Zadání:

1. Seznamte se s odporovým drátovým snímačem R- 100 a přístroji pro vyhodnocení změny odporu v závislosti na změně délky.
2. Změřte statické charakteristiky odporového snímače v zapojení:
1. Přímém, tj. v sérii s ampérmetrem
2. Potenciometrickém, tj. s paralelním voltmetrem
3. Poměrovém, tj. s přístrojem se zkříženými cívkami
3. Proveďte linearizaci charakteristik regresní přímkou v jejich lineární části, jejich zhodnocení a porovnání. Odhadněte maximální poměrné náhodné chyby.

Popis snímačů

Elektrický odpor mezi běžcem a pevnými konci potenciometru se mění působením přímočarého nebo otočného pohybu na polohu kontaktu, tj. sběrače v odporové dráze. Je možno realizovat různé funkční průběhy mezi lineární nebo úhlovou změnou polohy běžce a změnou odporu, přičemž snímače jsou konstrukčně jednoduché a spolehlivé.

Odporový smaltovaný drát bývá navinut na nosné podložce, např. prstenci a po upravené vnitřní straně se pohybuje sběrač z platinového drátu spojený s hřídelí snímače. Úhel natočení je maximálně 270°, normalizovaná hodnota odporu snímače R₀ = 100 W . Maximální odchylka výstupního napětí od ideálního lineárního průběhu určuje přesnost snímače (projevuje se zde nedokonalost vinutí,-sběračů, převodů atd…). Běžné snímače dosahují přesnosti do 1%, u speciálních typů – např. víceotáčkových se spirálovou dráhou, pak až 0,02% při stejnosměrném napájecím napětí. Maximální přípustný proud je obvykle do 100mA.

Pro zachování požadované statické charakteristiky potenciometru R=f (a) je nezbytné, aby měření odporu bylo zprostředkováno vhodným elektrickým zapojením. Přesnost měření ovlivňují pochopitelně mimo konstrukčních parametrů snímače také změny teploty okolí, které působí jak na vlastní odporový snímač, tak i na spojovací vedení k vyhodnocovacímu přístroji. Výsledná změna odporu se projeví jako chyba měření a lze ji omezit pouze vhodným zapojením snímače (např. poměrový přístroj).

a) Přímé měření proudu Ampérovou metodou je velmi jednoduché, ale výstupní veličina proud I je nelineární funkcí změny úhlu natočení a, a závisí na kolísání napájecího napětí U:

kde

R₁ je levá část odporového snímače, jejíž odpor se mění v závislosti na úhlu natočení [ W ]

R_V je odpor vedení [ W ]

R_n je nastavovací odpor pro nulování stupnice [ W ]

b) Potenciometrické zapojení je velmi rozšířené a výstupní veličina – napětí je lineární funkcí změny odporu. Pro U₂ platí:

kde

R₁ = a_X . R [ a_X…poměrný úhel natočení, <0,1> ]

R₂ = (1 _x) R ....................K_Z = R_Z / R je činitel zatížení

Můžeme tedy psát:

Definujeme-li tzv. přídavnou chybu zátěže d_Z jako:

Dostaneme po dosazení předcházejícího vztahu:

Jestliže předpokládáme, že R_Z>>R, pak

Maximální chyba nastává při , to je pro

a (pro K_Z = 100).

Použijeme-li elektronický voltmetr, který mívá velmi vysoký odpor , lze proud I_Z zanedbat, a pro U₂ bude platit:

c) poměrové zapojení s magnetoelektrickým přístrojem se zkříženými cívkami odstraňuje vliv kolísání napájecího napětí U1 a vykazuje lineární závislost mezi výchylkou ukazatele a změnou odporu snímače. Pro toto zapojení platí:

kde y_m je snímaná veličina, k je konstanta.

Protože proudy procházející jednotlivými cívkami jsou vyjádřeny vztahy I₁ = k₁R₁ a I₂ = k₂R₂, bude výchylka ukazatele přístroje a pak určena vztahem:

Popis zařízení

Odporový drátový vysílač R-100 je umístěn spolu s poměrovým přístrojem a napájecím zdrojem na nosné desce. Vývody všech uvedených přístrojů jsou připojeny na zdířky v přední části.

Postup práce

1. Proveďte zapojení odporového snímače R-100 pro měření Ampérovou metodou dle obr.1. Odpor R_n musí být použit, a nastaven tak, aby proud I nepřekročil hodnotu I_max = 100 mA, a nedošlo ke zničení snímače! Použijte k tomu posuvného odporníku, který je na pracovišti k dispozici.
2. Změřte statickou charakteristiku snímače I = f(a) pro nárůst i pokles a a vyhodnoťte ji. Krok volte 30°.
3. Proveďte zapojení snímače R-100 v potenciometrickém uspořádání dle obr. 2b.
4. Změřte statickou charakteristiku snímače v obou směrech.
5. Proveďte zapojení snímače R-100 v poměrovém uspořádání v třívodičovém zapojení dle obr.3.
6. Změřte statickou charakteristiku v obou směrech.
7. Naměřené charakteristiky zakreslete do grafu, vypočtěte koeficienty regresních přímek a proveďte srovnání metod.

Kontrolní otázky

1. Vysvětlete princip odporového snímače polohy, jeho parametry.
2. Porovnejte výhody a nevýhody jednotlivých zapojení snímače R-100.
3. Co je to poměrový přístroj se zkříženými cívkami a jaké má vlastnosti?

Pracoviště 6: Analogové snímače Diskrétní snímače Zapojení odpor. sn. polohy