перетворювача в змінну або постійну напругу. Ці датчики включають по схемі потенціометра, тому вони й отримали назву потенціометричні. Рухомий контакт потенціометра пов’язаний з переміщенням, яке контролюється, при зміні положення об’єкту змінюється напруга на вторинному приладі PV, проградуйованому в одиницях параметра, який контролюється. З метою виключення впливу коливань живлячої напруги на точність вимірювань рекомендується подавати живлення на вимірювальну схему з потенціометричним датчиком від стабілізатора.

Характеристику потенціометричного датчика Iп=f(Rx) намагаються зробити близькою до прямолінійної (рис.1,а), задаючи потенціометру відповідний режим роботи, використовуючи той чи інший спосіб намотки дротяного реостату, а також узгоджуючи опір вторинного приладу. Якщо необхідно, щоб вихідний струм та напруга відповідали за знаком напряму переміщення повзунка, застосовують потенціометр із “середньою точкою” (рис.1,б).

Для контролю кутових переміщень використовують датчики з каркасами у вигляді дуги окружності (рис.1,в). В якості безконтактних датчиків кутових переміщень використовували рідинні потенціометричні датчики.

Характеристику та чутливість потенціометричного датчика розраховують аналітично. Так, для схеми (рис.1,а ) можна скласти наступні рівняння:

; ; ; ,

де – опір x-й частини потенціометра.

Рис.1. Потенціометричні датчики:

а) з прямим каркасом та його статична характеристика; б) з середньою точкою та його статична характеристика; в) з кільцевим каркасом та його статична характеристика. R та L – повний опір та довжина намотки потенціометра; Iп та Ix – струми в опорах Rп та Rx; Rп – опір вторинного прилада; Uст – стабілізована напруга живлення датчика; I – повний струм, що протікає від джерела напруги через вимірювальну схему з потенціометричним датчиком.

Розв’язуючи рівняння відносно Iп, одержуємо:

, якщо

, то

;

.

Так як вихідні величини Iп та Uп прямопропорційні вхідній величині Х. Чутливість датчика (А/м або В/м ).

або

Для датчика з кільцевим каркасом характеристики та чутливість визначають, виходячи зі слідуючих міркувань:

Напруга на вторинному приладі , а струм .

Якщо опір потенціометра рівно розподілений по довжині окружності, то залежність струму приладу від кута повороту a визначають рівнянням

Iп = Uст/(R·Rп)·r·r·a ,

де r – радіус каркаса, м; r - опір обмотки, віднесений до одиниці довжини окружності, Ом/м·рад.

Чутливість датчика ( А/рад ): Kд = dIп/da = Uст/(R·Rп)·r·r.

Зону чутливості дротяного потенціометричного датчика визначають діаметром дроту ( помилкою сходження ). Так, при переміщенні рухомого контакту на відстань, що дорівнює діаметру дроту, потенціал змінюється стрибком на значення Uст/n, де n – число витків потенціометра.

У датчика із суцільним напівпровідниковим покриттям помилка сходження відсутня. Потенціометричні датчики мають відносні точність та стабільність характеристик, простоту конструкції. Вони зазвичай не потребують підсилювачів, оскільки їх вихідна потужність достатня для роботи вторинних приладів. Потенціометричні датчики знайшли широке використання у автоматиці, в тому числі у автоматизації сільськогосподарської техніки.

Наявність рухомих частин та ковзаючого контакту у потенціометричних датчиків знижує надійність їх роботи. У сучасних засобах автоматизації перевага віддається безконтактним високоточним датчикам, але разом з тим контактні потенціометричні датчики у ряді випадків знаходять застосування.

Порядок виконання роботи:

1.Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами, підготувати звіт до фіксації результатів досліджень.

2.Підготувати робоче місце для виконання роботи, зібрати схеми досліджень (рисунок 1).

3.Отримавши дозвіл керівника робіт, включити живлення схеми досліджень.

4.Переміщуючи у відповідності з даними Таблиці 1 повзунок потенціометричного датчика лінійного переміщення (Х, см), фіксувати значення приладів - вольтметра PV1 та міліамперметра РА1.

Отримані дані досліджень внести в Таблицю 1 ,потім побудувати графічну характеристику Iп1=f( X).

Таблиця 1

Результати дослідження потенціометричного датчика лінійного переміщення

Х,см
Uп1,В
Iп1,мА

Таблиця 2

Результати дослідження потенціометричного датчика кутового переміщення

L,град
Uп2,В
Iп2,мкА

Графічні характеристики потенціометричних датчиків: а)Iп1=f(X) для лінійного переміщення; б)Iп2=f( L)для кутового переміщення.

5.Переміщуючи у відповідності з даними Таблиці 2 повзунок потенціометричного датчика кутового переміщення(L, град),фіксувати значення приладів-вольтметра РV2 та міліамперметра РА2.Отримані дані досліджень внести в Таблицю 2,потім побудувати графічну характеристику Iп2=f( L).

6.Закінчивши виконання роботи повернути всі органи керування та робочі механізми.

Підготуйтеся до захисту звіту з лабораторної роботи. Дайте відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання:

1.Які датчики називають потенціометричними ?

2.Назвіть основні параметри, що характеризують потенціометричні датчики.

3.Назвіть переваги та недоліки потенціометричних датчиків.

4.Що є вхідною величиною потенціометричного датчика?

5.Що називають зоною нечуттєвості дротяних датчиків та чим вона визначається?

6.З якою метою стабілізують напругу живлення потенціометричних датчиків?

Література:[ 2 ] , c 97…100, [ 3 ] , c 57…59

Завдання на самостійну роботу: зробити необхідні розрахунки, оформити звіт, вивчити теорію з літературних джерел.

Лабораторна робота № 3