лаб_Датчики_мех_величин

3. Проверка работоспособности лабораторной установки

Для проверки работоспособности необходимо:

−подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;

−включить стенд выключателем SА1, при этом должен загореться встроенный в него индикатор «Питание»;

−включить питание функционального блока «Датчики частоты вращения» выключателем SA4, при этом должен загореться встроенный в него индикатор;

−подключить вольтметр PV1 в режиме измерения постоянного напряжения к выходам тахогенератора, а входы А, В и ┴ индикатора PF2 – к выходам оптического энкодера. Изменяя скорость вращения приводного двигателя, необходимо наблюдать изменение показаний вольтметра в диапазоне 0,01…15 В,

ана индикаторе PF2 – изменение количества отсчитываемых энкодером импульсов.

4. Экспериментальное определение передаточных характеристик тахогенератора постоянного тока и инкрементального оптического энкодера

4.1. Снятие и построение передаточной характеристики холостого хода тахогенератора постоянного тока

Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр к выходным клеммам Uвых0 тахогенератора. Плавно изменяя скорость приводного двигателя с помощью ручки регулятора скорости, снять не менее 20 точек через равные промежутки, как в сторону увеличения скорости, так и в сторону ее уменьшения.

Данные занести в табл. 1.

Таблица 1

n, об/мин

Uвых0, В

Построить зависимость Uвых0=f(n). Эта зависимость должна быть практически линейной.

4.2. Снятие и построение передаточной характеристики тахогенератора постоянного тока при нагрузке

Для снятия передаточной характеристики при нагрузке на выходе тахогенератора необходимо подключить к выходам тахогенератора нагрузку Rнагр1 (100 – 470 – 1000 – 4700 – 10000 Ом). Плавно изменяя скорость приводного двигателя с помощью ручки регулятора скорости, снять не менее 20 точек через равные промежутки, как в сторону увеличения скорости, так и в сторону ее уменьшения. Данные занести в табл. 2.

31

Нагрузка, Ом

Таблица 2

	100	n, об/мин
		Uвых, В

…n, об/мин

		Uвых, В
	10000	n, об/мин
		Uвых, В

Построить зависимости Uвых=f(n) на тех же графиках, что и зависимо-

сти Uвых0=f(n).

По построенным экспериментальным характеристикам Uвых=f(n) определить абсолютные и относительные погрешности, обусловленные только нели-

нейностью характеристик Uвых=f(n), соответствующих Rнагр1 ≠ ∞. при этом за идеальную характеристику Uвых=f(n) необходимо принять характеристику, со-

ответствующую Rнагр1 ≠ ∞ (10000 Ом).

4.3. Снятие и построение временной характеристики инкрементального оптического энкодера

Для снятия экспериментальной характеристики подключить входы А и ┴ индикатора PF2 к выходным клеммам Z и ┴ энкодера. Плавно изменяя скорость приводного двигателя с помощью ручки регулятора скорости, наблюдать скорость изменения количества импульсов на индикаторе PF2.

С помощью осциллографа, подключившись к выходам A, В и ┴ энкодера в двухканальном режиме можно наблюдать последовательности импульсов, частота которых зависит от скорости вращения приводного двигателя. При подключении к выходу Z энкодера можно наблюдать нулевой импульс, частота появления которого равна скорости вращения двигателя в об/мин, и зависит также от частоты вращения двигателя.

32

5. Требования к отчёту

Отчет должен содержать: а) цель работы;

б) основные технические характеристики исследуемых датчиков; в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров

и графиков по каждому из проведенных экспериментов; г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных

данных с паспортными, выводы.

6. Контрольные вопросы

1. Какие машины называются тахогенераторами, каков принцип их рабо-

ты?

2.Назовите основные погрешности ТГ постоянного тока, их причины и пути снижения.

3.Каковы причины нелинейности передаточных характеристик ТГ при на-

грузке?

4.Какие устройства называют энкодерами? Объясните принцип работы абсолютного и инкрементального оптических энкодеров?

5.Каковы преимущества абсолютных и инкрементальных энкодеров?

6.Какие приборы и субблоки необходимо использовать при исследовании работы тахогенератора и энкодера;

7.Опишите порядок проведения лабораторной работы. Какие эксперименты необходимо провести. Какие характеристики датчиков нужно снять?

8.Опишите, какой вид, на ваш взгляд, должны иметь экспериментальные характеристики тахогенератора и энкодера.

33

Лабораторная работа № 4. Изучение датчиков углового положения

Цель работы

1.Изучить режимы работы и основные характеристики инкрементального оптического энкодера, вращающегося трансформатора, работающего в синус- но-косинусном и потенциометрического датчика.

2.Овладеть методами экспериментального исследования данных устройств и определения точности преобразования угла поворота в электрический сигнал.

3.Сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оценить погрешности.

4.Определить сравнительные качества синусных, косинусных обмоток синусно-косинусных трансформаторов.

5.Определить значения погрешностей потенциометрического датчика.

Программа работы

Дома изучить принцип работы, назначение и технические характеристики ВТ и потенциометрического датчика, схемы их подключения, а также основные узлы и возможности лабораторного стенда.

В лаборатории:

–пройти тестирование по теоретической части;

–снять и построить передаточную характеристику оптического энкодера;

–снять экспериментальные и построить теоретические характеристики холостого хода для синусной обмотки ВТ;

–снять экспериментальные и построить теоретические характеристики холостого хода для косинусной обмотки ВТ;

–снять характеристики синусной обмотки ВТ при нагрузке;

–снять характеристики косинусной обмотки ВТ при нагрузке;

–снять характеристики ВТ при вторичном симметрировании;

–снять и построить экспериментальные характеристики потенциометрического датчика на холостом ходу;

–снять и построить экспериментальные характеристики потенциометрического датчика при нагрузке;

–проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;

–выполнить отчет о проделанной работе.

34

Пояснения к работе

1. Общие теоретические сведения

В лабораторной работе исследуются следующие датчики углового положе-

ния:

−инкрементальный оптический энкодер TRD-S/SH фирмы Automation Di-

rect.

−вращающийся трансформатор 2,5ВТ;

−потенциометрический датчик ПТП-11-5;

Основные теоретические сведения о принципах работы вращающихся трансформаторов и потенциометрических датчиков, а также технические характеристики и габаритные размеры используемых в работе датчиков в Прил. 4. Теоретические данные по оптическому энкодеру представлены Прил.3.

2. Описание лабораторной установки для изучения инкрементального энкодера, вращающегося трансформатора и потенциометрического датчика

Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию вращающегося трансформатора и потенциометрического датчика, необходимо ознакомиться с принципом их действия (Прил. 4) и схемой расположения обмоток и гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.

Субблок «Датчики положения» лабораторного стенда представлен на рис. 1. Данный блок представляет собой ВТ, оптический энкодер и потенциометрический датчик угла поворота, соединенные ременными передачами. Кроме того, на валу энкодера жестко закреплена ручка с меткой для грубого определения угла поворота.

Гнезда А, В и ┴ необходимы для подключения выходов оптического энко-

дера к измерителю PF2.

В левой части функционального блока «Датчики положения» установлены переключатели магазинов сопротивлений, позволяющие ступенчато изменять сопротивления нагрузочных резисторов Rнагр1 и Rнагр2.

На панели также расположены гнезда В1 и В2, К1 и К2, Ucos и Usin, соединенные соответственно с концами первичной, компенсационной, косинусной и синусной обмоток ВТ для сборки схемы эксперимента и подключения вольтметра или осциллографа.

Исследуемый потенциометрический датчик включен по схеме делителя напряжения. На панели расположены гнезда UВЫХ, соединенные соответственно с общим выводом и выводом движка потенциометрического датчика для сборки схемы эксперимента и подключения вольтметра. При этом вольтметр и нагрузка включаются параллельно нижнему плечу потенциометра.

35

SA5						0			Вращающийся
				Потенциометрический	330		30
				датчик					трансформатор
	4			300				60	К2
3		5
				=5 В					В1	В2
2			6								Внеш.
1			7	270				90	К1		Uп
									S1	C2	Внутр.
Rнагр1, Ом				240				120	C1	S2
3	4	5			210	180	150
2			6
1			7			Энкодер					Ucos
					A	B	Z
Rнагр2, Ом				Uвых					Usin

Рис. 1. Субблок для исследования датчиков углового положения

На положительный и общий выводы потенциометра подано постоянное напряжение 5 В.

Для питания ВТ в схеме стенда предусмотрен встроенный генератор синусоидальных колебаний амплитудой 10 В и частотой 400 Гц. Кроме того, в конструкции стенда предусмотрен переключатель режима питания ВТ: в положении «Внутр.» ВТ питается от встроенного генератора, в режиме «Внеш.» – от внешнего источника переменного напряжения. Конструкцией ВТ и лабораторного стенда предусмотрено первичное и вторичное симметрирование.

3. Проверка работоспособности лабораторной установки

Для проверки работоспособности необходимо:

−подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;

−включить стенд выключателем SА1, при этом должен загореться встроенный в него индикатор «Питание»;

−включить питание функционального блока «Датчики положения» выключателем SA5, при этом должен загореться встроенный в него индикатор;

−подключить вольтметр PV1 в режиме измерения переменного напряже-

ния к косинусной Ucos и синусной Usin обмоткам. Вращая ротор ВТ, наблюдать изменение показаний вольтметра в диапазоне 0,01…10 В;

−подключить вольтметр PV1 в режиме измерения постоянного напряже-

ния к выходным клеммам потенциометрического датчика Uвых. Вращая ротор датчика, наблюдать изменение показаний вольтметра в диапазоне 0…5 В.

36

4. Экспериментальное определение характеристик оптического энкодера, вращающегося трансформатора и потенциометрического датчика угла поворота

4.1. Снятие и построение передаточной характеристики инкрементального оптического энкодера.

Для снятия экспериментальной передаточной характеристики энкодера подключить Входы A, B и ┴ индикатора PF2 соответственно к выходам

A, B и ┴ энкодера. Вращая ручку от 0° до 360°, снять не менее 20 точек через

равные промежутки, как по часовой стрелке, так и против нее, обязательно включая 0–90–180–360. При этом фиксировать значения угла поворота на индикаторе в режиме «α, град» и тут же фиксировать число импульсов на том же индикаторе, переключившись в режим «Имп.».

Данные занести в табл. 1.

Таблица 1

α, град

N, число импульсов

По итогам эксперимента построить передаточную характеристику N=f(α). По формуле N0 = N/α определить разрешающую способность оптического энкодера.

4.2. Снятие и построение характеристики холостого хода для синусной обмотки.

Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр к зажимам обмотки Usin. Входы A, B и ┴ индикатора PF2 подключить соответст-

венно к выходам A, B и ┴ энкодера. Установить тумблером режим индикации

«α, град». Вращая ручку от 0° до 360°, снять не менее 20 точек через равные промежутки, как по часовой стрелке, так и против нее, обязательно включая 0– 90–180–360. Отметить положение ручки (αmin) при котором Usin минимально. В дальнейших экспериментах учитывать Δα=αmin как постоянную погрешность и определить фактическое значение угла поворота ротора.

Данные занести в табл. 2.

Таблица 2

Измерение	α, град
	Usin, В
	U1, В
Расчет	α, град
	К, о.е.

Коэффициент Кm определяется по (2), для максимального значения Usin.

37

Построить зависимость Usin=f(α). Эта зависимость должна практически не отличаться от идеальной синусоиды.

4.3. Снятие и построение характеристики холостого хода для косинусной обмотки.

Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр к зажимам обмотки Ucos. Дальнейшие действия производятся согласно последовательности, представленной в 4.2 и заносятся в табл. 3. Значение Кm необходимо определить для Ecos max и α=0.

Следует убедиться в равенстве коэффициентов Кm для обеих обмоток.

Таблица 3

Измерение	α, град
	Ucos, В
	U1, В
Расчет	α, град
	К, о.е.

4.4. Снятие характеристик синусной обмотки при нагрузке.

Для этого подключить нагрузку Rнагр1=1000, 470 Ом к синусной обмотке, установив соответствующие перемычки. Вольтметр подключается к гнездам Usin. Вращая ручку, изменять угол α в диапазоне 0÷360°,снять значения Usin=f(α) при нагрузке. Результаты занести в табл. 4.

Таблица 4

Измерение	α, град
	U’sin, В
	RН, Ом
Расчет	Usin, В
	UВЫХ, В
	UВЫХ%, %
Значения	UВЫХ и UВЫХ% определить по формулам:
	Usin=UsinM·sinα, UsinM =EsinM из 4.2 при α=90°;
		UВЫХ= U’sin – Usin;
	UВЫХ%= 100(U’sin – Usin)/ Usin max.

По данным табл. 4 построить опытную кривую U’sin =f(α), а также расчет-

ные кривые Usin , UВЫХ , UВЫХ %. Для наглядности, аналогично рис. 1 постро-

ить в диапазоне α=0÷90°. На одном графике Usin, UВЫХ, UВЫХ%. 4.5. Снятие характеристик косинусной обмотки при нагрузке.

Для этого подключить нагрузку Rнагр1=1000, 470 Ом к косинусной обмотке, установив соответствующие перемычки. Вольтметр подключается к гнездам Ucos.

38

Характеристики снимаются аналогично 4.4, Ucos max =Ecos max из 4.3 при α=0°. Результаты занести в табл. 5.

Таблица 5

α, град Измерение U’cos, В

RН, Ом

Ucos, В

Расчет UВЫХ, В

UВЫХ%, %

4.6. Снятие характеристик ВТ при первичном симметрировании.

Собрать при помощи перемычек схему ВТ с первичным симметрированием, соединив накоротко гнезда К1 и К2.

Вращая ручку в диапазоне α=0÷360° снять характеристики U’sin, U’cos= f(α). Результаты свести в табл. 6.

Таблица 6

α, град Измерение U’sin, В

U’cos, Ом

Usin, В

Расчет Ucos, В

UВЫХ, В

4.7. Снятие характеристик ВТ при вторичном симметрировании.

Собрать при помощи перемычек схему ВТ с вторичным симметрированием, установив Rнагр1sin= Rнагр2cos=1000, 470 Ом.

Вращая ручку в диапазоне α=0÷360° снять характеристики U’sin, U’cos= f(α). Результаты свести в табл. 7.

Таблица 7

Измерение	α, град
	U’sin, В
	U’cos, Ом
Расчет	Usin, В
	Ucos, В
	UВЫХ, В

Убедиться в близости полученных характеристик к синусоидальным, построив U’sin, U’cos, UВЫХ = f(α).

39

4.8. Снятие и построение характеристики холостого хода потенциометрического датчика угла поворота.

Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр PV1 к клеммам потенциометрического датчика UВЫХ. Вращая ручку от 0° до 360° снять не менее 20 точек через равные промежутки по часовой стрелке и после этого против нее, обязательно включая 0–90–180–360. Данные занести в табл. 8.

Таблица 8

По часовой стрелке	α, град
	UВЫХ0, В
Против	α, град
часовой стрелки	UВЫХ0, В

Построить зависимость UВЫХ0=f(α). Эта зависимость должна быть практически линейная. На одном графике зависимость, полученная при вращении рукоятки по часовой стрелке. На другом – против часовой.

4.9. Снятие и построение характеристики потенциометрического датчика угла поворота под нагрузкой

Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр PV1 к зажимам обмотки UВЫХ. К этим же клеммам подключить нагрузочное сопротивление Rнагр1, величина которого изменяется с помощью галетного переключателя от 100 до 10000 Ом. Вращая ручку от 0° до 360° снять не менее 20 точек через равные промежутки по часовой стрелке и после этого против нее, обязательно включая 0–90–180–360. Данные занести в табл. 9.

Таблица 9

		По часовой стрелке	α, град
	470		UВЫХ0, В
Ом		Против часовой	α, град
		стрелки	UВЫХ0, В
,		По часовой стрелке	α, град
Нагрузка
	…		UВЫХ0, В
		Против часовой	α, град
		стрелки	UВЫХ0, В
		По часовой стрелке	α, град
	10000		UВЫХ0, В
		Против часовой	α, град
		стрелки	UВЫХ0, В

Построить зависимости UВЫХ=f(α) на тех же графиках, что и зависимости

UВЫХ0=f(α).

40