лаб_Датчики_мех_величин

Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Научно-производственное предприятие «УчТех-Профи»

ДАТЧИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Методические указания

к проведению лабораторных работ

Челябинск

2012

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтяной и газовой промышленности» дневного (АГ) и заочного (АГз) отделений, а также специальностей 220200 «Автоматизация и управление» и 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтяной и газовой промышленности» (БАГ) дневного отделения.

В учебно-методическом пособии даны рекомендации по выполнению и требования к оформлению и защите лабораторных работ по курсам «Средства получения информации» и «Измерительные преобразователи».

	Содержание
		Стр.
1.	Назначение...................................................................................................................	4
2.	Состав лабораторного стенда.....................................................................................	4
3.	Подготовка лабораторного стенда к работе..............................................................	6
4.	Методические указания к проведению лабораторных работ....................................	8
	Работа №1. Изучение бесконтактных конечных выключателей...............................	8
	Работа №2. Изучение датчиков линейного перемещения.........................................	18
	Работа №3. Изучение датчиков частоты вращения...................................................	29
	Работа №4. Изучение датчиков углового положения...............................................	34
Приложение 1. Бесконтактные конечные выключатели..................................................		42
Приложение 2. Оптоэлектронные и магнитные преобразователи
	линейных перемещений...................................................................	49
Приложение 3. Датчики частоты вращения..................................................................		54
Приложение 4. Датчики углового положения.................................................................		61
Перечень литературы.......................................................................................................		75

3

1.Назначение

1.1.Лабораторный стенд «Датчики механических величин» (далее «Датчики технологической информации 1») предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучающих дисциплины, связанные с автоматизацией различных отраслей промышленности.

Стенд может быть использован также для обучения учащихся техникумов

ислушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации.

1.2.Стенд выполнен для работы в лабораторных условиях (невзрывоопасная окружающая среда, не содержащая агрессивных газов и паров, ненасыщенная водяными парами и токопроводящей пылью).

2.Состав лабораторного стенда

2.1.Моноблок «Датчики механических величин», который содержит:

2.1.1.Блок питания (±15 В, 1 А;+5 В, 3А).

2.1.2.Генератор переменного напряжения 10 В, частота 400 кГц, максимальный ток нагрузки 0,3 А, выходное сопротивлении 2 Ом.

2.1.3.Блок датчиков частоты вращения, содержащий:

−инкрементальный оптический энкодер

−тахогенератор постоянного тока

2.1.4.Блок датчиков углового положения:

−инкрементальный оптический энкодер

−потенциометрический датчик положения

2.1.5.Вращающийся трансформатор.

2.1.6.Оптический датчик линейного перемещения.

2.1.7.Магнитный датчик линейного перемещения.

2.1.8.Блок цифровых индикаторов:

−индикатор скорости приводного двигателя 0…2000 об./мин.;

−вольтметр 0…10 В для измерения переменного и положительного постоянного напряжения;

−индикатор расстояния и количества импульсов оптической и магнитной измерительных систем, диапазоны измерений: 0…200 мм, 0…2000 имп.;

−индикатор угла поворота и количества импульсов инкрементального оптического энкодера, диапазоны измерений: 0…360°, 0…2000 имп.

2.2.Комплект кабелей и соединительных проводов.

2.3.Комплект бесконтактных конечных выключателей

2.4.Индуктивный преобразователь напряжения

2.5.Техническое описание

2.6.Методические указания к проведению лабораторных работ

2.7.Паспорт

4

Внешний вид моноблока представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Внешний вид лицевой панели моноблока «Датчики технологической информации 1»

5

3.Подготовка лабораторного стенда к работе

3.1.Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков частоты вращения:

1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.

2) подключить выходы тахогенератора к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения постоянного напряжения «=U»;

3) подключить выходы оптического энкодера к соответствующим входам индикатора PF2, работающего в режиме счётчика импульсов (переключатель –

вположении «Имп.»);

4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;

5)включить переключатель SA4. Вращая ручку регулировки скорости двигателя, можно наблюдать изменение частоты вращения, величины напряжения

ичисла импульсов на соответствующих индикаторах.

3.2.Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков углового положения:

1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле

ДТИ1.

2)подключить выходы потенциометрического датчика к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения постоянного напряжения «=U»;

3)подключить выходы оптического энкодера к соответствующим входам индикатора PF2, работающего в режиме счётчика импульсов (переключатель –

вположении «Имп.»);

4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;

5)включить переключатель SA5. Вращая ручку регулировки угла поворота, можно наблюдать изменение величины напряжения и числа импульсов на соответствующих индикаторах;

6)выключить переключатель SA5 и подключить клеммы «UCOS» вращающегося трансформатора к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения переменного напряжения «~U»;

7)индикатор PF2 перевести в режим счета угла поворота «α»;

8)включить переключатель SA5. Вращая ручку регулировки угла поворота, можно наблюдать изменение величины напряжения и угла поворота на соответствующих индикаторах;

3.3.Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению оптической измерительной системы:

1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.

2)подключить выходы оптической измерительной системы к индикатору PF1, работающему в режиме счётчика импульсов в оптической системе измерений (переключатели – в положении «Имп.» и «Опт.»);

4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;

5)включить переключатель SA2. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение числа импульсов на индикаторе;

6

6) индикатор PF1, работающий в оптической системе измерений, перевести в режим измерения расстояния (переключатель – в положении «мм»). Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение значения перемещения на индикаторе;

3.4. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению магнитной измерительной системы:

1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.

2)подключить выходы оптической измерительной системы к индикатору PF1, работающему в режиме счётчика импульсов в магнитной системе измерений (переключатели – в положении «Имп.» и «Магн.»);

4)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;

5)включить переключатель SA2. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение числа импульсов на индикаторе;

6)индикатор PF1, работающий в магнитной системе измерения перевести

врежим измерения расстояния (переключатель – в положении «мм»). Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение значения перемещения на индикаторе;

3.5. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению бесконтактных конечных выключателей:

1)сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ1.

2)подключить выходы установки для исследования бесконтактных конечных выключателей к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения постоянного напряжения;

3)установить в стойку бесконтактный датчик или индуктивный преобразователь перемещения;

4)установить мишень в зажим измерительной головки штангенциркуля;

5)включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;

6)включить переключатель, расположенный слева на задней стороне модуля. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать:

– дискретное изменение уровня напряжения (индуктивный, оптический, ёмкостной, ультразвуковой или магниточувствительные датчики);

– плавное изменение уровня напряжения (индуктивный преобразователь перемещения).

ВСЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ЧЕРЕЗ КАБЕЛИ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ СУББЛОКА И ВСЕГО МОДУЛЯ В ЦЕЛОМ.

7

4. Методические указания к проведению лабораторных работ

Работа № 1. Изучение бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений

Цель работы

Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, приобрести навыки подключения датчиков и оценки их погрешностей.

Программа работы

Дома изучить назначение и технические характеристики бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, схемы их подключения, а также основные узлы и возможности лабораторного стенда.

В лаборатории:

–пройти тестирование по техническим характеристикам и способам подключения бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений;

–произвести программирование ультразвукового датчика с различными расстояниями включения и отключения;

–для каждого изучаемого датчика экспериментально рассмотреть работу в режиме изменения расстояния между торцом датчика и воздействующим элементом (ВЭ);

–для каждого бесконтактного конечного выключателя снять задаваемое преподавателем число раз включение/отключение датчика, фиксируя расстояние между датчиком и ВЭ;

–по результатам экспериментов определить среднее квадратическое отклонение случайной погрешности σ и гистерезис датчика;

–экспериментально оценить, как изменяется среднее квадратическое отклонение случайной погрешности σ и гистерезис с изменением исходного расстояния между датчиком и ВЭ;

–для индуктивного преобразователя перемещений экспериментально снять и построить номинальные статические характеристики при разных расстояниях между датчиком и ВЭ, рассчитать по ним наибольшее значение суммарной погрешности, оценить изменение гистерезиса с изменением расстояния между датчиком и ВЭ.

8

Пояснения к работе

1. Общие сведения

В лабораторной работе используются следующие датчики:

–бесконтактный ёмкостной конечный выключатель ТЕКО ВЕ Е5-31-Р-10- 400-ИНД-ЗВ;

–бесконтактный индуктивный конечный выключатель ТЕКО ВК Е4-31-Р- 8-250-ИНД-ЗВ;

–бесконтактный оптический выключатель ТЕКО OV A43A-31P-150-LZ;

–ультразвуковой конечный выключатель Telemecanique XX518A3.AM12;

–индуктивный преобразователь перемещений ТЕКО ИПП Е41-33-Р-8-А1;

–магниточувствительный конечный выключатель на герконе;

–магниточувствительный конечный выключатель на эффекте Холла. Теоретический материал по бесконтактным конечным выключателям и ин-

дуктивному преобразователю перемещений, а также технические характеристики изучаемых в лабораторной работе датчиков представлены в Прил. 1.

2. Описание лабораторной установки для изучения бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений

Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, необходимо ознакомиться с их принципами действия и схемой расположения гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.

Схема субблоков лабораторного стенда для измерения параметров датчиков представлена на рис. 1.

Рис. 1. Расположение датчика в стойке–держателе

На рис. 1 виден образцовый измеритель расстояния на мерительной линейке, на нём закреплена мишень, до которой и будет измеряться расстояние. Слева на стойке необходимо закрепить изучаемый датчик, чтобы его торец, упершись в мишень, находился на нулевой отметке образцового измерителя расстояний.

Для индуктивного преобразователя перемещений показания расстояния считываются с цифрового милливольтметра PV1, для этого сигнал с выхода датчика на задней стенке стенда (рис. 2) подаётся на вход вольтметра с помо-

9

щью двух соединительных проводников. При подключении вольтметра соблюдайте полярность, в противном случае будет индицироваться сообщение об ошибке «Err».

Рис. 2. Задняя панель стенда (левая часть):

гнезда бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений (общий и выход), разъём для соединительного кабеля датчика, выключатель питания датчиков и вольтметра

На рис. 3 представлен вид на панель управления образцового измерителя расстояния (штангенциркуля).

Рис. 3. Панель управления образцового измерителя расстояния

На передней панели расположены кнопка включения измерителя «ON/OFF», кнопка установки нуля «ZERO», кнопка переключения единиц измерений дюймы/миллиметры «inch/mm». Кнопка установки нуля «ZERO» служит для обнуления текущей координаты, её всегда следует нажимать перед началом серии измерений. Кнопка или сигнал сброса в ноль присутствует на всех датчиках расстояния инкрементального типа – на изучаемом и на образцовом.

Результаты измерений индицируются на цифровом экране образцового измерителя в миллиметрах (следует выбирать кнопкой «inch/mm» единицы измерения – миллиметры, по умолчанию миллиметры).

Справа предусмотрено колёсико точного перемещения образцового измерителя расстояния. Его следует использовать при малых перемещениях на конце отрезка измерения для повышения точности позиционирования. Используйте его всегда для точного позиционирования в конечной точке.

В креплении образцового измерителя следует закрепить мишень любого цвета из комплекта стенда.

10