Файл: Шилов, В. Ф. Элементы электронной автоматики учебное пособие.pdf

- 38 -

приложенному усилию и не зависящие от геометрических разме­ ров пластинки. Чувствительность кварца к давлению составля­ ет 2,1.10“*® к/н. Для увеличения чувствительности датчик составляют из нескольких пластин (рис. 44), включенных меха­ нически последовательно, а электрически - параллельно. Вели­ чина наряда, возникающего при пьезоэффекте, определяется по формуле:

<j

где Г - величина силы, вызвавшей деформацию, d - пьезо­

электрический модуль.

Малая величина заряда, возникающая на пьезокристалле, не позволяет применять пьезоэлектрические датчики для изме­ рения постоянных или медленно изменяющихся нагрузок, потому что заряды стекают с кристалла через его изоляцию. Однако такие датчики широко применяются для измерения быстропере­ менных нагрузок, например, для измерения и контроля давле­ ния газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

Пьезоэлектрический эффект обратим, т.е. при помещении кристалла в электрическое поле, он будет изменять свой ли­ нейные размеры. Поэтому пьезокристаллы применяют и для воз­ буждения и для приема акустических колебаний ультразвуковой частоты. В школьной практике они применяются в качестве из­ лучателей ультразвука, в звукоснимателях и пьезотелефонах.

§14. Индукционный датчик

Виндукционных датчиках осуществляется преобразование неэлектрической величины в э.д.с. индукции. Известно, что если проводник перемещать в магнитном поле перпендикулярно направлению магнитных силовых линий, то в нем наводится э.д.с., пропорциональная скорость движения проводника. Э.д.ю. наводится и тогда, когда изменяется напряженность магнитного поля относительно проводника.

Различают два типа индукционных датчиков:

I. Датчики, в которых э.д.с. индукции возникает за счет

- 39 -

поступательного или колебательного движения подвижной катуш­ ки относительно неподвижного магнита или наоборот. Примером такого датчика является электродинамический микрофон (рис. 45), в котором под действием звуковых колебаний мембрана

ет за счет вращения подвижной катушки в кольцевом зазоре магнита (рис. 46). Примером такого датчика является измери­ тельный прибор магнитоэлектрической системы. Если взять два школьных демонстрационных гальванометра и соединить их так, как показано на рисунке 47, ?о при колебательном дви­ жении катушки одного гальванометра (создают его с помощью корректора), стрелка второго - то же колеблется.

Индукционные датчики обладают высокой чувствительно­ стью к измеряемым параметрам и применяются в приборах для измерения вибрации, ускорении и параметров колебаний.

- 40 -

ПервМ практикум поовяцев изучен*» * практическому ос­ воению измерительных цепей. В электржчеоких измеритеиях нездектрмчеоких велкчаа во мвогвх случаях выход датчака соедиаяетоя со входом электрачеокого измерительного (индикаторного) прибора посредством измерительной цепа. В качестве измерительных цепей наиболее широко применяются мостовые схемы на постоянном а переменном токе, а также дифференци­ альные и компенсационные схемы. С названными измерительными цепями а широко распространенна! измерительна! прибором - авометром целесообразно познакомиться самостоятельно при выполнении практических работ.

Практическая работа И I проводится о авометром по изме­ рению сопротивления резяоторов, напряжения ■ силы тока раз­ личных источников и потребителей. Ореаде чем пользоваться авометром, необходимо внимательно ознакомиться о его описа­ нием и правилами эксплуатации по той инструкции, которая прилагается к каждому прибору.

§ 15. Работа Л 2

Изучение зависимости сопротивления термистора

от температуры (мостовая измерительная цепь)

(Ц е л ь р а б о т ы : установить зависимость сопротив­ ления термистора от температуры и выразить ее графически.

- 41 -

Температурный коэффициент термисторов отрицателен и его определяют по формуле:

Как известно, термисторы могут работать в двух режимах: в первом случае его температура определяется температурой окружающей среды, поэтому он может быть использован в каче­ стве датчика температуры; во втором - термистор нагревается проходящим по. нему током и используют его- в качестве дат­ чика для измерения других неэлектрических величин.

В этой работе термистор используется в качестве термо­ метра сопротивления и включается в одно из плеч моста Уитс­ тона (рис. 48). Другими плечами моста являются реостат R< и переменный резистор R* • С помощью омметра (авометра) ползунок реостата устанавливают так, чтобы сопротивления плеч Ri и Rt, были равны. Мост будет сбалансирован тогда, когда сопротивления и двух других плеч окажутся рав­ ными, т.е. Rf -Hi . Переменный резистор снабжен проградуированной шкалой и ручкой с указателем. Так как при нагревании термистора сопротивление его уменьшается, то

мост в сбалансированном состоянии удерживается плавным пово­

тивления термистора при определенной температуре. Температу­

на 13 ком, помещенный в пробирку, заполненную машинным мас­ лом; потенциометр с градуированной шкалой на 20 ком, реостат на 5 ком, микроампермётр или авометр, аккумулятор ЗЫКН-10,

-43 -

7.Вычертить график зависимости сопротивления термисто­ ра от температуры.

8.Пользуясь графиком и формулой, определить термичес­ кий коэффициент термистора для интервала температур, напри­ мер, от 30 до 35®С.

9.Написать краткий отчет, в котором привести схему,

таблицу, график, а такие расчеты температурного коэффициен­ та термистора.

§ 16. Работа Л 3

Научение зависимости сопротивления фоторезистора от освещенности

(дифференциальная измерительная цепь)

Ц е л ь р а б о т ы : изучить зависимость сопротив­ ления фохорезистора от освещенности и выразить ее графически.

Фоторезистор - полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от освещенности. С увеличением освещенности фоторезйстора его сопротивление уменьшается.

Для изучения указанной зависимости фоторезистор включа­ ют в цепь дифференциальной схемы, которая состоит из двух смежных контуров о одной общей ветвью (рис. 5Q). В каждом из контуров действует свое напряжение переменного тока. Для питания схемы используется переменный ток промышленной час­ тоты. Измерительный прибор, обычно миллиамперметр, включен­ ный в общую ветвь, реагирует на ток этой ветви. При равен­ стве напряжений Ui = U а и сопротивлении резисторов показания миллиамперметра будут нулевыми. При изменении со­ отношения величин сопротивлении Ri и Ri дифференциаль­ ная схема разбалансируется, что и регистрирует миллиампер­ метр.

Включение в одно плечо дифференциальной схемы фоторе­ зистора, а в другое - переменного резистора с градуированной шкалой и указателем, дает возможность использовать эту цепь для изучения зависимости сопротивления фоторезистора от ос-

- 44 -

вещенности. Для получения дифференциальной схемы собирают электрическую цепь из универсального школьного трансформа­ тора, миллиамперметра (авометра), фоторезистора и перемен­ ного резистора (рио. 51). Два шестивольтовых выхода вторич­ ной обмотки трансформатора и создают одинаковые напряжения на смежных контурах дифференциальной цепи. Ддя предотвраще­ ния попадания на..фоторезистор света от постороннего источ­ ника, фоторезистор и низковольтную лампочку соединяют труб­ кой в виде цилиндра, зачерненного изнутри,длиной до 50 см и диаметром 3-4 см. Трубка по образующей цилиндра имеет разрез, который служит для свободного перемещения лампочки накаливания. Трубка может быть картонной.

При освещении фотореэистора лампочкой накаливания его сопротивление уменьшается, поэтому для обеспечения баланса цепи нужно уменьшить сопротивление переменного резистора

Ri , т.е. сделать его равным сопротивлению фоторезистора.

- 45 -

фоторезистора и снова находят его сопротивление после ба­ лансировки схемы.

Как известно, освещенность при постоянной силе источ­ ника света зависит от расстояния источника света до освещав- - мой поверхности. Принимая силу света для лампочки карманно­

го фонарика (0,28 а, 3,5 в) в I ов и изменяя расстояние (Z ) между лампочкой и фоторезистором в метрах, по формуле

определяет освещенность.

О б о р у д о в а н и е (рис. 51): школьный универсаль­ ный трансформатор, фоторезистор ФС-KI на панели, перемен­ ный резистор на I мои о градуированной шкалой, миллиампер­ метр (авометр), лампочка накаливания на подставке, батарея аккумуляторов 3HKH-I0, югоч, соединительные провода, кар­ тонная или актиниевая трубка.

Порядок выполнения работы

1.Собрать цепь по схеме (см. рис. 50).

2.Включить первичную обмотку трансформатора в сеть.

3.Переменным резистором Ri установить отрелку из­ мерительного прибора (миллиамперметра) на нулевое деление.

4.Собрать цепь осветителя, состоящую из лампочки на­ каливания, ключа и аккумуляторной батарея.

5.Поместить в трубку фоторезиотор и лампочку накали­

вания.

6.Изменяя расстояние между источником света и фотореаистором, измерить эти расстояния и сопротивления фотореэистора.

7.Подсчитать освещенность фоторезистора для каждого положения лампочки и вычертить график зависимости сопротив­ ления фоторезистора от освещенности.

8.Написать краткий отчет, в котором привести схему дифференциальной цепи, таблицу, график и расчеты.