Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Основи автоматики й автоматизація виробничих процесів", страница 4

JУ, мА	JН, мА
+400
+100
+80
+60
+40
+20
0
-20
-40
-60
-80
-100
-400

7. Контрольні питання

1) Призначення магнітних підсилювачів.

2) Принцип роботи магнітного підсилювача.

3) Пристрій магнітного підсилювача.

4) Призначення обмотки зсуву.

5) Види зворотних зв'язків, застосовуваних у магнітних підсилювачах.

6) Призначення і пристрій внутрішнього і зовнішнього зворотних зв'язків.

7) Вид статичних характеристик магнітних підсилювачів.

8) Застосування магнітних підсилювачів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

ДОСЛІДЖЕННЯ ІНДУКТИВНИХ ДАТЧИКІВ

1. Індуктивні датчики

Індуктивні датчики призначені для перетворення неелектричних величин - механічних переміщень в електричний сигнал.

Принцип дії індуктивних датчиків заснований на зміні індуктивності його обмотки з феромагнітним сердечником унаслідок зміни опору магнітного ланцюга датчика, що залежить від вхідного в неї повітряного зазору.

Простий індуктивний датчик (рисунок 2.1 а) складається з магнитопровода, утвореного нерухомим сердечником 1 і якорем 2. На сердечнику розташовується обмотка 3, підключена до джерела перемінного струму через опір навантаження Z_Н. Між полюсами сердечника і якорем мається повітряний зазор δ_В, що залежить від положення якоря, механічно зв'язаного з об'єктом, положення якого контролюється.

При зміні повітряного зазору δ_В пропорційно йому змінюється опір магнітного ланцюга датчика і обратнопропорційно - індуктивність обмотки L, обумовлена співвідношенням [1]:

де ω - кутова частота;

      R_μ - магнітний опір.

Рисунок 2.1 - Схеми індуктивних датчиків:

а - простого (1 - сердечник, 2 - якір, 3 - обмотка); б - диференціального

Отже, відповідно до  (1.1), пропорційно величині зазору змінюється величина перемінного струму J_~, що протікає по обмотці.

Статична характеристика простого індуктивного датчика приведена на рисунку 2.2. Робоча ділянка характеристики - АВ. Нижній вигин викликаний наявністю магнітного опору і якоря, які при дуже малих зазорах виявляються того ж порядку, що й опір повітряного зазору. Верхній вигин викликаний наявністю активного опору обмотки, що обмежує наростання струму в ній.

Рисунок 2.2 - Статичні характеристики індуктивних датчиків:

1 - простого; 2 - диференціального по постійному струмі;

3 - диференціального з фазочутливою вимірювальною схемою

Простий датчик має істотні недоліки, що обмежують область його застосування:

1) Характеристика нелинейна.

2) Вихідний сигнал не приймає нульового значення ні при яких значеннях зазору.

3) Струм у навантаженні залежить від амплітуди і частоти живильної напруги.

4) На якір датчика діє сила притягання до магнитопровода, що вносить погрішність у роботу датчика (перешкоджає переміщенню контрольованої деталі). Усі міри, спрямовані на підвищення чутливості датчика, приводять до росту цієї сили.

Для усунення цих недоліків застосовуються диференціальні індуктивні датчики, що представляють собою сукупність двох простим, об'єднаним загальним якорем (рисунок 2.1 б). Для таких датчиків необхідні два розділових джерела живлення, для чого звичайно використовують розділовий трансформатор із середньою точкою. Між нею і загальною точкою обох обмоток включають амперметр постійного струму з випрямувачем.

При переміщенні якоря відбувається зменшення зазору між ним і одним із сердечників і збільшення його з протилежної сторони. Відповідно, в одній обмотці струм зменшується, а в іншій - збільшується.

Обмотки диференціального індуктивного датчика включають таким чином, щоб через вимірювальний прилад протікав різницевий струм цих обмоток. Саме таке включення і називається диференціальним. Вимірюючи різницю вихідних сигналів, ми підвищуємо точність вимірів за рахунок усунення відзначених вище недоліків.

Якщо з диференціальним датчиком використовується прилад постійного струму з випрямувачем, то статична характеристика його буде мати вид, приведений на рисунку 2.2, крива 2. При використанні фазочутливої вимірювальної схеми буде отримана характеристика, приведена на рисунку 2.2 в, крива 3, тобто  буде отримана інформація не тільки про величину, але і про напрямок переміщення якоря від нейтрального (середнього) положення його, при якому вихідний сигнал датчика буде нульовим.

Як видно з характеристик на рисунку 2.2, діапазон лінійності диференціального датчика збільшується до 40...60  % від середнього значення зазору. Завдяки різницевому сигналу значно знижується вплив на струм у навантаженні амплітуди і частоти живильного напруги. Крім того, зусилля притягання якоря до сердечника спрямовані в різні сторони і майже цілком компенсує один одного.

Прості індуктивні датчики через властиві недоліки застосовуються лише в тих випадках, коли необхідно східчаста (релейна) дія, наприклад, у якості безконтактних кінцевих вимикачів, датчиків положення.

В інших випадках для контролю механічних переміщень, а також будь-яких фізичних величин, що можуть бути перетворені в механічне переміщення, застосовують диференціальні індуктивні датчики.

2. Опис лабораторного стенда

Зовнішній вигляд лабораторного стенда для дослідження індуктивного датчика приведений на рисунку 2.3. На лицьовій панелі встановлені:

1) Диференціальний індуктивний датчик ДІД лінійного переміщення з мікрометричним гвинтом для переміщення якоря.