Эксперимент №2 - Частотный счет / Измерение частоты вращения индуктивным датчиком

Проверьте способность обнаружения индуктивным датчиком вращательного движения, измерьте частоту переключения f_s и частоту вращения n сегментного диска.

Процедура

- Подключите датчик к панели «Датчики приближения» в соответствии с выводами кабельного разъема. Соедините переключательный выход датчика TTL с сигнальным входом + счетчика импульсов (рисунок 3.9).

- Переместите каретку на панели «Датчики приближения» к левому концу направляющей линейки и вставьте датчик в каретку так, чтобы его чувствительный элемент был направлен в сторону сегментного диска. Сдвиньте каретку вручную, вращая шкив справа, таким образом, чтобы датчик обнаруживал четыре наружных сегмента диска.

Внимание!

Датчик не должен касаться сегментного диска!

- Теперь, поворачивая сегментный диск, проверьте, что датчик надежно обнаруживает его сегменты, а счетчик показывает их число.

- Переведите переключатель привода в позицию вращения сегментного диска. Переключите счетчик на измерение частоты (положение переключателя «частота») и установите такую частоту вращения сегментного диска, чтобы индицировалось значение частоты переключения f_s=80 Гц (5-ое деление на шкале регулятора).

- Сдвиньте каретку к центру диска, чтобы датчик обнаруживал его внутренние три сегмента, и запишите частоту переключения в таблицу 3.2. С помощью ручки «управление скоростью» медленно, учитывая инерционность всей системы датчика, добейтесь того, чтобы индицировалась частота переключения f_s=150 Гц, измеряемая датчиком, и внесите это значение в таблицу 3.2.

- Далее сдвиньте каретку к краю диска, чтобы датчик снова обнаруживал его внешние сегменты, и запишите частоту переключения в таблицу 3.2. Вычислите частоту вращения сегментного диска n при частоте переключения f_s и количестве сегментов N.

Рисунок 3.9 - Экспериментальная установка для измерения частоты вращения

Эксперимент №3 - Кривая отклика индуктивного датчика

Постройте кривую отклика (зависимость расстояния переключения s от бокового смещения x образца) для индуктивного датчика, используя образцы материалов из стали St37 и латуни.

Процедура

- Подключите датчик к панели «Датчики приближения» в соответствии с выводами кабельного разъема (рисунок 3.10 ).

- Вставьте индуктивный датчик в каретку, направив его чувствительный элемент влево.

- Вставьте образец из стали St37 в держатель таким образом, чтобы образец был обращен к чувствительному элементу датчика.

Внимание: Перемещением каретки управлять регулятором; не допускать давления датчика на образец.

- Медленно перемещайте каретку с датчиком по направлению к образцу, пока датчик не коснется образца (расстояние s = 0 мм).

- Передвиньте образец материала так, чтобы он полностью закрывал чувствительный элемент датчика, и убедитесь в том, что образец расположен перпендикулярно оси датчика.

Совет:

- Положение на направляющей линейке удобнее считывать с правой стороны каретки.

- Сдвигайте образец в зажиме держателя вниз в направлении, перпендикулярном оси датчика, до тех пор, пока датчик не переключится (пока не погаснет светодиод), и запишите измеренные значения x₁ и p₁ = p₀ (n = 1).

Внимание: Вертикальные перемещения образца записываются как значения x_n, а горизонтальное перемещение каретки - как значение p_n

- Сдвиньте образец обратно (вверх) примерно на 2 мм в направлении, перпендикулярном оси датчика, и запишите полученное расстояние x₂

(n = 2) в таблицу 2.3.

- Теперь вручную медленно отводите каретку с датчиком от образца до тех пор, пока датчик не переключится (пока не погаснет светодиод) и запишите значение p₂ (n = 2).

- Повторите предыдущий шаг, пока стальной образец не вернется в исходное положение x₀. Запишите все значения расстояния x_n в таблицу 3.3. Повторите эксперимент с латунным образцом.

- Вычислите все значения расстояния переключения s по измеренным значениям p_n (s = p_n – p₀) и запишите их в таблицу 3.3.

- По полученным значениям постройте график зависимости расстояния переключения датчика s от бокового смещения образца x (рисунок 3.11).

Рисунок 3.10 - Экспериментальная установка для построения кривой отклика индуктивного датчика

Рисунок 3.11 - Кривая отклика индуктивного датчика

Контрольные вопросы

1. Поясните принцип действия индуктивных датчиков аналогового и дискретного типов, назовите их функциональные блоки.

2. Поясните применение датчиков с учетом особенностей их работы.

3. Поясните зависимость индуктивности чувствительного элемента датчика от расстояния его от контролируемого объекта, от материала объекта, взаимного расположения объекта и чувствительного элемента.

4. При помощи какого индуктивного датчика контролируется частота вращения объекта?

5. По какому принципу работает измерительная схема индуктивного датчика?

6. Поясните, по каким признакам можно распознавать контролируемый материал при помощи аналогового индуктивного датчика?

7. Поясните конструкцию и особенности преобразования чувствительного элемента индуктивного датчика.

4 Лабораторная работа № 3

Исследование датчиков магнитного поля

Теоретические основы

Датчики магнитного поля реагируют на магнитные поля постоянных магнитов или электромагнитов. Действие этих датчиков основано на разных физических явлениях, связанных с магнетизмом. К датчикам магнитного поля относятся, например, датчики Холла, магниторезистивные датчики и зонды с насыщением сердечника.

В датчиках Холла и магниторезистивных датчиках имеет место поперечное отклонение потока электронов в магнитном поле (эффект Холла). Вследствие влияния температуры на характеристики полупроводников, используемых в этих датчиках, они плохо подходят для применения в конечных и путевых выключателях.

Более стабильны в работе зонды с насыщением сердечника, характеризующиеся к тому же низкими потерями на вихревые токи и невысоким гистерезисом.

На рисунке 4.1 показано, что силовые линии магнитного поля (линии магнитной индукции) вне постоянного магнита выходят из северного полюса и входят в южный полюс. На границе раздела двух различных сред с разными значениями магнитной проницаемости μ линии магнитного поля искажаются вследствие изменения нормальных составляющих вектора магнитной индукции (рисунок 4.2).

Рисунок 4.1 - Магнитное поле постоянного магнита

Рисунок 4.2 - Преломление силовых линий магнитного поля на границе раздела двух сред

Направление линий магнитной индукции изменяется в соответствии со следующей формулой:

tg β/tg γ = μ₁/μ₂,

где μ – магнитная проницаемость.

Этот эффект может быть использован для обнаружения объектов из ферромагнитных материалов (например, выполненных из стали St37). В примере на рисунке 4.1 магнитное поле постоянного магнита деформируется стальной пластиной St37 и эта деформация может быть измерена подходящим датчиком магнитного поля.

Датчики Холла

В датчиках Холла поперечное отклонение магнитным полем потока электронов через пластинку полупроводника сопровождается появлением напряжения Холла U_H между ее сторонами (рисунок 3.3). Причиной отклонения электронов в магнитном поле является действие силы Лоренца, приводящее к тому, что на одной стороне пластинки возникает недостаток электронов, а на другой – их избыток. Это, в свою очередь, приводит к появлению поперечной разности потенциалов – напряжения Холла

U_H = R_H . I . B/s,

где

R_H – коэффициент Холла;

I – сила тока;

B – магнитная индукция;

s – толщина пластинки.

Рисунок 4.3 - Эффект Холла

Рисунок 4.4 - Принцип работы магниторезистивного датчика

Поиск по сайту: