Исследование потенциометрического преобразователя

Исследование потенциометрического датчика угла поворота.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.1. Ознакомится с принципом работы и конструкцией потенциометрического датчика.

1.2. Снять зависимость U_вых = f(α) в режиме холостого хода и при наличии нагрузки.

1.3. Построить график зависимости U_вых = f(α)

2.  ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.

2.1. Преобразуют перемещение подвижного контакта в изменение электрического сопротивления и связанного с ним тока. Различают с угловым (уравнение 1) и линейным (уравнение 2) перемещением подвижного контакта.

R =  f(α).                                (1)

R =  f(ℓ).                                (2)

Бывают случаи, когда необходимо обеспечить нелинейную зависимость сопротивления от угла поворота или перемещения. Нелинейность может быть достигнута не только изогнутым каркасом с намотанным проводом, но и путем шунтирования отдельных частей обмотки потенциометрического преобразователя. Для изготовления преобразователя применяют обмоточный провод из манганина, константана и т.д. Подвижный контакт (щетка) выполняется из материала, обеспечивающего минимальное                 Рисунок 1

переходное сопротивление. В ответственных случаях это может быть платино-серебряные или другие сплавы.

2.2. Измерение угла поворота с помощью потенциометрического преобразователя. В реальных схемах измерение угла осуществляется при подаче на потенциометрический преобразователь напряжения (рис. 1). Каждый вольтметр имеет свое входное сопротивление (R_вх). Если R_вх очень велико, то функция преобразования U_вых = f(α) будет линейной (график 1). Если применять вольтметр маг-                                График 1

нитоэлектрической системы, который имеет R_вх соизмеримое с R_пр, то наблюдается отклонение выходного параметра U_вых от теоретической прямой (график 1).

2.3. Рассмотрим три эквивалентные схемы.

2.3.1. Движок потенциометрического преобразователя находится в верхнем положении (рис. 2). Здесь, и далее в других рассмотренных схемах, вместо вольтметра на схеме будем учитывать только его R_вн, допустим, равное 1000 Ом. Напряжение 10 В.

Очевидно, что здесь U_вых = U_пит, то есть вольт-                                   Рисунок 2

метр покажет 10 В.

2.3.2. Движок потенциометрического преобразователя находится в нижнем положении (рис. 3).

Очевидно, что здесь U_вых = U_пит, так как вход вольтметра закорочен.

2.3.3. Движок потенциометрического преобразова-                           Рисунок 3

теля находится в среднем положении (рис. 4).  Он делит R_пр пополам. Таким образом, R_вн оказывается подключенным параллельно нижней половине R_пр. Если бы R_вн стремилось к бесконечности (R_вн → ∞), то вольтметр показал бы 5 В. Так как R_вн = 1000 Ом, то R_экв, состоящее из двух параллельно включенных сопротивлений 500 Ом и 1000 Ом составило:

R_экв = 500·1000/500 + 1000 ≈ 300 Ом,

Тогда ток в цепи источника питания будет:

I = U/R_экв + R_пр/2 = 10/800 = 0,0125 А.                                                  Рисунок 4

В этом случае вольтметр покажет падение напряжение на R_экв. Тогда U_вых составит:

U_вых = I· R_экв = 0,0125·300 = 3,75 В,

Наблюдаем, отклонение от теоретического значения, которое обусловлено сопротивлением измерительного прибора.

Следовательно, при измерении падения напряжения на участках цепи следует выбирать вольтметр, R_вн которого должно быть много больше сопротивления участка цепи.

2.4. Погрешности потенциометрических преобразователей, вызваны не точностью изготовления:

- отклонение сопротивления от номинального;

- неравномерность передаточной функции (вызвано неравномерностью намотки).

2.5. Схема работы представлена на рисунке 5.

                                                                                                                   Рисунок 5

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

3.1. Ознакомится с принципом действия потенциометрического датчика;

3.2. Соберите схему работы;

3.3. Снять данные для построения выходной характеристики потенциометрического датчика, в режиме холостого хода и при наличии нагрузки, включая начало и конец шкалы;

3.4. Показания занести в таблицу 1;

3.5. Сделать вывод о проделанной работе.

Таблица 1

Rн = ∞		Rн = Rн1		Rн = Rн2
α, градус	Uвых, (В)	α, градус	Uвых, (В)	α, градус	Uвых, (В)

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА.

4.1. Наименование работы;

4.2. Цель работы;

4.3. Схема стенда работы;

4.4. Таблица наблюдений;

4.5. Графики выходных характеристик;

4.6. Выводы о проделанной работе.

Отчёт о проделанной работе должен быть выполнен по установленной

форме.

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

5.1. Принцип работы потенциометрического датчика?

5.2. Причины нелинейности потенциометрических датчиков?

5.3. Применение потенциометрических датчиков?

 

6.  ЛИТЕРАТУРА

6.1. Конспекты по предметам «МЕТРОЛОГИЯ», «СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ».

6.2. Г.А.МУРИН "ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ"  ЭНЕРГИЯ 1979г.

6.3. Инструкция 4-53.Госстандарта СССР по поверке рабочих  пружинных манометров.