4.1. Собрать схему однотактного ПД согласно рис. 4.
 |
Рис. 4 Схема для исследования однотактного ПД
4.2. Подать питание на схему (Un= 110В).
4.3. В режиме холостого хода (S1 разомкнут) снять статическую характеристику 
.
4.4. Снять статическую характеристику для двух значений сопротивлений нагрузки R1 и R2.
4.5. На одном рисунке представить графики 
в режиме х.х. и для двух значений сопротивлений нагрузки.
4.6. Собрать схему двухтактного ПД со средней точкой согласно рис. 5.
Рис. 4.2. Схема для исследования двухтактного ПД
4.7. Выполнить действия, указанные в пп. 4.2.–4.5., для двухтактного датчика.
4.8. Представить отчет о лабораторной работе.
Содержание отчета
Отчет о лабораторной работе должен содержать:
- принципиальные схемы однотактного и двухтактного ПД;
- статические характеристики ПД;
- анализ влияния величины сопротивления нагрузки на чувствительность ПД.
Вопросы для самопроверки
6.1. Каковы устройство и принцип действия однотактного ПД?
6.2. Каковы устройство и принцип работы двухтактного ПД?
6.3. Какие конструктивные особенности ПД служат для:
а) увеличения выходной мощности;
б) увеличения чувствительности;
в) уменьшения инерционности;
г) увеличения надежности?
6.4. От чего зависит линейность статической характеристики?
6.5. В каких системах автоматического регулирования может быть применен данный датчик?
6.6. Как влияет схема включения данного ПД на диапазон изменения входного воздействия?
6.7. Каким функциональным элементом является ПД в системах автоматического регулирования?
6.8. Как влияет сопротивление нагрузки ПД на его чувствительность и нелинейность статической характеристики?
6.9. Какие функциональные элементы являются нагрузкой ПД в системах автоматического регулирования?
Литература
1. Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы автоматики: Учеб. пособие – М., 1985. – С. 24-29.
2. Сухарев Е.М. Основы электроники и судовой электроавтоматики: Учеб. пособие. – М., 1985. – С. 117-119.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКТИВНОГО ДАТЧИКА
1. Цели работы:
Изучение принципа действия, конструктивных особенностей исполнения датчиков, области их применения, выработка практических навыков балансировки мостовых измерительных схем и экспериментального определения характеристик датчиков.
Теоретические сведения
Принцип действия индуктивных и трансформаторных датчиков основан на изменении индуктивности катушек со стальным сердечником при перемещении подвижной части магнитной системы.
В связи с тем, что измерительные функции датчика выполняют переменные реактивные сопротивления (дроссель с переменным воздушным зазором), его питание должно осуществляться от источников переменного тока.
Схема простейшего индуктивного датчика с плоским подвижным зазором и его статическая характеристика приведены на рис 2.1.
 |
Рис. 2.1. Однотактный индуктивный датчик (а)
и его статическая характеристика (б)
Входной величиной датчика является изменение воздушного зазора 
,
выходной – ток в цепи Iвых и, соответственно, падение напряжения на нагрузке Uвых. Величина тока в цепи зависит от индуктивного сопротивления обмотки. Индуктивность катушки с учетом двух воздушных зазоров можно определить по приближенной формуле:
,
где n – число витков катушки;
S – поперечное сечение магнитопровода;
Lн, Lдр – индуктивность нагрузки и дросселя;
Rн, Rдр – активное сопротивление нагрузки и дросселя;
– воздушный зазор.
Для случая активно-индуктивной нагрузки падение напряжения на ней определяется выражением:
,
где 
; 
Для случая активной нагрузки падение напряжения на ней определяется выражением:
Чувствительность датчика без учета активного сопротивления определяется выражением:
Простейший индуктивный датчик применяется очень редко, так как имеет серьёзные недостатки: его реальная статическая характеристика 2 (рис. 2.1) линейна в очень узком диапазоне (характеристика 1 – расчетная, идеальная), точность и чувствительность невелики, фаза выходного сигнала не изменяется при смене знака входной величины.
Наиболее широкое распространение получили дифференциальные датчики. В дифференциальном индуктивном датчике, схема которого изображена на рис. 2.2,а, усилие, действующее на якорь, равно разности сил притяжения со стороны сердечника. В среднем (нулевом) положении якоря при полной симметрии устройства результирующее усилие равно нулю. Входной величиной датчика является смещение якоря относительно среднего положения, выходной – геометрическая разность токов I1_–_I2 (рис. 2.2,б), которая определяет величину выходного напряжения Uвых.
| |||
 | |||
|
|
|
|
|
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Рис. 2.2. Двухтактный индуктивный датчик (а)
и его статические характеристики (б)
При нейтральном среднем положении якоря, когда выполнено условие балансировки 
, 
, следовательно, ток в нагрузке отсутствует. При смещении якоря относительно нейтрального положения изменяются индуктивные сопротивления обмоток датчика, поэтому нарушается равенство токов I1 и I2, в результате чего в нагрузке протекает ток. Фаза выходного сигнала при этом зависит от направления перемещения якоря. На рис. 2.2 изображены статические характеристики дифференциального датчика, где 1 – характеристика холостого хода; 2 – с нагрузкой. С учетом изменения фазы тока нагрузки, в зависимости от направления перемещения якоря датчика от нейтрали, на рис. 2.2 характеристика датчика для случая перемещения якоря в направлении + 
изображена в 1-м квадранте, для случая – 
– в 3-м квадранте. Этим подчеркивается изменение фазы выходного напряжения Uвых при переходе якоря датчика через нулевое (нейтральное) положение на 1800, поэтому схемы дифференциальных датчиков называют реверсивными. При небольших отклонениях якоря выходное напряжение будет возрастать практически линейно, т.е. можно полагать 
.
Балансировка нуля в реверсивных схемах индуктивных датчиков затруднена тем, что здесь необходимо добиваться одновременного равенства не только реактивных, но также и активных параметров обеих частей схемы.
Индуктивные датчики получили широкое распространение при измерении линейных и угловых перемещений, а также уровня жидких сред благодаря простоте и надежности конструкции, большой мощности на выходе и отсутствию подвижных контактов.