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
1.1. Изучение устройства и принципа действия потенциометрического преобразователя.
1.2. Экспериментальное определение статических зависимостей изменения напряжения на выходе преобразователя от положения движка реостата в режимах холостого хода и с нагрузкой.
1.3. 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. |
|
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. 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.