1.1.9_Раздел_2.7 (методическая документация от Колесникова Сергея по стенду САУ-МАКС)

2.7. РАБОТА №6. ИЗУЧЕНИЕ ДАТЧИКОВТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ2.7.1. Цель работыОзнакомиться с устройством и техническими характеристиками датчиковтехнологической информации, приобрести навыки подключения датчиков и оценки их погрешностей.2.7.2. Содержание работы1. Дома изучить назначение и технические характеристики датчиков технологической информации, схемы их подключения, а также основные узлы и возможности лабораторного комплекса.2. В лаборатории:– пройти тестирование по техническим характеристикам и способам подключения датчиков технологической информации;– для каждого изучаемого датчика экспериментально рассмотреть работу вдвух режимах: в режиме прохождения воздействующего элемента (ВЭ) мимо датчика и в режиме изменения расстояния между торцом датчика и ВЭ;– для каждого из рассмотренных режимов работы снять задаваемое преподавателем число раз включение/отключение датчика, фиксируя расстояние междудатчиком и ВЭ;– по результатам экспериментов определить среднее квадратическое отклонение случайной погрешности σ и гистерезис датчика;– экспериментально оценить как изменяется среднее квадратическое отклонение случайной погрешности σ и гистерезис с изменением исходного расстояниямежду датчиком и ВЭ;– для датчика с аналоговым выходом экспериментально снять и построитьноминальные 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.2.7.3.

Общие технические характеристики исследуемых датчиковВ лабораторной работе используются следующие датчики:- бесконтактный емкостной конечный выключатель ВЕ Е5-31-Р-10-400-ИНДЗВ (рис.2.7.1а);- бесконтактный индуктивный конечный выключатель ВК Е4-31-Р-8-250ИНД-ЗВ (рис.2.7.1б);- бесконтактный оптический выключатель OV A43A-31P-150-LZ (рис.2.7.1в);- индуктивный преобразователь перемещения ИПП Е41-33-Р-8-А1(рис.2.7.1г).163Далее для удобства в описании будут использоваться краткие названия датчиков – ВЕ, ВК, OV и ИПП соответственно.Все изучаемые датчики технологической информации выпускаются научнопроизводственной фирмой «ТЕКО» (г.Челябинск).а)б)в)г)Рис.2.7.1.

Внешний вид и габаритные размеры выключателейХарактеристики указанных датчиков представлены в табл.2.7.1.ПараметрНапряжение питания, UРАБСобственный ток потребленияВыходное сопротивлениеТок нагрузки, IРАБПадение напряженияНоминальный зазор, SНОМРабочий зазор, SРАБЛинейная зона рабочего зазораНелинейностьГистерезисДопустимая освещённостьS = 0 ммВыходныенапряженияSЛИН = minSЛИН = maxSРАБ = maxМаксимальная скорость изменения напряжения на нагрузкеЧастота переключения, fmaxТемпературный режимЗащита схемыСветовая индикацияВЕВКOVЗначение параметра≤ 25 мА≥ 4,7 кОм400 мА≤ 2,5 В10 мм0…8 мм––3 – 15 %––––––≤ 300 Гц-25…+75ºСНетЕсть10 – 30 В постоянного тока≤ 25 мА≤ 25 мА≥ 4,7 кОм≥ 4,7 кОм250 мА250 мА≤ 1,5 В≤ 2,5 В8 мм150 мм0…6,4 мм–––––10 %––6000 Люкс––––––––––≤ 300 Гц25…+75ºСНетЕсть≤ 100 Гц-15…+65ºСЕстьЕстьТаблица 2.7.1ИПП≤ 25 мА≥ 4,7 кОм–≤ 1,5 В8 мм1,2…8 мм1,75…5,75 мм≤3%––≤ 1,5 В2,3 ± 0,3 В8,5 ± 0,3 В≥ 10 В2,5 В/мс–-15…+70ºСЕстьЕстьПримечания:1.

Исследуемый емкостной выключатель имеет встроенный потенциометрдля регулировки чувствительности. Для работы производится основная настройкана зазор 0,7…0,8 SНОМ.2. Для определения рабочего зазора емкостного выключателя необходимовоспользоваться табл.2.7.2, где приведены поправочные коэффициенты или164табл.2.7.3 и рис.2.7.2, по которым определяется величина диэлектрической проницаемости материала и далее по значению ε r – величина рабочего зазора.3. Рабочий зазор индуктивного выключателя зависит от металла, из которогоизготовлен объект воздействия.

Для определения SРАБ в табл.2.7.2 приведены поправочные коэффициенты для некоторых металлов.Таблица 2.7.2ВЕ Е5-31-Р-10-400-ИНД-ЗВВК Е4-31-Р-8-250-ИНД-ЗВМатериалСталь 40ЧугунНикельНерж. стальАлюминийЛатуньМедьМатериалБумагаВодаВоздухГетинаксДеревоКомпаундПоправочный коэффициент1,000,93…1,050,65…0,750,60…1,000,30…0,500,35…0,500,25…0,45εrМатериал2,38014,52…72,5МраморНефтьПарафинПесокПолиамидПВХМатериалМеталл, водаСтеклоДеревоМаслоεr82,22,23,752,9МатериалПолиэтиленРезинаСлюдаСмолыСпирт этиловыйСтеклоПоправочный коэффициент1,00,50,2…0,70,1εr2,32,563,625,85Таблица 2.7.3МатериалТалькТефлонФарфорЦеллулоидЭбонитЭлектрокартонεr1,624,4344Рис.2.7.2.

Зависимость рабочего зазораот диэлектрической проницаемости материалаДля оптического выключателя рабочий зазор определяется с использованиемпоправочного коэффициента (табл.2.7.4)Датчики ВЕ, ВК и OV имеют одинаковую схему подключения, которая приведена на рис.2.7.3.165Таблица 2.7.4OV A43A-31P-150-LZМатериалБумага белая матовая 200 г/м2Металл полированныйПенопласт, белыйТкань хлопчатобумажнаяПоливинилхлорид, серыйДерево необработанноеКартон чёрный, блестящийКартон чёрный, матовыйПоправочный коэффициент1,01,2…1,61,00,60,50,40,30,1Рис.2.7.3. Схема подключения датчиковИндуктивный преобразователь перемещения ИПП имеет аналоговый выход.Схема подключения представлена на рис.2.7.4а, а каталожная статическая характеристика преобразователя – на рис.2.7.4б,а)б)Рис.2.7.4. а) Схема подключения и б) Статическая характеристика ИПП UA=f(S)Принцип действия емкостного бесконтактного выключателя состоит в следующем. Чувствительная поверхность выключателя образуется двумя концентрически расположенными металлическими электродами.

Их поверхности А и В (см.рис.2.7.5) расположены в цепи обратной связи высокочастотного генератора, который настроен таким образом, что он не генерирует при отсутствии объекта детектирования. Если объект приближается к чувствительной поверхности датчика,то он попадает в электрическое поле перед поверхностями электродов и способ166ствует повышению ёмкости связи между пластинами А и В.

При этом амплитудагенератора начинает возрастать. Амплитуда колебаний регистрируется оценочнойсхемой и преобразуется в логический сигнал включения.Рис.2.7.5. Структура емкостного выключателяПринцип действия индуктивного бесконтактного выключателя также основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного магнитного материала определённых размеров.

При подаче питания на конечный выключатель в области его чувствительной поверхности образуется изменяющеесямагнитное поле (см. рис.2.7.6.), наводящее во внесённом материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого изменяется взависимости от расстояния между датчиком и контролируемым предметом.

Далеетриггер преобразует аналоговый сигнал в логический, устанавливая уровень переключения и величину гистерезиса.Рис.2.7.6. Структура индуктивного выключателяОптический бесконтактный выключатель – электронное устройство, котороеобнаруживает контролируемый объект, отражающий или прерывающий оптическое излучение, и имеет полупроводниковый или релейный коммутационныйэлемент.Выключатель, изучаемый в лабораторной работе, относится к D типу.

Этотдатчик состоит из излучателя и приёмника, установленных в одном корпусе. Лучизлучателя диффузионно отражается от контролируемого объекта и попадает вприёмник. Выключатель срабатывает при наличии контролируемого предмета взоне его действия.Индуктивный преобразователь перемещения ИПП – также электронное устройство, выходное напряжение которого изменяется с изменением положения ВЭотносительно торца преобразователя.1672.7.4. Выполнение лабораторной работыИсследуемые датчики могут использоваться в двух режимах:1) контроль прохождения ВЭ мимо датчика;2) контроль изменения расстояния между ВЭ и торцом датчика.Условно введём для разделения этих двух режимов воздействий соответственно термин «путевой режим» и «режим конечного выключателя» («торцевойрежим»).Для исследования датчика в путевом режиме, он устанавливается в верхнеемонтажное отверстие стойки датчиков (описание конструкции модуля ДТИ приведено в п.1.6.8, см.

рис.1.18). При этом исследуется воздействие на датчик «уса»ВЭ, то есть используется поворот воздействующего элемента. В режиме конечного выключателя датчик устанавливается в нижнее отверстие стойки и исследуетсяприближение/удаление круглой части ВЭ.В лаборатории при исследовании датчиков ВК и ВЕ необходимо выполнитьследующие эксперименты:1. В режиме торцевого выключателя плавным изменением положения ВЭпроизвести включение и отключение датчика (контролируется по состоянию светодиода). При наличии осциллографа зафиксировать переходный процесс включения и отключения датчика.

Произвести включение и отключение датчика заданное число раз (не менее 5), фиксируя по микрометру положение ВЭ.Для исключения влияния люфтов в передаче следует после отключения датчика ещё удалить ВЭ от него, чтобы в начале очередного цикла экспериментапроходить положение отключения в направлении движения к выключателю.По результатам измерений вычисляется среднее арифметическое значениерезультатов наблюдений по формулеnl CР =∑li =1i,nгде li – результат i-го наблюдения;n – число наблюдений.Определяются согласно ГОСТ 8.009-72 средние значения погрешности приизмерениях l со стороны меньших (больших) значений:n_∆м =∑∆i =1nмinn_∆б =∑∆=∑ (li =1− l ср )nnбiiм∑ (liб;− lср )=,nnгде liм (liб) – измеренные значения при изменении l со стороны меньших(больших) значений;i =1i =1__n – число опытов при определении ∆ м ( ∆ б ).Систематическая составляющая ∆ СИСТ погрешности определяется формулой168__∆ + ∆б∆ СИСТ = м.2Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешностиопределяется формулойnσ=_n_∑ (∆ мi − ∆ м ) 2 + ∑ (∆ бi − ∆ б ) 2i =1i =1.2n − 1Гистерезис датчика (дифференциал хода) Д, то есть расстояние между точками включения и отключения датчика, по результатам эксперимента определяется как разность между максимальным в серии опытов значением положения ВЭпри отключении выключателя lОТКЛ и минимальным значением положения ВЭ привключении датчика lВКЛ.Подключая к гнёздам выхода датчика цифровой индикатор модуля пультового оборудования, зафиксировать значение напряжения на выходе датчика при егоотключённом и включённом состояниях.2.