Вопрос 10

Оптические датчики: разновидности, схемы включения, принцип действия, достоинства и недостатки, статические и динамические характеристики.

1. Фоторезисторы.

Их сопротивление изменяется при изменении уровня освещённости.

Они представляют собой слой полупроводника наносимого на стеклянную или кварцевую пластину. Являются датчиками с внутренним фотоэффектом. Под действием светового потока, в полупроводнике появляются свободные электроны, т.е. увеличивается проводимость материала (то есть его сопротивление падает).

Сопротивление освещённого фоторезистора уменьшается с увеличением освещённости.

Кратность изменения (отношение сопротивления в темноте к сопротивлению на свету) составляет более 1000.

Недостатки:при малых условиях освещённости характеристика фоторезисторов линейна, при большей освещённости линейность ухудшается.

Фоторезисторы обладают инерционностью. Их сопротивление существенно зависит от температуры.

Достоинства:фоторезисторы имеют низкую себестоимость.

2. Фотодиоды.

В них используется зависимость p–nперехода от светового потока. Могут работать в двух режимах:

• фотогальваническом,фотодиод генерирует ЭДС, т.е. преобразует световую энергию в электрическую.

Достоинства: статическая характеристика практически линейна. Напряжение зависит только от света (не зависит от возмущений).

Недостатки: низкий уровень генерируемого напряжения (не более 0,6 В).

В фотодиодном режиме используется зависимость сопротивленияp–nперехода в обратном направлении от силы света.

- при увеличении освещенности уменьшается сопротивление в обратном направлении.

Разновидностью фотодиода можно считать фототранзистор.

Фотодиоды являются менее инерционными, чем фоторезисторы. Основным режимом работы (на практике) является фотогальванический.

3. Фотоэмиссионные устройства.

Фотоэлемент– вакуумная или газонаполненная лампа с двумя электродами:

фотоны света, попадая на активное вещество катода, выбивают из него электроны, которые под воздействием разности потенциалов перемещаются по аноду и катоду и далее во внешнюю цепь. Вследствие чего появляется фототок, который фиксируется прибором (амперметром, гальванометром). Зависимость прямо пропорциональна. Чем больше освещённости, тем больше фототок. Имеют самую линейную характеристику. Фотоэмиссионные устройства являются наиболее чувствительными, но имеют большие габариты, и малую механическую прочность (выполнены из стекла), поэтому их применение ограничено.

Фотоэлектронные умножители

Многоэлектродная лампа (хар-ка линейна)

Применение ФЭД

Часто применяют в дискретном режиме освещения (светло – темно). Используются для измерения уровня сигнала.

Пирометр– датчик измеряющий температуру объекта без прямого контакта с ним.

Вопрос 11

11. Двигатели постоянного тока: принцип действия, схемы включения, рабочие и механические характеристика Общие сведения о дпт и их характеристика

Электропривод – средство преобразования электрической энергии в механическую (вращательную). Средством электропривода является электродвигатель. Часто в состав электропривода, помимо двигателя, включается редуктор (изменяет частоту вращения шестеренок).

В любом двигателе различают статор и ротор (ротор – подвижная часть двигателя, статор - неподвижная).

По виду питающего напряжения различают двигатели постоянного тока (ДПТ) и переменного.

ДПТ применяют в приводах, требующих плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.

Ротор ДПТ называют якорем. Он представляет собой цилиндр с пазами, в которые уложены обмотки. Концы обмоток выведены на коллектор.

Статор ДПТ – полый цилиндр, во внутренней части которого так же выполнены пазы с обмоткой возбуждения (ОВ).

При подаче напряжения питания на якорь и ОВ, в них возникают магнитные поля, которые, взаимодействуя, заставляют вращаться якорь. Процесс преобразования электрической энергии в механическую можно представить с помощью энергетической диаграммы:

P₁ – полная электрическая мощность, подведенная к электродвигателю;

P_в, Р_я – потери в ОВ и якоре (на нагрев);

Р_о – мощность потерь холостого хода (на преодоление трения и собственной энергии якоря);

Р_эм – электромагнитная мощность, которая преобразовывается и равна Р_мех ;

Р₂ – полезная механическая мощность на волу двигателя.

Вся энергия, которая подводится к ОВ, полностью теряется, т.е. не имеет никакого отношения к формированию Р_мех.

,

где первое слагаемое идет на создание Р_мех, а второе – на нагрев;

E_я – часть напряжения U_я , расходуемая на создание магнитного поля якоря.

- основное уравнение ДПТ.

, где М – момент вращения;

, где n – число оборотов в минуту;

,

отсюда: .

Для увеличения М, требуется увеличение I_я или понижение n. Распишем М через магнитный поток ОВ и конструкторские параметры якоря:

,

где к – конструкторский коэффициент двигателя

Ф – магнитный поток ОВ

Вращающий момент, развиваемый двигателем в любой момент времени и в любых условиях, уравновешивается совокупностью моментов сопротивления на валу двигателя:

М=М_о+М₂+М_дин – уравнение моментов.

Где М_о – момент холостого хода,

М₂ – полезный момент,

М_дин – динамический момент, обусловленный моментом инерции вращающих частей, возникающей при изменении скорости двигателя:

,

где J – момент инерции ротора,

dw/dt – изменении скорости.

Для всех электродвигателей различают следующие виды характеристик:

1. пусковые

2. рабочие

3. механические

4. регулировочные

Пусковые характеристики описывают работу электродвигателей от момента включения до момента установившегося режима.

• Кратность пускового тока

, т.е. пусковой ток 2-4 раза больше номинального

• Кратность пускового момента:

Рабочие характеристики – зависимости частоты вращения n, момента на валу двигателя М₂, потребляемого тока I, и КПД η в функции от полезной мощности Р₂ при U=const.

Механическая характеристика – зависимость частоты вращения от момента М при U=const

n=f(M),

ω=f(M)

Регулировочная характеристика – описывает изменение частоты вращения от U.