Лабораторная работа 1

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА N 1«Исследование резистивного датчика положения»Цель работы: ознакомиться с принципом действия и особенностями эксплуатации резистивного датчика положения.1. Теоретическая частьДатчиком положения и перемещения называется устройство, воспринимающее контролируемое положение и (или) перемещение объекта и преобразующее его в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки, хранения или передачи по каналу связи. Существует два основных метода определенияположения и измерения перемещения. В первом случае датчик вырабатывает сигнал, который являетсяфункцией положения одной из его частей, связанной с подвижным объектом, а изменение этого сигналахарактеризует перемещение объекта.

Во втором случае перемещение объекта рассматривается как совокупность элементарных перемещений, причем датчик формирует импульс, соответствующий каждомуэлементарному перемещению. Таким образом, перемещение объекта определяется суммой импульсовдатчика.Резистивный датчик положения (РДП) относится к преобразователям с абсолютным отсчетом ипредставляет собой резистивный чувствительный элемент, сопротивление которого регулируется положением подвижного контакта.

Функция преобразования РДП монотонна и непрерывна, благодаря чему кратковременная потеря информации не приводит к накоплению погрешности. Сопротивление РДПв процессе работы изменяется по законуxR( x) R0 ,xmaxгде x / xmax   — относительное перемещение подвижного контакта; R0 — номинальное сопротивление РДП.Включение РДП в цепь осуществляется по схеме делителя напряжения (со средней точкой или безнее). В этой схеме РДП с сопротивлением R0 подключается к источнику ЭДС  с собственным сопро-тивлением R (рис. 1.1, а).

В общем случае напряжение Uвых на выходе РДП, подаваемое на следующийкаскад преобразователя (например, измерительный усилитель) с входным сопротивлением Rн, равноR( x)U вых .R  R0 (1  R( x ) Rн )[1  R( x) ( Rн  R0 )]Рис. 1.1. Включение РДП по схеме делителя напряжения (а) и влияние егокоэффициента нагрузки на функцию преобразования (б)В частном случае, при R = 0, имеем  U ип . Тогда выходной сигнал РДПU вых  U ипR2н,R1  R2нгде R2н  R2 Rн ( R2  Rн ); R2  R( x); R1  R0  R2 .Запишем отношениеU выхR2 Rн ( R2  Rн ).U ипR1  R2 Rн ( R2  Rн )Тогда при отсутствии нагрузки на РДП ( Rн  ) R0  R1  R2 , и поэтому U вых / U ип  R2 / R0 .

Следовательно, зависимость U вых  f ( R2 ) — линейная.В схеме делителя напряжения с параметрами R0 , U ип , Rн относительное перемещение  подвижногоконтакта резистора R0 изменяется от 0 до 1. Функция преобразования РДП в относительных единицахимеет видU выхR2.U ипR1 ( R2 Rн  1)  R2Таким образом, зависимость U вых  f ( R2 )R2  R0 , R1  (1  ) R0 . Тогдапри наличии нагрузки нелинейная. ОбозначимU вых.U ип 1  (   2 ) R0 RнВводя понятие коэффициента нагрузки kн  Rн / R0 , получаем (рис. 1.1, б)U выхkн .2U ип 1  (   ) / kн kн    2Следовательно, функция преобразования нагруженного РДП окончательно имеет видU вых  U ип kнkн     2.Заметим, что эта функция существенно зависит от коэффициента нагрузки и изменяется в процессе перемещения подвижного контакта РДП.Погрешность нелинейности нл обусловлена отклонением отношения U вых / U ип нагруженногодатчика от ненагруженного и определяется следующим выражением:нл U вых  U 23  2.U ипk н    2Значение нл , а, следовательно, и чувствительность РДП зависят от относительного перемещенияконтакта и сопротивления нагрузки.

Наибольшее отклонение реальной кривой от идеальной имеет местопри  = 2/3:4нл max  .27kн2. Практическая частьВ практической части необходимо построить функцию преобразования РДП.2.1. Лабораторная установкаЛабораторная установка включает в себя:1. РДП со шкалой отсчета и магазином нагрузочных сопротивлений (рис. 1.2),2. блок питания 9В,3. вольтметр В7-27А.R*Магазин сопротивленийR0U ип9ВВольтметрВ7-27АРДПRн1Рис. 1.2.Rн2Rн3Схема экспериментальной установкиДатчик имеет номинальное сопротивления R0 = 1 кОм, а также сопротивления нагрузки, соответственно: Rн1 = 51 кОм, Rн2 = 1,2 кОм, Rн3 = 470 ОмДля линеаризации функции преобразования в плечо РДП включается дополнительный резистор R* сопротивление линеаризации (см.

пунктир). Теоретически, при R* = Rн достигается максимальная линеаризация функции преобразования.2.2. Порядок выполнения лабораторной работы1. Включить вольтметр В7- 27А в сеть с напряжением 220В 50 Гц.2. Включить источник питания.3. Вращать потенциометр до тех пор, пока на индикаторе вольтметра не установятся все нули.Внимание! Убедитесь, что источник питания имеет защиту по выходу.

В противном случае, принулевом значении сопротивления нагрузки он может выйти из строя.4. Снять функцию преобразования РДП экспериментальным путем, для трех нагрузок и на холостом ходу, т. е. когда Rн = . Результаты занести в табл. 1.1.5. Для Rн2 снять результаты с R* = Rн *, где R* - сопротивление линеаризации.6. В одной системе координат построить 5 графиков функций преобразований.7. Сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.Таблица.1.10,0306090120150180210240270300330360U(R)U(Rн1)Таблица записи результатов экспериментаU(Rн2) U(Rн3) U(R*, Rн2) нл (R) нл(Rн1) нл (Rн2) нл(Rн3) нл* (Rн2)3.

Контрольные вопросы1.2.3.4.Принцип действия и область применения РДП.Схема включения РДП.Требования к выбору параметров РДП и схемы нагрузки.Достоинства и недостатки РДП..