Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Элементы автоматики", страница 2

Простой датчик имеет существенные недостатки, ограничивающие об­ласть его применения:

1) Характеристика нелинейная.

2)  Выходной сигнал не принимает нулевого значения ни при каких значениях зазора.

3)  Ток в нагрузке зависит от амплитуды и частоты питающего напря­жения.

4) На якорь датчика действует   сила притяжения к магнитопроводу, которая вносит погрешность в работу датчика (препятствует перемещению контролируемой детали). Все меры, направленные на повышение чувствительности датчика, приводят к росту этой силы.

Для устранения этих недостатков применяются дифференциальные ин­дуктивные датчики, представляющие собой совокупность двух простых, объе­диненных общим якорем (рис.2.1,6). Для таких датчиков необходимы два раздельных источника питания, для чего обычно используют разделитель­ный трансформатор со средней точкой.  Между ней и общей точкой обеих обмоток, включают амперметр постоянного тока с выпрямителем.

При перемещении якоря происходит уменьшение зазора между ним и одним из сердечников и увеличение его с противоположной стороны. Соот­ветственно,  в одной обмотке ток уменьшается, а в другой - увеличивается.

Обмотки дифференциального индуктивного датчика включают таким об­разом, чтобы через измерительный прибор протекал разностный ток этих обмоток.  Именно такое включение и называется дифференциальным. Измеряя разность выходных сигналов, мы повышаем точность измерений за счет ус­транения отмеченных выше недостатков.

Если с дифференциальным датчиком используется прибор постоянного тока с выпрямителем, то статическая характеристика его будет иметь вид, приведенный на риc. 2.2,кривая 2. При использовании   фазочувствительной измерительной схемы будет получена характеристика, приведенная на рис.2.2,в, кривая 3, то есть будет получена информация не только о ве­личине, но и о направлении перемещения якоря от нейтрального (среднего) положения его, при котором выходной сигнал датчика будет нулевым.

Как видно из характеристик рис. 2.2, диапазон линейности дифферен­циального датчика увеличивается до 40 ... 60 % от среднего значения зазора.

Благодаря разностному сигналу значительно снижается влияние на ток в нагрузке амплитуды и частоты питающего напряжения. Кроме того, усилия притяжения якоря к сердечнику направлены в разные стороны и почти полностью компенсируют друг друга.

Простые индуктивные датчики из-за присущих им недостатков приме­няются лишь в тех случаях, когда необходимо ступенчатое (релейное) действие, например, в качестве бесконтактных концевых выключателей, датчиков положения.

В остальных случаях для контроля механических перемещений, а так­же любых физических величин,  которые могут быть преобразованы в механи­ческое перемещение, применяют дифференциальные индуктивные датчики.

2.  Описание лабораторного стенда

Внешний вид лабораторного стенда для исследования индуктивного датчика приведен на рис.2.3.  На лицевой панели установлены:

1)   Дифференциальный индуктивный датчик ДИД линейного перемещения с микрометрическим винтом для перемещения якоря.

2)  Амперметр РА для измерения выходного сигнала датчика.

 3) Вольтметры  PV 1,   PV 2 для измерения напряжения питания дат­чика.

4)Тумблер    S 1 для включения питания стенда с предохранителем и индикаторной лампой.

5)  Тумблер   S 2 для переключения напряжения питания левой обмотки датчика;

6)  Тумблер S3   для переключения напряжения питания правой обмот­ки датчика.

7)  Тумблер    S 4 для переключения исследуемого датчика в положение простой или дифференциальной схемы.

Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда приведе­на на рис.2.4. В работе исследуется дифференциальный индуктивный датчик линейного перемещения, который может использоваться и как простой путем отключения одной из двух обмоток.

3.  Исследование простого индуктивного датчика

1)  Тумблер  S 4 установить в положение "Прост."

2)  Тумблеры S2, S3 установить в положение "10В".

3)   Якорь ДИД с помощью микрометрического винта установить в край­нее правое (исходное) положение и тумблером  S 1   подать напряжение пи­тания на схему.

4)Вращением микровинта изменять положение якоря до крайнего ле­вого положения и, делая отсчеты по шкале РА через каждые 0,2 мм, снять зависимость J = f(б).

Результаты наблюдений свести в табл. 2.1 и повторить опыт при U_п = 15В, для чего тумблеры S2, SЗ установить в положение "15В". По данным табл. 2.1 в одних координатных осях построить графики J=f(б)для  U_п= 10В и U_п= 15В для простого индуктивного датчика.

Таблица 2.1

Результаты исследования индуктивного датчика

          Рис.2.4. Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда 2

4. Исследование дифференциального индуктивного датчика

1) Тумблер S4 установить в положение "Диф. схема".

2) Снять зависимости J=f(б) при  U_п= 10В и U_п=15В. Результаты наблюдений свести в табл. 2.1. По данным табл. 2.1 в одних координатных осях построить графики J=f(б)для U_п=10В

и U_п=15В для дифференциального индуктивного датчика.

5. Контрольные вопросы

1) Назначение индуктивных датчиков.

2) Принцип работы индуктивного датчика.

3) Устройство простого и дифференциального индуктивного датчика.

4) Преимущества дифференциального индуктивного датчика перед простым.

5) Вид статических характеристик простого и дифференциального индуктив­ных датчиков.

6) Применение индуктивных датчиков.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ДАТЧИКОВ

1.  Трансформаторные датчики

Трансформаторные датчики относятся к одному из видов индуктивных датчиков,  но,  в отличие от рассмотренных в лабораторной работе 2, являются датчиками генераторного типа. Они предназначены для преобразования неэлектрических величин - механических перемещений - в электри­ческий сигнал.