磁敏傳感器綜合實(shí)驗(yàn)儀
信息、通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)的融通與結(jié)合是21世紀(jì)科技發(fā)展的總體趨勢(shì)。傳感器技術(shù)是信息拾取、信號(hào)傳輸,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)與控制的關(guān)鍵紐帶,磁敏傳感器是傳感器技術(shù)領(lǐng)域中具有獨(dú)特屬性的一個(gè)重要分支,隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,磁敏傳感與檢測(cè)技術(shù)成為現(xiàn)代信息技術(shù)中極為重要的檢測(cè)手段,其應(yīng)用涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域,屬于機(jī)電一體化基礎(chǔ)元器件?!洞琶魝鞲衅骶C合實(shí)驗(yàn)儀》通過無觸點(diǎn)角度傳感器、傾斜角傳感器、微位移傳感器、測(cè)速傳感器、磁編碼器、電流傳感器的特性測(cè)量展示以磁敏感為轉(zhuǎn)換機(jī)理的系列傳感器的屬性與特點(diǎn)。將傳感器檢測(cè)技術(shù)與電動(dòng)機(jī)模擬量、數(shù)字量檢測(cè),開環(huán)檢測(cè)與閉環(huán)控制,速度閉環(huán)、位置閉環(huán)、功率閉環(huán)等自動(dòng)化基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有機(jī)溶入基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn),使物理基本原理與信息檢測(cè)、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等專業(yè)自然地銜接。本實(shí)驗(yàn)儀具有多主題、多途徑、層次化、自選擇、自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)施路線,進(jìn)而可開展創(chuàng)新研究型教學(xué),形成教與學(xué)、教學(xué)與創(chuàng)新互動(dòng)的全新教學(xué)模式。
《磁敏傳感器綜合實(shí)驗(yàn)儀》具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.設(shè)備小型化、操作簡(jiǎn)便;物理現(xiàn)象清晰、直觀;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
2.從教學(xué)的實(shí)際效果和科研的應(yīng)用考慮,實(shí)驗(yàn)電路、測(cè)量組合及測(cè)量面板布局設(shè)計(jì)合理。
3.知識(shí)拓展性強(qiáng),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容新穎且與新型檢測(cè)技術(shù)聯(lián)系緊密,實(shí)踐性強(qiáng);與后續(xù)實(shí)驗(yàn)及研究銜接自然,讓學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用產(chǎn)生興趣,愿意并有能力進(jìn)行更深入研究。
本儀器適用于高等院校各專業(yè)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。
1.位移千分尺 2.位移傳感器 3.角度測(cè)試盤外盤 4.角度測(cè)試盤內(nèi)盤 5.傾斜角傳感器 6.360°角度傳感器 7.電流傳感器 |
8.直流無刷電機(jī) 9.磁敏編碼器 10.齒輪測(cè)速傳感器 11.齒輪 12.測(cè)速發(fā)電機(jī) 13.傳動(dòng)皮帶 14.皮帶輪 15.傳感器特性研究測(cè)試孔 |
16.傳感器輸出電流顯示表 17.傳感器輸出電壓表 18.傳感器工作電壓顯示表 19.測(cè)速電機(jī)電壓顯示表 20.電機(jī)工作電壓顯示表 21.閉環(huán)控制綜合顯示表 22.閉環(huán)控制功能選擇鍵 23.電機(jī)控制選擇開關(guān) |
24.電機(jī)開環(huán)與閉環(huán)控制選擇 . |
儀器功能如圖所示:儀器根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三個(gè)組成部分,既:角度測(cè)試系統(tǒng)、位移測(cè)試系統(tǒng)、電機(jī)閉還控制系統(tǒng)。
一、實(shí)現(xiàn)對(duì)基本磁敏傳感器的特性研究:
1、有關(guān)磁敏傳感器敏感元件的物理機(jī)制與特性研究在我們開發(fā)的磁敏感元件與磁場(chǎng)特性研究實(shí)驗(yàn)中可以充分開展研究,或通過講義將磁電子轉(zhuǎn)換原理與系列磁敏傳感器原理講述清楚。
2、本實(shí)驗(yàn)通過分辨率為1′的角度刻度盤與支架可以實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)磁敏角度傳感器;磁敏傾斜角傳感器0~360°范圍內(nèi)任意角度的測(cè)量。通過更換不同傳感器的備品類型,配合面版儀表的組合顯示,可以測(cè)量不同輸出量程、不同輸出形式(電壓、電流、PWM脈寬調(diào)制、RS232、RS485、單片機(jī)等)的信號(hào)檢出與線性度、分辨率、重復(fù)性、復(fù)位精度、綜合精度、數(shù)據(jù)處理等傳感器品質(zhì)進(jìn)行評(píng)估與研究。
3、本實(shí)驗(yàn)通過千分尺對(duì)磁敏微位移傳感器的輸出特性與輸出形式進(jìn)行測(cè)量與研究。
4、通過與電機(jī)聯(lián)接的齒輪可以利用磁電感應(yīng)、磁敏電阻、霍爾器件等不同原理的磁敏齒輪測(cè)速傳感器的檢測(cè)特性進(jìn)行測(cè)試研究。還可以不斷引進(jìn)其它原理測(cè)速傳感器進(jìn)行特性對(duì)比。
5、通過與電機(jī)聯(lián)接的磁編碼器可以進(jìn)一步對(duì)工業(yè)與自動(dòng)化常用數(shù)字控制編碼器形式進(jìn)行特性研究。掌握先進(jìn)的磁編碼器使用技術(shù)。
二、利用傳感器對(duì)電機(jī)特性與控制方式進(jìn)行測(cè)量與研究
電動(dòng)機(jī)是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域主要?jiǎng)恿υ?,?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的準(zhǔn)確測(cè)控意義重大。本實(shí)驗(yàn)借助于磁敏傳感器的概念嘗試了揭示電機(jī)控制的基本方式、原理與相互關(guān)系,其設(shè)計(jì)思想為首創(chuàng)。
1、對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模擬量與數(shù)字量開環(huán)測(cè)量特性研究:本實(shí)驗(yàn)通過與電機(jī)聯(lián)接的測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速測(cè)量,對(duì)比齒輪測(cè)速與磁編碼器數(shù)字量轉(zhuǎn)速測(cè)量,以及數(shù)字量分度多少對(duì)控制精度的影響進(jìn)行測(cè)試研究;
2、對(duì)于電機(jī)閉環(huán)控制的特性研究:閉環(huán)控制是高精度自動(dòng)控制的核心所在,是自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。閉環(huán)控制主要有三種形式,速度閉環(huán)、位置閉環(huán)、功率閉環(huán)。
ⅰ、速度閉環(huán):本儀器通過單片機(jī)結(jié)合電機(jī)控制理論分別對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速發(fā)電機(jī)模擬量與齒輪測(cè)試及磁編碼器數(shù)字量編程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,儀器明顯可以觀察到控制穩(wěn)定性的變化。
ⅱ、位置閉環(huán):本儀器通過同步帶輪模擬位置控制,它依賴與磁編碼器雙路90°位相差數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)長(zhǎng)與定位控制。
ⅲ、功率閉環(huán):電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)動(dòng)過程中,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)必需對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)驗(yàn)配置自主開發(fā)的電流傳感器,通過電機(jī)控制理論編程實(shí)現(xiàn)了恒功率控制。
三、研討型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
在掌握了自動(dòng)控制幾個(gè)閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上,讓同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合不同專業(yè)應(yīng)用特點(diǎn),開展創(chuàng)新型研究,拓展本實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果的應(yīng)用領(lǐng)域。
也可以在新型磁敏傳感器的開發(fā),新型磁敏感元件的性能測(cè)試等方面開展創(chuàng)新研究。
四、技術(shù)指標(biāo)
1.磁敏傳感器教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀寬47cm,長(zhǎng)52cm,高17cm,外型如圖1所示。
2.角度傳感器測(cè)試臺(tái)外分度盤直徑200mm,最小刻度0.5°,內(nèi)刻度盤沿直徑180°對(duì)稱位置2個(gè)游標(biāo)分度30格,最小分度1´。
3.微位移傳感器17直徑25mm,長(zhǎng)度50mm,150mm量程千分尺,精度為0.01mm。
4.電機(jī)工作電壓顯示表:指針電壓表,顯示電機(jī)的工作電壓,量程:30V,最小分度1V。
5.測(cè)速電機(jī)電壓顯示表:三位數(shù)字電壓表,量程0~100V,精度0.1V。
6.傳感器工作電壓顯示表:三位數(shù)字電壓表,量程0~100V,精度0.1V。
7.傳感器輸出電壓顯表:四位數(shù)字電壓表,量程0~10V,精度0.001V。
8.傳感器輸出電流顯示表:四位數(shù)字電流表,量程0~100mA,精度0.01mA。
9.所選用傳感器相關(guān)指標(biāo):
名稱 |
工作電壓 |
量程 |
輸出信號(hào) |
說明 |
8~24V |
0~360° |
0.5~2.5V正旋 |
電壓輸出 |
|
角度傳感器 |
8~24V |
0~60° |
4~20mA線性 |
電流輸出 |
8~24V |
0~90° |
4~20mA線性 |
電流輸出 |
|
位移傳感器 |
5V |
±5mm |
0.5~4.5V線性 |
電壓輸出 |
電流傳感器 |
5V |
0~1.45A |
0~2.5V線性 |
電壓輸出 |
磁敏編碼器 |
5V |
256脈沖 |
A、B雙相 |
脈沖輸出 |
齒輪測(cè)速傳感器 |
5V |
|
單 相 |
脈沖輸出 |
五、使用注意事項(xiàng)
1.實(shí)驗(yàn)注意傳感器的工作電壓,將測(cè)試端子插入相應(yīng)的測(cè)試孔,防止傳感器由于工作電壓太高或太低無法正常工作或損壞儀表。
2.電機(jī)閉還控制過程中,在操作功能鍵盤時(shí)等到液晶提示完成再進(jìn)行操控,否則輸入無效。
3.在進(jìn)行角度測(cè)試和位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)注意盡量在同一次測(cè)量中向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度盤和位移千分尺,以避免引入機(jī)械上的誤差。
4.電機(jī)開環(huán)測(cè)量時(shí)注意負(fù)載加入控制端位于空載處,閉環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)注意負(fù)載加入端位于空載處。
5.電流傳感器的電流輸入端子應(yīng)在實(shí)驗(yàn)時(shí)始終連接,否則電機(jī)電路斷開,無法工作。
6.關(guān)機(jī)后應(yīng)將電機(jī)控制系統(tǒng)開關(guān)置于關(guān)斷位置,開環(huán)電機(jī)工作電壓和傳感器工作電壓旋至最小。
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- 一種薄膜生長(zhǎng)過程原位動(dòng)態(tài)特性監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)儀器, 專利號(hào):ZL03200903.8
- 四探針電阻測(cè)量?jī)x
- 環(huán)境溫度:5—+40oC;
環(huán)境相對(duì)濕度:80%以下;
供電電源:220±22V 50±1.5Hz;
不應(yīng)受到劇烈震動(dòng)和機(jī)械沖擊;
空氣中不應(yīng)含有足以腐蝕儀器的灰塵和雜質(zhì);
不應(yīng)受強(qiáng)的電磁場(chǎng)干擾;
通風(fēng)條件良好。
- 智能教學(xué)互動(dòng)系統(tǒng)
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