Выполнение лабораторных работ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 11Следующая ⇒

Прежде, чем приступить к сборке электрических цепей, следует выбрать необходимые приборы. В описании каждой лабораторной работы имеется порядок проведения опыта и перечень необходимой аппаратуры. Мри выборе измерительных приборов следует учитывать их тип, предел измерений, род тока, класс точности.

Правила техники безопасности

При выполнении лабораторных работ

При выполнении лабораторных работ необходимо учитывать особенности питания лаборатории. Лаборатория питается от сети 220В. При выполнении лабораторных работ следует соблюдать правила по технике безопасности:

¾ студенты допускаются к занятиям в лаборатории после проведения с ними инструктажа по технике безопасности с обязательной росписью в журнале инструктажа но технике безопасности. Перед выполнением каждой работы проводится инструктаж на рабочем месте с учётом особенностей данной работы;

¾ перед началом сборки электрической цепи следует убедиться в том, что автоматический выключатель, питающий лабораторный стенд выключен;

¾ при выполнении лабораторных работ с использованием электрооборудования, имеющего движущиеся части, нельзя приближаться к этим частям во время работы;

¾ собранная электрическая цепь должна быть проверена преподавателем и может включаться только по его разрешению;

¾ перед включением электрической цепи необходимо убедиться в том, что никто не прикасается к оголённым токоведущим частям;

¾ перед разборкой схемы, после её проверки необходимо убедиться в том, что автоматический выключатель, питающий лабораторный стенд, отключен;

¾ сборка электрических схем должна производиться проводами с исправной изоляцией;

¾ запрещается касаться руками клемм (гнезд), находящихся под напряжением. Наличие напряжения на клеммах приборов и элементах схемы следует проверять только измерительными приборами;

¾ подача питающих напряжений на собранный блок должна производиться только после проверки схемы преподавателем;

¾ все переключения в электрической схеме блока необходимо производить при отключенном источнике питания и выключенном сетевом тумблере;

¾ схему можно разобрать только при выключенном стенде;

¾ запрещается оставлять схему, находящуюся под напряжением, без надзора;

¾ необходимо отключить схему от питающих напряжений в случае перерыва в работе;

¾ во время выполнения лабораторной работы категорически запрещается хождение по лаборатории;

¾ о любой неисправности немедленно сообщить преподавателю;

¾ после окончания работы, полученные результаты следует показать преподавателю, после чего разобрать схему, аккуратно сложить соединительные провода (однолучевые и двухлучевые раздельно).

Составление отчета и его сдача

Отчет по лабораторной работе является документом о проделанном эксперименте, поэтому он должен иметь все необходимые сведения для проверки результатов опытов и расчетов.

Составление отчета является индивидуальной работой каждого студента. Отчет должен содержать название и номер лабораторной работы, её цель, перечень приборов и оборудования, схемы электрических цепей, программу работы, расчетные формулы и сами расчеты, таблицы результатов измерений и расчетов, графики полученных зависимостей и выводы.

Схемы, таблицы, графики и другие построения выполняются карандашом с помощью чертежных инструментов. При выполнении схем должны соблюдаться стандартные графические и буквенные обозначения.

После выполнения лабораторной работы и подготовки отчета осуществляется его сдача. Студенты должны знать теорию по данной теме, уметь собирать цепь и описать (устно) ход лабораторной работы, пояснить, как проводились расчеты, уметь проанализировать полученные результаты и объяснить причины расхождения расчетных и опытных данных.

Защита лабораторных работ проводиться в определенное преподавателем время.

Перечень блоков

Блок 1: А1 - магнитный усилитель, А2 - фотодиод, A3 - термопара.

Блок 2: А1 электромагнитное реле.

Блок3: A1 электронное реле времени, А2 - динамические звенья.

Блок 4: А1 - интегрирующий усилитель, А2 дифференцирующий усилитель, A3- переменный резистор.

Блок 5: логические элементы.

Блок 6: параллельный регистр.

Блок 7: двоичный, счетчик.

Блок 8: двоичный сумматор.

Норма проводов на лабораторную работу

№ лабораторной работы
Одинарные
Двойные	-	-	-	-

Лабораторная работа 1

Исследование датчиков

Цель работы: изучение принципов действия и схем включения различных датчиков.

Датчики давлений и усилий

Общие сведения. К датчикам давления относят многочисленные типы приборов для измерения сил действия и давлений газов и жидкостей.

Большинство датчиков давления использует принцип преобразования давления в механическое перемещение. Воспринимающие органы датчиков имеют поверхность, подверженную непосредственному воздействию измеряемого давления.

По конструктивному исполнению датчики давления подразделяют на датчики с механическими воспринимающими органами: жидкостные, поршневые, мембранные, сильфонные, с манометрическими трубчатыми пружинами, на датчики с электрическими и термическими воспринимающими органами: электрические, радиометрические, термокомпенсационные и датчики давления, основанные на измерении теплопроводности газа.

Датчики с механическими воспринимающими органами. В жидкостных датчиках давление воспринимается поверхностью жидкости, налитой в сосуд, или поверхностью жесткой стенки.

Противодействующее усилие создается в большинстве систем силой тяжести. Жидкостные датчики давления разделяют на следующие системы: U-образные (рис. 1, а), колокольные (рис. 1, б) и гидростатические, или дифференциальные (рис. 1, в).

В U-образной системе разность давлений уравновешивается весом столба жидкости h: , где — плотность жидкости. В колокольной системе избыточное давление вызывает перемещение колокола, по величине которого определяется давление . В дифференциальной системе разность давлений пропорциональна углу поворота камеры кольцевых весов а. Жидкостные датчики давления наиболее точны и стабильны. Однако вследствие эксплуатационных неудобств (малые пределы измерения, необходимость строго вертикального положения, большие

габариты и т. п.) они в последнее время вытесняются другими датчиками.

В поршневых датчиках давление контролируемой среды воздействует на поршень, который сжимает калиброванную пружину. Они не нашли широкого применения из-за пропуска жидкости или газа через зазор между поршнем и цилиндром, застопоривания поршня и др. Однако благодаря высокой стабильности поршневые датчики используют для тарировки манометрических систем других типов.

В мембранных датчиках (рис. 1, г) эластичная пластина (мембрана), находясь под давлением контролируемой среды, перемещает шток, жестко связанный с контактной системой.

Существуют датчики с плоской, хлопающей и гофрированной металлической или мягкой мембранами. Кольцевые гофры, выдавленные на мембране, способствуют снижению ее жесткости. Хлопающие мембраны, применяемые в реле давления, представляют собой упругие металлические пластины куполообразной формы, вершина купола которой при некотором избыточном давлении перебрасывается скачком из одного положения в другое. Мягкие мембраны изготавливают из пропитанной бензо- и маслостойкой резиновой, шелковой и капроновой тканей или из пластмасс. У датчиков с мягкой мембраной противодействующее усилие создается добавочным упругим элементом - пружиной.

Простота конструкции, надежность и достаточная точность измерений обеспечили широкое распространение датчиков этого типа.

Сильфонные датчики (рис. 1, д.) представляют собой гофрированные тонкостенные трубки, выполненные из упругого материала. Разность наружного и внутреннего давлений создает силу, под действием которой происходит растяжение сильфона. Перемещение свободного конца сильфона передается указательной стрелке с подвижным контактам.

Принцип работы датчика с манометрической трубчатой пружиной (рис.1, е) основан на том, что изогнутая по дуге тонкостенная трубка, имеющая овальное сечение, стремится выпрямиться при увеличении давления контролируемой среды внутри нее. Перемещение свободного конца трубки используется, для приведении в действие указательной стрелки и управления контактной системой,

Наибольшее применение находят одновитковые пружины эллиптического и плоскоовального сечений. Используются также

витые, винтовые, спиральные, S-образные и другие трубчатые пружины

Рисунок 1- Датчики давления с механическими воспринимающими органами: а — жидкостный с U-образной системой; б — жидкостный с колокольной системой; в — гидростатический (дифференциальный); г — мембранный; д. — сильфонный; е — с манометрической трубкой.

Датчики давления с электрическими воспринимавшими органами выполнены на основе пьезосопротивлений, пьезокристаллов, емкостных сопротивлений, а также ионизационного типа.

Принцип работы датчиков с пьезосопротивлением основан на том, что электрическое сопротивление металлов и полупроводников изменяется под действием статического давления. Малая чувствительность металлов к давлению ограничивает область применения их только измерением сверхвысоких давлений (более 10⁸Н/м²).

Наибольшей чувствительностью обладают полупроводниковые сопротивления - тензолиты, которые представляют собой столбик из угольного порошка, смешанного с бакелитовым лаком и обожженного в электропечи при высокой температуре. Тензолит наклеивают на тонкую бумагу, а ту, в свою очередь, на испытываемую деталь. Тензолит включается в одно плечо измерительного моста. Сопротивление угольного столбика резко падает при увеличении

давления. По значению сопротивления или тока, проходящего через него, судят о давлении.

Работа пьезодатчиков основана на том, что при воздействии на пьезокристалл механического давления, на гранях кристалла возникают электрические заряды, величина которых прямо пропорциональна механическим усилиям. В качестве воспринимающих элементов применяют кристаллы сахарозы, турмалина и винной кислоты.

В емкостном датчике давления используются вещества, диэлектрическая проницаемость которых изменяется под воздействием давления. К таким веществам относятся бензин, изоляционные жидкости, воздух, различные газы. Из твердых веществ этим свойством обладают сегнетовая соль, титанат бария и другие сегнетоэлектрики. Вследствие малой чувствительности и зависимости характеристик от температуры датчики этой группы находят ограниченное применение.

В ионизационных датчиках используется зависимость интенсивности ионизации газа от его давления. В качестве ионизирующего фактора выступает поток электронов, у-частиц или электрическое поле. Эти датчики служат для измерения весьма низких давлений.

Для замера давления газов в пределах 10^-6¸ 10^-1 Н/м², используются также радиометрические датчики, преимущество которых заключается в независимости показаний от состава и свойств газовой среды.

Для измерения давлений газов в диапазоне 0, 1 — 1000 Н/м²служат датчики, основанные на измерении теплопроводности газа, которая при таких давлениях зависит от величины давления.

Тензометрические датчики (тензодатчики) применяют для измерения деформаций, давлений, сил, перемещений и ускорений; они могут быть использованы для измерения упругих колебаний с чистотой до 50 кГц в условиях высоких температур и влажностей. Принцип действия проволочного тензометрического датчика основан на зависимости его электрического сопротивления от деформации.

Изменение сопротивления проволоки при ее сжатии или растяжеиии снязнно с относительной деформацией:

Коэффициент чувствительности определяется уравнением

- относительное изменение удельного электрического сопротивления проволоки при ее деформации;

- коэффициент Пуассона (для металлов 0, 24 — 0, 40).

Наиболее часто в этих датчиках используются нихромовые и константановые проволоки, для которых к= 1, 9 ¸ 2, 2.

Основные технические данные тензометрических датчиков: чувствительность к, номинальное электрическое сопротивление г, максимальная рассеиваемая мощность Р.

При работе датчика на измеряемую деформацию реагирует лишь

часть его. длины, в связи с этим его чувствительность к меньше коэффициента , характеризующего чувствительность материала. Номинальное сопротивление проволочных тензодатчиков находится в диапазоне 10 ¸ 3000 Ом.

Предельно допустимая мощность рассеивания определяется допустимым током и боковой поверхностью датчика. Для константановой проволоки при диаметре 0, 025 мм ток не должен превышать 20 мА, а при диаметре 0, 1 мм — 300 мА.

Максимальное значение относительного изменения сопротивления составляет долю процента, поэтому предъявляются повышенные требования к точности измерения, а в измерительной схеме предусматривается температурная компенсация.

Решетка тензодатчика выполнена из проволоки, уложенной рядами и наклеенной на бумажную подкладку. К концам проволоки приваривают выводы, сверху на решетку наклеивают защитную бумажную полоску. Существуют также тензодатчики, изготовленные путем травления из фольги.

Тензодатчики наклеивают на испытываемую деталь клеем, который обладает высокой упругостью при сдвиге, высоким электрическим сопротивлением и не деформируется под действием окружающей среды.

Применение двух датчиков повышает чувствительность моста в два раза. Кроме того, включение второго датчика, как отмечалось ранее, необходимо также для температурной компенсации и исключения влияния неизмеряемых деформаций (например, поперечных). Мостовые тензометрические схемы могут работать на постоянном и переменном токе.

Омические датчики

Омические (реостатные) датчики используют в системах контроля и измерения линейных и угловых перемещений, сил и моментов, колебаний и вибраций, ускорений и других неэлектрических величин. К ним относят контактные, потенциометрические, угольные, тензометрические и другие датчики принцип действия которых основан на изменении омического сопротивления специальных элементов под действием измеряемой входной величины.

В потенциометрических датчиках контролируемое перемещение передается воспринимающему органу и преобразуется за счет изменения собственного электрического сопротивления датчика в переменное или постоянное напряжение. Резистор этих датчиков (рис. 2, а) включается по схеме потенциометра, благодаря чему они и получили свое название. Подвижный контакт потенциометра связан с контролируемым перемещением, при изменении положения объекта изменяется напряжение на вторичном приборе П, проградуированном в единицах контролируемого параметра. Чтобы исключить влияние отклонений напряжения, рекомендуется подавать питание на датчик от стабилизатора.

Характеристику потенциометрического датчика стремятся сделан, близкой к прямолинейной (рис. 2, б и г), задавая потенциометру соответствующий режим работы, применяя тот или иной способ намотки проволочного реостата, а также согласуя сопротивление вторичного прибора. Если необходимо, чтобы выходной ток и напряжение соответствовали по знаку направлению перемещения движка, то используют потенциометр со средней точкой (рис. 2, г), характеристика которого дана на рисунке 2, г.

Для контроля угловых перемещений служат датчики с каркасами в виде дуги окружности (рис. 2, д). В качестве бесконтактных датчиков угловых перемещений с плавным выходом применяют жидкоетпые потенциометрические датчики (рис. 2, е)

Рисунок 2 - Потенциометрические датчики: а - с прямым каркасом; б -характеристика датчика с прямым каркасом; в - со средней точкой; г -

характеристика датчика со средней точкой; д - с кольцевым каркасом; е - бесступенчатый датчик угла поворота.

Характеристика и чувствительность потенциометрического датчика рассчитываются аналитически. Так, для схемы, изображенной на

рисунке 2, а, можно составить следующие уравнения:

; , где U_ст — стабилизированное напряжение питания датчика; R и I — полное сопротивление и длина намотки потенциометра; R_x — сопротивление части потенциометра; R_n — сопротивление вторичного прибора; I_п и I_х — токи в сопротивлениях R_п и R_x. Решая уравнения относительно I_п, получим:

Если то

то есть выходные величины I_п и U_п прямо пропорциональны входной величине х.

Чувствительность датчика (соответственно А/м или В/м)

или

Для датчика с кольцевым каркасом характеристики и чувствительность определяют, исходя из следующих соображений.

Напряжение на вторичном приборе , а ток

Если сопротивление потенциометра R равномерно распределено по длине окружности, то зависимость тока в приборе от угла поворота а определяется уравнением

Где ò — радиус каркаса, м;

— сопротивление обмотки, отнесенное к единице длины окружности, Ом/мрад.

Чувствительность датчика (А/рад)

Зона нечувствительности проволочного потенциометрического датчика определяется диаметром провода (ошибкой ступенчатости), так как при перемещении подвижного контакта, равном диаметру провода, потенциал меняется скачками на значение U_cm /n, где п — число витков потенциометра. У датчиков со сплошным полупроводящим покрытием потенциометра ошибка ступенчатости отсутствует.

Потенциометрические датчики отличает высокая точность и стабильность характеристик, простота конструкции и малые габариты. Кроме юго, они обычно не нуждаются в усилителях, поскольку их выходная мощность достаточна для работы вторичных приборов, благодаря этому подобные датчики получили широкое распространение в автоматике.

К сожалению, наличие подвижных частей и скользящего копима снижает надежность потенциометрических датчиков.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒