В.Л. Конюх Потенциометрический измеритель перемещений

Министерство образования Российской Федерации Кузбасский государственный технический университет Кафедра гибких автоматизированных производственных систем

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Методические указания к лабораторной работе по курсу "Информационные устройства и системы в робототехнических системах" для подготовки студентов по направлению 552900 – "Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств"

Составитель В.Л.Конюх

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 13.01.01

Рекомендованы к печати методической комиссией по направлению 552900 Протокол № 313 от 14.01.01

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2001

1

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Потенциометрический измеритель перемещений с аналоговым выходом преобразует перемещение подвижного элемента, например звена робота, в изменение напряжения. Он представляет собой потенциометр R, движок которого соединен с подвижным элементом, а два конца подключены к источнику напряжения U1 Перемещение движка при движении подвижного элемента приводит к изменению напряжения U2 между движком и одним из полюсов напряжения U1. Обычно применяют потенциометрический преобразователь перемещений, выполненный в виде делителя напряжения (рис.1).

Рис. 1. Делитель напряжения

Через потенциометр R = (R1 + R2) протекает ток I = U1 / (R1 + R2). На резисторе R2 образуется падение напряжения U2 = I R2. Движущийся элемент перемещает движок потенциометра, вследствие чего изменяется соотношение между сопротивлениями R1 и R2. В зависимости от величины перемещения механического элемента α изменяется выходное напряжение преобразователя

В зависимости от материала резистивного элемента применяют проволочные, пленочные, однооборотные и многооборотные потенциометры. Погрешность измерения составляет 0,01–0,05 % при сроке службы до двух миллионов движений с частотой до 150 движений в минуту. Характеристика потенциометра должна быть

2

линейной, чтобы на любом участке измерений одному и тому же перемещению соответствовало одно и то же изменение напряжения.

Другим более точным способом измерения перемещений является включение потенциометра R3 в плечо моста Уитстона (рис. 2). Мост представляет собой параллельное соединение двух делителей напряжения. К одной диагонали моста подключают напряжение U, а к другой – измерительный прибор.

Рис.2. Измерение перемещений с помощью мостовой схемы

Если все сопротивления моста одинаковы, то токи , протекающие через оба делителя, равны и потенциалы точек А и В одинаковы. Поэтому показание измерительного прибора равно нулю. Перемещение подвижного элемента на угол α приводит к перемещению связанного с ним движка потенциометра и изменению сопротивления R3 d в плече моста. Баланс моста нарушается и в его диагонали между точками А и В появляется разность потенциалов, пропорциональная величине перемещения подвижного элемента α :

Измерение этого напряжения показывает, на какую величину переместился подвижный элемент.

3

2. ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД

Стенд (рис. 3) содержит измерительный потенциометр 1, на оси которого закреплен подвижный элемент 2 в виде звена робота. Потенциометр и источник постоянного напряжения через переключатель 3 подключены к измерительному прибору 4. Переключатель 3 изменяет способ подключения потенциометра:

•схема делителя напряжения;

•мостовая схема.

При повороте подвижного элемента на некоторый угол соответственно отклоняется стрелка измерительного прибора.

Рис.3. Схема лабораторного стенда

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задача состоит в установлении связи между углом поворота подвижного элемента и напряжения на выходе преобразователя перемещений при работе измерителя в режимах делителя напряжения и мостовой схемы.

1.Переведите переключатель в положение «Делитель напряжения».

2.Включите напряжение питания.

3.Переместите подвижный элемент в исходное положение и запишите показание измерительного прибора.

4

4.Постройте зависимость показаний измерительного прибора от угла поворота подвижного элемента.

5.Отключите напряжение питания.

6.Выведите формулу для определения угла поворота элемента по величине напряжения.

7.Переведите переключатель в положение «Мостовая схема».

8.Повторите пункты 3-6.

Ответьте на вопросы:

1.На сколько процентов построенная зависимость отклоняется от прямой линии?

2.Почему линейная характеристика измерителя перемещений предпочтительнее нелинейной?

3.Какая из двух схем включения точнее и почему?

4.Как будет работать мостовая схема, если сопротивления в противоположных плечах моста будут одинаковы?

5.Как изменится работа измерителя при включении потенциометра по схеме на рис. 4?

Рис. 4. Вариант включения потенциометра в мостовой схеме

Разработайте схемы применения потенциометрических измерителей перемещения в задачах автоматизации производства:

•решаемая задача;

•размещение датчика;

•работа датчика;

•эффект от применения датчика.

5

Отчет о выполнении работы должен содержать:

1.Схемы работы датчика в двух режимах.

2.Таблицы с данными измерений.

3.Графики связи перемещения с напряжением.

4.Формулы для оценки перемещений по величине напряжения

5.Ответы на контрольные вопросы.

6.Предложения по применению измерителей перемещения в задачах автоматизации производства.

6

Составитель Владимир Леонидович Конюх

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Методические указания к лабораторной работе по курсу "Информационные устройства и системы в робототехнических системах" для подготовки студентов по направлению 552900 – "Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств"

Редактор З.М. Савина

ЛР № 020313 от 23.12.96.

Подписано в печать 15.05.01. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 50 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет.

650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета.

650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 а.