Порядок работы к заданию 1

1. Определить на панели положение схемы с фотодатчиком.
2. Установить исходное положение l лампочки на отметке 21-22 см.
3. Подать питание на лампочку.
4. Передвигая лампочку в сторону фотодиода через каждые 2 см, снять показания микроамперметра I.
5. Занести в таблицу 1 экспериментальные точки l и I. Для всех значений силы тока I определить обратные величины d и также занести в таблицу.
6. 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

1. Собрать на панели схему с индуктивным датчиком.
2. Подать питание.
3. 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.
4. Вращая ручку 6, через каждый оборот (Dl) снять показания микроамперметра (I).
5. Занести в таблицу 2 экспериментальные точки l и I.
6. Отключить питание.

Таблица 2. Показания индуктивного датчика.

l, мм
I, mА

Расчеты

1. 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

1. Для каждого датчика найдите значения коэффициентов a и b и также занесите в таблицу 3.
2. Запишите в аналитическом виде характеристики датчиков I = f(l).
3. Рассчитайте значения чувствительности в двух точках каждой характеристик, указанных преподавателем.
4. 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.
5. 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.
6. По полученным точкам постройте графики (в разных системах координат!) зависимостей I = f(l). Для фотодатчика постарайтесь провести плавную линию.
7. Нанесите все экспериментальные точки, обозначив их звездочками.

Таблица 4.

фотодатчик	l, мм
	I, mA
индуктивный	l, мм
	I, mA

1. Сделайте вывод, в котором обязательно укажите значения чувствительности в виде S(l₁) = , l₁= , S(l₂) =, l₂ = и характеристики датчиков.

Контрольные вопросы

1. Что называется датчиком? Что называется электродом?
2. В чем заключаются преимущества использования систем, содержащих датчики? Каковы требования, предъявляемые к датчикам? Приведите примеры использования датчиков в медицине.
3. Что такое характеристика датчика? Чувствительность? Порог чувствительности? Что такое предел преобразования датчика?
4. В чем заключается разница между генераторными и параметрическими датчиками? Что называется входной и выходной величиной датчика?
5. Что такое сила тока, сопротивление, напряжение, частота, ЭДС?
6. Рассказать устройство и принцип действия пьезоэлектрического датчика. Рассказать устройство и принцип действия индукционного датчика.
7. Рассказать устройство и принцип действия ёмкостного датчика. Рассказать устройство и принцип действия индуктивного датчика.
8. Рассказать устройство и принцип действия тензометрического датчика. Рассказать устройство и принцип действия фотоэлектрического датчика.
9. Рассказать устройство и принцип действия термоэлектрического датчика. Рассказать устройство и принцип действия реостатного датчика.
10. Расскажите устройство опытной установки (лабораторной системы), содержащей фотодатчик. Поясните порядок проведения измерений?
11. Расскажите устройство опытной установки (лабораторной системы), содержащей индуктивный датчик. Поясните порядок проведения измерений?
12. Что называется методом наименьших квадратов (МНК)?
13. Как с помощью МНК определить характеристики датчика?
14. Напишите уравнения, по которым, зная характеристики фотодатчика и индуктивного датчика I = f(l), можно найти чувствительность в определённых точках.
15. 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.