Н.М. Шаулева Датчики

	10
	e = − W	dФ	,	(6)
		dt
				dФ
	где е – мгновенное значение ЭДС; W – число витков катушки;				–
				dt

скорость изменения магнитного потока.

Рис. 5. Тахогенераторный датчик

С ростом скорости объекта скорость изменения потока возрастает, следовательно, возрастает величина ЭДС. С увеличением воздушного зазора между датчиком и объектом скорость изменения потока уменьшается.

Датчик ДМ–2М отличается от датчика ДМ–2 повышенной герметичностью и выходной мощностью, что позволяет увеличить рабочий зазор между магнитной системой датчика и скребковой цепью, повысить его надежность за счет устранения трения цепи о датчик.

Тахогенераторные датчики УПДС–2 и ДКС (рис. 5) представляют собой десятиполюсной тахогенератор 9 однофазного переменного тока, заключенный в пластмассовый корпус 8. Ротор 7 тахогенератора, являющийся постоянным магнитом, через муфту 6 соединен с приводным роликом 1. Корпус генератора соединен с рычагом 2 и шарнирно связан со скобой 3, которая крепится болтами к раме конвейера. Ролик датчика прижимается к ленте с помощью пружины 5. Регулировочным бол-

11

том 4 можно изменять величину контролируемого провисания ленты. Искробезопасность датчика обеспечивается неотключаемым селеновым шунтом 10, находящимся в его корпусе. Поступательное движение ленты конвейера преобразуется во вращение ролика вместе с ротором тахогенератора. Выходной сигнал в виде ЭДС, вырабатываемой датчиком, находится в линейной зависимости от скорости ленты.

Рис. 6. Структурная схема цифрового датчика скорости

Рис. 7. Кодовый диск фотоэлектрического датчика импульсов

В современных системах автоматизированного электропривода с большими диапазонами регулирования скорости и высокими требованиями к ее стабилизации точность тахогенераторных датчиков может оказаться недостаточной. Для таких систем используют цифровые датчики скорости (ЦДС). Функционально в ЦДС выделяют две основные части: импульсный преобразователь скорости – датчик импульсов, преобразующий угловую скорость вала в импульсы с частотой f, пропорциональной скорости, и кодовой преобразователь – счетчик импульсов СИ, формирующий на интервале измерения Т цифровой код Аn выходной величины датчика скорости (рис. 6).

12

Датчик импульсов может быть выполнен на основе индуктоксина или фотоэлектрического кодового диска. В любом варианте датчик импульсов вырабатывает две серии импульсов, сдвинутых по фазе на π /2, которые используются для определения угловой скорости и ее знака. На рис. 7 изображен кодовый диск фотоэлектрического датчика импульсов. На двух дорожках расположены пропускающие свет щели. Свет от источников ИС1 и ИС2 через щели попадает на фотодиоды BL1 и BL2, которые при этом открыты и пропускают ток. Когда щель выходит из луча света, фотодиоды запирают цепь. При вращении диска с угловой скоростью ω BL1 и BL2 дают чередование максимального и минимального сигналов с частотой

	f Д ,И =	ω	N Д ,И ,	(7)
		2π

где NД,И – импульсная емкость кодового диска – число импульсов на один оборот диска.

Рис. 8. Схема датчика импульсов

Токовый сигнал фотодиода изменяется по форме и амплитуде при изменении скорости вращения. Поэтому для получения стабильных сигналов с неизменными амплитудой и продолжительностью в состав датчика импульсов входит узел формирования выходных импульсов (рис. 8). В усилителе У1 токовый сигнал фотодиода BL1 усиливается и симметрируется по полярности UУ1. Усилитель, собранный на транзисторах VT1 и VT2 и работающий с использованием положительной связи в релейном режиме, дает на выходе прямоугольные импульсы U1 с постоянной амплитудой, равной Uп, но с переменной продолжитель-

13

ностью. Выходной импульс Uвых с неизменными амплитудой и продолжительностью τ формируется с помощью одновибратора. Аналогичный узел имеется и для импульсов второй дорожки кодового диска с фотодиодом BL2. Для каждого направления вращения в датчике импульсов имеется свой выходной канал.

Выделение импульсов на каналах положительной скорости (направление “вперед”, UвыхВ)или отрицательной скорости (направление “назад”, UвыхН) осуществляется логическим узлом (на схеме не показан).

Формирование цифрового кода на выходе датчика скорости с помощью счетчика может выполняться двояко. На заданном периоде измерения Т счетчик может подсчитывать число импульсов, которое бу-

дет характеризовать среднее значение скорости:
			N =	f Д ,ИT =		ω	N Д ,ИT.		(8)
						2π
	Так как младшему разряду датчику соответствует один импульс,
то разрешающая способность ЦДС составляет N:1, а точность измере-
ния δ	= 1	N	. Очевидно, дискретность по скорости датчика, об/с, опре-
делится величиной				= 1
			∆ n		(N Д ,ИT )			.	(9)
			0

Таким образом, точность ЦДС тем выше, чем больше измеряемая скорость и период измерения.

Например, при NД,И = 600 импульсов/об, Т = 0,1 с погрешность ЦДС составит для n=1000 об/мин 60/(1000 600 0,1) = 1/1000 = 0,1 %,

а для n = 10 об/мин 1/100 = 10 %.

Другой вариант формирования цифрового кода скорости состоит в определении интервала времени между двумя импульсами путем подсчета числа высокочастотных опорных импульсов, умещающихся на измеряемом интервале. Данный способ имеет, напротив, максимальную разрешающую способность на самых низких скоростях, когда период следования импульсов максимален и содержит наибольшее число опорных импульсов. Однако высокая точность датчика при низких скоростях относится также лишь к среднему за измеряемый интервал значению скорости. При повышении скорости точность данного ЦДС снижается.

14

Комбинация рассмотренных вариантов формирования цифрового кода скорости позволяет получить высокую точность в широком диапазоне измерения скорости.

2.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Впервую очередь изучается схема лабораторного стенда, а затем проводится исследование соответствующего датчика.

Исследование датчиков осуществляется путем снятия их статических характеристик (зависимости величины выходного сигнала от входного сигнала в установившемся режиме) на лабораторном стенде.

2.1. Исследования тензодатчика

Рис. 9. Схема стенда для исследования тензодатчиков

2.1.1. Схема лабораторного стенда для исследования тензодатчиков (рис. 9) состоит из стальной упругой консоли 1, скрепленной при

15

помощи гибкой тяги со шкивом 2. Положение шкива определяет усилие, приложенное к концу консоли 1. На консоль наклеены проволочные тензоэлементы: R1, R2 с верхней стороны, а R3, R4 – с нижней стороны. Элементы соединены между собой по мостовой схеме, в одну диагональ подается питание, а к другой подключен усилитель 3. Ручкой установки нуля Rну задается смещение усилителю для установки вторичного прибора РА в нулевое положение. При помощи тумблера S2 можно изменить чувствительность тензодатчика, заменив два тензоэлемента R2 и R4 в схеме моста постоянными резисторами Rδ 1, Rδ 2. Тумблером S1 подают питание на тензодатчик.

2.1.2. Для снятия статических характеристик тензодатчиков необходимо выполнить следующее:

1. Включить тумблер S1.

2.Тумблер S2 установить в положение R2, R4.

3.Задатчик усилителя ЗУ установить в положение ″ 0″ .

4.Установить резистором Rну нуль в амперметре PА.

5.Задавая различные значения усилителя задатчиком, начиная

с0 снять значения выходного сигнала по прибору PА и занести данные входного и выходного сигнала в таблицу.

6.Переключить тумблер S2 в положение Rδ 1, Rδ 2.

7.Выполнить пп. 4,5.

2.2.Исследование индуктивного датчика.

Рис. 10. Схема стенда для исследования индуктивного датчика

16

2.2.1. Схема макета для исследования индуктивного датчика (рис. 10) состоит из датчика, питающего трансформатора Т и прибора РА, измеряющего выходной ток датчика. Питание на датчик подают включением тумблера S3. Датчик состоит из катушек 2, внутри которых перемещается плунжер 1 при помощи нити, шкива и задатчика положения ЗП от среднего положения относительно катушек.

2.2.2. Для получения статической характеристики индуктивного датчика необходимо:

1. Включить тумблер S3.

2. Задавая величину перемещения задатчиком ЗП, снять значение выходного сигнала по амперметру PА и занести величины входного и выходного сигналов в таблицу.

2.3. Исследование индукционного датчика

Рис. 11. Схема стенда для исследования индукционного датчика

2.3.1. Схема макета для исследования индукционного датчика (рис. 11) содержит двигатель М, скорость вращения которого задается ручкой потенциометра R5 и измеряется тахогенератором BR в комплекте с прибором PV1. На валу двигателя установлен барабан 1 с прорезями. Датчики 2 установлены с разными зазорами относительно барабана.

2.3.2. Для получения статических характеристик индукционного датчика необходимо:

1. Включить тумблер S4.

2. Задатчиком скорости вращения ЗС установить скорость вращения барабана по прибору РЗ, равную 0.

17

3.Включить тумблер S5 и измерить величину выходного сигнала первого датчика прибором PV2, занести данные в таблицу, выключить тумблер S5.

4.Включить тумблер S6, измерить по прибору PV2 величину выходного сигнала второго датчика и занести данные в таблицу, выключить тумблер S6.

5.Задавать при помощи потенциометра R5 различные скорости вращения барабана. Для пяти фиксированных оборотов вала двигателя M записать показания приборов PV2, PV1 для первого (включить тумблер S5) и второго (включив S6, выключив S5) датчиков скорости.

2.4.Исследование датчика температуры

~

Рис. 12. Схема стенда для исследования термодатчика

2.4.1. Схема макета для исследования полупроводникового датчика температуры (рис. 12) состоит из нагревателя 1, в котором установлены термометр 2 и терморезистор RK, образующий измерительный мост с резисторами R7, R8, R9. Изменение температуры в нагревателе фиксируется вольтметром PV2. Тумблерами S7 и S8 подают питание на нагреватель и на измерительный мост.

2.4.2. Для получения статической характеристики термодатчика необходимо:

1. Включить тумблер S8.

2. Измерить температуру термометром 2 и выходной сигнал прибором PV2, занести эти данные в таблицу.

18

3.Включить тумблер S7.

4.Измерить значение выходного сигнала с изменением температуры через каждые 5 – 10 с.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе оформляет каждый студент самостоятельно. Содержание отчета: наименование и цель работы; схемы и таблицы лабораторных испытаний датчиков; графики статических характеристик датчиков; расчет коэффициентов чувствительности датчиков.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств: Учеб. для вузов по специальности ″ Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов″ . – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 424 с., ил.

2.Гинзбург С.А. и др. Основы автоматики и телемеханики/ Под общ. ред. С.А. Гинзбурга. - 4-е изд., перераб.-М.: Энергия, 1968.- 512 с.

3.Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля: Учеб. – 3-е изд., перераб. и доп. – Киев: Вы-

ща шк.,1991. – 461 с.: ил.

4.Терехов В.М. элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов.– М.: Энергоиздат, 1987. –224 с.: ил.

19

Составитель

НАДЕЖДА МИХАЙЛОВНА ШАУЛЕВА

ДАТЧИКИ

Методические указания к лабораторной работе по курсу ″ Технические средства автоматизации″ для студентов направления 550200

Редактор Е.Л. Наркевич

ЛР № 020313 от 23.12.96.

Подписано в печать 29.12.99. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л. 1,2. Тираж 50 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет.

650026, Кемерово, ул. Весенняя 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета.

650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.