темах 22070062 Автоматизация технологических процессов и производств 221000
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ
И
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Методические указания к проведению лабораторных работ по направлениям
220400.62 «Управления в технических системах»
220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств»
221000.62 «Мехатроника и робототехника»
230100.62 «Информатика и вычислительная техника»
2011
Коробкова Е.Н. Основы метрологии и электрические измерения. Лабораторный практикум. Ч.2.
Представлены перечни используемой при выполнении базовых экспериментов аппаратуры, схемы электрические соединений, а также указания по проведению базовых экспериментов.
Руководство предназначено для использования при подготовке к проведению лабораторных работ в учреждениях высшего профессионального образования.
Лабораторная работа №9
ИЗУЧЕНИЕ БЕСКОНТАКТНЫХ КОНЕЧНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ИНДУКТИВНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Цель работы: ознакомиться с устройством и техническими характеристиками бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, приобрести навыки подключения датчиков и оценки их погрешностей.
I. Техническое описание лабораторного стенда
1. Назначение
- Лабораторный стенд «Датчики механических величин» (далее стенд) предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучаю щих дисциплины, связанные с автоматизацией различных отраслей промышленно сти.
- Стенд выполнен для работы в лабораторных условиях (невзрывоопасная окружающая среда, не содержащая агрессивных газов и паров, ненасыщенная во дяными парами и токопроводящей пылью).
2. Технические характеристики
- Стенд включает в себя лабораторный модуль и кейс с минимодулями, со единительными проводами и вспомогательным оборудованием.
- Габаритные размеры стенда, мм - 500x300x350.
- Масса стенда, кг - не более 15.
- Питание лабораторного стенда:
- напряжение питания - 220 В, 50 Гц;
- потребляемая мощность - не более 200 ВА.
- Число проводимых лабораторных работ -4.
- Изучаемое на стенде оборудование:
- датчики частоты вращения;
- датчики углового положения;
- оптический датчик линейного перемещения;
- магнитный датчик линейного перемещения;
- индуктивный преобразователь перемещения;
- бесконтактные конечные выключатели.
3. Состав и схема подключений лабораторного стенда
3.1. Стенд выполнен в настольном исполнении (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид стенда «Датчики механических величин»
3.2. В состав стенда входят:
- комплект минимодулей с изучаемыми датчиками, закрепленными в них;
- комплект соединительных кабелей и вспомогательного оборудования;
.
4. Конструктивное исполнение модулей лабораторного стенда
4.1.Лабораторный модуль состоит из лицевой панели и защитного кожуха.
К лицевой панели крепится исследуемое оборудование. На лицевую панель методом шелкографии нанесена мнемосхема с различной полезной для пользова теля информацию (название модуля, подписи к функциональным субблокам и др.). Разъемы, необходимые для обеспечения работы стенда, вынесены на заднюю стен ку кожуха.
4.2.На лицевой панели модуля ДТИ2 (рис. 2) установлено следующее обору дование:
- сетевой тумблер питания SA1;
- кнопочный переключатель питания SA2, ручки регулировки амплитуды и час тоты, галетный переключатель дискретного переключения частоты и индикатор ге нератора переменного тока с выходными клеммами;
- кнопочный переключатель питания SA3, ручка регулятора напряжения по стоянного тока с выходными клеммами;
- кнопочный переключатель питания SA4 и промышленный контроллер темпе ратуры E5CN фирмы OMRON;
- вольтметр PV1 и амперметр РА1 для измерения постоянного и переменного
тока;
- поля для установки изучаемых датчиков с входными и выходными клеммами;
- многопредельный мультиметр.
- Переключатель «Питание» обеспечивает включение питания модуля ДТИ1. Пе реключатель SA2 обеспечивает включение генератора переменного напряжения, а SA3 - включение регулятора постоянного тока. При включении SA2 включаются вольтметр PV1 и амперметр РА1 и индикатор частоты выходного напряжения. На выходных клеммах субблока с помощью мультиметра можно наблюдать переменное по амплитуде и частоте (устанавливаются соответствующими регулировочными руч ками) напряжение. При включении SA3 также включаются вольтметр PV1 и ампер метр РА1. На выходных клеммах субблока с помощью мультиметра можно наблюдать постоянное напряжение (устанавливается регулировочной ручкой). ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ВКЛЮЧЕНИИ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ SA2 И SA3 ПРОИСХОДИТ БЛОКИРОВКА. Генератор переменного напряжения и регулятор постоянного тока отключаются и на выходных клеммах напряжения не будет.
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ НЕОБХОДИМО ВКЛЮЧАТЬ ТОЛЬКО ТЕ СУББЛОКИ, КОТОРЫЕ УКАЗАНЫ В МЕТОДИЧЕСКОМ ПОСОБИИ К ДАННОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.
Поля для установки минимодулей необходимы для установки в них соответст вующих названию поля минимодулей. В соответствии с темой лабораторной работы выбирается необходимый минимодуль с исследуемым датчиком и устанавливается в соответствующее поле на лицевой панели модуля.
На тыльной стороне модуля расположены следующие элементы:
- сетевой разъем СНП для подключения питания; ,
- держатель предохранителя с плавкой вставкой на 2 А;
- болт защитного заземления;
5. Подготовка лабораторного стенда к работе
5.1. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков тока и напряжения:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока генера тора переменного напряжения с входами мультиметра с режимом измерения пере менного напряжения до 20 В;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA2 включить генератор переменного напряжения. Вращая ручки регулировки и амплитуды с помощью мультиметра и ин дикатора частоты, при правильной работе всех элементов модуля наблюдается из менение величины и частоты переменного напряжения от 0 до 10 В и от 10 Гц до 10 кГц. Переключая галетный переключатель в положения х10 и x100 можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты;
- с помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регулятора постоянного напряжения с входами мультиметра с режимом измерения постоянного напряжения до 20 В;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA3 включить регулятор постоянного напряжения. Вращая ручку регулировки, при правильной работе всех элементов мо дуля наблюдается изменение уровня постоянного напряжения.
- Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков температуры:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регуля тора температуры;
- установить любой из минимодулей (желательно термопару и интегральный датчик) в гнезда соответствующего поля;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA4 включить регулятор температуры. При правильной работе необходимо наблюдать изменение текущей температуры нагревательного элемента на экране регулятора температуры. Кроме того, при под ключении мультиметра в режиме измерения постоянного напряжения (термопара, пирометр или интегральный датчик) или в режиме измерения сопротивления (тер морезисторы) можно наблюдать изменение значения напряжения и сопротивления.
- Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков магнитного поля:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2.
- установить любой из минимодулей (желательно аналоговый датчик Холла) в гнезда соответствующего поля;
- подключить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения к вы ходным гнездам на минимодуле;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели.
- при правильной работе модуля, изменяя расстояние отдатчика до воздейст вующего магнита с помощью микрометра, необходимо наблюдать изменение вели чины напряжения.
- Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчика освещенности:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регуля тора постоянного напряжения с входами входными клеммами поля «Датчик осве щенности». Выходные клеммы этого поля необходимо подключить к входам мультиметра с режимом измерения постоянного напряжения до 20 В;
- установить минимодуль в гнезда соответствующего поля;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Наличие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA3 включить регулятор постоянного напряжения. Вращая ручку регулировки, при правильной работе всех элементов мо дуля с помощью мультиметра наблюдается изменение уровня постоянного напря жения.
Программа работы
Дома изучить назначение и технические характеристики бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений, схемы их подключения, а также основные узлы и возмож ности лабораторного стенда.
В лаборатории:
- пройти тестирование по теоретической части;
- 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 элементом (ВЭ);
- для каждого бесконтактного конечного выключателя снять задаваемое преподавателем число раз включения /отключения датчика, фиксируя расстояние между датчиком и ВЭ;
- по результатам эксперимента определить среднеквадратичное отклонение случайной погрешности σ и гистерезис датчика;
- экспериментально оценить как изменяется среднеквадратичное отклонение случайной погрешности σ и гистерезис с изменением исходного расстояния между датчиком и ВЭ;
- для индуктивного преобразователя перемещений экспериментально снять и построить номинальные статические характеристики при разных расстояниях между датчиком и ВЭ, рассчитать по ним наибольшее значение суммарной погрешности, оценить изменение гистерезиса с изменением расстояния между датчиком и ВЭ;
- проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;
- выполнить отчет о проделанной работе.
Методические указания к проведению лабораторной работы
- Общие сведения
В лабораторной работе исследуются следующие датчики:
- бесконтактный емкостной конечный выключатель ТЕКО ВЕ Е5-31-Р-10-400-ИНД-3В;
- бесконтактный индуктивный конечный выключатель ТЕКО ВК Е4-31-Р-8-250-ИНД-3В;
- бесконтактный оптический выключатель ТЕКО ОV А43А-31-Р-150-LZ;
- ультразвуковой конечный выключательTelemecanique ХХ518А3АМ12;
- 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 индуктивному преобразователю перемещений, а также технические характеристики изучаемых в лабораторной работе датчиков представлены в приложении1.
Выполнение работы
- Проверка работоспособности экспериментальной установки
- Подключим стенд с помощью сетевого кабеля к сети 220 В, 50 Гц
- Установим в стойке бесконтактный конечный выключатель, а образцовом измерителе установим одну из мишеней.
- Соединим выход датчика (на задней панели установки) с милливольтметром PV1 (рисунок1)
Рисунок Соединение выхода датчика с милливольтметром
- Подадим питание на датчик, вставив соединительный кабель датчика в разъем на задней стенке (рисунок 2)
Рисунок Разъем на задней стенке
- Включим стенд переключателем SA1, после этого загорится индикатор «Питание»
- Включим датчик нажатием вверх тумблера на задней панели
- При перемещении мишени происходит включение/выключение датчика, если в стойке установлен бесконтактный конечный выключатель.
- Выключим стенд переключателем SA1.
- Экспериментальное определение статических характеристик бесконтактных конечных выключателей и индуктивного преобразователя перемещений
2.1. Исследование работы бесконтактного конечного выключателя (емкостного, индуктивного и оптического).
1. Для снятия экспериментальной характеристики установить датчик в стойку (Разъем датчика подключить к разъему на тыльной стороне стенда).
2. Установим одну из мишеней в образцовом измерителе.
3. При помощи перемещении мишени на образцовом измерителе произвести 10 включений и отключений датчика (включение/отключение датчика контролируется по состоянию светодиода).
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.
4. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1
|
Емкостной датчик
|
№
|
1
|
2
|
…..
|
10
|
|
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
Индуктивный датчик
|
№
|
1
|
2
|
…..
|
10
|
|
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
Оптический датчик
|
№
|
1
|
2
|
…..
|
10
|
|
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
5. По результатам измерений для каждого датчика вычисляется:
среднее арифметическое значение результатов наблюдений по формуле:
,
где Li – результата i-го наблюдения, n-число наблюдений.
определяется согласно ГОСТ 8.009-72 среднее значение погрешности при измерениях i со стороны меньших (Больших) значений:
где Li – результата i-го наблюдения, n-число наблюдений.
систематическая составляющая погрешности определяется по формуле
где Li – результата i-го наблюдения, n-число наблюдений
Среднеквадратичное отклонение
Гистерезис датчика (дифференциал хода)
По результатам эксперимента определяется как разность между максимальным в серии опыте значением положения ВЭ при отключении выключателя и минимальным значением положения ВЭ при включении датчика
2.2 . Исследование влияния материала мишени на расстояние срабатывания емкостного бесконтактного выключателя.
1. Для снятия экспериментальной характеристики установить емкостной датчик в стойку (Разъем датчика подключить к разъему на тыльной стороне стенда).
2. Установить не менее три мишени в держатель образцового измерителя.
3. При помощи перемещении мишени на образцовом измерителе произвести 10 включений и отключений датчика (включение/отключение датчика контролируется по состоянию светодиода).
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.
4. Результаты измерений занести в таблицу 1.
- Исследование влияния отражающего материала на расстояние срабатывания оптического бесконтактного выключателя
- В стойке должен быть установлен оптический бесконтактный выключатель
- В образцовом измерителе попеременно будем устанавливать пластмассовая красную мишень, мишень из алюминия и картонную мишень.
- При помощи перемещения мишени произведем несколько включений/отключений выключателя. Результаты измерений занесем в таблицу 2.
Таблица 2 «Результаты измерений для оптического конечного выключателя с разными мишенями»
|
Материал
|
№
|
1
|
2
|
3
|
…
|
10
|
|
Красная пластмассовая мишень
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Алюминиевая мишень
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Картонная мишень
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
Для всех мишений осуществить расчет по формулам:
Среднеквадратичное отклонение
Дифференциал хода:
- Исследование работы магниточувствительных выключателей
- В стойке поочередно будем устанавливать датчик Холла и выключатель на герконе
- В образцовом измерителе установим металлическую мишень
- Перемещением мишени произведем несколько включений/отключений каждого выключателя. Результаты измерений занесем таблицу 3.
Таблица 3 «Результаты измерений для магниточувствительных выключателей»
|
Датчик
|
№
|
1
|
2
|
3
|
…
|
10
|
|
На герконе
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Холла
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
Основным элементом магниточувствительных выключателей является ПМП (преобразователь магнитного поля). При создании ПМП используются различные физические явления, происходящие в полупроводниках и металлах при взаимодействии с магнитным полем.
Для выключателя на герконе и Холла осуществить все расчеты согласно формулам:
Среднеквадратичное отклонение
Дифференциал хода:
- Исследование работы ультразвукового бесконтактного конечного выключателя с функцией программирования.
- Произведем программирование датчика
- Установим в крепежную стойку ультразвуковой датчик
- Уберем из зоны видимости датчика все посторонние предметы и направим его на мишень
- Нажмем и будем удерживать кнопку на датчике, пока светодиод не начнет мигать периодично зеленым цветом
- Отпустим кнопку. Светодиод по прежнему мигает периодично зеленым цветом
- Переместим светодиод в положение 51 мм, нажмем и отпустим кнопку. Светодиод начнет мигать оранжевым
- Переместим светодиод в положение 270 мм, нажмем и отпустим кнопку. Светодиод горит оранжевым.
- Программирование датчика завершено. Светодиод горит оранжевым светом, если мишень обнаружена датчиком (участок 51 – 270 мм) и зеленым, если мишень не обнаружена датчиком (на остальных участках)
- Произведем несколько включений/выключений датчика на границе 51 мм
- Результаты измерений занесем в таблицу 4
Таблица 4 «Результаты измерений ультразвукового бесконтактного конечного выключателя»
|
№
|
1
|
2
|
3
|
…
|
10
|
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
Ультразвуковой датчик – прибор для измерения расстояний по времени прохождения измеряемого расстояния волнами ультразвукового диапазона. В качестве источников и приемников ультразвуковых колебаний используются электростатические преобразователи и пьезокерамические преобразователи.
Все расчеты осуществить согласно формулам
Среднеквадратичное отклонение
Дифференциал хода:
- Исследование влияния отражающего материала на расстояние срабатывания ультразвукового бесконтактного выключателя.
- В стойке должен быть установлен ультразвуковой бесконтактный выключатель
- В образцовом измерителе попеременно будем устанавливать пластмассовые мишени желтого, красного, серого цветов
- При помощи перемещения мишени произведем несколько включений/отключений датчика. Результаты измерений занесем в таблицу 5.
Таблица 5 «Результаты измерений для ультразвукового бесконтактного выключателя с разными мишенями»
|
Материал
|
№
|
1
|
2
|
3
|
…
|
10
|
|
Желтая мишень
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Красная мишень
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
|
Серая мишень
|
Lвкл , мм
|
|
|
|
|
|
|
|
Lоткл , мм
|
|
|
|
|
|
Для желтой мишени:
Все расчеты для каждой мишени осуществить согласно формулам.
Среднеквадратичное отклонение
Дифференциал хода:
- Требования к отчёту
Отчет должен содержать:
а) цель работы;
б) основные паспортные характеристики исследуемых датчиков;
в) экспериментальные данные, расчётные значения требуемых параметров и графиков по каждому из исследуемых датчиков;
г) анализ полученных экспериментальных данных, сравнение полученных дан ных с паспортными, выводы и рекомендации по использованию исследованных датчиков.
- Контрольные вопросы
- Каковы принципы действия индуктивного выключателя?
- Каковы принципы действия емкостного выключателя?
- Каковы принципы действия магниточувствительных выключателей?
- Каковы принципы действия ультразвукового выключателя?
- К какому типу относится оптический выключатель, и каков его принцип действия?
- Как обеспечивается питание исследуемых датчиков и как подключается нагрузка к их выходам?
- Как рассчитывается среднеквадратическое отклонение случайной составляющей погрешности датчика?
- Что такое гистерезис датчика и как его определить экспериментально?
- Как исключить влияние люфтов в передаче при исследовании датчиков?
- Как построить номинальную статическую характеристику датчика с аналоговым выходом (ИПП)?
Лабораторная работа N10.
Изучение датчиков тока и напряжения
Цель работы:
- изучить режимы работы и основные характеристики датчиков тока и напря жения;
- сравнить экспериментальные характеристики с теоретическими и оценить погрешности;
- определить основные погрешности датчиков тока и напряжения.
I. Техническое описание лабораторного стенда
1. Назначение
- Лабораторный стенд «Датчики технологической информации» (далее стенд) предназначен для обучения студентов различных специальностей, изучаю щих дисциплины, связанные с автоматизацией различных отраслей промышленно сти.
- Стенд выполнен для работы в лабораторных условиях (невзрывоопасная окружающая среда, не содержащая агрессивных газов и паров, ненасыщенная во дяными парами и токопроводящей пылью).
2. Технические характеристики
- Стенд включает в себя лабораторный модуль и кейс с минимодулями, со единительными проводами и вспомогательным оборудованием.
- Габаритные размеры стенда, мм - 500x300x350.
- Масса стенда, кг - не более 15.
- Питание лабораторного стенда:
- напряжение питания - 220 В, 50 Гц;
- потребляемая мощность - не более 200 ВА.
- Число проводимых лабораторных работ -4.
- Изучаемое на стенде оборудование:
- датчики тока и напряжения;
-датчики температуры;
- датчики магнитного поля;
- датчик освещенности.
3. Состав и схема подключений лабораторного стенда
3.1. Стенд выполнен в настольном исполнении (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид стенда «Датчики технологической информации»
3.2. В состав стенда входят:
- комплект минимодулей с изучаемыми датчиками, закрепленными в них;
- комплект соединительных кабелей и вспомогательного оборудования;
- Модуль «Датчики технологической информации 2» содержит блоки пита ния, генератор переменного напряжения (10... 10000 Гц, 0...10 В, 0...1 А) и регулятор постоянного тока (0...10 В, 0...1 А), субблоки для изучения различных типов датчи ков тока и напряжения, температуры, магнитного поля и освещенности, а также вольтметр и амперметр постоянного и переменного тока.
На данном модуле проводятся следующие работы:
- изучение датчиков тока и напряжения (шунт, делитель напряжения, измери тельные трансформаторы тока и напряжения, интегральные датчики тока и напря жения)
- изучение датчиков температуры (биметаллический термостат, термопара, ин тегральный датчик, кремниевый и платиновый терморезисторы, инфракрасный пи рометр);
- изучение датчиков магнитного поля (дискретный и аналоговый датчик Холла, дискретный и аналоговый магниторезистор, геркон);
- изучение интегрального датчика освещенности.
- ВСЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ ОСУЩЕСТВЛЯЮТСЯ ЧЕРЕЗ КАБЕЛИ ТОЛЬКО ПРИ ВЫКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ СУББЛОКА И ВСЕГО МОДУЛЯ В ЦЕЛОМ. В разделе 6 и указаниях к каждой лабора торной работе поясняется, какие модули используются и какие подключения (пере ключения) необходимо осуществить перед началом конкретной лабораторной рабо ты и в ходе ее выполнения.
4. Конструктивное исполнение модулей лабораторного стенда
- Лабораторный модуль состоит из лицевой панели и защитного кожуха.
К лицевой панели крепится исследуемое оборудование. На лицевую панель методом шелкографии нанесена мнемосхема с различной полезной для пользова теля информацию (название модуля, подписи к функциональным субблокам и др.). Разъемы, необходимые для обеспечения работы стенда, вынесены на заднюю стен ку кожуха.
- На лицевой панели модуля ДТИ2 (рис. 2) установлено следующее обору дование:
- сетевой тумблер питания SA1;
- кнопочный переключатель питания SA2, ручки регулировки амплитуды и час тоты, галетный переключатель дискретного переключения частоты и индикатор ге нератора переменного тока с выходными клеммами;
- кнопочный переключатель питания SA3, ручка регулятора напряжения по стоянного тока с выходными клеммами;
- кнопочный переключатель питания SA4 и промышленный контроллер темпе ратуры E5CN фирмы OMRON;
- вольтметр PV1 и амперметр РА1 для измерения постоянного и переменного
тока;
- поля для установки изучаемых датчиков с входными и выходными клеммами;
- многопредельный мультиметр.
- Переключатель «Питание» обеспечивает включение питания модуля ДТИ1. Пе реключатель SA2 обеспечивает включение генератора переменного напряжения, а SA3 - включение регулятора постоянного тока. При включении SA2 включаются вольтметр PV1 и амперметр РА1 и индикатор частоты выходного напряжения. На выходных клеммах субблока с помощью мультиметра можно наблюдать переменное по амплитуде и частоте (устанавливаются соответствующими регулировочными руч ками) напряжение. При включении SA3 также включаются вольтметр PV1 и ампер метр РА1. На выходных клеммах субблока с помощью мультиметра можно наблюдать постоянное напряжение (устанавливается регулировочной ручкой). ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ВКЛЮЧЕНИИ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ SA2 И SA3 ПРОИСХОДИТ БЛОКИРОВКА. Генератор переменного напряжения и регулятор постоянного тока отключаются и на выходных клеммах напряжения не будет.
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ НЕОБХОДИМО ВКЛЮЧАТЬ ТОЛЬКО ТЕ СУББЛОКИ, КОТОРЫЕ УКАЗАНЫ В МЕТОДИЧЕСКОМ ПОСОБИИ К ДАННОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.
Поля для установки минимодулей необходимы для установки в них соответст вующих названию поля минимодулей. В соответствии с темой лабораторной работы выбирается необходимый минимодуль с исследуемым датчиком и устанавливается в соответствующее поле на лицевой панели модуля.
Рис. 2. Лицевая панель модуля ДТИ2
На тыльной стороне модуля расположены следующие элементы:
- сетевой разъем СНП для подключения питания; ,
- держатель предохранителя с плавкой вставкой на 2 А;
- болт защитного заземления;
5. Подготовка лабораторного стенда к работе
5.1. Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков тока и напряжения:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока генера тора переменного напряжения с входами мультиметра с режимом измерения пере менного напряжения до 20 В;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA2 включить генератор переменного напряжения. Вращая ручки регулировки и амплитуды с помощью мультиметра и ин дикатора частоты, при правильной работе всех элементов модуля наблюдается из менение величины и частоты переменного напряжения от 0 до 10 В и от 10 Гц до 10 кГц. Переключая галетный переключатель в положения х10 и x100 можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты;
- с помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регулятора постоянного напряжения с входами мультиметра с режимом измерения постоянного напряжения до 20 В;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA3 включить регулятор постоянного напряжения. Вращая ручку регулировки, при правильной работе всех элементов мо дуля наблюдается изменение уровня постоянного напряжения.
- Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков температуры:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регуля тора температуры;
- установить любой из минимодулей (желательно термопару и интегральный датчик) в гнезда соответствующего поля;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA4 включить регулятор температуры. При правильной работе необходимо наблюдать изменение текущей температуры нагревательного элемента на экране регулятора температуры. Кроме того, при под ключении мультиметра в режиме измерения постоянного напряжения (термопара, пирометр или интегральный датчик) или в режиме измерения сопротивления (тер морезисторы) можно наблюдать изменение значения напряжения и сопротивления.
- Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчиков магнитного поля:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2.
- установить любой из минимодулей (желательно аналоговый датчик Холла) в гнезда соответствующего поля;
- подключить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения к вы ходным гнездам на минимодуле;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели.
- при правильной работе модуля, изменяя расстояние отдатчика до воздейст вующего магнита с помощью микрометра, необходимо наблюдать изменение вели чины напряжения.
- Подготовка лабораторного стенда к проведению лабораторной работы по изучению датчика освещенности:
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регуля тора постоянного напряжения с входами входными клеммами поля «Датчик осве щенности». Выходные клеммы этого поля необходимо подключить к входам мультиметра с режимом измерения постоянного напряжения до 20 В;
- установить минимодуль в гнезда соответствующего поля;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Наличие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA3 включить регулятор постоянного напряжения. Вращая ручку регулировки, при правильной работе всех элементов мо дуля с помощью мультиметра наблюдается изменение уровня постоянного напря жения.
Ход работы
Дома изучить принцип работы, назначение и технические характеристики дат чиков тока и напряжения, схемы их подключения, а также основные узлы и возмож ности лабораторного комплекса.
В лаборатории:
- пройти тестирование по теоретической части;
- снять и построить экспериментальные статические характеристики измери тельного шунта;
- снять и построить экспериментальные статические характеристики измери тельного трансформатора тока;
- снять и построить экспериментальные статические характеристики инте грального датчика тока;
- снять и построить экспериментальные статические характеристики делителя напряжения;
- снять и построить экспериментальные передаточные характеристики транс форматора напряжения;
- снять и построить экспериментальные статические характеристики инте грального датчика напряжения;
- проанализировать полученные результаты, сформулировать выводы;
- выполнить отчет о проделанной работе.
Методические указания к проведению лабораторной работы
- Общие сведения
В лабораторной работе исследуются следующие датчики тока и напряжения:
- измерительный шунт;
- измерительный трансформатор тока Talema АС 1010;
- интегральный датчик тока LEM НХ-ОЗР;
-делитель напряжения;
-трансформатор напряжения HANN BV201;
- интегральный датчик температуры LEM LV-25P.
Краткий теоретический материал, посвященный описанию принципов работы датчиков тока и напряжения, а также технические характеристики используемых в лабораторной работе датчиков приведены в Прил. 1.
- Описание лабораторной установки для изучения датчиков тока и напряжения
Прежде, чем приступить к экспериментальному исследованию датчиков тока и напряжения, необходимо ознакомиться с принципом их действия и схемой подклю чения. Необходимо также изучить назначение элементов стенда.
Зона для изучения датчиков тока и напряжения лабораторного стенда пред ставлена на рис. 1. Данная зона представляет собой субблоки генератора перемен ного по амплитуде и частоте напряжения с выходными клеммами, регулятора постоянного напряжения с выходными клеммами, поле для установки минимодулей с изучаемыми датчиками тока и напряжения с входными клеммами для соединения с вы ходами субблоков генератора переменного напряжения и регулятора постоянного напряжения и выходными клеммами для подключения измерительных входов муль тиметра, а также блок индикаторов (вольтметр и амперметр, позволяющие в зависимости от режима работы измерять переменный или постоянный ток и напряже ние).
Питание датчиков и других микросхем ±15В осуществляется через внутренние цепи от импульсного источника питания.
На рис. 2 представлен внешний вид минимодулей, в которых расположены изучаемые датчики.
Рис. 1. Зона для исследования датчиков тока и напряжения
Рис. 2. Внешний вид минимодулей с изучаемыми датчиками: измерительный шунт (а), трансформатор тока (б), интегральный датчик тока (в), делитель напряжения (г), трансформатор напряжения (д), интегральный датчик напряжения (е)
- Проверка работоспособности экспериментальной установки:
Для проверки работоспособности необходимо
- сетевой кабель необходимо подключить к разъему СНП на модуле ДТИ2. С помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока генера тора переменного напряжения с входами мультиметра с режимом измерения пере менного напряжения до 20 В;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA2 включить генератор переменного напряжения. Вращая ручки регулировки и амплитуды с помощью мультиметра и ин дикатора частоты, при правильной работе всех элементов модуля наблюдается из менение величины и частоты переменного напряжения от 0 до 10 В и от 10 Гц до 10 кГц. Переключая галетный переключатель в положения х10 и x100 можно наблюдать изменение частоты соответственно в 10 и 100 раз относительно указанной на лимбе ручки регулировки частоты;
- с помощью соединительных проводов соединить выходные клеммы субблока регулятора постоянного напряжения с входами мультиметра с режимом измере ния постоянного напряжения до 20 В;
- включить сетевой выключатель SA1 на лицевой панели модуля ДТИ2. Нали чие напряжения на стенде индицируется подсветкой, установленной в тумблере пи тания на лицевой панели. Переключателем SA3 включить регулятор постоянного напряжения. Вращая ручку регулировки, при правильной работе всех элементов мо дуля наблюдается изменение уровня постоянного напряжения.
- Экспериментальное определение характеристик датчиков тока и напряжения
4.1. Снятие и построение экспериментальной характеристики измерительного шунта при измерении постоянного и переменного тока
Для снятия экспериментальной статической характеристики измерительного шунта необходимо установить в поле «Датчики тока и напряжения» модуль с изу чаемым прибором. К его входам подключить выходы регулятора напряжения, при чем в эту цепь необходимо последовательно включить амперметр в режиме измерения постоянного тока и параллельно вольтметр также в режиме измерения посто янного напряжения. К выходам минимодуля необходимо подключить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения до 2 В. Вращая соответствующую ручку регулятора напряжения, необходимо изменять величину тока, протекающую через шунт и фиксировать значения на дисплее мультиметра. В ходе эксперимента необ ходимо снять восходящую и нисходящую ветви характеристики (не менее 15 точек в каждую сторону). Данные занести в табл. 1. Аналогично провести эксперименталь ные исследования для переменного тока. Для этого к входам минимодуля необхо димо подключить выходы генератора переменного напряжения, амперметр и вольт метр перевести в режим измерения переменного тока и напряжения, мультиметр перевести в режим измерения переменного напряжения до 2 В. Методика снятия ха рактеристик аналогична исследованиям датчика на постоянном токе. Данные зане сти также в табл. 1.
Таблица 1
|
=
|
IBX. мА
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
|
∼
|
Iвx, мА
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
Построить на одном графике восходящую и нисходящую ветви статической ха рактеристики измерительного шунта и оценить основные погрешности отдельно для измерения постоянного и переменного тока.
- Снятие и построение экспериментальной характеристики измерительного трансформатора тока при измерении переменного тока
- Для снятия экспериментальной статической характеристики измерительного трансформатора тока необходимо установить в поле «Датчики тока и напряжения» модуль с изучаемым прибором. К его входам подключить выходы генератора пере менного напряжения, причем в эту цепь необходимо последовательно включить ам перметр в режиме измерения переменного тока и параллельно вольтметр также в режиме измерения переменного напряжения. К выходам минимодуля необходимо подключить мультиметр в режиме измерения переменного напряжения до 20 В. Вращая соответствующую ручку генератора переменного напряжения и, регулируя таким образом амплитуду переменного напряжения, необходимо изменять величину тока, протекающую через трансформатор тока и фиксировать значения на дисплее мультиметра. При этом частота протекающего тока 50 Гц. В ходе эксперимента не обходимо снять восходящую и нисходящую ветви характеристики (не менее 15 точек в каждую сторону). Данные занести в табл. 2.
Таблица 2
Построить на одном графике восходящую и нисходящую ветви статической характеристики измерительного трансформатора тока и оценить основные погрешности.
4.3. Снятие и построение экспериментальной характеристики интегрального датчика тока
Для снятия экспериментальной статической характеристики интегрального дат чика тока необходимо установить в поле «Датчики тока и напряжения» модуль с изучаемым прибором.
Таблица 3
|
=
|
IBX. мА
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
|
∼
|
Iвx, мА
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
Построить на графиках восходящие и нисходящие ветви статических характе ристик интегрального датчика тока и оценить основные погрешности.
4.4. Снятие и построение экспериментальной характеристики делителя напря жения при измерении постоянного/переменного напряжения
Для снятия экспериментальной статической характеристики делителя напряже ния необходимо установить в поле «Датчики тока и напряжения» модуль с изучаемым прибором.
Аналогично 4.1 снять статические характеристики датчика на постоянном и пе ременном токе. Мультиметр должен находиться в режиме измерения переменно го/постоянного напряжения до 2 В. Данные занести в табл. 4.
Таблица 4
|
=
|
UBX. В
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
|
∼
|
Uвx, В
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
Построить на одном графике восходящую и нисходящую ветви статической ха рактеристики делителя напряжения и оценить основные погрешности.
4.5. Снятие и построение экспериментальной характеристики трансформатора напряжения
Для снятия экспериментальной статической характеристики трансформатора напряжения необходимо установить в поле «Датчики тока ц напряжения» модуль с изучаемым прибором.
Аналогично 4.1 снять статические характеристики датчика на переменном токе. Мультиметр должен находиться в режиме измерения переменного напряжения до 20 В. Данные занести в табл. 5.
Таблица 5
Построить на одном графике восходящую и нисходящую ветви статической ха рактеристики трансформатора напряжения и оценить основные погрешности.
4.6. Снятие и построение экспериментальной характеристики интегрального датчика напряжения
Для снятия экспериментальной статической характеристики интегрального дат чика напряжения необходимо установить в поле «Датчики тока и напряжения» мо дуль с изучаемым прибором.
Аналогично 4.1 снять статические характеристики датчика на постоянном и пе ременном токе. Мультиметр должен находиться в режиме измерения переменно го/постоянного напряжения до 2 В. Данные занести в табл. 3.
Аналогично 4.1 снять статические характеристики датчика на постоянном и переменном токе. Мультиметр должен находиться в режиме измерения переменно го/постоянного напряжения до 20 В. Данные занести в табл. 6.
Таблица 6
|
=
|
UBX. В
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
|
∼
|
Uвx, В
|
|
|
|
|
|
|
Uвых , В
|
|
|
|
|
Построить на графиках восходящие и нисходящие ветви статических характе ристик интегрального датчика напряжения и оценить основные погрешности.
- 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 дан ных с паспортными, выводы.
- Контрольные вопросы
- Каковы принципы действия и конструктивные особенности измерительного токового шунта и делителя напряжений?
- Каковы принципы действия и конструктивные особенности трансформатора тока и трансформатора напряжения?
- Каковы принципы действия и конструктивные особенности интегральных датчиков тока и напряжения?
- Какие основные погрешности есть у датчиков тока и напряжения, каковы их причины и пути снижения?
- Какими техническими характеристиками должны обладать датчики тока для снижения погрешностей измерения
- Какими техническими характеристиками должны обладать датчики напряже ния для снижения погрешностей измерения
- Опишите порядок проведения экспериментов, назначение элементов стенда и меры предосторожности при работе с датчиками?
8. Какие из рассмотренных датчиков обладают наилучшими техническими ха рактеристиками и почему?