Материал: lr_3_BTPp-16-01Sutanova_R

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

на тему: «Датчики технологической информации»

Уфа 2020

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;

• 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. Технические характеристики датчиков технологической информации

Характеристики датчиков представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики датчиков технологической информации

3. Экспериментальная часть

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

По результатам измерений вычисляются:

1. среднее арифметическое значение результатов измерений:

L_ср = ^∑n L_i / n, (1)

i=1

где L_i – расстояние, мм; n – число опытов.

L_ср = (7,50+ 7,56 + 7,52 + 8,1 + 8,3 + 8,1) / 6 = 7,85 мм;

2. среднее значение погрешности со стороны меньших значений:

∆_м = ^∑???? (????_м???? − ????_ср) / m, (2)

????=1

где L_мi – измеренные значения со стороны меньших значений; m = n / 2 = 6 / 2 = 3.

∆_м = (│7,50 – 7,85│+│7,56 – 7,85│+│7,52 – 7,85│) / 3 = 0,32 мм;

3. среднее значение погрешности со стороны больших значений:

∆_б = ^∑m

i=1

(L_бi

- L_ср) / m, (3)

где L_бi – измеренные значения со стороны больших значений;

∆_б = ((8,1 – 7,85) + (8,3 – 7,85) + (8,1 – 7,85)) / 3 = 0,32 мм;

4. систематическая составляющая погрешности:

∆_сист = 0,5  (∆_б + ∆_м) (4)

∆_сист = (0,32 + 0,32)/2 = 0,32 мм;

5. среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности:

 = ^√∑m

^(∆мi - ^∆м)^{2 + ∑m}

^(∆бi - ^∆б)²

(5)

i=1 i=1

2∙m-1

_{ = √}(7,50-0,32)² + (7,56-0,32)² + (7,52-0,32)² + (8,1-0,32)² + (8,3-0,32)²+ (8,1-0,32)² _{= 8,25 мм;}

2∙3-1

6. гистерезис датчика:

^{Д = L}max отк. ^{– L}min вкл.^{, (6)}

где L_{max отк.} – максимальное значение при отключении выключателя; L_{min вкл.} – минимальное значение при включении датчика.

Д = 8,3 – 7,50 = 0,80 мм.

2. Изучение оптического датчика (OV)

Оптический бесконтактный выключатель – электронное устройство, которое обнаруживает контролируемый объект, отражающий или прерывающий оптическое излучение, и имеет полупроводниковый или релейный коммутационный элемент.

Датчик устанавливается в верхнее гнездо стойки в направлении рамки для мишеней. В рамку вставляется первая мишень и отодвигается на максимально возможное расстояние, при котором датчик отключен. Приближая мишень к датчику, необходимо определить момент его включения.

Результаты измерений занесены в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты измерений оптическим датчиком

Вывод: в работе были исследованы различные датчики технологической информации.

Ёмкостной датчик СSN показывал одинаковую погрешность (0,32 мм) при приближении и отдалении воздействующего элемента. Это значение является рабочим зазором датчика, то есть расстоянием, при котором датчик будет надёжно срабатывать на воздействие. Полученное значение

вписывается в табличные характеристики, это свидетельствует о надёжности получаемых значений.

Оптический датчик OV показывал схожие значения срабатывания на те объекты, которые имели непрозрачную структуру. Это был цветной картон или металл. В случае с бордовым или желтым пластиком часть оптического излучения проходила сквозь объект и поэтому расстояние срабатывания датчика значительно меньше.