Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра «Автоматизация технологических процессов и производств»
ОТЧЕТ о лабораторной работе № 3
по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами»
на тему: «Датчики физических величин»
Выполнил: ст. гр. БТПп-16-01 |
Д.А. Корнаухова |
Проверил: ассистент каф. АТПП |
Р.М. Харисов |
Уфа 2020
Цель работы
Целью данной работы является ознакомление с устройством и техническими характеристиками датчиков технологической информации,
приобретение навыков подключения датчиков и оценки их погрешностей.
1 Техническое описание лабораторного модуля
В состав модуля входит:
–моноблок для изучения датчиков технологической информации в
сборе;
–сетевой кабель питания;
–емкостной датчик (бесконтактный емкостной конечный выключатель типа CSN;
–индуктивный датчик (бесконтактный индуктивный конечный выключатель) типа ISN;
–индуктивный преобразователь перемещения типа ISAN;
–бесконтактный оптический выключатель типа OV;
–комплект мишеней для изучения бесконтактных конечных выключателей;
–мультиметр с щупами и/или зажимами.
Конструктивно все исследуемые датчики выполнены однотипно. Они представляют собой цилиндрический корпус с резьбой, нарезанной на их внешней поверхности для крепления при помощи двух гаек на месте установки. В корпусе размещается чувствительный элемент и полупроводниковая аппаратура.
2
2 Технические характеристики датчиков технологической
информации
Характеристики датчиков представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики датчиков технологической информации
Показатель |
CSN |
ISN |
OV |
|
ISAN |
Напряжение питания, UPAB |
|
10 - 30 В постоянного тока |
|
||
Собственный ток потребления, мА |
≤ 25 |
≤ 25 |
≤ 25 |
|
≤ 25 |
Выходное сопротивление, кОм |
≥ 4,7 |
≥ 4,7 |
≥ 4,7 |
|
≥ 4,7 |
Ток нагрузки. IРАБ, мА |
400 |
250 |
250 |
|
– |
Падение напряжения, В |
≤ 2,5 |
≤ 1,5 |
≤ 2,5 |
|
≤ 1,5 |
Номинальный зазор, SHOM, мм |
10 |
8 |
250 |
|
8 |
Рабочий зазор, SPAB, мм |
0,8 |
0...6,4 |
– |
|
1,2..8 |
Линейная зона рабочего зазора, мм |
– |
– |
– |
|
1,75...5,75 |
Нелинейность, % |
– |
– |
– |
|
≤ 3 |
Гистерезис, % |
3-15 |
10 |
– |
|
– |
Допустимая освещенность, Люкс |
– |
– |
6 000 |
|
– |
Максимальная скорость изменения |
– |
– |
– |
|
2,5 |
напряжения на нагрузке, В/мс |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Частота переключения, fmax, Гц |
≤ 300 |
≤ 300 |
≤ 300 |
|
– |
Температурный режим, °С |
-25...+75 |
-25...+75 |
-15...+65 |
|
-15...+65 |
Защита схемы |
Нет |
Нет |
Есть |
|
Есть |
Световая индикация |
Есть |
Есть |
Есть |
|
Есть |
3
3 Экспериментальная часть
3.1 Изучение емкостного датчика (CSN)
Емкостные датчики (ЕД) предназначены для измерения линейных, угловых перемещений, уровней жидкости и других физических величин, которые могут быть преобразованы в электрическую емкость.
Это датчики, у которых чувствительным элементом является конденсатор (плоский или цилиндрический), емкость которого меняется в зависимости от расстояния между пластинами, площади перекрытия пластин или диэлектрической постоянной диэлектрика.
Датчик устанавливается в нижнее гнездо стойки датчиков навстречу микрометру и фиксируется гайкой. Воздействующий элемент (ВЭ) следует разместить на максимально возможное расстояние. После включения датчика вращением ручки микрометра следует приближать ВЭ до момента срабатывания датчика, о чем будет сигнализировать светодиод справа от стойки. В момент срабатывания следует моментально прекратить приближение ВЭ и записать расстояние включения датчика в таблицу 1.
B таблицу также следует записать напряжение на выходе датчика, которое измеряется мультиметром. Далее, вращая ручку микрометра, следует начинать удаление ВЭ от датчика и зафиксировать расстояние отключения. Повторить опыт еще два раза.
Таблица 1 – Результаты измерений емкостным датчиком
№ опыта |
Расстояние, L, мм |
|
U, В |
||
включение |
отключение |
включение |
|
отключение |
|
|
|
||||
1 |
7,50 |
8,10 |
22,35 |
|
1,37 |
2 |
7,56 |
8,2 |
22,34 |
|
1,40 |
3 |
7,51 |
8,10 |
22,35 |
|
1,11 |
По результатам измерений вычисляются:
1 среднее арифметическое значение результатов измерений:
4
Lср = ∑n |
L / n, |
(1) |
i=1 |
i |
|
где Li – расстояние, мм; |
|
|
n – число опытов. |
|
|
Lср = (7,50+ 7,56 + 7,51 + 8,1 + 8,2 + 8,1) / 6 = 7,83 мм; |
|
|||||
2 |
среднее значение погрешности со стороны меньших значений: |
|||||
∆м = ∑i=1m (Lмi − Lср) / m, |
(2) |
|||||
где Lмi – измеренные значения со стороны меньших значений; |
|
|||||
m = n / 2 = 6 / 2 = 3. |
|
|||||
∆м = (│7,50 – 7,83│+│7,56 – 7,83│+│7,51 – 7,83│)/ 3 = 0,31 мм; |
||||||
3 |
среднее значение погрешности со стороны больших значений: |
|||||
∆б = ∑m |
(L |
- L ) / m, |
(3) |
|||
|
|
i=1 |
бi |
ср |
|
|
где Lбi – измеренные значения со стороны больших значений; |
|
|||||
∆б = ((8,1 – 7,83) + (8,2 – 7,83) + (8,1 – 7,83)) / 3 = 0,30 мм; |
|
|||||
4 |
систематическая составляющая погрешности: |
|
||||
∆сист = 0,5 (∆б + ∆м) |
(4) |
|||||
∆сист = 0,5 (0,31 + 03) = 0,305 мм; |
|
|||||
5 |
среднее квадратическое отклонение случайной составляющей |
|||||
погрешности: |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
= √ |
∑i=1m |
(∆мi - ∆м)2 + ∑i=1m (∆бi - ∆б)2 |
|
(5) |
||
|
|
2∙m-1 |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||||
= √ |
(7,5-0,31)2 + (7,56-0,31)2 + (7,51-0,31)2 + (8,1-0,3)2 + (8,2-0,3)2+ (8,1-0,3)2 |
=8,25 мм; |
||||
|
||||||
|
|
|
|
|
2∙3-1 |
|
6 |
гистерезис датчика: |
|
||||
Д = Lmax отк. – Lmin вкл., |
(6) |
|||||
где Lmax отк. – максимальное значение при отключении выключателя;
Lmin вкл. – минимальное значение при включении датчика.
Д = 8,2 – 7,5 = 0,7 мм.
3.2 Изучение оптического датчика (OV)
5