ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

по курсу «Технические измерения и приборы»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Методические указания

Волгоград

УДК 681.5.011

Исследование потенциометрического преобразователя: метод. указания к лабораторной работе № 2 по дисциплине «Технические измерения и приборы» / сост. С.Г. Поступаева, Е.В. Стегачев / ВолгГТУ. Волгоград, 2012. – 9 с.

Излагаются основные сведения о конструкциях и принципе действия потенциометрических преобразователей, приводится описание лабораторной установки и методики исследования влияния нагрузки на статическую характеристику преобразователей.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 220301 и направлению 220200.

Ил. 7. Табл. 1. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета.

© Волгоградский

государственный

технический

университет, 2012

© С. Г. Поступаева, 2012

Е. В. Стегачев

• ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Изучение устройства и принципа действия потенциометрического преобразователя.

• Экспериментальное определение статических зависимостей изменения напряжения на выходе преобразователя от положения движка реостата в режимах холостого хода и с нагрузкой.

• Исследование точностных характеристик потенциометрического преобразователя.

• ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Потенциометрическим первичным преобразователем (датчиком) называют такой реостат, движок которого перемещается в соответствии со значением измеряемой неэлектрической величины. Таким образом, входной величиной такого преобразователя является перемещение движка, которое может быть как угловым, так и линейным.

Выходной величиной потенциометрического преобразователя является активное сопротивление, распределенное линейно или по некоторому закону вдоль пути перемещения движка.

На рисунке 1 показано устройство потенциометрического преобразователя.

На каркас 1 из изолированного материала намотана с равномерным шагом изолированная проволока 2. Щетка 3 имеет возможность скользить по очищенной от изоляции проволоке верхней грани каркаса. Добавочная щетка 4 перемещается по токосъемному кольцу 5. Обе щетки изолированы от приводного валика 6.

Рисунок 1

Потенциометрические преобразователи могут быть и с поступательным перемещением движка. Для потенциометрических преобразователей чаще всего применяют манганиновую, константановую или фехралевую проволоку. В случае повышенных требований к износоустойчивости контактной поверхности провода или когда контактное давление очень мало, применяют сплав платины с иридием. Это увеличивает твердость и прочность платины и повышает ее кислотоупорность, антикоррозийность и износоустойчивость. Удельное сопротивление такого сплава . Платино-иридиевый провод выпускается весьма малых диаметров (до 0,03 мм), и это позволяет изготавливать малогабаритные (1*2 см) и легкие (10-12 г), высокоомные (до нескольких тысяч Ом) преобразователи. Изоляцией провода реостата служит эмаль или слой окислов. Движок (щетка) представляет собой две-три платино-иридиевые проволоки, либо пластинки из серебра или фосфористой бронзы.

Каркас обычно делается из текстолита или пластмассы. Наряду с ними применяется каркасы из алюминия, покрытого изоляционным лаком или оксидной пленкой толщиной до 10 мкм. Последний, сохраняя стабильность геометриче-ских размеров, позволяет также за счет лучшей теплопроводности повы-сить плотность тока в обмотке и, следовательно, увеличить чувствитель-ность преобразователя.

Рисунок 2

Реактивное сопротивление потенциометрических преобразователей (индуктивное и емкостное) весьма мало и его можно не принимать во внимание до частот порядка нескольких кГц. Датчик питается напряжением Е (рис. 2).

Рисунок 3

Входной величиной датчика является перемещение Х или угловое перемещение его движка, а выходной – напряжение U, снимаемое с потенциометра. Если потенциометр ненагружен , т.е. работает на холостом ходу, то выходное перемещение пропорционально перемещению движка (рис. 3):

U_п=K_п*X, (1)

где K_п – коэффициент передачи (чувствительность) потенциометра, численно равный напряжению, которое снимается с потенциометра при перемещении его движка на единицу длины (угла), В/мм, (В/град).

В реальных условиях преобразователь работает с нагрузкой R (входное сопротивление подключено к датчику прибора), по сопротивлению которой протекает ток I. Поэтому линейная зависимость между выходным напряжением U, перемещением X или нарушается (рис. 3). Это значит, что коэффициент передачи не является постоянной величиной и нагрузка оказывает влияние на передачу сигнала. Влияние нагрузки можно не учитывать, если R>>0.

Если потенциометрический преобразователь изготовлен из толстого провода, то его статическая характеристика будет ступенчатой (рис. 4). Ошибка ступенчатости , вызывает колебания выходного напряжения с большой частотой и тем самым создает помехи. Для уменьшения этой ошибки увеличивают число витков, одновременно уменьшая диаметр провода.

В данной работе ставится задача исследования датчика в режимах холостого хода и нагрузочном. В режиме холостого хода Uхх=К*Х, т.е. пропорционально линейному смещению. При включении нагрузки (рис. 5) появляется отклонение от линейного закона.

Рисунок 4

где – напряжение питания; – напряжение, снимаемое с потенциометра при включении нагрузки;

– величина нагрузочного сопротивления;

– полное сопротивление потенциометра;

– текущее сопротивление, пропорциональное перемещению движка потенциометра.

Рисунок 5

Для датчика с линейным перемещением движка:

, (6)

где – общая длина намотки потенциометра, x – длина намотки от начала потенциометра до движка.

Для датчиков с угловым перемещением движка:

, (7)

где – максимальный угол поворота движка, – угол поворота от начала потенциометра до движка.

Обозначим , , , (8)

тогда расчетная относительная погрешность определяется по следующей формуле:

, (9)

а экспериментальная относительная погрешность:

; (10)

Зависимость от при различных значениях – на рис. 6.

Рисунок 6

• ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка предназначена для исследования статических характеристик потенциометрического преобразователя в режимах холостого хода и под нагрузкой.

Лабораторный стенд состоит из вертикальной панели, в левой части которой смонтирован потенциометрический преобразователь с номинальным сопротивлением r=1036 Ом и угловым перемещением движка от 0° до (285°). Угол поворота определяется по наружной шкале кругового транспортира относительно неподвижной риски.

Схема включения потенциометрического преобразователя представлена на рис. 7 и в левой горизонтальной панели стенда. Питание преобразователя напряжением U₁ осуществляется через понижающий трансформатор ТР1, включением тумблера СЕТЬ. В нижней части панели расположены клеммы Выход 1 для подключения вольтметра типа В7 – 26.

Рисунок 7

Подключение нагрузки к потенциометру производится с помощью тумблера S2, имеющего три фиксированных положения:

R_Н1 – с сопротивлением нагрузки r_н=1100 Ом;

R_Н2 – без сопротивления нагрузки r_н= ;

R_Н3 – с сопротивлением нагрузки r_н=550 Ом.

• ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

• Ознакомиться со схемой включения потенциометрического преобразователя.

• Ознакомиться с электроаппаратурой стенда.

• Подключить стенд к сети 220 В (тумблер СЕТЬ не включать).

• Подключить вольтметр к сети 220 В.

• Ознакомиться со шкалой и ручками переключения режимов работы вольтметра модели В7 – 26.

• Подключить вход вольтметра к клеммам Выход/ стенда.

• Настроить вольтметр для измерения напряжения питания, установив переключатель рода работ в положение U, а переключатель предела измерений в положение – 10 В. Включить стенд тумблером СЕТЬ. Установив тумблер S2 в положение R_н2 (холостой ход) и повернув до упора по часовой стрелке движок потенциометра определить и записать величину напряжения питания U₁.

• Измерить и записать максимальный угол поворота движка потенциометра.

• Перемещая по часовой стрелке движок потенциометра от 0 до через 25, снять зависимость U₂=f() для трех случаев:

– без сопротивления нагрузки r_н= (холостой ход), тумблер S2 установить в среднее положение;

– с сопротивлением R_н1=1100 Ом, тумблер S2 установить в верхнее положение;

– с сопротивлением R_н1=550 Ом, тумблер S2 установить в нижнее положение. Результаты измерений занести в таблицу.

• Вычислить значения , , ,, , - по соответствующим формулам (3), (4), (5) и (6). Результаты вычислений занести в таблицу.

Таблица

• СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Цель работы.

5.2. Основные теоретические положения потенциометрического преобразователя.

5.3. Схема подключения потенциометрического преобразователя, изображенная на рис. 7.

5.4. Таблица измерений и расчетов по установленной форме.

5.5. Графики зависимостей δ=ƒ(α) и δ΄=ƒ(α) при заданных нагрузках.

5.6. Выводы по работе.

• КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Объясните назначение потенциометрических преобразователей.

6.2. Опишите конструкцию и дайте схему подключения преобразователя и нагрузке.

6.3. Что является входным и выходным параметрами преобразователя?

6.4. От чего зависит погрешность преобразователя?

6.5. Нарисуйте схему лабораторной установки.

6.6. По какому закону изменяется выходное напряжение в режиме холостого хода и с нагрузкой?

6.7. Какой из двух преобразователей, выполненных из тонкого и толстого провода, имеет лучшую статистическую характеристику?

6.8. Каковы основные достоинства и недостатки потенциометрических преобразователей?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

• Колосов С.П. и др. Элементы автоматики. – М., Энергия, 1970.

• Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи).

• Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.

• Туричин М.А. Электрические измерения неэлектрических величин. – Энергия, 1975.

Поиск по сайту: