Физика Электроника

Лабораторные работы по электронике

Конструкция датчика

На рис. 4 представлена конструкция датчика. Упругий элемент 1 состоит из четырех расположенных по кругу и жестко закрепленных с одной стороны балок (а). Каждая балка с одной стороны закреплена на шарнире (б). На каждой балке наклеено по два тензорезистора 4 (один сверху, второй – снизу), тензорезисторы включены в плечи мостовой схемы.

Для обеспечения водозащищённости датчик закрыт мембранами 2. Для предохранения от механических повреждений при транспортировании и хранении мембраны закрыты крышками 3. В корпусе датчика размещён выходной разъем 5 герметического исполнения, через который осуществляется соединение датчика с вторичной аппаратурой. В корпусе датчика размещён блок настроечных резисторов, который закрыт крошкой, а крышка, в свою очередь, закрыта специальной фирменной планкой.

Для крепления датчика к объекту измерения в корпусе датчика предусмотрены отверстия 13мм. Измеряемую нагрузку воспринимает сферическая поверхность упругого элемента.

Под действием измеряемой нагрузки происходит изгиб балок, в результате чего верхний слой балок сжимается, а нижний растягивается.

Деформация сжатия и растяжения передается на наклеенные тензорезисторы, в результате чего происходит разбаланс моста пропорциональный действующей нагрузке, т.е. возникает электрический сигнал пропорциональный изменяемой нагрузке.


Рис. 4. Конструкция датчика 1778 ДСТ К и его электрическая схема

Назначение элементов принципиальной электрической схемы следующее:

R1-R8: тензорезисторы, служащие для построения тензометрического моста;

Rч и Rб: резисторы, служащие соответственно для регулировки рабочего (РПК) и начального (НКП) коэффициентов передачи датчика;

Rш и Rв: резисторы, служащие, соответственно, для регулировки входного и выходного сопротивления датчика;

:  резисторы, служащие для регулировки температурной компенсации, соответственно, РПК и НКП.

4. Методика проведения работы и обработки результатов эксперимента.

4.1. Подать на датчик рабочее напряжение питания. Прогревать датчик рабочим напряжением питания в течение 15 минут.

4.2. Экспериментально определить градуировочную характеристику тензометрической установки, т.е. зависимость между выходным напряжением и входным измеряемым усилием.

Входные усилия задаются нагружением датчика грузами известного веса в соответствии с заданием, выданным преподавателем. Измерения проводятся в 3 этапа, в течение которого нагружение ведется сначала от 0 Н до Pmax Н (где Pmax – наибольшее значение усилия из заданных преподавателем), а затем от Pmax до 0.

Результаты измерений заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Измеряемое усилие

Выходное напряжение

Вариация

Pизм, Н

Uн1, мВ

Uр1, мВ

Uн2, мВ

Uр2, мВ

Uн3, мВ

Uр3, мВ

Uср, мВ

Bi, мВ

 0

 Pmax

4.3. Построить график градуировочной характеристики

По данным из столбцов Pизм и Uср постройте график градуировочной характеристики тензометрической установки.

Постройте линию тренда (тип – линейная) и с ее помощью определите чувствительность датчика (как тангенс угла наклона линии тренда).

4.4. Определение погрешности гистерезиса.

Пусть при некотором значении измеряемого усилия Pизм были получены некоторые значения выходного напряжения Uн1, Uн2, Uн3 (при нагружении) и Uр1, Uр2, Uр3 (при разгрузке). Вариация показаний в этой точке (i) определяется как модуль разности средних значений при нагружении и разгрузке:

Погрешность гистерезиса измерительной установки определяется как наибольшее значение гистерезиса в контрольных точках:

Все результаты измерений и расчетов должны быть приведены в отчете.

5. Требования к технике безопасности при выполнении лабораторной работы.

Включение в сеть всех используемых в лабораторной работе приборов и собранной схемы можно производить только с разрешения лаборанта или преподавателя после проверки ими подготовленных к включению приборов и схемы.

В случае обнаружения нарушения целостности изоляции проводов, искрения в розетках сети и вилках кабелей питания прекратить выполнение работы, выключить все приборы и обратиться к лаборанту или преподавателю, проводящему лабораторные занятия.

Категорически запрещается включать в сеть и пользоваться приборами в случае нарушения целостности проводов заземления их корпусов.

6. Требования к отчету.

6.1. Отчет сдается на листах А4 или в электронном виде (по согласованию с преподавателем).

6.2. Отчет должен содержать:

цель работы;

перечень используемого оборудования;

краткое изложение задания;

таблицу с результатами измерений;

основные расчетные формулы, необходимые для выполнения задания;

график градуировочной характеристики;

уравнение линии тренда (линейной аппроксимации градуировочной характеристики);

значение чувствительности тензометрической установки;

результаты расчета погрешности гистерезиса.

7. Вопросы для подготовки к защите лабораторной работы.

7.1. В чем заключается сущность явления тензоэффекта?

7.2. Дать определение коэффициента тензочувствительности тензорезисторного преобразователя.

7.3. Конструкция тензорезисторного преобразователя.

7.4. Перечислить основные характеристики тензорезистивных преобразователей.

7.5. Привести пример схемы включения тензорезисторных преобразователей (электрическую схему и пример физической реализации).

7.6. Структурная схема тензометрической установки.

7.7. Методика определения чувствительности тензометрической установки.

7.8. Методика определения погрешности гистерезиса тензометрической установки

7.9. Чем отличаются реальная градуировочная характеристика от номинальной, за которую принимается аппроксимирующая пряная?

7.10. Дать определение рабочего коэффициента передачи тензометрического датчика.

7.11. Конструкция тензометрического датчика 1778 ДСТ.

Лабораторное задание и

методические указания

Собрать на монтажном стенде схему УННЧ согласно рис. 7.10. Номинальные значения резисторов и емкостей схемы, а также напряжение источника питания указаны по вариантам в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Eп, В

6

7

8

9

10

11

12

6

7

R1, кОм

9,1

43

18

13

24

9,1

30

18

30

R2, кОм

3

4,3

5,6

4,3

3,6

3

11

5,6

11

Rк, кОм

1,3

1

2

1,3

560

1,1

1,1

2,7

1

Rэ, кОм

560

100

750

560

820

430

470

910

270

Rн, кОм

2,0

2,2

2,4

2,7

3,0

2,0

2,2

2,4

2,7

Rн1, кОм

2

22

24

27

3

2

22

24

27

Ср1, Ср2 мкФ

5,0

5,0

1,0

5,0

0,5

5,0

5.0

0,5

5,0

Сэ, мкФ

10,0

10,0

3,0

10,0

20,0

5,0

10,0

20,0

5,0

Rг, Ом

110

160

200

330

510

130

750

510

160

Rг1, кОм

1,2

1,3

1,5

3,3

5,1

1,3

7,5

5,1

1,6

Rн1, кОм

10

11

12

13

15

10

11

12

13

Собрать измерительную схему. Для чего вход усилителя подключить к выходу ГНЧ, а выход усилителя – к осциллографу. Проверить работоспособность схемы УННЧ и при необходимости произвести его настройку.

Рассчитать напряжения Uкэп и Uбэп при отсутствии сигнала на входе усилителя. Для этого следует:


а) измерить напряжения на коллекторе Uк, базе Uб и эмиттере Uэ транзистора относительно общего провода (земля); б) используя формулы Uкэп=Uк–Uэ и Uбэп=Uб–Uэ, по выполненным измерениям вычислить величины напряжений Uкэп и Uбэп.

Пользуясь выражениями Iкп=(Eк–Uкэп–URэ)/Rк или Iкп»Uэ/Rэ определить величину тока покоя коллектора Iкп.

По данным измерений и расчета указать положение точки покоя транзистора на входных и выходных статических характеристиках.

Снять и построить графически амплитудную характеристику усилительного каскада Uвых=f(Uвх) при частоте входного сигнала 1000 Гц. Напряжение Uвх изменять до появления заметных нелинейных искажений в выходном сигнале, который наблюдается на экране осциллографа. По амплитудной характеристике определить линейный участок усиления.

Изменяя частоту входного сигнала от 20 Гц до 20 кГц снять и построить графически АЧХ усилительного каскада K=j(f). Определить полосу пропускания УННЧ и сравнить с заданной. АЧХ снимается при Uвх, соответствующем середине линейного участка амплитудной характеристики.

Входное сопротивление усилительного каскада Rвх экспериментально можно определить, если при каком-то небольшом сопротивлении Rг (рис. 7.10) на вход усилителя подается сигнал от звукового генератора. При этом Iвх=Uг/(Rвх+Rг). Затем при новом значении Rг1> RГ напряжение генератора увеличивается до такой величины, чтобы выходное напряжение стало равным напряжению при первом измерении, что соответствует прежнему входному току. Тогда  откуда

Сравнить экспериментально определенное значение Rвых с рассчитанным.

Выходное сопротивление усилительного каскада Rвых экспериментально можно определить, если измерить выходное напряжение, соответствующее двум значениям сопротивления нагрузки. Напряжения на этих сопротивлениях  и   Решая эту систему относительно сопротивления Rвых, получим:

Сравнить экспериментально определенное значение Rвых с рассчитанным.

По данным измерений п. 4, 6, 7 определить коэффициенты усиления УННЧ по напряжению K, току Ki, мощности Kр и сравнить с рассчитанными.

Контрольные вопросы

Для чего служит усилительный каскад?

Дайте определение АЧХ и ФЧХ усилителя.

Какие искажения называются линейными?

Какая характеристика усилителя называется амплитудной?

Что такое динамический диапазон усиления?

Поясните физический смысл формул, по которым рассчитывались входное и выходное сопротивления усилителя.


Полупроводниковые выпрямители