Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Институт энергетики и автоматизированных систем

Кафедра Электроники и микроэлектроники

Лабораторная работа №4

Изучение датчиков углового положения

Выполнил: студент группы АНБ-14-2

Михайлицын А.С.

Проверил: к.т.н. доцент кафедры ЭиМЭ

Евдокимов С.А.

Магнитогорск 2016

1. Цель работы:

1) Изучить режимы работы и основные характеристики инкрементального оптического энкодера, вращающегося трансформатора, работающем в синусно-косинусном режиме 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 и косинусных обмоток синусно-косинусных трансформаторов.

5) Определить значения погрешностей потенциометрического датчика.

Общие теоретические сведения:

В лабораторной работе исследуются датчики углового положения:

- инкрементальный оптический энкодер TRD-S/SH фирмы Automation Direct;

- вращающийся трансформатор 2,5 Вт;

- потенциометрический датчик ПТП-11-5;

2. Результаты выполнения лабораторной работы

1) Снятие и построение передаточной характеристики инкрементального оптического энкодера.

Таблица 1 – Результаты измерения числа импульсов

α , град	0	45	90	135	180	225	270	315	360
N – число импульсов	0	245	497	871	992	1280	1502	1765	1986

Так как в результате измерений было снято несколько точек, то разрешающая способность оптического энкодера N₀ была определена как среднее арифметическое частного по формуле N₀ = N/α.

Результаты расчетов: N₀ = 5,64 (имп./град.)

Была построена передаточная характеристика N = f(a), представленная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Передаточная характеристика N = f(a)

2) Снятие и построение характеристики холостого хода для синусной обмотки.

В результате выполнения задания были получены экспериментальные данные, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты измерений синусной обмотки

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Usin, B (по часовой)	4,3	0,43	4,64	6,12	4,04	0,11	4,45	6,09	4,35
Usin, B (против часовой)	4	0,33	4,41	6,06	4,05	0,03	4,41	6,08	4,35

Далее по полученным данным была построена зависимость U_sin = f(a), представленная на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зависимость U_sin = f(a)

3) Снятие и построение характеристики холостого хода для косинусной обмотки.

В результате выполнения задания были получены экспериментальные данные, которые представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты измерений косинусной обмотки

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Ucos, B (по часовой)	4,43	6,01	4,27	0	4,31	6,12	4,05	0	4,1
Ucos, B (против часовой)	4,53	0,72	3,7	6,15	4,8	0,75	3,4	5,9	4,95

Далее по полученным данным была построена зависимость U_cos = f(a), представленная на рисунке 3.

Рисунок 3 – Зависимость U_cos = f(a)

4) Снятие характеристик синусной обмотки при нагрузке.

В результате выполнения задания были получены экспериментальные данные, которые представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Результаты измерений синусной обмотки при нагрузке

Rn=470 Ом	α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
	Usin, В	5,03	5,95	3,44	0,91	4,95	6,02	3,64	0,55	4,87
Rn=1000 Ом	α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
	Usin, В	3,71	0,67	4,52	6	3,7	0,39	4,55	6,03	4,28

Далее по формулам (1), (2) и (3) рассчитываются U’_sin, ∆U_вых и ∆U_вых%:

U’_{sin =} U_sin/sina (1)

∆U_вых = U_sin - U’_sin (2)

∆U_вых% = 100*∆U_вых/U_{sin max} (3)

Результаты расчетов при нагрузке 470 Ом представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Результаты расчетов при нагрузке 470 Ом

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Usin, В	5,03	5,95	3,44	0,91	4,95	6,02	3,64	0,55	4,87
U'sin, В	-	8,41	3,44	1,28	-	-8,51	-3,64	-0,78	-
∆Uвых, В	-	-2,46	0	-0,37	-	14,53	7,28	1,32	-
∆Uвых%, %	-	-40,94	0	-6,26	-	241,42	120,93	22,05	-

Далее по полученным расчетам на одном графике (рисунок 4) были построены характеристики ∆U_вых%, U_sin, U’_sin, и ∆U_вых.

Рисунок 4 – Характеристики ∆U_вых%, U_sin, U’_sin, и ∆U_вых

Результаты расчетов при нагрузке в 1000 Ом представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Результаты расчетов при нагрузке в 1000 Ом

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Usin, В	3,73	0,63	4,57	6,00	3,80	0,32	4,65	6,05	4,18
U'sin, В	-	0,94	4,52	8,48	-	-0,55	-4,55	-8,52	-
∆Uвых, В	-	-0,27	0	-2,48	-	0,94	9,1	14,55	-
∆Uвых%, %	-	-4,60	0	-41,2	-	15,61	150,91	241,42	-

Далее по полученным расчетам на одном графике (рисунок 5) были построены характеристики ∆U_вых%, U_sin, U’_sin, и ∆U_вых.

Рисунок 5 – Характеристики ∆U_вых%, U_sin, U’_sin, и ∆U_вых

5) Снятие характеристик косинусной обмотки при нагрузке.

В результате выполнения задания были получены экспериментальные данные, которые представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Результаты измерений косинусной обмотки при нагрузке

Rn=470 Ом	α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
	Usin, В	4,31	5,84	4,25	0,15	4,31	5,75	4,18	0,19	3,64
Rn=1000 Ом	α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
	Usin, В	3,68	6,1	4,9	1,1	3,45	5,95	4,91	1,11	3,21

Далее по формулам (1), (2), и (3), подставив соответствующие значения измерения косинусной обмотки, были получены расчетные значения U’_cos, ∆U_вых и ∆U_вых%.

Результаты расчетов при нагрузке 470 Ом представлены в таблице 8.

Таблица 8 – Результаты расчетов при нагрузке 470 Ом

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Ucos	4,31	5,84	4,25	0,15	4,31	5,75	4,18	0,19	3,64
U'cos	4,31	8,26	-	-0,21	-4,31	-8,13	-	0,27	3,64
∆Uвых	0	-2,42	-	0,36	8,62	13,88	-	-0,078	0
∆Uвых%	0	-41,42	-	6,20	147,60	237,7	-	-1,34	0

Далее по полученным расчетам на одном графике (рисунок 6) были построены характеристики ∆U_вых%, U_cos, U’_cos, и ∆U_вых.

Рисунок 6 – Характеристики ∆U_вых%, U_cos, U’_cos, и ∆U_вых

Результаты расчетов при нагрузке 1000 Ом представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Результаты расчетов при нагрузке 1000 Ом

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Ucos	3,68	6,1	4,9	1,1	3,45	5,95	4,91	1,11	3,21
U'cos	3,68	8,62	-	-1,55	-3,45	-8,41	-	1,56	3,21
∆Uвых	0	-2,52	-	2,65	6,9	14,36	-	-0,45	0
∆Uвых%	0	-41,42	-	43,53	113,11	235,48	-	-7,53	0

Далее по полученным расчетам на одном графике (рисунок 7) были построены характеристики ∆U_вых%, U_cos, U’_cos, и ∆U_вых.

Рисунок 7 – Характеристики ∆U_вых%, U_cos, U’_cos, и ∆U_вых

6) Снятие характеристик ВТ при первичном симметрировании.

В ходе выполнения задания была снята характеристика U_sin,U_cos= f(a), а также произведены вычисления по формулам (1), (2), (3).

Результаты измерений и расчетов были сведены в таблицу 10.

Таблица 10 – Результаты измерения и расчетов U_sin,U_cos = f(a)

α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Ucos, В	3,27	5,74	5,25	1,62	2,89	5,86	5,39	1,86	2,7
Usin, В	5,12	1,32	2,85	5,78	5,27	1,72	2,84	5,79	5,43
U'cos, В	3,27	8,12	-	-2,29	-2,89	-8,28	-	2,63	2,7
U'sin, В	-	1,86	2,85	8,17	-	-2,43	-2,84	-8,18	-
∆Uвых, В	0	-2,37	-	3,91	5,78	14,14	-	-0,77	0

7) Снятие характеристик ВТ при вторичном симметрировании.

В ходе выполнения задания была снята характеристика U_sin,U_cos= f(a) при нагрузке, а также произведены вычисления по формулам (1), (2), (3).

Результаты измерений и расчетов были сведены в таблицу 11.

Таблица 11 – Результаты измерения и расчетов U_sin,U_cos = f(a) при нагрузке

Rn=470 Om	α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
	Ucos	2,55	5,46	5,4	2,21	2,39	5,38	5,45	2,39	2
	Usin	5,24	1,91	2,39	5,56	5,43	2,21	2,27	5,75	5,65
	U'cos	2,55	7,72	-	-3,12	-2,39	-7,60	-	3,37	2
	U'sin	-	2,7	2,39	7,86	-	-3,12	-2,27	-8,13	-
	∆Uвых	0	-2,26	-	5,33	4,78	12,98	-	-0,98	0
Rn=1000 Om	α, град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
	Ucos	1,44	2,09	5,54	5,65	2,69	2,01	5,77	5,9	2,94
	Usin	5,9	5,62	2,47	2	5,38	5,74	2,8	1,75	5,34
	U'cos	1,44	2,95	-	-7,99031	-2,69	-2,84	-	8,34	2,94
	U'sin	-	7,94	2,47	2,83	-	-8,11	-2,8	-2,47	-
	∆Uвых	0	-0,86	-	13,64	5,38	4,85	-	-2,44	0

Далее, чтобы убедиться в близости полученных характеристик синусоидальным, были построены зависимости U_sin, U_cos, ∆U_вых = f(a) при нагрузке 470 Ом и 1000 Ом, которые представлены на рисунках 8 и 9 соответственно.

Рисунок 8 – Характеристика U_sin,U_cos ∆U_вых = f(a) при нагрузке 470 Ом

Рисунок 9 – Характеристика U_sin,U_cos ∆U_вых = f(a) при нагрузке 1000 Ом

8) Снятие и построение характеристики холостого хода потенциометрического датчика угла поворота.

В ходе лабораторной работы была снята экспериментальная характеристика датчика в режиме холостого хода. Результаты измерений представлены в таблице 12.

Таблица 12 – Характеристика датчика в режиме холостого хода

	a,град.	0	45	90	135	180	225	270	315	360
Uвых, В	По часовой стрелке	0	0,13	0,18	0,22	0,33	0,49	0,89	1,21	0
	Против часовой стрелки	0	0,29	0,47	0,51	0,56	0,68	0,72	0,89	0

Далее по экспериментальным данным была построена зависимость U_вых0 = f(a), которая представлена на рисунке 10 и 11.

Рисунок 10 – Зависимость U_вых0 = f(a) при направлении по часовой стрелке

Рисунок 11 – Зависимость U_вых0 = f(a) при направлении против часовой стрелки

9) Снятие и построение характеристики потенциометрического датчика угла поворота под нагрузкой.

В ходе выполнения задания были сняты характеристики датчика под нагрузкой, которые представлены в таблице 13.

Таблица 13 – Результаты снятия характеристики под нагрузкой

		a,град	0	45	90	135	180	225	270	315	360
R = 1	Uвых., В	По часовой стрелке	0	0,32	0,47	0,64	0,69	1,19	2,65	2,03	0
		Против часовой стрелки	0	0,39	0,41	0,57	0,79	1,15	1,78	4,09	0
R = 2		По часовой стрелке	0	0,56	0,8	1,05	1,41	1,93	1,96	3,01	0
		Против часовой стрелки	0	0,55	0,78	1,05	1,4	1,94	1,95	2,93	0
R = 3		По часовой стрелке	0	0,77	1,13	1,52	2,01	2,61	2,67	3,68	0
		Против часовой стрелки	0	0,77	1,54	2,01	2,68	2,74	2,78	3,73	0
R = 4		По часовой стрелке	0	0,96	1,38	1,88	2,47	3,12	3,2	4	0
		Против часовой стрелки	0	0,61	1,2	1,63	2,2	2,8	3,6	4,61	0
R= 5		По часовой стрелке	0	0,7	1,28	1,85	2,45	3,06	3,78	4,62	0
		Против часовой стрелки	0	0,73	1,28	1,85	2,43	3,08	3,8	4,6	0
R = 6		По часовой стрелке	0	0,58	1,19	1,8	2,4	3,05	3,82	4,4	0
		Против часовой стрелки	0	0,52	1,18	1,83	2,5	3	3,67	4,34	0
R = 7		По часовой стрелке	0	0,57	1,23	1,86	2,48	3,13	3,84	4,48	0
		Против часовой стрелки	0	0,59	1,23	1,84	2,47	3,15	3,78	4,54	0

Далее по экспериментальным данным были построены зависимости U_вых. = f(a) на тех же графиках, что и зависимости U_вых0 = f(a). Результаты построений представлены на рисунках 12 и 13.

Рисунок 12 – Зависимость U_вых = f(a) при направлении по часовой стрелке

Рисунок 13 – Зависимость U_вых = f(a) при направлении против часовой стрелки