Принцип работы потенциометра

Принцип работы потенциометров

Потенциометр (от лат. potentia — сила и …метр), 1) электроизмерительный компенсатор, прибор для определения эдс или напряжений компенсационным методом измерений. С использованием мер сопротивления потенциометр может применяться для измерения тока, мощности и др. электрических величин, а с использованием соответствующих измерительных преобразователей — для измерения различных неэлектрических величин (например, температуры, давления, состава газов). Различают потенциометры постоянного и переменного тока.

  В потенциометрах постоянного тока измеряемое напряжение сравнивается с эдс нормального элемента. Поскольку в момент компенсации ток в цепи измеряемого напряжения равен нулю, измерения производятся без отбора мощности от объекта измерения. Точность измерений при помощи таких потенциометрыах достигает 0,01%, а иногда и выше. Потенциометры постоянного тока делятся на высокоомные  и низкоомные. Первые имеют пределы измерений до 2 в и применяются для поверки приборов высокого класса точности, вторые применяются для измерения напряжений до 100 мв.

Потенциометры. Устройство. Принцип действия.

Для измерения более высоких напряжений (обычно до 600 в) и поверки вольтметров потенциометры соединяют с делителем напряжения; при этом компенсируется падение напряжения на одном из сопротивлений делителя, составляющее известную часть измеряемого напряжения.

  В потенциометрах переменного тока измеряемое напряжение сравнивается с падением напряжения, создаваемым переменным током той же частоты на известном сопротивлении; при этом измеряемое напряжение компенсируется по амплитуде и фазе. Точность измерений потенциометров переменного тока порядка 0,2 %.

  В электронных автоматических потенциометрах как постоянного, так и переменного тока измерения напряжения выполняются автоматически; при этом компенсация измеряемого напряжения осуществляется посредством исполнительного механизма (электродвигателя), перемещающего соответствующие движки на сопротивлениях (реохордах) потенциометра. Исполнительный механизм управляется напряжением небаланса (разбаланса) — разностью между компенсируемым и компенсирующим напряжениями. Результаты измерений в электронных автоматических потенциометрах отсчитываются по стрелочному указателю, фиксируются на диаграммной ленте или выдаются в цифровой форме, что позволяет вводить полученные данные непосредственно в ЭВМ. Помимо измерений, электронные автоматические потенциометры могут выполнять функции регулирования параметров производственных процессов. В этом случае движок реохорда устанавливают в определённое положение, задающее, например, требуемую температуру объекта регулирования, а напряжение небаланса потенциометры подают на исполнительный механизм, соответственно увеличивающий (уменьшающий) электрический нагрев или регулирующий поступление горючего.

  2) Делитель напряжения с плавным регулированием сопротивления, устройство (в простейшем случае в виде проводника с большим омическим сопротивлением, снабженного скользящим контактом), при помощи которого на вход электрической цепи может быть подана часть данного напряжения. Такие делители-потенциометры применяются в радиотехнике и электротехнике, в аналоговой вычислительной и в измерительной технике, а также в системах автоматики, например в качестве датчиков линейных и угловых перемещений.

Процесса

Глава 9. Датчики параметров технологического

В технологических процессах управление осуществляется по таким параметрам как время, энергия, температура, сила (давление), масса, скорость (ускорение), электропроводность, освещенность, цвет и т.д. Многие остальные параметры технологических процессов бывают рассчитаны, смоделированы из вышеперечисленных.

Датчик — конструктивно законченное устройство, предназначенное для преобразования физической величины в электрическую или иную величину, удобную для дальнейшей передачи и преобразования.

Большинство известных в автоматике дат­чиков преобразуют контролируемую ве­личину X в электрическую величину Y (к примеру, движение в индуктивность или напряжение, температуру в электрическое напряжение и т. п.) или в неэлектрическую (движение в давление воздуха или жидкости и др.).

Измерения производят путем внедрения датчика 6 в среду 1 или приема излучений (электромагнитных, акустических и др.) из нее (рис. 9.1).

Основу датчика составляет чувствительный элемент 2, непосредственно преобразующий измеряемую величину среды 1 в электрический сигнал.

2. Принцип действия потенциометров.

В состав датчика могут входить также устройства 3, изменяющие форму или корректирующие сигнал чувствительного элемента͵ к примеру, преобразователь аналогового сигнала в цифровой или корректор нелинœейности. Сигнал из датчика подают по проводам или по беспроводной системе 4 на приемник 5 его обработки и дальнейшего использования.

Рисунок 9.1 – Система: датчик и измеряемая среда.

Датчики классифицируют по различным признакам, но, прежде всœего по виду измеряемого параметра среды и принципу действия. При заказе датчика у изготовителя оперируют, прежде всœего, видом измеряемого параметра: температура, давление, скорость, плотность и т.д.

По роду энергии выходной величины различают электрические и неэлектрические датчики, в частности механические, пневматические или гидравлические.

В практике находят разные виды датчиков, но всœе большее и большее применение находят электрические и построенные на их базе электронные датчики, в силу своей универсальности применения независимо от оборудования, на ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ они устанавливаются, и технологичности изготовления.

Принцип действия датчика оказывает существенное влияние на его выбор, в случае если имеются требования по габаритным размерам, погрешности или безопасности работы автоматической системы.

В современных системах автоматики датчики подразделяют также по виду выходной величины — аналоговая или цифровая. Традиционно использовалось аналоговое представление информации. При этом, в связи с повышением требований к точности передачи информации датчиков на большое расстояние (от оборудования до места обработки информации), применением компьютерного ее анализа и после-дующего использования, цифровые датчики находят всœе большее и большее применение.

Понятие датчика связано с такими характеристиками как диапазон измерений, статическая характеристика, точность измерений, чувствительность, разрешающая способность, время успокоения и быстродействие, выходная мощность и выходное сопротивление.

Диапазон измерении – разница между минимальной измеряемой величиной и максимальной.

Статическая характеристика – зависимость выходной величины Y от входной величины X – Y=f(X) (рис.9.2).

Чувствительность – отношение изменения показаний датчика dY к изменению измеряемой величины dX:

= dY/dX.

Одной из характеристик датчиков является нелинœейность его статической характеристики. Для датчиков с линœейной статической характеристикой (рис.9.2, зависимость 1) чувствительность постоянна. Для датчиков с нелинœейной характеристикой (рис.9.2, зависимость 2) чувствительность непостоянна, что вызывает определœенные трудности использования датчика исходя из диапазона измеряемой величины. По этой причине применяют различные способы линœеализации выходного сигнала датчиков. Линœейная зависимость Y=f(X) упрощает использование и обработку сигналов, снижает погрешности.

Точность измерений. Точность измерений определяется погрешностью. Различают абсолютную погрешность— разность между показанием датчика Xд и истинным значением измеряемой величины Xо:

X = Xд — Xо

и относительную погрешность – отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины

= X/Xо.

Рисунок 9.2 – Нелинœейность датчиков.

Приведенная погрешность— отношение абсолютной погрешности к нормированному значению, к примеру, к максимальному значению измеряемой величины Xм

= X/Xм.

Основная погрешность – погрешность в нормальных условиях эксплуатации (температура, влажность, атмосферное давление и т.п.).

Дополнительная погрешность – погрешность, вызванная отклонением условий измерений (эксплуатации) от нормальных, на которые рассчитан датчик по техническому паспорту.

Разрешающая способность – минимальная разность измеряемой величины, различаемая с помощью датчика.

Время установления показаний (время успокоения) – время, в течение которого при одной и той же входной измеряемой величинœе показания датчика примут постоянное значение.

Быстродействие – максимальное количество измерений с нормированной погрешностью в единицу времени измерения.

Выходная мощность сигнала и выходное сопротивление датчика должны соответствовать приемнику информации.

Читайте также

— Основные характеристики датчиков.

1. функция преобразования – на входе x на выходе y – функциональная зависимость y=f(x) · статическая характеристика – величина х не изменяется с течением времени, а время измерений не ограничено 2. чувствительность – отношение изменения выходной величины, к вызвавшему её… .

— Основные характеристики датчиков.

1. функция преобразования – на входе x на выходе y – функциональная зависимость y=f(x) · статическая характеристика – величина х не изменяется с течением времени, а время измерений не ограничено 2. чувствительность – отношение изменения выходной величины, к вызвавшему её… .

Принцип действия автоматического потенциометра для измерения температур

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 «ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА»

Цель работы

1. Изучение принципа действия и конструкции потенциометров.

2. Знакомство с установкой, ее назначением, возможностями,

правилами

3. Проведение проверки потенциометра.

Принцип действия и устройство потенциометра

Электронные потенциометры предназначены для непрерывного измерения электродвижущей силы постоянного тока, в частном случае электронный потенциометр используется для измерения температуры. При измерении температуры на вход потенциометра подключается термоэлектрический преобразователь.

Приборостроительная промышленность выпускает несколько видов электронных потенциометров. В зависимости от формы представления информации, потенциометрам присвоены следующие шифры:

КСП- компенсатор самопишущий потенциометрический;

КПП- компенсатор показывающий потенциометрический;

КПВ — компенсатор показывающий потенциометрический с вращающейся шкалой.

Кроме того, потенциометры подразделяются на миниатюрные (КПП, КСП-1.-КПВ-1), малогабаритные (КСП-2), нормальные (КСП-3 с дисковой диаграммой), повышенных габаритов (КСП-4).

Bсе перечисленные потенциометры кроме функций измерения могут выполнять и ряд других функций, к числу которых относятся:

1. Сигнализация о достижении какого-либо заданного значения (макс- мин- норма);

2. Регулирование параметра по заданию;

3. Преобразование сигнала для связи с ГСП (для этого в приборах используют встроенные измерительные преобразователи с целью получения на выходе унифицированных сигналов для связи с различными ветвями ГСП. По виду выходного сигнала преобразователи различают на пневматические, частотные, токовые и преобразователи напряжения).

Работа потенциометра как измерительного прибора основана на нулевом (компенсационном) методе измерения. Компенсационный метод измерения основан на уравновешивании измеряемой ЭДС падением напряжения, значение которого может быть определено.

Основное преимущество компенсационного метода заключается в том, что значение термо-ЭДС не зависит от сопротивления цепи термоэлектрического термометра.

Для более эффективного использования компенсационного метода измерения термо-ЭДС применяется потенциометр с постоянной силой тока, в состав которого входит нормальный элемент . Нормальный элемент – это электрохимический источник постоянной ЭДС, которая известна с высокой точностью (1,0186 В). Так как нормальный элемент обладает малой мощностью его в качестве источника питания использовать нельзя; его используют как эталон (мера) ЭДС.

Потенциометры с постоянной силой рабочего тока повышают точность измерения термо-ЭДС (класс точности приборов 0,05), однако при работе с ними может иметь место погрешность, вызванная непостоянством температуры холодного спая термоэлектрического термометра, поэтому на производстве эти потенциометры применяют редко.

Рис. 1. Упрощенная измерительная схема автоматического потенциометра.

Более широкое применение нашли автоматические потенциометры. Как следует из названия, автоматические потенциометры предназначены для измерения термо-ЭДС без участия человека. Кроме ряда дополнительных функций автоматические потенциометры выполняют корректировку результата измерения на температуру холодного спая термопары.

Термо-ЭДС термоэлектрического термометра ЕТ уравновешивается падением напряжения на участке б-е автоматически. Если Uбе не равно ЕТ , то на вход электронного блока ЭБ подается разность сигналов DU=Uбе — ЕТ , которая усиливается. Далее сигнал поступает на двигатель, который перемещает движок реохорда RP таким образом, что DU начинает уменьшаться и становится равным нулю, после чего выходной сигнал ЭБ не будет вызывать движения реверсивного двигателя и движок реохорда остановится. Вместе с перемещением движка реохорда по шкале прибора одновременно перемещается стрелка, отмечая показания измеряемой температуры. Источник питания стабилизированный ИПС используется для стабилизации рабочего тока.

Для автоматического введения поправки на температуру холодного спая термоэлектрического термометра в схеме потенциометра имеется медный резистор (RM ), который расположен рядом с холодным спаем термопары и имеет ту же температуру, что и он. Из схемы видно, что медный резистор и измерительный реохорд включены в разные контуры с различными по знаку и значению рабочими токами (I1 =3 mA; I2 =2 mA). Это сделано для того, чтобы ввести и поправку в показания на температуру холодного спая и уравновесить термо-ЭДС.

Описание рабочего стенда

Лабораторная установка включает в себя:

1. автоматический потенциометр типа КСП-4;

2. измеритель цифровой 2 ТРМ0;

3. термоэлектрический термометр ТП (L), расположенный в электрической нагревательной печи;

4. образцовый потенциометр постоянного тока типа ПП-63.

Лабораторный стенд предназначен для проведения следующих работ:

· поверка автоматического потенциометра КСП образцовым потенциометром;

· поверка цифрового измерителя 2ТРМ0 образцовым потенциометром;

· измерение температуры печи с помощью хромель-алюмелевой термопары и, работающего в информационном режиме измерителя 2ТРМ0.

Схема поверки автоматического потенциометра КСП-4 и цифрового измерителя 2 ТРМ0 представлена на рис. 2.

Таблица.

абс=±(x-xдейств)

Прямой ходОбратный ход

абс=-1,08-0=-0,28мВ абс=-0,8-0=-0,08 мВ

абс=3,02-3,350=-0,33 мВ абс=2,85-3,350=-0,5 мВ

абс=6,6-6,398=0,202 мВ абс=6,55-6,398=0,152 мВ

абс=10,2-10,624=-0,424 мВ абс=10,2-10,624=-0,424 мВ

абс=14,3-14,570=-0,27 мВ абс=14,4-14,570=-0,17 мВ

абс=18,45-17,860=0,59 мВ абс=18,2-17,860=0,34 мВ

абс=22,5-22,880=-0,38 мВ абс=22,45-22,880=-0,43 мВ

прив=(абс/N)*100прив=300°С или 22,880 мВ

прив=(1,8 /22,880)*100=3,2% прив=(0,8 /22,880)*100=2,6%

прив=(0,33 /22,880)*100=1,44% прив=(0,5 /22,880)*100=2,2%

прив=(0,202 /22,880)*100=0,22% прив=(0,152 /22,880)*100=0,7%

прив=(0,424 /22,880)*100=1,8% прив=(0,424 /22,880)*100=1,9%

прив=(0,27 /22,880)*100=2,6% прив=(0,17 /22,880)*100=0,7%

прив=(0,59 /22,880)*100=2,9% прив=(0,34 /22,880)*100=1,5%

прив=(0,38 /22,880)*100=1,66% прив=(0,43 /22,880)*100=1,9%

доп=(0,25*22,880)/100=0,057

Абсолютная погрешность ( ), как при прямом, так и при обратном ходе определяется как разность между табличным значением ЭДС, соответствующим данной оцифрованной отметке шкалы поверяемого прибора (из градуировочных таблиц), и показаниями образцового потенциометра.

2. Приведенная погрешность:

;

Emax и Emin – соответственно максимальное и минимальное значения шкалы поверяемого прибора.

3. Абсолютная вариация () определяется как разность показаний образцового потенциометра при прямом и обратном ходе указателя поверяемого прибора.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

по курсу «Технические измерения и приборы»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Методические указания

Волгоград

УДК 681.5.011

Исследование потенциометрического преобразователя: метод. указания к лабораторной работе № 2 по дисциплине «Технические измерения и приборы» / сост. С.Г. Поступаева, Е.В. Стегачев / ВолгГТУ. Волгоград, 2012. – 9 с.

Излагаются основные сведения о конструкциях и принципе действия потенциометрических преобразователей, приводится описание лабораторной установки и методики исследования влияния нагрузки на статическую характеристику преобразователей.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 220301 и направлению 220200.

Ил. 7. Табл. 1. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета.

© Волгоградский

государственный

технический

университет, 2012

© С. Г. Поступаева, 2012

Е. В. Стегачев

• ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Изучение устройства и принципа действия потенциометрического преобразователя.

• Экспериментальное определение статических зависимостей изменения напряжения на выходе преобразователя от положения движка реостата в режимах холостого хода и с нагрузкой.

• Исследование точностных характеристик потенциометрического преобразователя.

• ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Потенциометрическим первичным преобразователем (датчиком) называют такой реостат, движок которого перемещается в соответствии со значением измеряемой неэлектрической величины. Таким образом, входной величиной такого преобразователя является перемещение движка, которое может быть как угловым, так и линейным.

Выходной величиной потенциометрического преобразователя является активное сопротивление, распределенное линейно или по некоторому закону вдоль пути перемещения движка.

На рисунке 1 показано устройство потенциометрического преобразователя.

На каркас 1 из изолированного материала намотана с равномерным шагом изолированная проволока 2. Щетка 3 имеет возможность скользить по очищенной от изоляции проволоке верхней грани каркаса. Добавочная щетка 4 перемещается по токосъемному кольцу 5. Обе щетки изолированы от приводного валика 6.

Рисунок 1

Потенциометрические преобразователи могут быть и с поступательным перемещением движка. Для потенциометрических преобразователей чаще всего применяют манганиновую, константановую или фехралевую проволоку. В случае повышенных требований к износоустойчивости контактной поверхности провода или когда контактное давление очень мало, применяют сплав платины с иридием. Это увеличивает твердость и прочность платины и повышает ее кислотоупорность, антикоррозийность и износоустойчивость. Удельное сопротивление такого сплава . Платино-иридиевый провод выпускается весьма малых диаметров (до 0,03 мм), и это позволяет изготавливать малогабаритные (1*2 см) и легкие (10-12 г), высокоомные (до нескольких тысяч Ом) преобразователи. Изоляцией провода реостата служит эмаль или слой окислов. Движок (щетка) представляет собой две-три платино-иридиевые проволоки, либо пластинки из серебра или фосфористой бронзы.

Каркас обычно делается из текстолита или пластмассы. Наряду с ними применяется каркасы из алюминия, покрытого изоляционным лаком или оксидной пленкой толщиной до 10 мкм. Последний, сохраняя стабильность геометриче-ских размеров, позволяет также за счет лучшей теплопроводности повы-сить плотность тока в обмотке и, следовательно, увеличить чувствитель-ность преобразователя.

Рисунок 2

Реактивное сопротивление потенциометрических преобразователей (индуктивное и емкостное) весьма мало и его можно не принимать во внимание до частот порядка нескольких кГц. Датчик питается напряжением Е (рис. 2).

Рисунок 3

Входной величиной датчика является перемещение Х или угловое перемещение его движка, а выходной – напряжение U, снимаемое с потенциометра. Если потенциометр ненагружен , т.е. работает на холостом ходу, то выходное перемещение пропорционально перемещению движка (рис. 3):

Uп=Kп*X, (1)

где Kп – коэффициент передачи (чувствительность) потенциометра, численно равный напряжению, которое снимается с потенциометра при перемещении его движка на единицу длины (угла), В/мм, (В/град).

В реальных условиях преобразователь работает с нагрузкой R (входное сопротивление подключено к датчику прибора), по сопротивлению которой протекает ток I. Поэтому линейная зависимость между выходным напряжением U, перемещением X или нарушается (рис. 3). Это значит, что коэффициент передачи не является постоянной величиной и нагрузка оказывает влияние на передачу сигнала. Влияние нагрузки можно не учитывать, если R>>0.

Если потенциометрический преобразователь изготовлен из толстого провода, то его статическая характеристика будет ступенчатой (рис. 4). Ошибка ступенчатости , вызывает колебания выходного напряжения с большой частотой и тем самым создает помехи. Для уменьшения этой ошибки увеличивают число витков, одновременно уменьшая диаметр провода.

В данной работе ставится задача исследования датчика в режимах холостого хода и нагрузочном. В режиме холостого хода Uхх=К*Х, т.е. пропорционально линейному смещению. Потенциометр (стр. 1 из 2) При включении нагрузки (рис. 5) появляется отклонение от линейного закона.

Рисунок 4

где – напряжение питания; – напряжение, снимаемое с потенциометра при включении нагрузки;

– величина нагрузочного сопротивления;

– полное сопротивление потенциометра;

– текущее сопротивление, пропорциональное перемещению движка потенциометра.

Рисунок 5

Для датчика с линейным перемещением движка:

, (6)

где – общая длина намотки потенциометра, x – длина намотки от начала потенциометра до движка.

Для датчиков с угловым перемещением движка:

, (7)

где – максимальный угол поворота движка, – угол поворота от начала потенциометра до движка.

Обозначим , , , (8)

тогда расчетная относительная погрешность определяется по следующей формуле:

, (9)

а экспериментальная относительная погрешность:

; (10)

Зависимость от при различных значениях – на рис. 6.

Рисунок 6

• ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка предназначена для исследования статических характеристик потенциометрического преобразователя в режимах холостого хода и под нагрузкой.

Лабораторный стенд состоит из вертикальной панели, в левой части которой смонтирован потенциометрический преобразователь с номинальным сопротивлением r=1036 Ом и угловым перемещением движка от 0° до (285°). Угол поворота определяется по наружной шкале кругового транспортира относительно неподвижной риски.

Схема включения потенциометрического преобразователя представлена на рис. 7 и в левой горизонтальной панели стенда. Питание преобразователя напряжением U1 осуществляется через понижающий трансформатор ТР1, включением тумблера СЕТЬ. В нижней части панели расположены клеммы Выход 1 для подключения вольтметра типа В7 – 26.

Рисунок 7

Подключение нагрузки к потенциометру производится с помощью тумблера S2, имеющего три фиксированных положения:

RН1 – с сопротивлением нагрузки rн=1100 Ом;

RН2 – без сопротивления нагрузки rн= ;

RН3 – с сопротивлением нагрузки rн=550 Ом.

• ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

• Ознакомиться со схемой включения потенциометрического преобразователя.

• Ознакомиться с электроаппаратурой стенда.

• Подключить стенд к сети 220 В (тумблер СЕТЬ не включать).

• Подключить вольтметр к сети 220 В.

• Ознакомиться со шкалой и ручками переключения режимов работы вольтметра модели В7 – 26.

• Подключить вход вольтметра к клеммам Выход/ стенда.

• Настроить вольтметр для измерения напряжения питания, установив переключатель рода работ в положение U, а переключатель предела измерений в положение – 10 В. Включить стенд тумблером СЕТЬ. Установив тумблер S2 в положение Rн2 (холостой ход) и повернув до упора по часовой стрелке движок потенциометра определить и записать величину напряжения питания U1.

• Измерить и записать максимальный угол поворота движка потенциометра.

• Перемещая по часовой стрелке движок потенциометра от 0 до через 25, снять зависимость U2=f() для трех случаев:

– без сопротивления нагрузки rн= (холостой ход), тумблер S2 установить в среднее положение;

– с сопротивлением Rн1=1100 Ом, тумблер S2 установить в верхнее положение;

– с сопротивлением Rн1=550 Ом, тумблер S2 установить в нижнее положение. Результаты измерений занести в таблицу.

• Вычислить значения , , ,, , — по соответствующим формулам (3), (4), (5) и (6). Результаты вычислений занести в таблицу.

Таблица

Измеряемые показатели	Вычисляемые показатели
	Uхх	U2				—
	rн=	rн1= Ом	rн1=550 Ом			rн1	rн2	rн1	rн2	rн1	rн2

• СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Цель работы.

5.2. Основные теоретические положения потенциометрического преобразователя.

5.3. Схема подключения потенциометрического преобразователя, изображенная на рис. 7.

5.4. Таблица измерений и расчетов по установленной форме.

5.5. Графики зависимостей =() и =() при заданных нагрузках.

5.6. Выводы по работе.

• КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Объясните назначение потенциометрических преобразователей.

6.2. Опишите конструкцию и дайте схему подключения преобразователя и нагрузке.

6.3. Что является входным и выходным параметрами преобразователя?

6.4. От чего зависит погрешность преобразователя?

6.5. Нарисуйте схему лабораторной установки.

6.6. По какому закону изменяется выходное напряжение в режиме холостого хода и с нагрузкой?

6.7. Какой из двух преобразователей, выполненных из тонкого и толстого провода, имеет лучшую статистическую характеристику?

6.8. Каковы основные достоинства и недостатки потенциометрических преобразователей?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

• Колосов С.П. и др. Элементы автоматики. – М., Энергия, 1970.

• Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи).

• Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.

• Туричин М.А. Электрические измерения неэлектрических величин. – Энергия, 1975.

Потенциометры. Устройство. Принцип действия.

Рис. 1. Принципиальная схема потенциометра с термоэлектрическим термометром

Практическую реализацию компенсационного метода измерения термо-ЭДС рассмотрим на примере работы потенциометра с ручной компенсацией ПП-63. Основной особенностью потенциометра является то, что в нем развиваемая термоэлектрическим термометром термо-Э.Д.С. уравновешивается (компенсируется) равным по величине, но обратным по знаку напряжением от источника тока, расположенного в приборе, которое затем измеряется с большой точностью.

Потенциометр (рис. 1) состоит из трех смежных электрических контуров.

Принцип работы потенциометров

Контур I образует измерительную цепь, в которую включены источник постоянного тока Б, переменный резистор Rр.т служащий для изменения величины рабочего тока, сравнительный резистор Rс, уравновешивающий резистор (реохорд) Rр и кнопка К. Контур II представляет собой цепь нормального элемента НЭ, который развивает строго постоянную э.д.с, равную ±1,0186В. Контур III образован цепью термоэлектрического термометра Т. В контуры II и III поочередно включается посредством переключателя П нулевой гальванометр Г, представляющий собой чувствительный прибор с двусторонней шкалой.

Измерение температуры с помощью потенциометра производится следующим образом. Устанавливают переключатель П в положение 1, замыкается цепь контура II, затем нажатием кнопки К замыкают цепь измерительного контура I и реостатом Rр.т. регулируют рабочий ток до тех пор, пока стрелка гальванометра Г не установится на нулевую отметку. Отсутствие тока в контуре II наступает в тот момент, когда Э.Д.С. нормального элемента Е с будет уравновешена обратным по знаку падением напряжения на сравнительном резисторе Rс (на участке ab). В этом случае рабочий ток в измерительной цепи

(1)

После этого приступают к измерениям. Размыкают кнопку К и переводят переключатель П в положение 2, в результате чего к измерительному контуру I вместо контура II подключается контур III термоэлектрического термометра. Вновь замыкают кнопкой К измерительную цепь и при помощи скользящего по реохорду Rр движка изменяют сопротивление Rр’ участка bс до момента установки стрелки гальванометра на нулевую отметку. Указанное положение движка (точка с) характеризует состояние электрического равновесия, при котором ток в цепи термометра Т отсутствует, так как измеряемая термо-Э.Д.С. термометра компенсируется равным ей по величине и обратным по знаку падением напряжения на участке реохорда bс. При полной компенсации

(2)

Таким образом, определение термо-Э.Д.С. термоэлектрического термометра сводится к измерению сопротивления Rр. Шкала потенциометра, нанесенная вдоль реохорда Rр, проградуирована непосредственно в мВ. Сопротивление гальванометра и внешней соединительной линии не оказывает влияния на результаты измерений.

Лабораторный переносной потенциометр ПП-63 предназначен для измерения термо-Э.Д.С. в диапазоне 0–100 мВ и служит для поверки магнитоэлектрических милливольтметров и автоматических потенциометров. Класс точности 0,05. Лицевая панель потенциометра показана на рисунке 2.

Рис. 2. Общий вид панели переносного потенциометра ПП-63

На панели прибора смонтированы:

· гальванометр 11 магнитоэлектрической системы с подвижной частью, укрепленной на растяжках;

· измерительное сопротивление потенциометрической схемы прибора, выполненное в виде ступенчатого переключателя 8 на 24 положения и реохорда 7;

· регулировочное сопротивление 1, выполненное в виде сдвоенного ползункового реостата «РАБОЧИЙ ТОК», имеющего две рукоятки: для грубой регулировки рабочего тока (меньшая рукоятка) и для плавной (большая рукоятка);

· источник регулируемого напряжения 2, выполненный и виде сдвоенного ползункового реостата «НАПРЯЖЕНИЕ», имеющего две рукоятки: для грубой регулировки напряжения меньшая рукоятка и плавной – большая рукоятка;

· штепсельный переключатель пределов потенциометра 5, имеющий 3 положения:

· «X 0,5» – предел 0–25 мВ,

· «X 1» – предел 0–50 мВ,

· «X 2» –- предел 0–100 мВ;

· переключатель схемы потенциометра 10 на два положения:

· «К» – установка рабочего тока потенциометра,

· «И» – измерение Э.Д.С. или напряжения;

· две кнопки 9 «ГРУБО» и «ТОЧНО» для включения гальванометра 11;

· переключатель 6 «РОД РАБОТЫ» на семь рабочих положений:

· «ПОВЕРКА (25 мВ, 50 мВ, 100 мВ)»,

· «ПОТЕНЦИОМЕТР»,

· «ИРН (25, 50, 100 мВ)»;

· переключатель 4, имитирующий линию при поверках пирометрических милливольтметров и имеющий шесть рабочих положений (0,6; 1,6; 15; 5; 16,2; 25 Ом);

· выключатель питания 14 «ПИТАНИЕ ВКЛ»;

· переключатель 12 « + », «—», служащий для изменения полярности компенсационного напряжения потенциометра;

· зажимы «X» для подключения измеряемых Э.Д.С. или напряжения и для снятия напряжения от источника регулируемого напряжения.

Кроме зажимов «X» потенциометр имеет дополнительные парные зажимы «Г», «НЭ», «БП» и «БИ» для подключения к нему соответственно наружных устройств: гальванометра, нормального элемента и источников питания (при неисправных аналогичных внутренних устройствах). Соответствующие переключатели при работе на внутренних устройствах должны находиться в положении «В».



Классификация датчиков

По назначению различают датчики перемещения, усилий, угла поворота, частоты вращения и др.

По принципу действия датчики могут быть электрическими, механическими, акустическими, тепловыми, радиоактивными, радиоволновыми и др.

По способу преобразования неэлектрической величины в электрическую датчики подразделяются на следующие типы.

· активного сопротивления (потенциометрические, тензометрические, термосопротивления);

· индуктивные;

· емкостные;

· индукционные;

· фотоэлектрические;

· радиоволновые.

Датчики бывают контактными и бесконтактными. Чувствительный элемент в контактных датчиках непосредственно соприкасается с контролируемым веществом, а в бесконтактных датчиках не соприкасается (эти датчики создают вокруг себя поле, а контролируемая величина изменяет параметры этого поля).

В контактным датчикам относятся, например, потенциометрические, тензометрические, емкостные.

К бесконтактным относятся радиоактивные, ультразвуковые, фотоэлектрические, микроволновые и др. К преимуществам бесконтактных датчиков относятся высокая надежность и большой срок службы.

Величина (обычно неэлектрическая), воспринимаемая и контролируемая датчиком называется входной – индекс Х, а величина, преобразованная датчиком или выработанная им, — выходной – индекс У.

Датчики систем автоматического управления
строительными машинами и процессами

Потенциометрические датчики

Датчики служат для преобразования линейного или углового перемещения в электрический сигнал.

Они выполнены в виде переменного сопротивления, например реостата, подвижный контакт которого механически связан с преобразуемым элементом.

Характеристика потенциометрического датчика представляет собой зависимость изменения сопротивления выходного напряжения от непрерывного изменения регулируемого параметра (перемещения

Сопротивление зависит от величины перемещения движка который связан с исполнительным механизмом машины.

Потенциометрические датчики перемещения: а — схема включения; б — статическая характеристика

Тензометрические датчики (тензорезисторы)

Датчики предназначены для измерения статических или динамических деформаций в строительных конструкциях и узлах строительных машин и преобразования этих деформаций в изменение активного сопротивления. В основу работы тензодатчиков положено свойство материалов изменять свое электрическое сопротивление под действием силы, приложенной к ним.

Проволочные тензодатчики представляют собой отрезок проволоки диаметром 0,02…0,5 мм. При растяжении или сжатии конструкции происходит соответственно растяжение или сжатие проволоки датчика, что приводит к изменению длины / площади поперечного сечения S и удельного сопротивления проволоки. Если до растяжения электрическое сопротивление константановой или нихромовой проволоки было равно, то при растяжении оно стало R + R. Относительное изменение сопротивления тензодатчика прямо пропорционально усилию приложенному к нему: R/R = (Р).

Значение коэффициента чувствительности проволочного тензодатчика зависит от материала проволоки и находится в пределах 1,8…2,5. Сопротивление проволочного тензодатчика от 50 до 400 Ом. Номинальный (допустимый) рабочий ток составляет примерно 30 мА. Максимальная допустимая относительная деформация не превышает 0,3%. При измерениях тензодатчики включают, как правило, по мостовой схеме. Они имеют небольшие габариты и низкую стоимость.

Проволочные тензометрические преобразователи: а) — на сжатие; б) — на растяжение: 1 — корпус; 2 — проволока; 3 — выводные клеммы; в — статическая характеристика

Индуктивные датчики

Датчики основаны на изменении индуктивного сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении одной из подвижных его деталей, обычно якоря. Они широко применяются для измерения малых угловых и линейных механических перемещений, деформаций, а также для управления следящими системами.

Индуктивный датчик представляет собой электромагнитный дроссель с переменным воздушным зазором , обмотка 1 которого включена последовательно с сопротивлением нагрузки ZH .

Индуктивные датчики: а — схема включения индуктивного датчика дроссельного типа; б — поворотно-трансформаторный датчик

Магнитопровод и якорь обычно выполнены из магнитомягкого материала. При изменении воздушного зазора (входная величина) меняется индуктивность обмотки дросселя Lдр, а также сопротивление обмотки Zдр.

При увеличении длины зазора индуктивность обмотки дросселя уменьшается, а это, в свою очередь, приводит за счет уменьшения Zдр к увеличению тока в нагрузке.

К достоинствам нереверсивного индуктивного датчика следует отнести: высокую чувствительность, надежность и долговечность, отсутствие контактных устройств, значительную величину выходной мощности (до сотен вольт-ампер), простоту конструкции и удобство эксплуатации. Реверсивные датчики имеют чувствительность в 2 раза выше.

Емкостные датчики

В общем случае емкостный датчик представляет собой конденсатор, в котором емкостное сопротивление изменяется при изменении измеряемой (регулируемой) неэлектрической величины.

Емкостные датчики: а — схема емкостного дифференциального датчика; б — характеристика изменения емкости

Измеряемая (регулируемая) величина вызывает изменение расстояния d между пластинами. При перемещении подвижной пластины на расстояние ±Х значение d увеличивается, что приводит к уменьшению емкости датчика и к снижению реактивного и соответственно полного сопротивлений.

Основными достоинствами емкостных датчиков являются: высокая чувствительность, отсутствие подвижных трущихся деталей, простота конструкции, малые размеры, масса и инерционность.

Тахометрические датчики

К тахометрическим датчикам относятся тахогенераторы, которые представляют собой маломощные электрические машины, преобразующие механическое вращение в электрический сигнал.

Что такое потенциометр?

Тахогенераторы на выходе дают напряжение, пропорциональное частоте вращения, и применяются в качестве электрических датчиков угловой и линейной скорости (лента конвейера). В зависимости от вида выходного напряжения и конструкции они делятся на тахогенераторы постоянного и переменного тока.

Тахогенераторы постоянного тока конструктивно представляют собой электрические генераторы постоянного тока и выполнены с возбуждением от постоянных магнитов. При вращении якоря тахогенератора с частотой n с его щеток снимается ЭДС, значение которой выражается в В:

С увеличением частоты вращения тахогенератора до определенного момента его выходное напряжение Uвых растет пропорционально и только при большой частоте линейность характеристики нарушается.

Тахогенераторы постоянного тока: а — схема тахогенератора с возбуждением от постоянных магнитов; б — схема тахогенератора с независимым электромагнитным возбуждением; в — выходная характеристика

Микро ЭВМ и микропроцессоры
в автоматизированных системах управления

Внедрение в практику автоматизации строительных машин и строительных процессов микропроцессорной техники позволило значительно повысить общий технический уровень строительного производства.

Учитывая необычайно широкие возможности современной микровычислительной техники для автоматизации машин, в частности наличие компактных запоминающих устройств, обладающих большой емкостью и позволяющих хранить в них довольно сложные программы управления, можно создать с помощью микропроцессорной техники машины с очень высоким уровнем автоматизации.

Микропроцессорная техника придает системам автоматического управления новую технологическую, функциональную, эксплуатационную гибкость и универсальность, простоту программирования и перепрограммирования при изменении состава технологического оборудования и самого процесса, сравнительную дешевизну и надежность работы систем управления. Новые средства автоматизации технологических процессов в строительстве имеют ряд преимуществ но сравнению с традиционными, как в части их построения, так и функциональных возможностей:

· простота перестройки системы с пульта управления за счет изменения программы при замене технологического оборудования и изменении условий производства (схемные решения заменяются программными);

· возможность диагностики работы строительных машин и оборудования и тестирования отдельных элементов самих систем управления;

· широкая информация о технологическом процессе, контроле и учете горючесмазочных материалов;

· оптимизация технологических процессов в целях уменьшения расхода сырья, топлива, энергии, снижения брака и др.;

· формирование и регистрация объективной технико-экономической информации (учет производительности, простоев, брака, расхода топлива и др.);

· высокая надежность и резкое сокращение нестандартного оборудования;

· возможность постепенного вытеснения разнотипных традиционных средств локальной автоматики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Добронравов, С.С. Строительные машины и основы автоматизации: учеб. для строит. вузов/ С.С. Добронравов, В.Г. Дронов. – М.: Высш. шк., 2001. – 575с.: ил.

2. Волков, Д.П. Строительные машины: учеб. Изд. 2-е, перераб. и доп./ Д.П. Волков, В.Я. Крикун. – М.: Изд-во ассоциации строительных вузов, 2002. – 376 с.: ил.

Дата добавления: 2015-10-09; просмотров: 2869;