Опис установки для визначення параметрів обертального руху. Лабораторна установка дозволяє вимірювати кутову і лінійну швидкості, кутове прискорення та уповільнення

Лабораторна установка дозволяє вимірювати кутову і лінійну швидкості, кутове прискорення та уповільнення, які необхідні для обрахунків обертального та гальмівного моментів, кінетичної енергії тіл, що обертаються.

Установка конструктивно виконана із трьох основних вузлів (див. рис. 6): привідний двигун 1 з карданною муфтою 4, блок перетворювачів (давачів) 2, електронний блок 3.

Рис. 6. Схема лабораторної установки

Привідний двигун забезпечує чотири фіксованих значення швидкості, що встановлюється за допомогою перемикача S1 електронного блоку (див. рис. 7). Обертання від двигуна до блоку перетворювачів забезпечується муфтою 4.

Рис. 7. Принципова електрична схема лабораторної установки

Блок перетворювачів має індукційний та оптоелектронний перетворювачі, а також обертальну частину – вал із закріпленими на ньому диском з 36 отворами – складовою оптоелектронної системи та феромагнітним диском з виступом – складовою індукційної системи.

Принципова схема лабораторної установки наведена на рисунку 7. У схемі можна виділити блок живлення – 1, блок керування електродвигуном – 2, блок перетворювачів – 3, підсилювач імпульсів – 4, генератор імпульсів – 5, інтегратор – 6.

Розглянемо роботу електричної схеми установки.

При встановленні перемикача S2, розміщеного на передній панелі приладу в положення «О» (див. рис. 6.), імпульсний електричний сигнал знімається з оптичного перетворювача (фотодіод VD11) блоку перетворювачів 3 і підсилюється підсилювачем 4 (див. рисунок 7.). Фотодіод у даній схемі працює в фотодіодному режимі. Підсилений електричний сигнал оптичного перетворювача і узгоджений з ним сигнал генератора імпульсів 5 подаються на вхід інтегратора 6.

На виході інтегратора маємо сигнал прямокутної форми, частота якого рівна частоті світлових імпульсів і пропорційна кутовій швидкості обертання вала двигуна.

Для визначення частоти спеціально сформованих прямокутних електричних імпульсів осцилографічним методом передбачений вихід U1, а при використанні частотоміра – вихід f1.

Визначивши період Т₀ прямокутних електричних імпульсів, за допомогою співвідношень 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 та 1.10 легко обрахувати характеристики обертального руху якоря електричного двигуна.

Хід роботи:

1. Вивчити будову та електричну схему лабораторної установки.

2. Вияснити суть процесу одержання електричних сигналів на виході U1 установки.

3. Встановити на панелі приладу перемикач S2 у положення «О» (оптичний датчик).

4. Включити осцилограф.

5. Подати на вхід осцилографа за допомогою коаксіального кабеля електричний сигнал із виходу U1 установки. За допомогою перемикачів на передній панелі осцилографа «розгортка», «режим» та «чутливість» досягти стабільного зображення сигналу на екрані. За необхідності чіткість та яскравість зображення відкоригувати відповідними пристроями. Замалювати або сфотографувати зображення сигналу.

6. За вказівкою викладача встановити частоту розгортки. За шкалою екрана та встановленою частотою розгортки визначити період електричного імпульсу Т₀. Дослід провести тричі на різних частотах розгортки. Визначити середнє значення Т_0C. Результати вимірів і обрахунків занести до таблиці 1.

7. Встановити перемикач S1 послідовно в положення 2, 3 та 4 і виконати вимірювання для відповідних значень кутової швидкості вала електродвигуна.

8. За обрахованими середніми значеннями Т_0C визначити величини:

‒ періоду обертання вала двигуна T_во, с;

‒ частоти обертання вала двигуна f₀, Гц;

‒ циклічної частоти обертання вала двигуна , рад/с;

‒ швидкості обертання валу двигуна n, об/хв;

9. Обрахувати середню та відносну похибку вимірювання вказаних величин.

10. Результати обрахунків занести в таблицю 1.

11. Остаточні результати обрахунків для кожної величини записати у вигляді

, (1.11)

де: – середнє значення досліджуваної величини;

– її абсолютна середня похибка.

Таблиця 1

Кінетичні характеристики обертального руху, одержані за допомогою оптичного перетворювача

Параметри обертового → руху

Вимірювання

с

с

%

f0 Гц

Гц

%

с

с

%

fв0 Гц

Гц

%

%

%

Положення ↓ перемикача

…

сер

12. Сформулювати висновки за результатами виконаної лабораторної роботи.

Особливу увагу звернути на можливості підвищення точності вимірів та зменшення габаритів приладу.

Контрольні питання та завдання:

1. Поясніть будову та принцип дії фоторезистора.

2. Поясніть будову та принцип дії фотодіода.

3. Яке явище лежить в основі роботи оптичних перетворювачів.

4. В яких режимах працює фотодіод.

5. Накресліть схеми включення фоторезистора та фотодіода.

6. Вкажіть переваги та недоліки напівпровідникових оптичних перетворювачів, способи усунення недоліків.

7. Накресліть схему, поясніть будову та принцип дії імпульсного оптичного перетворювача.

8. Поясніть будову лабораторної установки, користуючись її принциповою електричною схемою.

9. Дайте оцінку похибкам вимірювання.