Датчики механических величин. Методические указания к проведению лабораторных работ

Tags: приборостроение измерительные приборы лабораторные работы физические величины методические указания

Year: 2011

Similar

Системы и устройства судовой автоматики

Типовые элементы систем автоматического управления.

Основы автоматики

Text

V4TEX
профи
454080
г. Челябинск а/я 12431
пр. Ленина, 83, оф 506а
тел./факс: (351) 267-94-36
267-96-89
www.uralstend ru
rzh@susu ас ru
Типовые учебные лабораторные
комплексы для ВУЗОВ,
ТЕХНИКУМОВ И УЧИЛИЩ
❖ Проектирование
❖ Разработка
❖ Производство
❖ Доставка по всей России
❖ Пусконаладочные работы
❖ Сервисное обслуживание
Элек тротехника
Электроника
и микропроцессорная
техника
Электромашины
и электропривод
Электроэнергетика
Автоматизация
ДАТЧИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ
ВЕЛИЧИН
Методические указания
к проведению лабораторных работ

Содержание
Стр.
1. Назначение................................................ 4
2. Состав лабораторного стенда............................... 4
3. Подготовка лабораторного стенда к работе.................. 6
4. Методические указания к проведению лабораторных работ..... 8
Работа №1. Изучение бесконтактных конечных выключателей..... 8
Работа №2. Изучение датчиков линейного перемещения........... 18
Работа №3. Изучение датчиков частоты вращения................ 29
Работа №4. Изучение датчиков углового положения............ 34
Приложение 1. Бесконтактные конечные выключатели............. 42
Приложение 2 Оптоэлектронные и магнитные преобразователи
линейных перемещений......................................... 49
Приложение 3. Датчики частоты вращения....................... 54
Приложение 4. Датчики углового положения..................... 61
Перечень литературы........................................ 75
3
1. Назначение
1.1. Лабораторный стенд «Датчики механических величин» (далее «Датчи-
ки технологической информации 1») предназначен для обучения студентов
различных специальностей, изучающих дисциплины, связанные с автоматиза-
цией различных отраслей промышленности
Стенд может быть использован также для обучения учащихся техникумов
и слушателей отраслевых учебных центров повышения квалификации.
1.2. Стенд выполнен для работы в лабораторных условиях (невзрывоопас-
ная окружающая среда, не содержащая агрессивных газов и паров, ненасыщен-
ная водяными парами и токопроводящей пылью).
2. Состав лабораторного стенда
2.1. Моноблок «Датчики механических величин», который содержит:
2.1.1. Блок питания (±15 В, 1 А:+5 В, ЗА).
2 1.2. Генератор переменного напряжения 10 В, частота 400 кГц, мак-
симальный ток нагрузки 0,3 А, выходное сопротивлении 2 Ом.
2.1.3. Блок датчиков частоты вращения, содержащий.
- инкрементальный оптический энкодер
- тахогенератор постоянного тока
2.1 4. Блок датчиков углового положения:
- инкрементальный оптический энкодер
- потенциометрический датчик положения
2.1.5. Вращающийся трансформатор.
2.1.6. Оптический датчик линейного перемещения.
2.1.7. Магнитный датчик линейного перемещения.
2.1.8. Блок цифровых индикаторов:
- индикатор скорости приводного двигателя 0.. .2000 об./мин.;
- вольтметр 0. . 10 В для измерения переменного и положительно-
го постоянного напряжения;
- индикатор расстояния и количества импульсов оптической и
магнитной измерительных систем, диапазоны измерений:
0...200 мм, 0 ..2000 имп.;
- индикатор угла поворота н количества импульсов инкремен-
тального оптического энкодера, диапазоны измерений: O...36O0,
0...2000 имп.
2.2. Комплект кабелей и соединительных проводов.
2.3. Комплект бесконтактных конечных выключателей
2.4. Индуктивный преобразователь напряжения
2.5. Техническое описание
2.6. Методические указания к проведению лабораторных работ
2.7. Паспорт
4
Внешний вид моноблока представлен на рисунке 1.
Рисунок I - Внешний вид лицевой панели моноблока «Датчики
технологической информации 1»
5
3. Подготовка лабораторного стенда к работе
3.1. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы
по изучению датчиков частоты вращения:
1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле
ДТИ1.
2) подключить выходы тахогенератора к вольтметру PV1, работающему в
режиме измерения постоянного напряжения «=и»;
3) подключить выходы оптического энкодера к соответствующим входам
индикатора PF2, работающего в режиме счётчика импульсов (переключатель -
в положении «Имп.»);
4) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5) включить переключатель SA4. Вращая ручку регулировки скорости дви-
гателя, можно наблюдать изменение частоты вращения, величины напряжения
и числа импульсов на соответствующих индикаторах
3.2. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы
по изучению датчиков углового положения.
1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле
ДТИ1.
2) подключить выходы потенциометрического датчика к вольтметру PV1,
работающему в режиме измерения постоянного напряжения «=и»;
3) подключить выходы оптического энкодера к соответствующим входам
индикатора PF2, работающего в режиме счётчика импульсов (переключатель -
в положении «Имп.»);
4) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5) включить переключатель SA5. Вращая ручку регулировки угла поворо-
та, можно наблюдать изменение величины напряжения и числа импульсов на
соответствующих индикаторах;
6) выключить переключатель SA5 и подключить клеммы «Ucos» вращаю-
щегося трансформатора к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения
переменного напряжения «-U»;
7) индикатор PF2 перевести в режим счета угла поворота «а»;
8) включить переключатель SA5. Вращая ручку регулировки угла поворо-
та, можно наблюдать изменение величины напряжения и угла поворота на со-
ответствующих индикаторах;
3.3. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы
по изучению оптической измерительной системы:
1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на моду-
ле ДТП 1.
2) подключить выходы оптической измерительной системы к индикато-
ру PF1, работающему в режиме счётчика импульсов в оптической системе из-
мерений (переключатели - в положении «Имп.» и «Опт.»);
4) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5) включить переключатель SA2. Перемещая измерительную головку
штангенциркуля, можно наблюдать изменение числа импульсов на индикаторе;
6
6) индикатор PF 1, работающий в оптической системе измерений, перевес-
ти в режим измерения расстояния (переключатель — в положении «мм»). Пере-
мещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение
значения перемещения на индикаторе;
3.4. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы
по изучению магнитной измерительной системы:
1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на моду-
ле ДТИ1.
2) подключить выходы оптической измерительной системы к индикатору
PF1, работающему в режиме счётчика импульсов в магнитной системе измере-
ний (переключатели - в положении «Имп.» и «Магн.»);
4) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
5) включить переключатель SA2 Перемещая измерительную головку
штангенциркуля, можно наблюдать изменение числа импульсов на индикаторе;
6) индикатор PF I. работающий в магнитной системе измерения перевести
в режим измерения расстояния (переключатель - в положении «мм»). Переме-
щая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать изменение
значения перемещения на индикаторе;
3.5. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы
по изучению бесконтактных конечных выключателей:
1) сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на моду-
ле ДТИ1.
2) подключить выходы установки для исследования бесконтактных конеч-
ных выключателей к вольтметру PV1, работающему в режиме измерения по-
стоянного напряжения;
3) установить в стойку бесконтактный датчик или индуктивный преобра-
зователь перемещения;
4) установить мишень в зажим измерительной головки штангенциркуля;
5) включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ1;
6) включить переключатель, расположенный слева на задней стороне мо-
дуля. Перемещая измерительную головку штангенциркуля, можно наблюдать:
-д искретное изменение уровня напряжения (индуктивный, оптический,
ёмкостной, ультразвуковой или магниточувствительные датчики);
- плавное изменение уровня напряжения (индуктивный преобразователь
перемещения).
ВСЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНОМ
СТЕНДЕ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ЧЕРЕЗ КАБЕЛИ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮ-
ЧЕННОМ ПИТАНИИ СУББЛОКА И ВСЕГО МОДУЛЯ В ЦЕЛОМ.
7
4. Методические указания к проведению лабораторных работ
Работа № 1. Изучение бесконтактных конечных
выключателей и индуктивного преобразователя перемещений
Цель работы
Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками бескон-
тактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемеще-
ний, приобрести навыки подключения датчиков и оценки их погрешностей.
Программа работы
Дома изучить назначение и технические характеристики бесконтактных
конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, схемы
их подключения, а также основные узлы и возможности лабораторного стенда.
В лаборатории:
- пройти тестирование по техническим характеристикам и способам под-
ключения бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразо-
вателя перемещений;
- произвести программирование ультразвукового датчика с различными
расстояниями включения и отключения;
- для каждого изучаемого датчика экспериментально рассмотреть работу в
режиме изменения расстояния между торцом датчика и воздействующим эле-
ментом (ВЭ);
- для каждого бесконтактного конечного выключателя снять задаваемое
преподавателем число раз включение/отключение датчика, фиксируя расстоя-
ние между датчиком и ВЭ;
- по результатам экспериментов определить среднее квадратическое от-
клонение случайной погрешности о и гистерезис датчика;
- экспериментально оценить, как изменяется среднее квадратическое от-
клонение случайной погрешности ст и гистерезис с изменением исходного рас-
стояния между датчиком и ВЭ;
-для индуктивного преобразователя перемещений экспериментально
снять и построить номинальные статические характеристики при разных рас-
стояниях между датчиком и ВЭ, рассчитать по ним наибольшее значение сум-
марной погрешности, оценить изменение гистерезиса с изменением расстояния
между датчиком и ВЭ.
8
Пояснения к работе
1. Общие сведения
В лабораторной работе используются следующие датчики:
- бесконтактный ёмкостной конечный выключатель ТЕКО BE Е5-31-Р-10-
400-ИНД-ЗВ;
- бесконтактный индуктивный конечный выключатель ТЕКО ВК Е4-31-Р-
8-250-ИНД-ЗВ;
-бесконтактный оптический выключатель ТЕКО OV A43A-31P-150-LZ;
- ультразвуковой конечный выключатель Telemecanique ХХ518АЗ.АМ12;
- индуктивный преобразователь перемещений ТЕКО ИПП Е41-33-Р-8-А1;
— магниточувствительный конечный выключатель на герконе;
- магниточувствительный конечный выключатель на эффекте Холла.
Теоретический материал по бесконтактным конечным выключателям и ин-
дуктивному преобразователю перемещений, а также технические характери-
стики изучаемых в лабораторной работе датчиков представлены в Прил. 1.
2. Описание лабораторной установки для изучения бесконтактных
конечных выключателей н индуктивного преобразователя перемещений
Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию бесконтакт-
ных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений,
необходимо ознакомиться с их принципами действия и схемой расположения
гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изучить назначение эле-
ментов стенда.
Схема субблоков лабораторного стенда для измерения параметров датчи-
ков представлена на рис. 1.
Рис. 1. Расположение датчика в стойке-держателе
На рис. 1 виден образцовый измеритель расстояния на мерительной линей-
ке, на иём закреплена мишень, до которой и будет измеряться расстояние. Сле-
ва на стойке необходимо закрепить изучаемый датчик, чтобы его торец, упер-
шись в мишень, находился на нулевой отметке образцового измерителя рас-
стояний
Для индуктивного преобразователя перемещений показания расстояния
считываются с цифрового милливольтметра РИ, для этого сигнал с выхода
датчика на задней стенке стенда (рис. 2) подаётся на вход вольтметра с помо-
9
щью двух соединительных проводников. При подключении вольтметра соблю-
дайте полярность, в противном случае будет индицироваться сообщение об
ошибке «Егг».
Ф ЗГ.-.-.ТЬ • •
Рис. 2. Задняя панель стенда (левая часть):
гнезда бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобра-
зователя перемещений (общий и выход), разъём для соединительного ка-
беля датчика, выключатель питания датчиков и вольтметра
На рис. 3 представлен вид на панель управления образцового измерителя
расстояния (штангенциркуля).
Рис. 3. Панель управления образцового измерителя расстояния
На передней панели расположены кнопка включения измерителя
«ON/OFF», кнопка установки нуля «ZERO», кнопка переключения единиц из-
мерений дюймы/миллиметры «inch/тт». Кнопка установки нуля «ZERO» слу-
жит для обнуления текущей координаты, её всегда следует нажимать перед на-
чалом серии измерений. Кнопка или сигнал сброса в ноль присутствует на всех
датчиках расстояния инкрементального типа - на изучаемом и на образцовом.
Результаты измерений индицируются на цифровом экране образцового из-
мерителя в миллиметрах (следует выбирать кнопкой «inch/mm» единицы изме-
рения - миллиметры, по умолчанию миллиметры).
Справа предусмотрено колёсико точного перемещения образцового изме-
рителя расстояния. Его следует использовать при малых перемещениях на кон-
це отрезка измерения для повышения точности позиционирования. Используй-
те его всегда для точного позиционирования в конечной точке.
В креплении образцового измерителя следует закрепить мишень любого
цвета из комплекта стенда.
10
3. Проверка работоспособности экспериментальной установки:
Для проверки работоспособности необходимо:
- подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;
- установить в стойке бесконтактный конечный выключатель или индук-
тивный преобразователь перемещений. Зажать в образцовом измерителе по
центру мишень любого цвета;
- соединить выход датчика с милливольтметром РИ1, соблюдая поляр-
ность (рис. 2): красная клемма выхода с красной клеммой милливольтметра,
чёрная клемма выхода с чёрной клеммой милливольтметра;
- подать питание на датчик, для этого соединительный кабель датчика
вставить в разъём на задней стенке (рис. 2);
- включить стенд выключателем SA 1, при этом должен загореться встро-
енный в него индикатор «Питание»;
- включить датчик нажатием вверх тумблера на задней панели стенда
(рис. 2). Для индуктивного преобразователя перемещений милливольтметр вы-
светит на дисплее значение выходного напряжения датчика. Образцовый изме-
ритель с мишенью должен находиться в нулевом положении при включении
питания датчика;
- перемещать образцовый измеритель с мишенью вправо/влево, милли-
вольтметр РИ должен изменять свои показания, что говорит о нормальной ра-
боте датчика;
- выключить стенд выключателем SA I.
4. Экспериментальное определение статических характеристик бес-
контактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя
перемещений
4.1. Исследование работы бесконтактных конечных выключателей (емко-
стного, индуктивного и оптического)
Для снятия экспериментальной характеристики установить датчик в стой-
ку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В дер-
жатель образцового измерителя установить любую мишень.
Плавным изменением положения ВЭ произвести включение и отключение
датчика (контролируется по состоянию светодиода). При наличии осциллогра-
фа зафиксировать переходный процесс включения и отключения датчика, под-
ключившись к выходным клеммам поля. Произвести включение и отключение
датчика заданное число раз (не менее 5), фиксируя по образцовому измерителю
положение ВЭ.
Для исключения влияния люфтов следует после отключения датчика ещё
удалить ВЭ от него, чтобы в начале очередного цикла эксперимента проходить
положение отключения в направлении движения к выключателю.
Данные занести в табл. 1.
11
Таблица 1
Емкостной датчик № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/откл ММ
Индуктивный датчик № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/откл ММ
Оптический датчик № 1 2 3 4 5
/вкл> ММ
/откл -*ьи
По результатам измерений для каждого датчика вычисляется среднее
арифметическое значение результатов наблюдений по формуле
'сг ==*-,
п
где /, - результат /-го наблюдения, п - число наблюдений.
Определяются согласно ГОСТ 8 009-72 средние значения погрешности при
измерениях I со стороны меньших (больших) значений.
£(/..-/,) Ёа<. Ё&ч,)
Д«=^-----= “>------, ---= —-------,
п п п п
где (/,б) - измеренные значения при изменении / со стороны меньших (боль-
ших) значений, и - число опытов при определении Д« (Да).
Систематическая составляющая Деист погрешности определяется форму-
лой
Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешно-
сти определяется формулой
<т = и—------------—---------.
) 2и-1
Гистерезис датчика (дифференциал хода) Д, то есть расстояние между точ-
ками включения и отключения датчика, по результатам эксперимента опреде-
ляется как разность между максимальным в серии опытов значением положе-
ния ВЭ при отключении выключателя /откл и минимальным значением положе-
ния ВЭ при включении датчика /Вкл-
4.2. Исследование влияния материала мишени на расстояние срабатывания
емкостного бесконтактного выключателя
12
Для снятия характеристик установить емкостной датчик в стойку, его разъ-
ем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель образ-
цового измерителя попеременно устанавливать не менее 3 различных мишеней.
Порядок снятия характеристик аналогичен 4.1. Данные занести в табл. 2.
Аналогично п.4.1, по результатам измерений вычисляются все погрешно-
сти, отклонения и дифференциал хода.
Таблица 2
Материал №1 № 1 2 3 4 5
/вкл. ММ
/откл JWJW
Материал №2 № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/откл ММ
Материал №3 1 2 3 4 5
/вкл, мм
/откл ММ
4.3. Исследование влияния отражающего материала на расстояние сраба-
тывания оптического бесконтактного выключателя
Для снятия характеристик установить оптический датчик в стойку, его
разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель
образцового измерителя попеременно устанавливать не менее 3 различных ми-
шеней.
Порядок снятия характеристик аналогичен 4.1. Данные занести в табл. 3.
Таблица 3
Материал №1 № 1 2 3 4 5
/вкл, мм
/откл ММ
Материал №2 № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/откл мм
Материал №3 № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/откл мм
Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности,
отклонения и дифференциал хода.
4.4. Исследование работы магниточувствительных конечных выключате-
лей.
Измерения проводить аналогично 4.1. данные занести в табл. 4.
Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности,
отклонения и дифференциал хода.
13
Таблица 4
Магн иточу вствительн ы й датчик на герконе № 1 2 3 4 5
/вкл- ММ —
/откл. мм
Магнито чувствительный датчик иа эффекте Холла № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/откл. мм
4,5. Исследование работы ультразвукового бесконтактного конечного вы-
ключателя с функцией программирования.
Запрограммировать рабочую зону ультразвукового бесконтактного конеч-
ного выключателя по следующей методике (рис. 1):
1) установить в крепежную стойку ультразвуковой датчик, направляя его
на мишень;
2) убрать из зоны «видимости» все предметы;
3) нажать и удерживать кнопку на корпусе разъема, пока светодиод не за-
мигает периодично зеленым цветом;
4) отпустить кнопку. Светодиод по-прежнему должен мигать зеленым цве-
том;
5) в течение 30 с. поместить мишень в положение 1 (указывается препода-
вателем), после чего нажать и отпустить кнопку. Светодиод должен мигать
оранжевым;
6) в течение 30 с. поместить мишень в положение 2 (также указывается
преподавателем), после чего нажать и отпустить кнопку. Светодиод должен за-
мигать зеленым, после чего - постоянно гореть оранжевым;
7) для сброса параметров датчика повторить шаг 3;
8) после программирования датчика и во время изучения датчика на нажи-
мать на кнопку.
Датчик запрограммирован правильно в следующем случае:
1) светодиод горит оранжевым цветом, когда мишень обнаружена датчи-
ком;
2) светодиод горит зеленым цветом, когда мишень не обнаружена датчи-
ком.
Для снятия экспериментальной характеристики установить датчик в стой-
ку, его разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В дер-
жатель образцового измерителя установить любую мишень.
Плавным изменением положения ВЭ произвести включение и отключение
датчика (контролируется по состоянию светодиода). При наличии осциллогра-
фа зафиксировать переходный процесс включения и отключения датчика, под-
ключившись к выходным клеммам поля. Произвести включение и отключение
датчика заданное число раз (не менее 5), фиксируя по образцовому измерителю
положение ВЭ.
14
Рис. 4. Рабочие зоны ультразвукового датчика: А — мертвая зона,
В - зона «видимости» датчика, С — рабочая зона, I) — двуцветный светодиод,
D1 - светодиод горит зеленым, если объект ие обнаружен,
D2 - светодиод горит оранжевым, если объект обнаружен, NO - замыкаю-
щий контакт
Для исключения влияния люфтов следует после отключения датчика ещё
удалить ВЭ от него, чтобы в начале очередного цикла эксперимента проходить
положение отключения в направлении движения к выключателю.
Данные занести в табл. 5.
Таблица 5
Ультразвуковой датчик № 1 2 3 4 5
1ъкл мм
/опи,ми
Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности,
отклонения и дифференциал хода.
4.6. Исследование влияния отражающего материала на расстояние сраба-
тывания ультразвукового бесконтактного конечного выключателя
Для снятия характеристик установить ультразвуковой датчик в стойку, его
разъем подключить в разъем на тыльной стороне стенда справа. В держатель
образцового измерителя попеременно устанавливать не менее 3 различных ми-
шеней.
Порядок снятия характеристик аналогичен 4.1. Данные занести в табл. 6.
15
Таблица 6
Материал № 1 № 1 2 3 4 5
/вкл, ММ
/оТКЛ ММ
Материал №2 № 1 2 3 4 5
/вКЛ, ММ
/откл. мм
Материал №3 № 1 2 3 4 5
/вКЛ, ММ
/откл ММ
Аналогично 4.1. по результатам измерений вычисляются все погрешности,
отклонения и дифференциал хода.
4.7. Снятие и построение статической характеристики индуктивного пре-
образователя перемещений.
Для снятия экспериментальной характеристики установить индуктивный
преобразователь перемещений в стойку, его разъем подключить в разъем на
тыльной стороне стенда справа. В держатель образцового измерителя устано-
вить металлическую любую мишень,
Плавным изменением положения ВЭ приближая мишень к исследуемому
датчику и удаляя от него, снять с помощью образцового измерителя не менее
10 точек и построить на одном графике прямую и обратную ветви зависимости
выходного напряжения датчика от расстояния между торцом датчика и ВЭ. По
данным эксперимента рассчитать и построить номинальную статическую ха-
рактеристику датчика. Выходное напряжение при каждом положении ВЭ рас-
считывается как среднее из всех результатов измерений при данном положении
ВЭ. Произвести не менее 3 опытов. Данные внести в табл. 7.
Таблица 7__________________________________________________________
/др. мм
и, В
/оБР, ММ
^ОБР, В
Сравнить полученные характеристики с табличными (Прил. 1). Рассчитать
наибольшее значение суммарной погрешности Д как наибольшее по абсолют-
ной величине из экспериментально полученных значений А,, и Д^. Здесь ДМ|
(Д&) - i-ая реализация погрешности при изменении входного сигнала со сторо-
ны меньших (больших) значений до значения заданного.
16
5. Требования к отчёту'
Отчет должен содержать:
а) цель работы;
б) основные паспортные характеристики исследуемых датчиков;
в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров
и i-рафиков по каждому из исследованных датчиков;
г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных
данных с паспортными, выводы и рекомендации по использованию исследо-
ванных датчиков.
6. Контрольные вопросы
I. Каков принцип действия индуктивного выключателя?
2. Каков принцип действия емкостного выключателя?
3. Каков принцип действия магниточувствительных выключателей?
4. Каков принцип действия ультразвукового выключателя?
5. К какому типу относится оптический выключатель, и каков его принцип
действия?
6. Как обеспечивается питание исследуемых датчиков и как подключается
нагрузка к их выходам?
7. Как рассчитывается среднеквадратическое отклонение случайной со-
ставляющей погрешности датчика?
8. Что такое гистерезис датчика и как его определить экспериментально?
9. Как исключается влияние люфтов в передаче при исследовании датчи-
ков?
10. Как построить номинальную статическую характеристику датчика с
аналоговым выходом (ИПП)?
17
Лабораторная работа № 2. Изучение датчиков линейного положения
Цель работы
1. Изучить принцип действия и основные характеристики преобразователя
линейных перемещений.
2. Самостоятельно изучить принцип работы, назначение и технические ха-
рактеристики оптического и магнитного линейного преобразователя перемеще-
ния, схему их подключения, а также работу квадратурного энкодера PF\ лабо-
раторного стенда.
3. Ознакомиться с методами экспериментального исследования данных
устройств и определения точности преобразования положения в электрический
сигнал.
4 Сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оце-
нить погрешности.
5. Выявить недостатки инкрементальных датчиков.
Программа работы
Дома изучить самостоятельно принцип действия, виды и особенности ли-
нейных датчиков перемещения по Прил. 2.
В лаборатории:
- пройти собеседование по теоретической части,
- проделать серию экспериментов, предложенных в методическом посо-
бии;
- проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;
- выполнить отчет о проделанной работе.
Пояснения к работе
1. Общие сведения
В лабораторной работе для исследований используются оптическая и маг-
нитная измерительные системы.
Теоретический материал по преобразователям линейных перемещений
представлен в Прил. 2.
2. Описание лабораторной установки для изучения оптического н маг-
нитного преобразователя линейных перемещений
В лабораторной работе изучаются оптический и магнитный датчики ли-
нейного положения инкрементального типа. Оптическая головка состоит из
двух фотодиодов, которые освещаются светодиодом через оптическую линейку
со штриховыми непрозрачными полосами, расположенные через равные про-
18
межутки. Перемещение головки вызывает проход фотодатчиков через зоны
света и тени, что видно по выходным сигналам.
Аналогично устроен магнитный датчик. В его составе два датчика холла
перемещаются по магнитной ленте с полосами намагниченности разной поляр-
ности. Это вызывает измеиение магнитного поля через датчики, что видно по
выходным сигналам
Датчики в паре сдвинуты на 90°, для определения направления движения
головки вперёд-назад, соответственно сдвинуты и электрические сигналы с пар
датчиков.
Перед проведением лабораторных работ с линейными преобразователями,
необходимо проверить работоспособность стенда по Прил. 2.
Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию датчика ли-
нейных перемещений, необходимо ознакомиться с принципом их действия и
схемой расположения гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изу-
чить назначение элементов стенда.
Субблоки «Линейный оптический энкодер» и «Линейный магнитный энко-
дер» лабораторного стенда представлен на рис. 1.
Рис. 1. Субблоки «Линейный оптический энкодер» и «Линейный
магнитный энкодер»
На рис. 1 также представлен образцовый измеритель расстояния на мери-
тельной линейке.
Исследуемый оптический датчик скрыт внутри корпуса во избежание по-
вреждения.
Исследуемый магнитный датчик скрыт под пластиной головки образцового
измерителя, состояние датчиков Холла индицируется двумя светодиодами на
измерительной головке. При отключенном магнитном линейном датчике свето-
диоды не светятся.
Гнезда А, В и ± (рис 2) необходимы для подключения выходов соответст-
венно оптического или магнитного датчика к измерителю квадратурному эн-
кодеру PF1.
19
MI
Рис. 2. Гнёзда для подключения датчика к квадратурному энкодеру PF1
Кнопка SA2 служит для подачи питания на оптический датчик, a SA3 - для
подачи питания на магнитный датчик.
На рис. 3 представлен вид на панельку управления образцового измерителя
расстояния (штангенциркуля).
На передней панели расположены кнопка включения измерителя
«ON! OFF», кнопка установки нуля «ZERO», кнопка переключения единиц из-
мерений дюймы/миллиметры «.inchhnm». Кнопка установки нуля «.ZERO» слу-
жит для обнуления текущей координаты, ее всегда следует нажимать перед на-
чалом серии измерений. Кнопка или сигнал сброса в ноль присутствует на всех
датчиках расстояния инкрементального типа - на изучаемом и на образцовом.
Результаты измерений индицируются на цифровом экране образцового из-
мерителя в миллиметрах (следует выбирать кнопкой «inch/mm» единицы изме-
рения - миллиметры, по умолчанию миллиметры).
Справа предусмотрено колёсико точного перемещения образцового изме-
рителя расстояния. Его следует использовать при малых перемещениях на кон-
це отрезка измерения для повышения точности позиционирования. Используй-
те его всегда для точного позиционирования в конечной точке.
Рис. 3. Панель управления образцового измерителя расстояния
Датчик закреплён внутри корпуса стенда и жёстко закреплён за образцо-
вый измеритель. Перемещая образцовый измеритель, Вы одновременно пере-
мещаете оптический и магнитный датчики положения. Такая конструкция по-
20
зволяет измерить погрешности исследуемых датчиков относительно образцово-
го измерителя.
На рис. 4 представлен квадратурный энкодер PF1, он располагается в суб-
блоке «Блок индикации». Гнёзда эн ко дера Я, В и GND служат для подачи сиг-
налов от датчиков линейных перемещений.
Переключатель «ОптЛЛагн.» служит для выбора типа подключаемого дат-
чика линейных перемещений - оптический или магнитный. Переключатель
«Имп./мм» служит для выбора типа подсчёта - а положении «Ими.» энкодером
считаются импульсы,пришедшие с датчика, в положении «мм» импульсы пере-
считываются в миллиметры с соответствующим коэффициентом. Внимательно
проверьте перед началом работы правильность положения обоих переключате-
лей.
Рис. 4. Квадратурный энкодер PF1
Ниже расположена кнопка «Уст.О» с функцией, аналогичной кнопке
«ZERO» образцового измерителя расстояния - обнуление текущей координаты
инкрементального датчика на энкодере, её всегда следует нажимать перед на-
чалом серии измерений.
Индикатор квадратурного энкодера выводит на 4х-значный индикатор ве-
личины измеренных расстояний при перемещении датчика по линейке.
3. Проверка работоспособности лабораторной установки
Для проверки работоспособности необходимо:
- подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;
— включить стенд выключателем 5/11, при этом должен загореться встро-
енный в него индикатор «Питание»;
- включить питание функционального блока «Линейный оптический эн-
кодер» выключателем SA2, при этом должен загореться встроенный в него ин-
дикатор;
- подключить квадратурный энкодер PFI тремя проводниками к клеммам
оптического энкодера А, В и ± соответственно. Перевести энкодер в режим из-
мерения «Оптический», «мм». Переместить образцовый измеритель левой
кромкой в нулевое положение линейки. Включить его кнопкой «.ONIOFP». Пе-
ремещая образцовый измеритель вправо и влево с умеренной скоростью не бо-
лее 50мм в секунду наблюдать изменение показаний энкодера PF\ и образцово-
го измерителя. Показания должны быть примерно одинаковыми:
21
- подключить квадратурный энкодер PF1 тремя проводниками к клеммам
магнитного энкодера Л, В и 1 соответственно. Перевести энкодер в режим из-
мерения «Магнитный», «мм». Сбросить показания PFI кнопкой «Уст.О». Пере-
местить образцовый измеритель до совмещения левой кромки и нулевого от-
счёта линейки. Обнулить его показания кнопкой «ZERO». Перемещая образцо-
вый измеритель вправо и влево с умеренной скоростью не более 100мм в се-
кунду наблюдать изменение показаний энкодера PF\ и образцового измерите-
ля. Показания должны быть примерно одинаковыми;
- выключить стеид выключателем 1;
- пропуск некоторого, относительно небольшого (до 1%), количества ша-
гов не является дефектом и объясняется системной погрешностью измеритель-
ных датчиков. Также постепенное накопление погрешности при многократных
перемещениях датчиков влево/вправо по измерительной шкале является нор-
мальным, для обнуления показаний перед серией опытов используйте кнопки
«.ZERO» и «Уст.О».
4. Исследование экспериментальных характеристик датчиков линей-
ных перемещений
4,1. Наблюдение выходного сигнала оптического датчика и магнитного
датчика линейных перемещений инкрементального типа (выполняется только
при наличии осциллографа)
Для выполнения работы необходимо наличие отдельного осциллографа (в
комплект стенда не входит).
Для снятия графиков выходного сигнала, подключить к клеммам Ли В оп-
тического датчика положения два канала осциллографа. Соединить общий про-
вод осциллографа с клеммой Общий оптического датчика. Настроить осцилло-
граф для измерения двух сигналов сдвинутых по фазе с амплитудой 5 В и час-
тотой до 200 Гц. Удобно выбрать развёртку 50,, .250 мс на деление.
Предъявить схему подключения и начальное состояние стенда для про-
верки преподавателю.
Включить стенд выключателем 5/11, при этом должен загореться встроен-
ный в него индикатор «Питание». Подать питание на датчик кнопкой SA2.
Плавно, используя колёсико точного перемещения, перемещать головку
образцового измерителя вправо вместе с оптическим датчиком. Наблюдать на
экране осциллографа сдвинутые на угол 90° сигналы каналов Ли В. Сделать за-
рисовку графика в отчёте, пометив каналы Ли В.
Плавно, используя колёсико точного перемещения, перемещать головку
образцового измерителя влево вместе с оптическим датчиком. Наблюдать на
экране осциллографа сдвинутые на угол 90° сигналы каналов Ли В. Сделать за-
рисовку графика в отчёте, пометив каналы А и В.
Сравнить картинки при перемещении вправо и влево. Они должны отли-
чаться последовательностью импульсов (например при движении вправо - пер-
22
вым идёт нарастающий фронт с канала А, а при движении влево - первым идёт
нарастающий фронт с канала В).
Сделать вывод о том, как обрабатывать сигналы с выходов датчика, чтобы
вычислять не только положение и скорость, ио и направление движения голов-
ки датчика.
Повторить опыт, подключив осциллограф к клеммам А и В магнитного
датчика линейных перемещений. Удобно выбрать развёртку осциллографа
250... 1000 мс на деление. Сделать вывод о похожести сигналов оптического и
магнитного датчиков.
4.2. Снятие экспериментальной характеристики зависимости показаний
квадратурного энкодера PF1 в миллиметрах от фактического положения опти-
ческого датчика
Для снятия экспериментальной характеристики подключить оптический
датчик положения тремя проводниками к клеммам А, В и ± квадратурного эн-
кодера PF1. Перевести энкодер в режим измерения «Оптический», единицы
измерения «мм». Переместить образцовый измеритель до совмещения левой
кромки и нулевого отсчёта линейки. Обнулить его показания кнопкой «ZERO».
Сбросить показания PF\ кнопкой «Уст.О». На образцовом измерителе и инди-
каторе энкодера должны быть нулевые отсчёты. Предъявить схему подключе-
ния и начальное состояние стенда для проверки преподавателю.
Записать результаты первого измерения - показания образцового измери-
теля и энкодера равные 0 мм.
Перемещать вправо образцовый измеритель, используя колёсико точного
перемещения отрезками по 10 мм и записывая показания образцового измери-
теля и энкодера. Выполнив 9 измерений достичь точки 100 мм. Последующие
измерения выполнять при перемещении датчиков в обратную сторону влево - к
началу отсчёта шагами по 10 мм. По достижении нулевого отсчёта закончить
опыт.
ВНИМАНИЕ! Во время снятия характеристики не обнуляйте значения рас-
стояния образцового и исследуемого датчиков кнопками «ZERO» и «Уст.О»
Данные занести в табл. 1.
Таблица 1
Измерение Расчет
№ п/п Показания образцового датчика АоБРт м.м Показания оптического датчика £дАТ; ММ Абсолютная погрешность Д£= £ддт Z-обь мм Относительная по- грешность на текущем расстоянии 5Z, \ 1дат/

Построить зависимость £дат =Л^обр)> Эта зависимость должна быть близка
к идеальной прямой.
Построить зависимость 5Z = ДХддт). Сделать вывод о целесообразности
измерений малых расстоянии датчиком с заданной точностью.
23
4.3. Определение коэффициента пересчёта количества импульсов в милли-
метры для оптического датчика
Подключить оптический датчик как указано в 4.1, режим квадратурного
энкодера выбрать «Опт.», «Имп.» и обнулить показания.
Предъявить схему подключения и начальное состояние стенда для провер-
ки преподавателю.
Перемещать вправо образцовый измеритель на отметку 70 мм, не превы-
шая скорости перемещения 50 мм/сек, используя колёсико точного перемеще-
ния подвести образцовый измеритель к показанию 50 мм. Записать показания
счётчика импульсов квадратурного энкодера PF\.
Рассчитать коэффициент пересчёта импульсов энкодера в миллиметры для
оптического датчика по формуле.
«ими
где L - расстояние, пройденное линейным датчиком, м; Лгимп - количество им-
пульсов, накопленное на расстоянии L.
Сравнить с коэффициентом, который используется в квадратурном энкоде-
ре стенда для оптического датчика. Коэффициенты должны быть близкими по
значению.
Переместить образцовый измеритель в другую точку, например, на отмет-
ку 30 мм и записать количество импульсов соответствующее расстоянию 30
мм. Пересчитать количество импульсов в расстояние по формуле:
£расч - к х /Уимп,
где Лрдсч - расстояние, рассчитанное по количеству импульсов, накопленных с
линейного датчика на расстоянии 30 мм.
Переключить энкодер в режим «миллиметры» и сравнить полученные
цифры. Полученные значения расстояния должны быть близкими.
Сделать выводы об алгоритме перевода величины количества импульсов
Мшп в абсолютные расстояния L, выраженные в миллиметрах внутри квадра-
турного энкодера.
4.4. Определение систематической погрешности оптического инкремен-
тального датчика при многократной смене направления движения датчика
вправо/влево
Подключить оптический датчик как указано в 4.1, режим квадратурного
энкодера выбрать «Опт.», «Имп.» и обнулить показания.
Предъявить схему подключения и начальное состояние стеида для провер-
ки преподавателю.
Перемещать вправо образцовый измеритель на отметку 200 мм, не превы-
шая скорости перемещения 50 мм/сек, используя колёсико точного перемеще-
ния подвести образцовый измеритель к показанию 200 мм. Записать показания
счётчика импульсов квадратурного энкодера PF\ в таблицу.
Перемещать влево образцовый измеритель на отметку 0 мм, не превышая
скорости перемещения 50 мм/сек, используя колёсико точного перемещения
подвести образцовый измеритель к показанию 0 мм. Записать показания счёт-
чика импульсов квадратурного энкодера PF1 в табл. 2.
24
Таблица 2
Измерение Расчет
№ п/п Показания оптического датчика в 0 Lo, мм Показания оптического датчика в 200мм ^200, ММ Систематическая погрешность в нулевой точке во, мм Систематическая по- грешность в точке 200мм 0200 - L2W-, мм

4.6. Определение коэффициента пересчёта количества импульсов в милли-
метры для магнитного датчика
Подключить магнитный датчик как указано в 4.4, режим квадратурного эн-
кодера выбрать «Магн.», «имп.» и обнулить показания.
Предъявить схему подключения и начальное состояние стенда для провер-
ки преподавателю.
Перемещать вправо образцовый измеритель на отметку 200 мм, не превы-
шая скорости перемещения 100 мм/сек, используя колёсико точного перемеще-
ния подвести образцовый измеритель к показанию 200 мм. Записать показания
счётчика импульсов квадратурного энкодера PF\.
Рассчитать коэффициент пересчёта импульсов энкодера в миллиметры для
магнитного датчика по формуле:
Аимп
где L - расстояние, пройденное линейным датчиком, мм; Уимп - количество
импульсов, накопленное на расстоянии L.
Сравнить с коэффициентом, который используется в квадратурном энкоде-
ре стенда для магнитного датчика. Коэффициенты должны быть близкими по
значению.
Переместить образцовый измеритель в другую точку, например на отметку
100мм и записать количество импульсов соответствующее расстоянию 100 мм.
Пересчитать количество импульсов в расстояние по формуле:
£расч = & X ^Уимп,
где £рдсч - расстояние, рассчитанное по количеству импульсов, накопленному с
линейного датчика на расстоянии 100 мм.
26
Переключить энкодер в режим «миллиметры» и сравнить полученные
цифры. Полученные значения расстояния должны быть близкими.
Сделать выводы об алгоритме перевода величины количества импульсов
Mmi в абсолютные расстояния А, выраженные в миллиметрах внутри квадра-
турного энкодера.
4.7. Определение систематической погрешности магнитного инкремен-
тального датчика прн многократной смене направления движения датчика
вправо/влево
Подключить магнитный датчик как указано в 4.4, режим квадратурного эн-
кодера выбрать «Магн.», «Ими.» и обнулить показания.
Предъявить схему подключения и начальное состояние стенда для провер-
ки преподавателю.
Перемещать вправо образцовый измеритель на отметку 200 мм, не превы-
шая скорости перемещения 100 мм/сек, используя колёсико точного перемеще-
ния подвести образцовый измеритель к показанию 200 мм. Записать показания
счётчика импульсов квадратурного энкодера Р/П в таблицу.
Перемещать влево образцовый измеритель на отметку 0 мм, не превышая
скорости перемещения 100 мм/сек, используя колёсико точного перемещения
подвести образцовый измеритель к показанию 0мм. Записать показания счёт-
чика импульсов квадратурного энкодера PF\ в табл. 4.
Таблица 4
Измерение Расчет
№п/п Показания магнитного датчика в 0 Lq, мм Показания магнитного датчика в 200 мм £200, мм Систематическая погрешность в нулевой точке 00 , мм Систематическая по- грешность в точке 200 мм 0200-1200- мм

Повторить не менее 10 циклов перемещения вправо/влево, последователь-
но заполняя таблицу.
ВНИМАНИЕ! Во время снятия характеристики не обнуляйте значения рас-
стояния образцового и исследуемого датчиков кнопками «ZERO» и «Уст.О»
Построить графики зависимости 0О и 02ОО от номера опыта.
Сделать вывод о наличии и величине систематической погрешности маг-
нитного датчика, а также заключение о том, не является ли она на самом деле
случайной, если тенденции к дрейфу показаний в какую-либо сторону не обна-
руживается.
Сравнить погрешности изученного магнитного датчика стенда и магнит-
ных датчиков соседних стендов, если таковые имеются.
Сделать вывод о повторяемости технологии измерения расстояний с по-
мощью магнитных инкрементальных датчиков. Хорошая повторяемость - сис-
тематические погрешности пренебрежимо малы на стенде и соседних стендах.
27
Плохая повторяемость — систематические погрешности велики и не коррели-
руют на разных стендах.
4.8. Сравнение точностных параметров двух типов датчиков - оптического
и магнитного.
Выполнять измерения в работе не требуется. Потребуются результаты из-
мерений и расчётов, выполненных в предыдущих экспериментах.
Построить зависимости 8Z = .ДЛдат) Для оптического и магнитного датчи-
ков на одном графике. Сделать вывод о предпочтительном выборе датчика при
измерении малых расстояний - какой датчик выбрать из представленных в
стенде, оптический или магнитный? Почему?
Сравнить коэффициенты к для оптического и магнитного датчиков, ис-
пользуемые при пересчёте импульсов в миллиметры, по формуле
£расч — к х #имп.
Сравнить количество импульсов поступающих с датчиков при перемеще-
нии обоих на 50 мм.
Объясните, какой датчик из представленных более точен, магнитный или
оптический?
5. Требования к отчёту
Отчёт должен содержать:
а) наименование работы и цель работы;
б) основные технические характеристики исследуемых датчиков;
в) экспериментальные данные, расчетные значения требуемых параметров
и графиков (если требуется) по каждому из проведённых экспериментов;
г) анализ полученных экспериментальных данных, выводы по работе.
6. Контрольные вопросы
1. Расскажите о конструктивном устройстве и принципе действия инкре-
ментальных оптических датчиков растрового типа.
2. Какие порядки точностей измерений линейных перемещений можно
достичь с применением оптических датчиков инкрементального типа
3. Какие порядки точностей измерений линейных перемещений можно
достичь с применением магнитных датчиков инкрементального типа
4. Перечислите преимущества оптических датчиков перед магнитными.
Перечислите недостатки оптических датчиков.
5. Перечислите достоинства магнитных датчиков при работе в загрязнён-
ных рабочих условиях.
6 Как называется устройство, преобразующее последовательность им-
пульсов с двухканального оптического или магнитного датчика инкременталь-
ного типа в абсолютное положение.
7. Каков принцип действия линейных датчиков абсолютного типа
8. Какой существует способ повышения надёжности работы датчиков аб-
солютного типа в тяжёлых условиях вибрации и помех?
28
Лабораторная работа № 3. Изучение датчиков частоты вращения
Цель работы
1. Изучить режимы работы и основные характеристики тахогенератора
постоянного тока и оптического энкодера.
2. Овладеть методами экспериментального исследования данных уст-
ройств и определения точности преобразования скорости и угла поворота в
электрический сигнал.
3. Сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оце-
нить погрешности.
4. Определить сравнительные качества тахогенератора и оптического ин-
крементального энкодера.
Программа работы
Дома изучить принцип работы, назначение и технические характеристики
тахогенератора постоянного тока и инкрементального оптического энкодера,
схемы их включения, а также основные узлы и возможности лабораторного
стенда.
В лаборатории:
- пройти тестирование по теоретической части;
- снять и построить экспериментальную передаточную характеристику та-
хогенератора постоянного тока,
- изучить работу инкрементального оптического энкодера, снять и постро-
ить экспериментальные характеристик энкодера;
- проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;
- выполнить отчет о проделанной работе.
Пояснения к работе
1. Общие теоретические сведения
В лабораторной работе исследуются следующие датчики чатоты вращения:
-тахогенератор постоянного токаТГП-1;
-инкрементальный оптический энкодер TRD-S/SH фирмы Automation Di-
rect.
В Прил. 3 представлены теоретические основы работы тахогенератора и
оптического энкодера, используемых в данной лабораторной установке, их тех-
нические характеристики и габаритные размеры.
29
2. Описание лабораторной установки для изучения ТГ постоянного
тока и оптического энкодера
Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию тахогенера-
тора постоянного тока и оптического энкодера, необходимо ознакомиться с
принципом их действия и схемой расположения обмоток и гнезд по мнемо-
грамме на стенде. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.
Субблок «Датчики частоты вращения» лабораторного стенда представлен
на рис. 1. Данный блок представляет собой двигатель постоянного тока, опти-
ческий энкодер и тахогенератор постоянного тока, соединенные ременными
передачами. Кроме того, в субблоке расположен потенциометр для плавного
регулирования скорости приводного двигателя от 0 до 2500-3000 об/мин. Ин-
дикация скорости вращения осуществляется с помощью индикатора «п,
об/мин», расположенного в блоке индикации.
Гнезда А, В и! необходимы для подключения выходов оптического энко-
дера к измерителю PF2 или осциллографу. Гнезда (7вых необходимы для под-
ключения выхода тахогенератора к измерителю РГ1, работающему в режиме
измерения постоянного напряжения или осциллографу.
В ходе лабораторной работы необходимо будет использовать переключа-
тели магазинов сопротивлений, позволяющие ступенчато изменять сопротив-
ления нагрузочных резисторов ЛнагР] и Ятгрз и установленные в левой части
функционального блока «Датчики положения».
Рис. 1. Субблок для исследования датчиков частоты вращения
Для питания системы управления приводного электродвигателя, самого
электродвигателя, а также оптического энкодера осуществляется от встроенно-
го импульсного источника питания.
30
3. Проверка работоспособности лабораторной установки
Для проверки работоспособности необходимо:
- подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;
- включить стенд выключателем SA 1, при этом должен загореться встро-
енный в него индикатор «Питание»;
- включить питание функционального блока «Датчики частоты враще-
ния» выключателем SA4, при этом должен загореться встроенный в него инди-
катор;
- подключить вольтметр /VI в режиме измерения постоянного напряже-
ния к выходам тахогенератора, а входы А, В и -1- индикатора PF2 - к выходам
оптического энкодера. Изменяя скорость вращения приводного двигателя, не-
обходимо наблюдать изменение показаний вольтметра в диапазоне 0,01... 15 В,
а на индикаторе PF2 - изменение количества отсчитываемых энкодером им-
пульсов.
4. Экспериментальное определение передаточных характеристик тахо-
генератора постоянного тока и инкрементального оптического энкодера
4.1. Снятие и построение передаточной характеристики холостого хода та-
хогенератора постоянного тока
Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр к
выходным клеммам UtM() тахогенератора. Плавно изменяя скорость приводного
двигателя с помощью ручки регулятора скорости, снять не менее 20 точек через
равные промежутки, как в сторону увеличения скорости, так и в сторону ее
уменьшения.
Данные занести в табл. 1.
Таблица 1__________________________________ _________
_______п, об/мин___________________________________________
УвыхОг В
Построить зависимость UBUx0=j{n). Эта зависимость должна быть практиче-
ски линейной.
4.2. Снятие и построение передаточной характеристики тахогенератора по-
стоянного тока при нагрузке
Для снятия передаточной характеристики при нагрузке на выходе тахоге-
нератора необходимо подключить к выходам тахогенератора нагрузку 2?нагр1
(100 - 470 - 1000 - 4700 - 10000 Ом). Плавно изменяя скорость приводного
двигателя с помощью ручки регулятора скорости, снять не менее 20 точек через
равные промежутки, как в сторону увеличения скорости, так и в сторону ее
уменьшения. Данные занести в табл. 2.
31
Таблица 2
Нагрузка, Ом 100 п, об/мин
в
п, об/мин
в
10000 п, об/мин
в
Построить зависимости £/вых=У(и) на тех же графиках, что и зависимо-
ста У,ь„о=Ли).
По построенным экспериментальным характеристикам С'вь1х=Дя) опреде-
лить абсолютные и относительные погрешности, обусловленные только нели-
нейностью характеристик ивых.=ЛпЪ соответствующих * оо. при этом за
идеальную характеристику UBbTx~fln) необходимо принять характеристику, со-
ответствующую RIUKpi * со (10000 Ом).
4.3. Снятие и построение временной характеристики инкрементального оп-
тического энкодера
Для снятия экспериментальной характеристики подключить входы Л и
индикатора PF2 к выходным клеммам Z и энкодера. Плавно изменяя ско-
рость приводного двигателя с помощью ручки регулятора скорости, наблюдать
скорость изменения количества импульсов на индикаторе PF2.
С помощью осциллографа, подключившись к выходам Л, В и энкодера в
двухканальном режиме можно наблюдать последовательности импульсов, час-
тота которых зависит от скорости вращения приводного двигателя. При под-
ключении к выходу Z энкодера можно наблюдать нулевой импульс, частота по-
явления которого равна скорости вращения двигателя в об/мин, и зависит также
от частоты вращения двигателя.
5. Требования к отчёту
Отчет должен содержать:
а) цель работы;
б) основные технические характеристики исследуемых датчиков,
в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров
и графиков по каждому из проведенных экспериментов;
г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных
данных с паспортными, выводы.
6. Контрольные вопросы
1. Какие машины называются тахогенераторами, каков принцип их рабо-
ты?
2. Назовите основные погрешности ТГ постоянного тока, их причины и
пути снижения.
3. Каковы причины нелинейности передаточных характеристик ТГ при на-
грузке?
4. Какие устройства называют энкодерами? Объясните принцип работы
абсолютного и инкрементального оптических энкодеров?
5. Каковы преимущества абсолютных и инкрементальных энкодеров?
6. Какие приборы и субблоки необходимо использовать при исследовании
работы тахогенератора и энкодера;
7. Опишите порядок проведения лабораторной работы. Какие эксперимен-
ты необходимо провести Какие характеристики датчиков нужно снять?
8. Опишите, какой вид, на ваш взгляд, должны иметь экспериментальные
характеристики тахогенератора и энкодера.
32
33
Лабораторная работа № 4. Изучение датчиков углового положения
Цель работы
1. Изучить режимы работы и основные характеристики инкрементального
оптического энкодера, вращающегося трансформатора, работающего в синус-
но-косинусном и потенциометрического датчика.
2. Овладеть методами экспериментального исследования данных уст-
ройств и определения точности преобразования угла поворота в электрический
сигнал.
3. Сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оце-
нить погрешности.
4. Определить сравнительные качества синусных, косинусных обмоток
синусно-косинусных трансформаторов.
5. Определить значения погрешностей потенциометрического датчика
Программа работы
Дома изучить принцип работы, назначение и технические характеристики
ВТ и потенциометрического датчика, схемы их подключения, а также основные
узлы и возможности лабораторного стенда.
В лаборатории:
- пройти тестирование по теоретической части;
- снять и построить передаточную характеристику оптического энкодера;
- сиять экспериментальные и построить теоретические характеристики хо-
лостого хода для синусной обмотки ВТ;
- снять экспериментальные и построить теоретические характеристики хо-
лостого хода для косинусной обмотки ВТ;
- снять характеристики синусной обмотки ВТ при нагрузке,
- снять характеристики косинусной обмотки ВТ при нагрузке;
— снять характеристики ВТ при вторичном симметрировании;
- снять и построить экспериментальные характеристики потенциометриче-
ского датчика на холостом ходу;
- снять и построить экспериментальные характеристики потенциометриче-
ского датчика при нагрузке;
- проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;
- выполнить отчет о проделанной работе.
34
Пояснения к работе
1. Общие теоретические сведения
В лабораторной работе исследуются следующие датчики углового положе-
ния:
-инкрементальный оптический энкодер TRD-S/SH фирмы Automation Di-
rect.
—вращающийся трансформатор 2,5ВТ;
-потенциометрический датчик ПТП-11-5;
Основные теоретические сведения о принципах работы вращающихся
трансформаторов и потенциометрических датчиков, а также технические ха-
рактеристики и габаритные размеры используемых в работе датчиков в Прил. 4.
Теоретические данные по оптическому энкодеру представлены Прил.З.
2. Описание лабораторной установки для изучения инкрементального
энкодера, вращающегося трансформатора и потенциометрического датчи-
ка
Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию вращающе-
гося трансформатора и потенциометрического датчика, необходимо ознако-
миться с принципом их действия (Прил. 4) и схемой расположения обмоток и
гнезд по мнемограмме на стенде. Необходимо также изучить назначение эле-
ментов стенда
Субблок «Датчики положения» лабораторного стенда представлен на
рис. 1. Данный блок представляет собой ВТ, оптический энкодер и потенцио-
метрический датчик угла поворота, соединенные ременными передачами. Кро-
ме того, на валу энкодера жестко закреплена ручка с меткой для грубого опре-
деления угла поворота.
Гнезда А, В и ± необходимы для подключения выходов оптического энко-
дера к измерителю PF2.
В левой части функционального блока «Датчики положения» установлены
переключатели магазинов сопротивлений, позволяющие ступенчато изменять
сопротивления нагрузочных резисторов /?нагр1 и /?тап)2.
На панели также расположены гнезда В! и В2. К1 и К2, Ucos и Usin, соеди-
ненные соответственно с концами первичной, компенсационной, косинусной и
синусной обмоток ВТ для сборки схемы эксперимента и подключения вольт-
метра или осциллографа.
Исследуемый потенциометрический датчик включен по схеме делителя
напряжения. На панели расположены гнезда Г/вых, соединенные соответствен-
но с общим выводом и выводом движка потенциометрического датчика для
сборки схемы эксперимента и подключения вольтметра. При этом вольтметр и
нагрузка включаются параллельно нижиему плечу потенциометра.
35
Датчики положения
Рис. 1. Субблок для исследования датчиков углового положения
На положительный и общий выводы потенциометра подано постоянное
напряжение 5 В,
Для питания ВТ в схеме стенда предусмотрен встроенный генератор сину-
соидальных колебаний амплитудой 10 В и частотой 400 Гц. Кроме того, в кон-
струкции стенда предусмотрен переключатель режима питания ВТ: в положе-
нии «Внутр.» ВТ питается от встроенного генератора, в режиме «Внеш.» - от
внешнего источника переменного напряжения. Конструкцией ВТ и лаборатор-
ного стенда предусмотрено первичное и вторичное симметрирование.
3. Проверка работоспособности лабораторной установки
Для проверки работоспособности необходимо:
- подключить стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц;
- включить стенд выключателем SA 1, при этом должен загореться встро-
енный в него индикатор «Питание»;
- включить питание функционального блока «Датчики положения» вы-
ключателем SA5, при этом должен загореться встроенный в него индикатор;
- подключить вольтметр PV1 в режиме измерения переменного напряже-
ния к косинусной Ucos и синусной Usin обмоткам Вращая ротор ВТ, наблюдать
изменение показаний вольтметра в диапазоне 0,01.. .10 В;
- подключить вольтметр PF1 в режиме измерения постоянного напряже-
ния к выходным клеммам потенциометрического датчика Uem. Вращая ротор
датчика, наблюдать изменение показаний вольтметра в диапазоне 0...5 В.
36
4. Экспериментальное определение характеристик оптического энко-
дера, вращающегося трансформатора и потенциометрического датчика
угла поворота
4.1. Снятие и построение передаточной характеристики инкрементального
оптического энкодера.
Для снятия экспериментальной передаточной характеристики энкодера
подключить Входы А, В и ± индикатора PF1 соответственно к выходам
А, В и J_ энкодера. Вращая ручку от 0° до 360°, снять не менее 20 точек через
равные промежутки, как по часовой стрелке, так и против нее, обязательно
включая 0-90-180-360. При этом фиксировать значения угла поворота на ин-
дикаторе в режиме «а. град» и тут же фиксировать число импульсов на том же
индикаторе, переключившись в режим «Имп.».
Данные занести в табл 1.
Таблица 1
а.град___________
N, число импульсов
По итогам эксперимента построить передаточную характеристику N=y(a).
По формуле = Ма определить разрешающую способность оптического эн-
кодера.
4.2. Снятие и построение характеристики холостого хода для синусной об-
мотки.
Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр к
зажимам обмотки Входы Л, В и JL индикатора PF2 подключить соответст-
венно к выходам А, В и ± энкодера. Установить тумблером режим индикации
«а, град». Вращая ручку от 0° до 360°, снять не менее 20 точек через равные
промежутки, как по часовой стрелке, так и против нее, обязательно включая 0-
90-180-360. Отметить положение ручки (ат1П) при котором Uaa минимально. В
дальнейших экспериментах учитывать Да=атап как постоянную погрешность и
определить фактическое значение угла поворота ротора.
Данные занести в табл. 2.
Таблица 2
Измерение а, град
и.,„. в
177/5 в
Расчет а,град
К о.е.
Коэффициент Кт определяется по (2), для максимального значения Usm.
37
Построить зависимость Usjn-j{a). Эта зависимость должна практически не
отличаться от идеальной синусоиды.
4.3. Снятие и построение характеристики холостого хода для косинусной
обмотки.
Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр к
зажимам обмотки Ucm. Дальнейшие действия производятся согласно последо-
вательности, представленной в 4.2 и заносятся в табл. 3. Значение К„, необхо-
димо определить для Е^, и а=0.
Следует убедиться в равенстве коэффициентов К„ для обеих обмоток.
Таблица 3
Измерение а,град
ит. в
и,,в
Расчет а,град
К, о.е.
4.4, Снятие характеристик синусной обмотки при нагрузке.
Для этого подключить нагрузку /2^=1000, 470 Ом к синусной обмотке,
установив соответствующие перемычки. Вольтметр подключается к гнездам
U„a. Вращая ручку, изменять угол а в диапазоне 0*360°,снять значения
при нагрузке. Результаты занести в табл. 4.
Таблица 4
Измерение а,град
В
Rf/, Ом
Расчет ит, в
Д УвыХ‘ В

Значения Л[/вых и Д(7вых% определить по формулам:
С4т=иялА/51па, ^/Ипм=£япмиз 4.2 при а=90°;
Д^ВЫХ- sin —
Д^ВЫХ%= Ю0((7’,in- L4in)/ C/sin гаи-
По данным табл. 4 построить опытную кривую СЛга =^(а), а также расчет-
ные кривые С/яп, 4С/Вых, .Д£/вых%- Для наглядности, аналогично рис. I постро-
ить в диапазоне а=0-90°. На одном графике Uun, ДС'вых, ЛУвых%.
4 5. Снятие характеристик косинусной обмотки при нагрузке.
Для этого подключить нагрузку /?нагр1=1000, 470 Ом к косинусной обмотке,
установив соответствующие перемычки. Вольтметр подключается к гнез-
дам исм.
38
Характеристики снимаются аналогично 4.4, t/co5m«=£c«mix из 4.3 при а=0°.
Результаты занести в табл. 5.
Таблица 5 ____________________________________________________
Измерение а, град
и '„.,В
/?/у, Ом
Расчет V^„ в
А^/вых, В
^ВЫХ*/,, %
4.6 Снятие характеристик ВТ при первичном симметрировании.
Собрать при помощи перемычек схему ВТ с первичным симметрировани-
ем, соединив накоротко гнезда ЯТ и К2.
Вращая ручку в диапазоне а=0-360° снять характеристики U'sllh U'eos~Aa)-
Результаты свести в табл. 6.
Таблица 6________________________
Измерение а, град

tost Ом
Расчет
IU.B
Л1ГВЫУ, в
4.7. Снятие характеристик ВТ при вторичном симметрировании.
Собрать при помощи перемычек схему ВТ с вторичным симметрировани-
ем, установив Rmrf]w,= ЯнаГр2со5=1000,470 Ом.
Вращая ручку в диапазоне а=0т360° снять характеристики U's,„,
Результаты свести в табл. 7.
Таблица 7_________________________________________________
Измерение а, град
U‘m в
U саг? Ом
Расчет и™. В
t/cw, В
bUsbix, В
Убедиться в близости полученных характеристик к синусоидальным, по-
строив U'ws, 4(/вых =Ла).
39
4.8. Снятие и построение характеристики холостого хода потенциометри-
ческого датчика угла поворота.
Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр
PV1 к клеммам потенциометрического датчика С/вых- Вращая ручку от 0° до
360° снять не менее 20 точек через равные промежутки по часовой стрелке и
после этого против нее, обязательно включая 0-90-180-360. Данные занести в
табл. 8.
Таблица 8
По часовой стрелке
Против
часовой стрелки
а, град
t/выхо, В
а, град
t/вЫХО, В
Построить зависимость Т/выхо=Ла)- Эта зависимость должна быть практи-
чески линейная. На одном графике зависимость, полученная при вращении ру-
коятки по часовой стрелке. На другом - против часовой.
4.9. Снятие и построение характеристики потенциометрического датчика
угла поворота под нагрузкой
Для снятия экспериментальной характеристики подключить вольтметр
PV1 к зажимам обмотки t/вых- К этим же клеммам подключить нагрузочное со-
противление ЯнаП)1, величина которого изменяется с помощью галетного пере-
ключателя от 100 до 10000 Ом. Вращая ручку от 0° до 360° снять не менее 20
точек через равные промежутки по часовой стрелке и после этого против нее,
обязательно включая 0-90-180-360. Данные занести в табл. 9.
Таблица 9
470 По часовой стрелке а,град
t/выхо, В
Против часовой стрелки а, град
t/выхо, В
По часовой стрелке а, град
t/выхо, В
Против часовой стрелки а, град
t/выхо, В
10000 По часовой стрелке а,град
t/выхо, В
Против часовой стрелки а, град
t/выхо, В
Построить зависимости С/выхтЛи) на тех же графиках, что и зависимости
//выхода).
40
По построенным экспериментальным характеристикам С/вы№^((х) опреде-
лить абсолютные и относительные погрешности, обусловленные только нели-
нейностью характеристик С/вых^а). соответствующих ЯнаП)1 * оо. при этом за
идеальную характеристику £/вьлп/(а) необходимо принять характеристику, со-
ответствующую Лнагр! * ОС (10000 Ом).
По формулам (13), (17), (28) и (29) рассчитать и построить графики теоре-
тических характеристик преобразования £/Вых=У(а). Эти графики следует по-
строить на тех же графиках, что и экспериментальные. Сравнить теоретические
и экспериментальные характеристики.
Рассчитать значения относительной погрешности б.
5. Требования к отчёту
Отчет должен содержать:
а) цель работы;
б) основные технические характеристики исследуемых датчиков;
в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров
и графиков по каждому из проведенных экспериментов;
г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных
данных с паспортными, выводы.
6. Контрольные вопросы
1. Расскажите о конструктивном устройстве ВТ, о схемах включения об-
моток и принципах действия в синусно-косинусном и линейном режимах рабо-
ты, об областях применения.
2. Перечислите возможные причины погрешности измерений ВТ. Какие
применяются меры для уменьшения погрешности?
3. С какой целью применяется симметрирование ВТ9
4. Каким образом осуществляется первичное (со стороны статора) и вто-
ричное (со стороны ротора) симметрирование ВТ?
5. Как снимаются синусно-косинусные и линейная характеристики ВТ9
Поясните вид этих характеристик.
6. Объясните отличия в виде характеристик в случаях отсутствия и нали-
чия нагрузок на выходных обмотках ВТ.
7. Расскажите о конструктивном устройстве потенциометрического датчи-
ка, о схемах его включения.
8. Как снимаются передаточные характеристики на холостом ходу и под
нагрузкой? Поясните причины их различия.
41
Приложение 1. Бесконтактные конечные выключатели
и индуктивный преобразователь перемещений
Принцип действия емкостного бесконтактного выключателя состоит в сле-
дующем. Чувствительная поверхность выключателя образуется двумя концен-
трически расположенными металлическими электродами. Их поверхности А и
В (рис. П1.1) расположены в цепи обратной связи высокочастотного генерато-
ра, который настроен таким образом, что он не генерирует при отсутствии объ-
екта детектирования. Если объект приближается к чувствительной поверхности
датчика, то он попадает в электрическое поле перед поверхностями электродов
и способствует повышению ёмкости связи между пластинами А и В. При этом
амплитуда генератора начинает возрастать Амплитуда колебаний регистриру-
ется оценочной схемой и преобразуется в логический сигнал включения.
воздействия ключ
Рис. П1.1. Структура емкостного выключателя
Принцип действия индуктивного бесконтактного выключателя также осно-
ван на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в активную
зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного
магнитного материала определённых размеров. При подаче питания на конеч-
ный выключатель в области его чувствительной поверхности образуется изме-
няющееся магнитное поле (рис. П1.2), наводящее во внесённом материале вих-
ревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора.
В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого
изменяется в зависимости от расстояния между датчиком и контролируемым
предметом. Далее триггер преобразует аналоговый сигнал в логический, уста-
навливая уровень переключения и величину гистерезиса.
Электромагнитная Генератор Демодулятор Триггер Усилитель
система
Рис. П1.2. Структура индуктивного выключателя
42
Оптический бесконтактный выключатель - электронное устройство, кото-
рое обнаруживает контролируемый объект, отражающий или прерывающий
оптическое излучение, и имеет полупроводниковый или релейный коммутаци-
онный элемент.
Выключатель, изучаемый в лабораторной работе, относится к D типу. Этот
датчик состоит из излучателя и приёмника, установленных в одном корпусе.
Луч излучателя диффузионно отражается от контролируемого объекта и попа-
дает в приёмник. Выключатель срабатывает при наличии контролируемого
предмета в зоне его действия.
Ультразвуковой конечный выключатель (УЗВ) - прибор для обиаружения
контролируемого объекта звуковыми волнами ультразвукового диапазона. Час-
тота ультразвуковых колебаний лежит в диапазоне от 45 до 400 кГц в зависи-
мости от типа датчика; частота повторения пачек импульсов находится между
10 и 200 Гц. В качестве излучателей и приёмников ультразвуковых колебаний
используют электростатические преобразователи, которые в настоящее время
практически на применяются из-за сложной конструкции и необходимости вы-
сокого рабочего напряжения, и пьезокерамические преобразователи. Пьезоке-
рамическис преобразователи построены из спекаемых пьезоэлектрических кри-
сталлов. Пьезоэлектрические кристаллы имеют свойство изменять размеры
(деформироваться) при воздействии на определённые поверхности кристалла
электрического напряжения. Таким образом, электрическая энергия может быть
преобразована в механическую. И наоборот, когда давление прикладывается к
внешней поверхности кристалла, образ} ется заряд, который может быть преоб-
разован в напряжение.
Существует 3 схемы построения ультразвуковых датчиков:
- с одним преобразователем, в которых пьезокерамическая головка ис-
пользуется как излучатель и как приёмник. Недостатком этой схемы является
относительно большое минимальное расстояние обнаружения- отражённые
сигналы от объектов, расположенных очень близко к датчику, поступают
раньше окончания спада импульса излучателя и по этой причине не могут быть
обработаны;
- с двумя преобразователями в одном корпусе, в которых для передачи и
приёма используются две пьезокерамических головки, расположенные в одном
корпусе. Путем применения двух отдельных преобразователей минимальное
расстояние обнаружения может быть существенно уменьшено по сравнению со
случаем использования единого приёмопередатчика;
-разнесенная схема с двумя преобразователями, в которых для передачи и
приёма используются две пьезокерамических головки, расположенные в разных
корпусах, располагаемых на одной линии. Датчики, построенные по такой схе-
ме, используются в методе прерывания луча (см. далее)
Существует несколько способов построения систем обнаружения объектов
с помощью ультразвука:
1. Непосредственное обнаружение системой с одним или двумя раздель-
ными преобразователями. Контролируется пространство перед датчиком на
предмет наличия объектов, от которых отражается ультразвуковая волна.
43
2. Ретрорефлективный метод. Контролируется пространство между датчи-
ком и стационарным рефлектором. Приёмник улавливает ультразвуковой сиг-
нал, отражённый от рефлектора. При пересечении луча объектом происходит
срабатывание датчика. Метод малоприменим для измерения расстояния до объ-
екта, а служит для его непосредственного обнаружения в зазоре между датчи-
ком и рефлектором.
3. Метод прерывания луча. Два датчика, излучатель и приёмник, устанав-
ливают на одной линии. Ультразвуковая волна должна пройти расстояние меж-
ду излучателем и приёмником только в одном направлении. Датчики, рабо-
тающие по прерыванию луча, иногда называют барьерными. Метод неприме-
ним для измерения расстояния до объекта, а служит для его непосредственного
обнаружения в зазоре между передатчиком и приёмником.
Точность измерения расстояния до объекта для ультразвуковых преобра-
зователей в общем случае колеблется от 3% до 20% и зависит как от качества
датчика, так и от изменений окружающих условий.
Преимущества ультразвуковых датчиков по сравнению с остальными:
- работают в сильно загрязнённой и запылённой среде;
- большие рабочие расстояния (для систем с одним преобразователем
до 15 метров);
- взрывозащищённые варианты исполнения;
- обнаруживают объекты из любого материала (в том числе и уровень
жидкости);
- самый простой и дешёвый бесконтактный способ измерения уровня
жидкости.
Недостатки ультразвуковых датчиков:
широкая диаграмма направленности;
- невысокая точность, особенио при изменении температуры, давления и
состава воздуха;
- чувствительность к случайным препятствиям (например, ступени лест-
ницы в цистерне с жидкостью);
- часто неверная работа от границы сред с пеной на поверхности;
- измерительный луч нельзя увидеть;
- невысокое быстродействие;
сравнительно дороги
Индуктивный преобразователь перемещения ИПП - также электронное
устройство, выходное напряжение которого изменяется с изменением положе-
ния ВЭ относительно торца преобразователя.
Технические характеристики датчиков, используемых в лабораторной ра-
боте, представлены в табл, П1.1 иП1Л
44
Таблица П1.1
Параметр Значение параметра
BE вк OV УЗВ
Напряжение питания, Ъ’раб 10 - 30 В постоянного тока
Собственный ток потребле- ния <25 мА <25 мА <25 мА <25 мА
Выходное сопротивление > 4,7 кОм > 4,7 кОм > 4,7 кОм —
Ток нагрузки, 1РАБ 400 мА 250 мА 250 мА 100 мА
Падение напряжения <2,5 В <1,5 В 1 <2,5 В
Номинальный зазор, SHom 10 мм 8 мм 150 мм 50... 500 мм
Рабочий зазор, SPAE 0...8 мм 0...6.4 мм —
Г истерезис 3-15% 10% —
Допустимая освещённость — — 6000 Люкс -
Частота переключения, fmax Температурный режим <300 Гц -25...+75°С < 300 Гц 25...+75°С < 100 Гц -15...+65°С <40 Гц -2О...+65°С
Защита схемы Нет Нет Есть Есть I
Световая индикация Есть Есть Есть Есть
ТаблицаП1 2
Параметр мчг мчх И11П
Значение параметра
Напряжение питания, Ъ'рлб 10 - 30 В постоянного тока
Собственный ток потребле- ния <25 мА <25 мА <25 мА
Выходное сопротивление > 4.7 кОм > 4.7 кОм > 4,7 кОм
Ток нагрузки, 1РАБ 400 мА 250 мА
Падение напряжения <2,5 В <1,5 В <1.5 В
Номинальный зазор, Shom 10 мм 8 мм 8 мм
Рабочий зазор. SPAE 0...15 мм 0...20 мм 1,2...8 мм
Линейная зона рабочего за- зора - 1,75. .5,75 мм
Нелинейность - - <3%
Г истерезис 20% 10%
Выходные напряжения S = 0 мм 8лин = min — - <1,5 В 2,3 ± 0,3 В
8лин ~ max — — 8.5 ± 0,3 В
SPAB = max > 10 В
Максимальная скорость изменения напряжения на нагрузке 2,5 В/мс
Частота переключения, 1тах < 300 Гц < 300 Гц —
Температурный режим -25...+75°С 25...+75°С -15...+70°С |
Защита схемы Нет Нет Есть
Световая индикация Есть Есть Есть
45
Примечания:
1. Исследуемый емкостной выключатель имеет встроенный потенциометр
для регулировки чувствительности. Для работы производится основная на-
стройка на зазор 0,7...0,8 Shom-
2 Для определения рабочего зазора емкостного выключателя необходимо
воспользоваться табл. П1.3, где приведены поправочные коэффициенты или
табл. П1.4 и рис. П1.3, по которым определяется величина диэлектрической
проницаемости материала и далее по значению ег - величина рабочего зазора.
3. Рабочий зазор индуктивного выключателя зависит от металла, из кото-
рого изготовлен объект воздействия. Для определения SPAb в табл. П1.3 приве-
дены поправочные коэффициенты для некоторых металлов.
Таблица П1.3
ВК Е4-31-Р-8-250-ИНД-ЗВ BE Е5-31-Р-10-400-ИНД-ЗВ
Материал Поправочный коэффициент Материал Поправочный коэффициент
Сталь 40 1.00 Металл, вода 1,0
Чугун 0.93... 1,05 Стекло 0.5
Никель 0,65...0,75 Дерево 0,2...0,7
Нерж, сталь 0,60. .1,00 Масло 0,1
Алюминий 0,30 ..0,50
Латунь 0,35...0.50
Медь 0.25...0,45
Таблица П1.4
Материал Sr Материал ег Материал £г Материал Sr
Бумага 2.3 Мрамор 8 Полиэтилен 2,3 Тальк 1.6
Вода 80 Нефть 2.2 Резина 2.5 Тефлон 2
Воздух 1 Парафин 2,2 Слюда 6 Фарфор 4.4
Гетинакс 4.5 Песок 3,7 Смолы 3,6 Целлулоид 3
Дерево 2...7 Полиамид 5 Спирт этиловый 25,8 Эбонит 4
Компаунд 2,5 ПВХ 2,9 Стекло 5 Электрокартов 4
Для оптического выключателя рабочий зазор определяется с использова-
нием поправочного коэффициента (табл. П1.5)
Все датчики имеют одинаковую схему подключения, которая приведена на
рис. П1.4.
46
Таблица П 1.5
Рис. П1.4. Схема подключения датчиков
Индуктивный преобразователь перемещения ИПП имеет аналоговый вы-
ход. Схема подключения представлена на рис. П1.5а, а каталожная статическая
характеристика преобразователя - на рис. Ш.56.
47
Рис. П1.5. Схема подключения (а)
и статическая характеристика ИПП UA-f(S) (б)
48
Приложение 2. Оптоэлектронные и магнитные преобразователи
линейных перемещений
Оптоэлектронные преобразователи линейных перемещений предназначе-
ны для информационной связи по положению между позиционируемым объек-
том и устройством управления или устройством цифровой индикации.
Рассмотрим растровые линейные оптоэлектронные преобразователи пере-
мещения инкрементального типа. Их принцип действия заключается в исполь-
зовании в качестве меры длины линейной шкалы, являющейся носителем регу-
лярного растра. Возможность нанесения штрихов растров с субмикронной точ-
ностью на материалы с малым коэффициентом линейного расширения, а также
стабильность их геометрического положения позволяют создавать преобразо-
ватели 3-4 классов точности, с шагом до 0,5 мкм. Измерения проводятся по-
средством головки, которая состоит из фотоизлучателей и фотоприёмников
(рис. П2.1).
Рис. П2.1. Лучи проходят сквозь прозрачные участки шкалы (фотоприёмник за-
свечен) и не проходят сквозь непрозрачные (фотоприёмник в темноте)
Измерительная головка состоит из фотоизлучателей и фотоприёмников,
размещённых в ударопрочном корпусе. Измерительная головка передвигается
относительно измерительной линейки с нанесённым на неё рисунком растра.
При относительном перемещении регулярного растра шкалы и измери-
тельной головки происходит модуляция проходящего через растр света, вос-
принимаемая соответствующими фотоприемниками - лучи попеременно засве-
чивают фотоприёмники при перемещении.
Фотоприёмники попеременно освещаемые при перемещении на своём вы-
ходе выдают сигнал, показанный на рис. П2.2.
49
k! I l I l • । Результирующие
П ”1 П 1 П 1 П ' ИМПУПЬСЫ приращения
L—I 1I „ 11 Н Н ! пройденного расстояния
1фотодатчикА
! Фотодатчик В
• Расстояние, Т
1/4 1/2 1/3 1 1/4 1/2 1/3 2
Рис. П2.2. Импульсы А и В на выходах фотодатчиков
и результирующий сигнал приращения пройденного расстояния
Полученный сигнал представляет собой прямоугольные импульсы, сдви-
нутые на 90°. Сдвиг получен конструктивным расположением излучателей -
когда свет от одного проходит к фотоприёмнику, второй закрывает полоса на
растровой шкале, и наоборот. Такой конструктив выбран, чтобы определять
ие только перемещение, но и направление перемещения - прямая последова-
тельность импульсов приходит при перемещении вперёд, обратная - при пере-
мещении назад.
Расшифровка направления перемещения производится - квадратурным эн-
кодером. Его задача, из двух сигналов фотоприёмников получить импульсы
приращения пройденного расстояния и сигнал направления перемещения. На-
правление перемещения можно определить по фазовому соотношению двух ка-
налов. Кроме того, с помощью двухканального энкодера можно добиться четы-
рехкратного улучшения разрешения посредством системы подсчета задних и
передних фронтов каждого канала (А и В).
Современные квадратурные эикодеры, кроме указанных задач, выполняют
цифровое шумоподавление и фильтрацию входных сигналов, счёт абсолютного
положения измерительной головки, обнуление и коррекцию положения при
проходе через специальные оптические метки, формирование информационных
пакетов о текущем положении по различным промышленным интерфейсам.
Рассмотрим линейные инкрементальные преобразователи перемещения
магнитного типа. Устройство считывающей головки показано на рис. П2.3.
Из рис. П2.3 видно, что датчик состоит из металлической леиты с намаг-
ниченными участками, и расположенными напротив неё двумя датчиками Хол-
ла. Датчики Холла чувствительны к напряжённости и направлению магнитного
поля. Датчики Холла изменяют своё состояние при изменении магнитного поля
на противоположно направленное при движении измерительной головки вдоль
ленты.
Сигналы на выходах каналов А и В сдвинуты на 90°, что позволяет как и в
оптических датчиках получать значение не только положения но н направления
движения. Сигналы с каналов А и В подают на соответствующие входы квадра-
турного энкодера для получения количества пройденных шагов и значений аб-
солютных координат считывающей головки.
50
Рис. П2.3. Устройство линейного магнитного датчика перемещения
Промышленные датчики магнитного типа могут быть повышенной точно-
сти до 1мкм, а магнитные ленты изготавливают протяжённостью до 200метров,
на них нанесены корректирующие магнитные метки и метка нулевого положе-
ния.
К достоинствам магнитных линейных датчиков необходимо отнести ус-
тойчивость к химическим загрязнениям, жидкостям и пыли в рабочем зазоре, а
также нечувствительность к вибрации.
Кратко рассмотрим линейные оптоэлектронные и магнитные преобразова-
тели перемещения абсолютного типа.
Абсолютный линейный преобразователь перемещения относится к типу,
который генерирует уникальный код для каждой позиции измерительной го-
ловки. В отличие от инкрементного преобразователя, счетчик импульсов не
нужен, т.к. координата всегда известна. Абсолютный преобразователь переме-
щения формирует сигнал, как во время движения, так и в режиме покоя. Опти-
ческая линейка абсолютного преобразователя перемещения отличается от ли-
нейки пошагового (инкрементального) преобразователя перемещения, так как
имеет несколько дорожек. Каждой дорожкой формируется уникальный двоич-
ный код для конкретной позиции измерительной головки (рис. П2 4).
Уникальный код с 4х фотоприемников
Рис. П2.4. Четырёхразрядный абсолютный преобразователь перемещения
- коды фотоприёмников измерительной головки
51
Абсолютный линейный преобразователь не теряет своего значения при по-
тере питания и не требует возвращения в начальную позицию. Сигнал абсо-
лютного линейного преобразователя не подвержен помехам н для него не тре-
буется точная установка измерительной головки. Кроме того, даже если коди-
рованный сигнал не может быть прочитан фотоприёмниками или датчиками
Холла, например, измерительная головка перемещается слишком быстро, пра-
вильное положение будет зарегистрировано, когда скорость перемещения
уменьшится. Конструкция устойчива к вибрации и помехам
В абсолютных преобразователях чаще всего используют вместо последо-
вательного двоичного кода, код Грея. Код Грея - двоичная система нумерова-
ния. в которой два соседних значения различаются только в одном двоичном
разряде. Использование кодов Грея имеет преимущество прежде всего в том,
что минимизирует эффект ошибок при преобразовании аналоговых сигналов в
цифровые.
Из таблицы П1 видно, что при переходе от одного числа к другому (сосед-
нему) лишь один бит информации меняет свое состояние, если число представ-
лено кодом Грея, в то время, как в двоичном коде могут поменять свое состоя-
ние несколько бит одновременно. Таким образом, Грей-код является так назы-
ваемым одношаговым кодом, т.к. при переходе от одного числа к другому все-
гда меняется лишь какой-то один бит.
Таблица П2.1.
Десятичный код Двоичный код Код Грея
23 22 2' 2°
0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1
2 0 0 1 0 0 0 11
3 0 0 1 1 0 0 10
4 0 1 0 0 0 110
5 0 1 0 1 0 111
6 0 1 1 0 0 10 1
7 0 1 1 1 0 10 0
8 1 0 0 0 110 0
9 1 0 0 1 110 1
10 1 0 1 0 1111
И 1 0 1 1 1110
12 1 1 0 0 10 10
13 1 1 0 1 10 11
14 1 1 1 0 10 0 1
15 1 1 1 1 10 0 0
Погрешность при считывании информации с механической растровой ли-
нейки при переходе от одного числа к другому приведет лишь к тому, что пере-
ход от одного положения к другому будет лишь несколько смещен по времени.
52
Выдача совершенно неверного значения положения при переходе от одного по-
ложения к другому исключается.
В табл. П2.1 биты, меняющие свое состояние, при переходе от одного чис-
ла к другому, выделены жирно.
Алгоритм построения кода Грея может быть формально представлен как
результат сложения по модулю два исходной комбинации двоичного кода с та-
кой же комбинацией, но сдвинутой на один разряд вправо. При этом крайний
правый разряд сдвинутой комбинации отбрасывается.
В лабораторной работе подробно рассматриваются оптический и магнит-
ный датчик линейного перемещения инкрементального типа, как сочетающий
простоту и высокую точность при малых габаритах
53
Приложение 3. Датчики частоты вращения
Т ахогенераторы
Тахогенераторами называются электрические машины небольшой мощно-
сти, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал.
Главное требование, предъявляемое к тахогенераторам, заключается в ли-
нейности выходной характеристики - пропорциональной зависимости между
выходным напряжением U и угловой скоростью вращения и:
U - kn = *'£.
где: к, к'- коэффициенты пропорциональности; <р - угол поворота.
Из уравнения видно, что тахогенераторы можно использовать для измере-
ния скорости вращения и для электромеханического дифференцирования, если
за входной сигнал принять угол поворота ротора.
По роду тока тахогенераторы можно разделить на ТГ переменного и ТГ
постоянного тока.
Тахогенераторы постоянного тока по конструкции и принципу действия
представляют собой электрическую машину постоянного тока всегда с незави-
симым возбуждением, чаше всего магнитоэлектрические с возбуждением ос-
новного магнитного поля с помощью постоянных магнитов (рис. П3.16), реже -
с электромагнитным возбуждением, обусловленным МДС обмотки возбужде-
ния, питаемой от независимого источника электрической энергии постоянного
напряжения (рис. ПЗ. 1а).
Рис, П3.1. Тахогенератор постоянного тока
На рис. П3.2 представлены выходные характеристики тахогенератора по-
стоянного тока. Их анализ позволяет сделать следующие выводы:
1) характеристики начинаются не из нуля - появляется зона нечувстви-
тельности, в пределах которой выходное напряжение равно нулю;
2) характеристики нелинейные с различной крутизной: чем меньше сопро-
тивление нагрузки, тем меньше крутизна.
54
Рис. П3.2. Выходные характеристики тахогенератора постоянного тока
При использовании тахогенераторов необходимо учитывать следующие
погрешности
1. Зона нечувствительности обуславливается падением напряжения в пе-
реходном контакте между щеткой и коллектором. Для ее уменьшения приме-
няют щетки с малым переходным сопротивлением (медно-графитовые или се-
ребряно-графитовые), а в прецизионных тахогенераторах используют прово-
лочные щетки с серебряным, золотым и даже платиновым покрытием.
2. Влияние реакции якоря проявляется в нелинейности выходной характе-
ристики. С целью ее ослабления магнитную цепь тахогенератора выполняют
либо слабо, либо сильно насыщенной И в том и в другом случае рабочая точка
лежит на линейной части характеристики, где размагничивающее действие по-
перечной реакции якоря сказывается незначительно.
3. Температурная погрешность связана с изменением сопротивления об-
мотки якоря и особенно обмотки возбуждения, если последняя имеется. (При
увеличении температуры меди на 50°С ее сопротивление увеличивается
на 20%). При увеличении сопротивления обмотки возбуждения уменьшается
ток, магнитный поток и выходное напряжение тахогенератора. Температурную
погрешность можно уменьшить различными путями. Например, включением
последовательно с обмоткой возбуждения терморезистора, стабилизирующего
сопротивление всей цепи. Достаточно эффективный способ - сильное насыще-
ние магнитной цепи. В этом случае даже значительные колебания тока возбуж-
дения весьма слабо отражаются на колебаниях магнитного потока возбуждения.
В тахогенераторах с постоянными магнитами подобной проблемы практи-
чески не существует, а изменение сопротивления обмотки якоря приводит к
очень небольшим погрешностям.
4. Асимметрия выходного напряжения в тахогенераторах возникает из-за
смещения щеток с геометрической нейтрали (при сдвиге щеток с нейтрали,
возникает продольная реакция якоря, которая носит намагничивающий харак-
тер при одном направлении вращения (рис. ПЗ.За) и размагничивающий при
другом (рис. ПЗ.Зб)). Для устранения этой погрешности надо очень точно уста-
навливать и надежно закреплять щеточный узел, не допускать люфтов в щетко-
держателях.
55
Рис. ПЗ.З. Причины асимметрии выходного напряжения
5. Пульсация выходного напряжения является специфической погрешно-
стью тахогенератора постоянного тока. Различают зубцовые, якорные и кол-
лекторные пульсации.
Зубцовые пульсации обуславливаются зубчатым строением якоря, что при-
водит к периодическому изменению проводимости воздушного зазора. С целью
устранения зубцовых пульсаций выполняют скос пазов, выбирают такую ши-
рину полюсного наконечника, в пределах которой укладывается целое число
зубцовых делений (рис. П3.4) Иногда применяют магнитные клинья.
Рис. П3.4. Зубцовые пульсации тахогенераторов постоянного тока
Якорные пульсации обуславливаются неравномерным воздушным зазором,
неодинаковой магнитной проводимостью вдоль и поперек проката. Для ослаб-
ления этой причины выполняют относительно большой зазор, по высокому
классу точности обрабатывают посадочные поверхности, применяют высокока-
чественные подшипники, выполняют веерообразную шихтовку сердечника
якоря.
Коллекторные пульсации возникают из-за конечного числа коллекторных
пластин, неплотного прилегания щеток, вибраций щеточного узла. Для их уст-
ранения выполняют максимально возможное число коллекторных пластин,
тщательно подбирают ширину щеток, улучшают качество изготовления щетко-
держателей, коллектора и т.д.
В табл. П3.1 представлены технические характеристики изучаемого тахо-
генератора, а на рис. П3.5 представлены его конструктивные размеры.
Рис. ПЗ .5. Габаритные размеры тахогенератора 1111-1
56
Таблица П3.1
Характеристика I Значение I
Масса тахогенератора, кг_______________________________J о, 15
Максимальная скорость вращения, об/мин___________________i 7000___
Коэффициент трансформации Сс/, В/(об/мин)_______________ ' 0,006
Нелинейность изменения выходного напряжения, %___________| 0,8
Асимметрия выходпо) о напряжения Ат, %_________________I 1
Номинальное сопротивление RH, кОм_____ | 3 |
Температурный коэффициент выходного напряжения 8U/T, %/°С I 0,1 П
МоменГтрогания, Н-м | 2-10~5
Инкрементальный оптический энкодер
Принцип работы оптического энкодера основан на пересечении луча опто-
пары (светодиоды и фо то транзисторы) с размеченным диском, установленным
на валу (рис. П3.6).
Светодиодные Фототранзисторные
Рис. П3.6. Принцип действия оптического энкодера
В зависимости от частоты разметки диска определяется разрешающая спо-
собность датчика и, как следствие, точность измерения перемещения. Сущест-
вует несколько разновидностей энкодеров, наиболее используемые из которых
инкрементальный (импульсный), где происходит последовательный счет меток
перемещения и абсолютный, когда для каждого положения вала существует
индивидуальный бинарный код.
Абсолютный энкодер относится к типу энкодеров. который выполняет
уникальный код для каждой позиции вала. Счетчик импульсов в таком энкоде-
ре не нужен, т.к. угол поворота всегда известен. Абсолютный энкодер форми-
рует сигнал, как во время вращения, так и в режиме покоя. Диск абсолютного
энкодера отличается от диска пошагового энкодера, так как имеет несколько
концентрических дорожек (рис. П3.7). Каждой дорожкой формируется уни-
кальный двоичный код для конкретной позиции вала.
Абсолютный энкодер не теряет своего значения при потере питания и не
требует возвращения в начальную позицию. Сигнал абсолютного энкодера не
подвержен помехам, и для него не требуется точная установка вала. Кроме то-
57
го, даже если кодированный сигнал не может быть прочитан энкодером, если,
иапример, вал вращается слишком быстро, правильный угол вращения будет
зарегистрироваи, когда скорость вращения уменьшится. Абсолютный энкодер
устойчив к вибрациям.
Рис. П3.7. Кодовый диск абсолютного энкодера
Инкрементальные оптические энкодеры используются в тех случаях, когда
сохранение абсолютного углового положения вала при выключении питания ие
требуется. Например, для контроля скорости вращения или для точного пози-
ционирования объекта.
Инкрементальный оптический энкодер, как правило, состоит из пяти ком-
понентов; источника света, пошагового диска, маски, фотодетекторной сборки,
и сигнального процессора. Внутри энкодера жестко с валом закреплен прозрач-
ный диск с темными рисками. Количество рисок определяет количество им-
пульсов за поворот. К примеру, если надиске нанесено 1000 отметок, тогда по-
сле 250 импульсов вал должен повернуться на 90 градусов. Источник света и
фотоприемник расположены по разные стороны от диска. Количество света,
приходящего на фотоприемник, меняется в зависимости от положения рисок.
Электронная плата преобразует сигнал с фотоприемника в дискретный выход-
ной сигнал. Количество импульсов сигнала на один оборот вала в самом про-
стом случае совпадает с количеством рисок на диске. Для повышения точности
инкрементальных энкодеров используют метод экстраполяции.
Кодовые диски инкрементальных энкодеров содержат фиксированное чис-
ло непрозрачных линий, расположенных на равном друг от друга расстоянии,
число которых соответствует числу импульсов на оборот. Энкодер с заданным
разрешением имеет свой уникальный кодовый диск, который не может быть
использован для производства энкодера с другим разрешением. Положение ли-
ний и расстояние между ними на диске требует высокой степени точности. Фи-
зические факторы определяют максимальное число линий, которые можно на-
нести на кодовый диск определенного размера.
Одноканальный (однооборотный, канал А) энкодер. или тахометр, исполь-
зуется в оборудовании, которое имеет только одно направление вращения и
нуждается в простой информации о его скорости. Скорость можно рассчитать.
58
оперируя одним из показателей: временной интервал между импульсами или
число импульсов за определенный интервал времени.
Квадратурные энкодеры имеют два канала, А и В, которые электрически
сдвинуты по фазе на 90 градусов. Таким образом, направление вращения мож-
но определить по фазовому соотношению двух каналов. Кроме того, с помо-
щью двухканального энкодера можно добиться четырехкратного улучшения
разрешения посредством внешней системы подсчета задних и передних фрон-
тов каждого канала (А н В). Например, энкодер, производящий 2 500 импуль-
сов на оборот, может генерировать 10 000 отсчетов.
Рис. П3.8. Выходные сигналы инкрементальногоэнкодера
Дифференциальный выход. Корректная информация о положении объекта
зависит от хорошей системы шумоподавления (внешний электрический шум
может стать причиной ошибочных сигналов энкодера). Энкодер с комплимен-
тарными выходами и схемой управления на операционных усилителях может
минимизировать влияние внешнего шума. Когда сигнал канала А находится в
высоком состоянии, его комплиментарный канал А переключается в низкое со-
стояние. Электрический шум будет влиять на оба канала одинаково, поэтому
легко вычищается дифференциальными операционными усилителями.
Нулевой импульс. Нулевой или маркерный импульс - это квадратный сиг-
нал. который передается раз на оборот. Он используется как опорный сигнал
для определения механического положения, особенно в процессе обслуживания
оборудования или его запуска после выключения питания.
Полоса пропускания. Разрешение энкодера и скорость вращения вала опре-
деляют частоту выходного сигнала.
Технические данные рассматриваемого энкодера представлены в
табл. П3.4, а внешний вид и габаритные размеры энкодера на рис. П3.9
Таблица ПЗ .4___________________________________________________
___________Характеристика I Значение I
Напряжение питания, В________ 5 |
Тип выхода__________ * Квадратурный + Z-импульс |
Максимальная частота, кГц__________] 200 ____i
_Тип выхода/тип логического сигнала | Линейный драйвер/положительный
59
Рис. П3.9. Внешний вид и габаритные размеры
инкрементального оптического энкодера TRD-S
60
Приложение 4. Датчики углового положения
Вращающиеся трансформаторы
Вращающиеся трансформаторы - это индукционные электрические ма-
шины, предназначенные для преобразования механического перемещения (угла
поворота ротора) в электрический сигнал - выходное напряжение, амплитуда
которого находится в определенной функциональной зависимости от угла по-
ворота ротора.
В настоящее время наибольшее распространение получили двухполюсные
вращающиеся трансформаторы, изготовленные аналогично двухфазным асин-
хронным двигателям с фазным ротором и контактными кольцами. Пакеты ста-
ли статоров и роторов таких вращающихся трансформаторов (ВТ) изготовляют
из тщательно изолированных листов электротехнической стали, изготовленных
с высокой точностью. В пазах статора и ротора располагаются двухфазные об-
мотки. сдвинутые на 90 эл. град, друг от друга (рис. П4.1а, б).
Обычно обе обмотки статора, 5 и К, имеют одинаковое число витков
(и’^и'а) и одинаковые сопротивления. Обмотки ротора А и В также выполня-
ются одинаковыми (wA=wB, rA=rB, хА=хв).
Рис. П4 1. Устройство вращающегося трансформатора:
а - конструкция, б - расположение обмоток
У большинства вращающихся трансформаторов концы обмотки ротора
присоединяются к контактным кольцам, по которым скользят щетки. Кольца и
щетки обычно изготовляются из сплавов серебра. В некоторых ВТ, предназна-
ченных для работы с ограниченным углом поворота ротора, кольца и щетки за-
меняются спиральными пружинами из латуни (аналогично токосъему в измери-
тельных приборах). В ряде случаев бесконтактные ВТ изготавливаются с коль-
цевыми трансформаторами (по типу сельсинов).
61
Взаимная индуктивность между первичными обмотками (статора) ВТ и
вторичными обмотками (ротора) изменяются строго по синусоидальному или
косинусоидальному закону угла поворота а, что при выполнении некоторых
условий обеспечивает такой же закон изменения амплитуды ЭДС.
В зависимости от того, какой функцией угла поворота ротора является вы-
ходное напряжение U, ВТ можно разделить на:
- синусно-косинусные ВТ, у которых выходное напряжение одной обмот-
ки пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой обмотки - косинусу
угла поворота ротора (СКВТ);
- линейные ВТ, у которых выходное напряжение пропорционально углу
поворота ротора (ЛВТ); получение линейной в определенном угловом диапазо-
не выходной характеристики сводится к аппроксимации прямой линии функци-
ей типа f(©)=sin0/(l+C*cos0), где С - постоянный ко эффициент;
- масштабные ВТ, у которых выходное напряжение пропорционально
входному, и коэффициент пропорциональности (масштаб) определяется углом
поворота ротора;
- датчики и приемники трансформаторных дистанционных передач угла
(ВТДП), выполняющие функции, аналогичные трансформаторным сельсинам;
- преобразователи координат, осуществляющие поворот осей декартовой
системы координат или переход к полярной системе координат (построители);
- индукционные фазовращатели, осуществляющие преобразование про-
странственного угла во временной.
Последние четыре функции могут быть реализованы с помощью четы-
рехобмоточных ВТ, имеющих по две обмотки на статоре и роторе. Один и тот
же ВТ практически может выполнить различные функции в зависимости от
схемы соединения обмоток.
Синусный вращающийся трансформатор (рис. П4.2) может работать
при наличии всего двух обмоток: обмотки статора 5, подключенной к сети пе-
ременного тока (обмо гка возбуждения) и обмотки ротора Л, являющейся вто-
ричной выходной обмоткой (рис. П4.2а).
При холостом ходе, когда %ан 00 и Ia=[h=Q, вследствие того, что вза-
имная индуктивность между обмотками статора и ротора изменяется по сину-
соидальному закону от угла поворота ротора а, ЭДС ЕА выходной обмотки, на-
водимая потоком первичной обмотки Фу, будет синусоидальной функцией угла
а:
£xo=^»sina (П4.1)
где Ел„ — максимальная ЭДС обмотки А, наводимая в ней в случае совпадения
осей обмоток А и 5 (а=90°).
Максимальную ЭДС ЕАт можно выразить через ЭДС Eg, наводимую пото-
ком Фу в первичной обмотке статора 5' и отношение эффективных чисел витков
wy и wA. Эффективные числа витков, по сравнению с истинными, равны соот-
ветственно:
62
M's=WSio65. И'л=И'и*«вЯ>
где wS’wa> o6S ’ k&A . истинные числа витков обмоток S и А и обмоточ-
ные коэффициенты.
d
Рис. П4.2. Синусный вращающийся трансформатор: а - схема включения,
б - эквивалентная схема, в - векторная диаграмма
63
(П42)
Как и в обычном трансформаторе:
Г -№Л г . и< _Еа" -К
±1е,-------------—-----— Л/п
лт о 7 т т г1
ws Us hs
причем wA/ws - максимальный коэффициент трансформации,
С учетом (П4.2) выражение ЭДС (П4.1) при холостом ходе имеет вид:
_ Ft- г и ч *(«) = —
EM=Esk.sma = Esk(a). Es (П4.3)
На основании уравнения (1) можно число витков обмотки wA рассматри-
вать как геометрическую сумму «продольных витков» w^sina, ось которых сов-
падает с осью обмотки S. и «поперечных витков», ось которых совпадает с
осью обмотки к, что позволяет заменить схему рис. 2а на эквивалентную - рис.
II4.7.26.
Если не учитывать падения напряжения на обмотке возбуждения S'
Ем » Usk„sma = Usk(a) (П4.4)
где AtaHwu/w^sina.
При нагрузке, когда % ля * 00, по вторичной обмотке протекает ток 1А, ве-
личина определяется величиной ЭДС обмотки А, а также суммой собственного
сопротивления обмотки А и сопротивления нагрузки ZAH’.
1Л =----—-----
(П4.5)
Ток 1А создает поток Фл, направленный по оси обмотки А (рис. П4.7.2в),
который можно разложить на два потока: поток ФЛА образованный током /л,
протекающим по «продольным виткам» и направленный по продольной оси, и
поток ФЛ(/, образованным током 1А, протекающим по «поперечным виткам» и
направленный по поперечной оси:
Ф^ФяЗЩа, ФЛч=ФлСоза.
Продольный поток Фа/ вторичной обмотки, как в обычном трансформато-
ре, компенсируется возрастающим током первичной обмотки /5. Суммарный по-
ток по продольной оси как при холостом ходе, так и при нагрузке остается
практически постоянным (Ф</«Фда=соп51). Этот поток наводит в обмотке А
(«продольных витках») ЭДС самоиндукции ЕАМ, приблизительно равную ЭДС
холостого хода:
Ем, = Ем = £st.sina = Esk(a) (П4.6)
Поперечный поток ФА<1 в ВТ с двумя обмотками ничем не компенсируется,
он является потоком самоиндукции для «поперечных витков» и наводит в них
ЭДС самоиндукции ЕЛа, значение которой можно определить следующим обра-
зом:
64
Ел, = = -y7^<ow^cos:aA„ =
Ел 2 2. . ®И'^Л„ „ , ,
= ~J^~ , у—mivycos аЛ„ = -]-—~^-EAeos'a = аЕ Acos а
£л+£ли ZA + Z,K
(П4.7)
д_ Л^А,,
где L<+Z.ah (П4.8)
стендный коэффициент, зависящий от параметров ВТ и частоты сети, 1А —
ток, определяемый по (П4.5), - магнитная проводимость, которая при рав-
номерном воздушном зазоре не зависит угла поворота а.
Таким образом, ЭДС Ел Обмотки А может быть определена как сумма
ЭДС взаимоиндукции Елм и ЭДС самоиндукции —:
Ел = Еам +Ел<1 = E4kmsma-qExcos2a
следовательно:
£х
— l+qcos2a (П4.9).
Согласно (П4.9), ЭДС Еа обмотки А при нагрузке не является синусои-
дальной функцией угла поворота а, что связано с наличием поперечного потока
На рис. П4.3 представлены ЭДС Ело при холостом ходе, ЭДС Ел при на-
грузке и ДЕл - погрешность, вносимая поперечным Фх<7 как функции угла пово-
рота ротора. Величина погрешности ДЕл зависит от значения поэтому в ре-
альных ВТ он значительно ниже, чем на рис. П4.3, где в=1.
Из-за наличия погрешности такие ВТ применяются лишь в тех случаях, ко-
гда режим их работы близок к холостому ходу. Чаще всего применяются СКВТ,
Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы имеют четыре
обмотки (рис. П4.4а) и Es — “Ze. При подключении обмотки S ста-
тора к сети переменного тока, ее магнитный поток, сцепляясь с витками обмо-
ток А и В ротора, наводит в них ЭДС. Так как обмотка В сдвинута в простран-
стве на 90 эл. град, относительно обмотки А , то ЭДС обмотки В изменяется по
закону cosa. По аналогии с (П4.2, П4.3) ЭДС обмотки В равна при холостом
ходе:
Ево = Es ~ cos a = Eskm cos a
(П4.10)
а ток, как и (П4.5) равен:
Ze +Z.BH (П4 11)
65
Этот ток создает магнитный поток Ф$, направленный по оси обмотки В.
Этот поток, как и ранее, можно разложить на продольную Фм и поперечную
Фд? составляющие (рис. П4.46):
Фм=Фвсо5а, ФДд=Фй8та.
Рис. П4.3. Зависимости ЭДС обмотки А при холостом ходе ЭДС при на-
грузке £< и погрешности от угла поворота ротора а
Рис. П4.4. Схема включения синусно-косинусного вращающегося трансфор-
матора (а) и векторная диаграмма его магнитных потоков (б)
66
По аналогии с (П4.7-9):
EBq = -bEBsm2a. Ев = Ев„ + EBq; Ев = Eskmcosa - ££esinza.
Е _ j?Acosa
l+tein2a (П4.12)
Как следует из (П4.12), ЭДС Ев, как и ЭДС Ел, не является гармонической
функцией угла а. Отклонение от этой функции в обеих обмотках объясняется
наличием потока Ф.<9.
Из диаграммы (рис. П4.46) видно, что поперечные потоки Фл? и фй? на-
правлены встречно Это значит, что при наличии двух обмоток суммарный по-
перечный поток —в “ —+ будет меньше, чем при наличии одной об-
мотки. Выполняя определенные условия (Фа — ~Фа9) можно устранить вы-
званную этими потоками погрешность.
Симметрирование синусно-косинусных вращающихся трансформато-
ров (СКВТ) - это подбор сопротивления цепей статорных или роторных обмо-
ток, при котором амплитуды ЭДС выходных обмоток изменяются строго по
гармоническому закону от угла поворота а. Цель любого симметрирования -
компенсация поперечного потока Ф9, вносящего погрешность в выходную ха-
рактеристику. Симметрирование СКВТ осуществляется либо со стороны ротора
- вторичное симметрирование, либо со стороны статора - первичное симмет-
рирование.
Вторичное симметрирование состоит в подборе цепей роторных обмоток,
при которых Ф9=0. Для этого необходимо, чтобы нулю была равна сумма МДС,
создаваемых «поперечными витками обмоток», т.е. чтобы —лч + ЕВч =0; или
Е-дч - EBq
Согласно рис. П4.4 имеем:
La^aco^ = LBwBsina
или, выражая токи через ЭДС и сопротивления, получим:
Ел Ев
—----— - w .со set =-----w sin a
zA+zAH zB+zBH
ff^sinacosa f^sinacosa
—ZB+ZBH ; (П4.13)
так как wa ~~ wa. Из (П4.13) следует, что условием вторичного симметри-
рования является равенство полных сопротивлений цепей обмоток ротора:
Z-л + £ля —Z_b + ZBH (П4.14)
67
Так как обычно 2л = 2в, то для осуществления вторичного симметриро-
вания необходимо, чтобы сопротивление нагрузки обмотки А было равно со-
противлению обмотки В:
ZAm=ZBm (П4.15)
Особенностью вторичного симметрирования является то, что входное со-
7 I
противление ~.вх и потребляемый из сети ток 7 при постоянном на-
пряжении US не зависит от угла поворота и ранен соответственно:
т Eskl Usk2m Us
[ - —— a-----------£-2---= —L = const
2й + Z_KH ZlR + 2яя 2вх
(П4.16),
*7 —R —RH 7 7 7
где Авх ~ ,2 - входное сопротивление ВТ,
Z.RH - Z.AH = Z.BH
Однако при вторичном симметрировании выходное сопротивление зависит
от угла поворота, что ограничивает применение СКВТ со вторичным симмет-
рированием.
Наличие вторичного симметрирования проверяется либо с помощью ам-
перметра, включенного в цепь обмотки 5, либо с помощью вольтметра, вклю-
ченного на зажимы обмотки К статора.
Метод амперметра основан иа том, что входное сопротивление ZM при
вторичном симметрировании не зависит от а. Это значит, что при повороте ро-
тора ток (в пределах погрешности) не изменяется.
Метод вольтметра основан на том, что при вторичном симметрировании
отсутствует поперечный поток, то есть ЭДС квадратурной обмотки, а, следова-
тельно, и показания вольтметра, при этом равны нулю (в пределах погрешно-
сти).
Первичное симметрирование СКВТ сводится к включению в цепь квадра-
турной обмотки К определенного сопротивления Zkh. Условием первичного
симметрирования является равенство полных сопротивлений цепей обмоток
статора S и К.
2ист + 2л + 2в = 2к + 2/у/,
где /ют, Zл, Zkh - соответственно сопротивления источника питания, линии пе-
редачи и сопротивления, сопротивление, подключаемое к обмотке К.
Обычно сопротивление линии весьма мало (Z.i»0), собственные сопротив-
ления обмоток S и К равны, поэтому условием первичного симметрирования
является равенство: Zkct=Zkh.
В этом случае, если СКВТ питается от источника большой мощности, со-
противление которого равно ZBCT=0, то и Zkh=0, то есть для осуществления пер-
вичного симметрирования необходимо замкнуть накоротко квадратурную об-
мотку.
68
При первичном симметрировании выходное сопротивление не зависит от
угла поворота ротора (Z^^onst). Однако входное сопротивление зависит от
угла поворота а.
На практике, там, где это возможно, применяют и первичное, и вторичное
симметрирование,
Основным требованиям, предъявляемым к ВТ, является точность воспро-
изведения тех или иных функциональных зависимостей. ВТ, как и любые дру-
гие информационные машины, имеют погрешности, которые в зависимости от
физической природы делятся на четыре группы;
1) принципиальные погрешности ВТ - это отклонение выходных ха-
рактеристик от синусоидальной и косинусоидальной вследствие неточности
симметрирования; у линейных - отклонение выходной характеристики от ли-
нейной вследствие неточности аппроксимации;
2) конструктивные погрешности вызываются в основном несинусои-
дальностью распределения МДС обмоток вдоль окружности машины, измене-
нием магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие наличия пазов
на поверхности статора и ротора, нелинейностью кривой намагничивания и яв-
лением гистерезиса. Уменьшение этих погрешностей достигается путем приме-
нения специальных «синусных» схем обмоток, за счет скоса пазов статора и ро-
тора, выполнения магнитопровода ВТ ненасыщенным из пермаллоя с узкой
петлей намагничивания;
3) основными источниками технологических погрешностей являются
эксцентриситет расточек статора и ротора, асимметрия магнитопровода, неточ-
ность расположения и скоса пазов, наличие короткозамкнутых витков в обмот-
ках и листов в магнитопроводе, ошибки при выполнении обмотки. Для умень-
шения этих погрешностей устанавливаются жесткие технологические допуски.
Влияние технологических погрешностей можно представить как появление не-
которой добавочной ЭДС ЕЦОб в выходных обмотках. ЭДС Едоб имеет в общем
случае две составляющие: ЭДС (напряжение) ошибки Еош, совпадающую по
фазе с выходной ЭДС, и остаточную ЭДС Еост, сдвинутую по фазе на 90°. При
этом в расчетных точках с нулевым выходным напряжением (нулевых положе-
ниях) ЭДС сгановится отличной от нуля. ЭДС ошибки Еош может быть ском-
пенсирована основной выходной ЭДС путем дополнительного поворота ротора
на угол, при котором Евь1х= -Еош, т.е. обуславливает асимметрию нулевых поло-
жений. Остаточная ЭДС Е0С1 не компенсируется дополнительным поворотом
ротора. Поэтому во вращающихся трансформаторах выходное напряжение не
обращается в нуль в пределах оборота, а лишь приобретает некоторое мини-
мальное значение. Остаточная ЭДС приводит к изменению фазы выходной
ЭДС при изменении угла поворота ротора. Технологические погрешности при-
водят также к тому, что поток возбуждения наводит ЭДС в квадратурной об-
мотке ВТ;
4) к эксплуатационным погрешностям относятся, например, темпера-
турная погрешность, связанная с изменением активных сопротивлений обмоток
при изменении температуры. Колебание частоты напряжения питания вызывает
изменение индуктивных сопротивлений.
69
Класс точности вращающихся трансформаторов устанавливается для нор-
мальных условий эксплуатации. При определении класса точности учитывают-
ся следующие показатели:
1) погрешность отображения функциональной зависимости, опреде-
ляемая по отношению к наибольшей выходной ЭДС; у СКВТ различных клас-
сов погрешность допускается от 0.005 до 0,2 %, у ЛВТ - от 0,02 до 0,2 %.
2) асимметрия нулевых положений ротора ВТ, под которой понимает-
ся отклонение действительных нулевых положений ротора от теоретических 0°,
90°, 180° и 270°; у СКВТ различных классов асимметрия допускается от 10” до
6’ 40”;
3) ЭДС квадратурной обмотки, определяемая по отношению к напря-
жению возбуждения; у СКВТ различных классов допускается от 0,04 до 1,2%;
4) остаточная ЭДС, определяемая по отношению к наибольшей выход-
ной ЭДС; у СКВТ различных классов допускается от 0,03 до 0,1 %, у ЛВТ - от
0,02 до 0,3 %;
5) разность коэффициентов трансформации выходных обмоток, оп-
ределяемая по отношению к наибольшему из этих коэффициентов; у СКВТ
различных классов допускается от 0,005 до 0,2 %.
Класс точности устанавливается по наихудшему из параметров.
Конструктивное исполнение и технические характеристики изучаемо-
го вращающегося трансформатора.
В лабораторном стенде для изучения применяется отечественный вра-
щающийся трансформатор типа 2.5ВТ. Основные технические характеристики
данного типа ВТ представлены в табл. П4.1, а габаритные и установочные раз-
меры-на рис. П4.5.
Таблица П4.1
Характеристика Показатель
Тип 2,5 ВТ ЛШЗ 010.399
Назначение СКВТ
Погрешность следования трансформаторной дистанци-
онной передачи, угл. мин.
гт | Номинальное 27
Напряжение „ _ „ 1 Рабочий диапазон 0-27
Номинальная частота напряжения возбуждения. Гц 400 - J
Zqi, Ом 1600
Диапазон рабочих частот напряжения возбуждения, Гц 380 - 1050
Частота вращения вала, об/мин 5-20
70
Рис. П4.5. Габаритные и установочные размеры 2,5 ВТ
Потенциометрические датчики предназначены для преобразования ме-
ханического перемещения в электрический сигнал. Основной частью датчика
является реостат, сопротивление которого изменяется при перемещении движ-
ка, скользящего по проволоке (схема включения потенциометрического датчи-
ка показана на рис. П4.6> Напряжение питания подается на всю обмотку рео-
стата через неподвижные выводы этой обмотки. Выходное напряжение, про-
порциональное перемещению движка, снимается с одного из неподвижных вы-
водов и с подвижного движка. Такая схема включения в электротехнике назы-
вается потенциометрической или схемой делителя напряжения.
Если сопротивление всей обмотки датчика обозначить через R, а сопротив-
ление части этой обмотки, с которой снимается выходное напряжение, через
Явых. то потенциометрическая схема включения датчика может быть представ-
лена как последовательное соединение резисторов с сопротивлением ЯВщх и (Я-
Явых) (рис П4.6).
Ток через обмотку датчика / = U/R, а приложенное напряжение распреде-
ляется (делится) между последовательно соединенными резисторами: £/=/Явых
+ /(Я-Явых)- Если сопротивление обмотки равномерно распределить по длине /,
а перемещение движка обозначить через х. то выходное напряжение датчика
•Uxjl. (П4.17)
Таким образом, выходной сигнал датчика пропорционален перемещению
движка.
Рис. П4.6. Схема включения потенциометрического датчика
В автоматических системах движок может быть механически связан с ка-
ким-либо устройством (клапаном, рулем, антенной, режущим инструментом и
т. п.), положение которого надо измерить и передать в виде электрического
сигнала. Усилие, под действием которого перемещается движок, в этом случае
весьма велико. Поэтому для обеспечения надежного контакта между движком и
обмоткой следует иметь достаточно большую силу прижатия движка. В авто-
матических приборах для измерения различных неэлектрических величин дви-
жок датчика соединяется с чувствительным элементом, преобразующим кон-
71
тролируемую величину в перемещение. Усилие, развиваемое чувствительными
элементами (мембранами, биметаллическими пластинами, поплавками и т. п.),
невелико. Поэтому нельзя сильно прижимать движок к обмотке.
Наличие скользящего контакта снижает надежность потенциометрического
датчика и является его основным недостатком. Для питания датчика может
быть использовано как напряжение постоянного тока, так и напряжение пере-
менного тока невысокой частоты. Входным сигналом датчика может быть не
только линейное, но и угловое перемещение. В зависимости от закона измене-
ния сопротивления обмотки различают линейные и функциональные потен-
циометрические датчики.
Основной характеристикой потенциометрического датчика является зави-
симость выходного напряжения t/вых от перемещения х (рис. П4.7).
Рис. П4.7.
При равномерной намотке эта зависимость линейная только на холостом
ходу, т. е. при отсутствии сопротивления нагрузки, подключенной к выходным
зажимам датчика. В реальных условиях к этим зажимам подключаются элек-
трические приборы, входное сопротивление которых является сопротивлением
нагрузки для датчика (рис. П4 8).
Под нагрузкой обычно понимается ток нагрузки. Когда говорят, что на-
грузка отсутствует, то подразумевают, что именно ток нагрузки равен нулю.
Сопротивление же нагрузки при этом, естественно, равно бесконечности. Сле-
довательно, в режиме холостого хода (т. е. при отсутствии нагрузки) сопротив-
ление нагрузки бесконечно велико.
Рис. П4.8. Подключение нагрузки к потенциометрическому датчику
Для анализа влияния сопротивления нагрузки Ян на основную характери-
стику датчика, полное сопротивление обмотки которого R, введем понятие ко-
эффициента нагрузки р = Rh/R и а = хП. Выходное напряжение датчика:
72
По этому уравнению построим зависимость 17Вых/^’ =Я аХ где - напря-
жение питания датчика, для различных значений р (рис. П4.9). С уменьшением
сопротивления нагрузки характеристика датчика становится нелинейной и воз-
растает ошибка преобразования. Относительная погрешность для нагруженного
датчика может быть найдена сопоставлением выражений (П4.17) и (П4.18):
Рис. П4 9. Статические характеристики потенциометрического датчика
Отношение перемещения движка* к длине намотки Z обозначаем через а =
*//. Если датчик не нагружен, т. е. сопротивление нагрузки Лн = » и р = <ю, то
выходное напряжение линейно возрастает при изменении а от 0 до 1; бвых =
all. Графически эта зависимость изображается прямой линией. При наличии
сопротивления нагрузки 7?н, соизмеримого с сопротивлением обмотки R, эта за-
висимость отличается от линейной, поскольку часть тока, проходящего через
датчик, ответвляется в нагрузку. Ток, поступающий от источника питания,
L
или, подставляя Rti = р/?
//о*Р-яг
И/ а + Р
На рис. 10 построены кривые 1 и 2, характеризующие относительную по-
грешность датчика при р =1; 0,5 соответственно. При больших р абсолютная
величина максимальной погрешности бмдх ~ (4/27)Р при а = 2/3.
Важной характеристикой качества потенциометрического датчика является
плавность изменения выходного напряжения. При перемещении движка по об-
мотке потенциометра происходит скачкообразное изменение сопротивления,
поскольку движок как бы перескакивает с одного витка на другой. Это приво-
дит к тому, что зависимость выходного напряжения от перемещения имеет сту-
пенчатый вид (рис. П4.11). Число ступеней пропорционально, а их высота об-
ратно пропорциональна числу витков обмотки.
73
Рис. П4.
Рис. П4.11. Ступенчатость статической характеристики
потенциометрического датчика
Реальная выходная характеристика имеет отклонения от идеальной (плав-
ной, бесступенчатой) как вверх, так и вниз. Следовательно, погрешность, вы-
званная ступенчатостью, может быть как положительной, так и отрицательной
и составляет половину напряжения (/в, приходящегося на один виток намотки.
Если обозначить через w общее число витков потенциометра, то 6%= U/w и по-
грешность ступенчатости А < C//(2w). Для количественной оценки погрешности,
обусловленной ступенчатостью, вводят понятие электрической разрешающей
способности потенциометра 5р. Разрешающая способность определяет макси-
мально возможную точность работы потенциометрического датчика. Улучшить
ее можно, увеличивая число витков w. Для этого можно либо удлинить намо-
танную часть потенциометра / (при заданном диаметре провода), либо умень-
шить сечение провода. Уменьшение диаметра провода приводит к технологи-
ческим трудностям изготовления обмотки, но, самое главное, снижает надеж-
ность потенциометра, поскольку ухудшается механическая прочность обмотки
и она быстрее истирается. Увеличение длины обмотки, естественно, приводит к
увеличению размеров всего потенциометра. Для устранения этого недостатка
были разработаны многооборотные потенциометры. Для улучшения разре-
шающей способности можно также применять движки с несколькими токо-
съемными контактами.
74
Перечень литературы
1. Агеев О. А., и др. Микроэлектронные преобразователи неэлектрических
величин: Учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 153 с.
2. Агейкин Д.И.. Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регу-
лирования. -М.: Машиностроение, 1965. - 928 с.
3. Алтухов А.М. и др Элементы автоматических систем контроля - М.:
Энергия, 1967. - 340 с.
4. Армейский Е.В., Фалк Р Б. Электрические микромашины. - М.. Высш.
шк„ 1979. - 240с.
5. Афанасьев В.В. и др. Трансформаторы тока. - 2-е изд. - Л.. Энерго-
атомиздат, 1989. -416 с.
6. Бараночников МЛ. Микромагнитоэлектроника Т. 1 и 2 - М: ДМК
Пресс, 2001.
7. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер.
с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 144 с.
8. Виглеб Г. Датчики: Пер с нем -М.; Мир, 1989. - 196 с.
9. Викулин ИМ, Викулина Л.Ф., Стафеев ВИ. Гальваномагнитные при-
боры. - М.. Радио и связь, 1983. - 104 с.
10. Геращенко О.А., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения.
Справочное руководство. - Киев- Наукова Думка, 1965. - 304 с.
11. ГОСТ 19223-90. Светодальномеры. Типы. Основные параметры и тех-
нические требования;
12. Джексон Р.Г. Новейшие датчики. -М.: Техносфера, 2007. -384 с.
13. Домрачёв В.Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемеще-
ний. Справочное пособие М-: Энергоатомиздат, 1987. -392 с.
14. Жданкин В.К. Ультразвуковые датчики для систем управления. Жур-
нал: Современные технологии автоматизации №10,2003г. - 10с.
15. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб, пособие
для вузов / Н.Н.Евтихиев, Я А.Купершмидт. В Ф Папуловский, В.Н.Скугоров;
Под общ. ред. Н.Н.Евтихиева. - М.: Энергоатомиздат, 1990. —352 с.
16. Келим Ю. М. Типовые элементы систем автоматического управления.
Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального обра-
зования. - М : ФОРУМ: ИНФРА-М, 2002. - 384 с.
17. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы: Пер. с
польск. В.И.Тихонова и К.Б. Макидонской, под ред. О.К. Хомерики. - М/.
Энергия, 1971. - 120 с.
18. Кондрашков А. В.. Электрооптические и радиогеодезические измере-
ния. М., 1972.
19. Левшина ЕС., Новицкий П.В, Электрические измерения физических
величин (Измерительные преобразователи). Учеб, пособие для вузов. - Л.:
Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 320 с.
20. Литвинов Б. А., Лобачев В. М., Воронков Н. Н., Геодезическое инет-
рументоведение, [2 изд.], М., 1971;
75
21. Мухин В.С., Саков И. А Приборы контроля и средства автоматики те-
пловых процессов: учеб. Пособие для СПТУ. - М.: Высш. Школа, 1988 — 256 с.
22. Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических
величин М.: Машиностроение, 1979,—180с.
23. Панев Б.И. Электрические измерения- Справочник (в вопросах и отве-
тах). - М.: Агропромиздат, 1987. - 224 с.
24. Сапожников В.В., Кравцов Ю.А., Сапожников Вл.В. Теоретические
основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учеб, для вузов / Под
ред. В.В.Сапожникова - М.: Транспорт, 1995. - 320 с.
25. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. ред. И. П.
Копылова и Б. К. Клокова. Т. 2. М.. Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.
26. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник М.: Техносфера,
2005. - 592с
27. Шишмарёв В.Ю. Автоматизация технологических процессов: Учеб.
Пособие М.:Академия 2005 -352с.
28. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств:
Учеб, для студентов вузов, обучающих по специальности «Электромеханика».
- 2-е изд, перераб. и доп. - М.: Высш. шк.. 1988. - 479с.
29. Siemens. Basics of Sensors. Industrial Automation Sensors. Siemens AG
2006.-112c.
30. Shell R.L., Hall E.L. Handbook of Industrial Automation. NY.: Marcell
Decker 2000. - 857c.
76