Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Исследование характеристик потенциометрического датчика

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА №1

1 Цель работы:

1 Изучение потенциометрического датчика уровня (назначение, устройство, характеристики);

2 Экспериментальное исследование характеристик датчика.

2 Краткие теоретические сведения

Среди множества разнообразных элементов автоматики особое место занимают первичные преобразователи или датчики. Первичным это устройство называют потому, что датчик является первым из элементов в системах автоматического регулирования, получающим и перерабатывающим информацию о текущем состоянии объекта регулирования.

Датчики применяют для измерения параметров технологического процесса. Основная функция датчика - преобразование параметра процесса (регулируемой величины) в какой-либо сигнал - электрический, механический, гидравлический и др.

Датчик является составной частью регулятора. Иногда в системах автоматического регулирования используется не один, а несколько датчиков.

В настоящее время известны множество явлений, эффектов, видов преобразования свойств и энергии, которые используются в датчиках.

Основной характеристикой датчика является статическая характеристика, которая представляет собой зависимость между преобразуемой (входной) и преобразованной (выходной) величиной. Статическая характеристика датчика может представляться аналитическим выражением, графиком, таблицей.

В практике автоматизации технологических процессов достаточно распространенной является задача измерения линейных и угловых перемещений. Широкое применение при этом находят потенциометрические (реостатные) датчики, которые предназначены для преобразования механического (линейного или углового) перемещения в электрическую величину в виде напряжения.

Потенциометрический датчик представляет собой реостат, величина сопротивления которого изменяется при перемещении скользящего движка. Проводник реостата может представлять собой тонкую проволоку с высоким удельным сопротивлением, намотанную на диэлектрический каркас, а может быть выполнен нанесением гальваническим способом или плазменным напылением на диэлектрическую пластину металлографического состава.

На рисунке 1.1 приведены схемы потенциометрического датчика уровня поплавкового типа (такой датчик установлен на стенде).

а - датчик уровня поплавкового типа

б - расчетная электрическая схема преобразователя датчика

Рисунок 1.1- Схемы потенциометрического датчика

Чувствительным элементом датчика является поплавок 3. В датчике можно выделить два преобразующих элемента. Первый преобразует изменение положения поплавка в отклонение движка 2 потенциометра 1, включенного в электрическую цепь с напряжением питания . При перемещении движка потенциометра изменяется напряжение на резисторе нагрузки 4. Следовательно, второй преобразующий элемент датчика преобразует сигнал перемещения движка в выходной сигнал датчика - напряжение . В результате датчик выдает унифицированный аналоговый электрический сигнал.

Схема электрического преобразователя поплавкового датчика показана на рисунке 1.1,б. Применяя законы Ома и Кирхгофа для соответствующих элементов электрической цепи, находим:

где - полное сопротивление потенциометра,

- сопротивления плеч потенциометра, отделяемых его движком;

- сопротивление резистора нагрузки. Если выбрать сопротивление нагрузки гораздо больше полного

сопротивления потенциометра , то характеристика преобразователя будет практически линейной:

где - длина плеча потенциометра, соответствующая измеряемой величине

- длина потенциометра.

Можно подобрать плечи рычага, связывающего поплавок с движком потенциометра так, чтобы в требуемом диапазоне измерения уровня жидкости связь между и будет линейной: , где - коэффициент передачи первого преобразующего элемента - двуплечего рычага. Статическая характеристика потенциометрического датчика уровня в этом случае будет линейной:

где здесь - коэффициент передачи второго пре-

образующего элемента - потенциометра.

Важной характеристикой датчика является чувствительность, которая представляет собой первую производную выходной величины (напряжения ) по перемещению поплавка (входной величине), то есть

Таким образом, чувствительность можно рассматривать как коэффициент усиления датчика.

Рассмотренный потенциометрический датчик по принципу действия относится к параметрическим (под действием входного сигнала изменяется сопротивление потенциометра), а по физической природе элементов - к электромеханическим.

При проведении исследований потенциометрических датчиков часто одновременно со статической характеристикой определяют его

вольт-амперную характеристику (ВАХ), которая представляет собой зависимость , где - ток в цепи нагрузки . Следует отметить, что вольт-амперная характеристика является по сравнению со статической характеристикой менее информативной, поскольку зависимость изменяется с изменением сопротивления нагрузки , то есть для каждого значения существует своя ВАХ.

Напряжение питания потенциометрического датчика может быть как постоянным, так и переменным.

12 Следующая ⇒