Uwaga. Łącząc układ pomiarowy należy pamiętać o zachowaniu zgodności biegunów napięcia z generatora i zacisków na makiecie przetwornika.

Transkrypt

1 PLANOWANIE I TECHNIKA EKSPERYMENTU Program ćwiczenia Temat: Badanie właściwości statycznych przetworników pomiarowych, badanie właściwości dynamicznych czujników temperatury Ćwiczenie 5 Spis przyrządów pomiarowych 1. Program ćwiczenia 1.1. Połączyć układ pomiarowy z makietą przetwornika liniowego napięcia jak na rys.1. W skład układu pomiarowego wchodzą: przetwornik liniowy (1), zasilacz napięcia stałego (2), multimetr M3860D włączony do pomiaru napięcia stałego na wyjściu przetwornika (3). Uwaga. Łącząc układ pomiarowy należy pamiętać o zachowaniu zgodności biegunów napięcia z generatora i zacisków na makiecie przetwornika. Uwaga. Włączenie generatora napięcia stałego nie jest wystarczające. Aby wygenerować napięcie na zaciskach generatora należy po włączeniu przyrządu nacisnąć przycisk +/-OUTPUT. Należy sprawdzić czy generator wytwarza napięcie w zakresie od -15 V do + 15 V (rys.2). Uwaga. Multimetr M3860D należy podłączyć do komputera PC. Tą czynność wykonujemy za pomocą specjalizowanego przewodu, który wpinamy do miernika tak jak pokazano to na rys.3. Drugi koniec przewodu nie wymaga podłączania. Jest on na stałe podłączony do portu szeregowego komputera PC. Uwaga. W celu skomunikowania multimetru (3) z komputerem PC należy uruchomić i skonfigurować program ImeLab-3 (4). W tym celu w programie należy kliknąć opcję Konfiguracja i dobrać port komunikacyjny. Dostępne są porty od COM1 do COM4. Multimetr komunikuje się z komputerem PC w chwili, gdy program pobierze i wyświetli na panelu sterowania programu wartości zmierzonego napięcia. Uwaga. PO ZAKOŃCZENIU ĆWICZENIA NALEŻY ZABEZPIECZYĆ ZATYCZKĄ PRZEWÓD, KTÓRY SŁUŻY DO POŁĄCZENIA MULTIMETRU Z KOMPUTEREM PC. 1

2 Rys. 1. Stanowisko pomiarowe do badania przetwornika liniowego napięcia Rys. 2. Generator napięcia stałego Rys.3. Podłączanie i konfigurowanie multimetru pomiarowego 1.2. Wykonać serię pomiarów spadku napięcia na wyjściu przetwornika w funkcji zmiany położenia głowicy mikrometrycznej nastawy przesunięcia. W tym celu należy wykonać następujące kroki: Sprawdzić czy przetwornik jest skalibrowany. W tym celu należy na głowicy przetwornika ustawić wartość 12.5 mm (rys.4) i sprawdzić. czy dla takiej wartości przesunięcia otrzymujemy ok V napięcia stałego na wyjściu przetwornika, które wskaże multimetr. Jeżeli multimetr wskazywał będzie inną wartość napięcia, należy o tym fakcie niezwłocznie poinformować prowadzącego laboratorium. 2

3 Uwaga. Górna skala głowicy przetwornika pokazuje tzw. części całe zadanej wartości przesunięcia, dolna tzw. połówki. Skala boczna to tzw. dopełnienie. Głowica z rys.3 wskazuje: 12 mm części całych, 0.5 mm połówki, która pokrywa się krawędzią głowicy i 0 mm tzw. dopełnienia. Razem otrzymujemy 12.5 mm. Rys. 4. Nastawa przesunięcia głowicy przetwornika Skręcić głowicę w lewo na pozycję 0. Multimetr powinien wskazać wartość napięcia ok. +15V lub ok. 15V w zależności od sposobu podłączenia multimetru do wyjścia przetwornika. Do programu komputerowego ImeLab-3 należy wpisać w polu Przesuniecie wartość mm i wykonać pomiar napięcia naciskając przycisk Pomiar. Rozkręcając głowicę o 1mm każdorazowo wprowadzić do programu nową wartość przesunięcia (tj , -11.5, -10.5, -9.5,, -0.5, 0, 0.5,, 9.5, 10.5, 11.5, 12.5) i wykonywać pomiary spadku napięcia na wyjściu przetwornika aż do otrzymania charakterystyki z rys. 5. Po zakończeniu ćwiczenia wyniki pomiarów zapisać do pliku, a następnie przenieść do tab.1. Rys. 5. Charakterystyka napięcia na wyjściu przetwornika liniowego w funkcji przesunięcia Na podstawie karty katalogowej multimetru M3860D ( obliczyć błędy pomiaru spadku napięcia stałego na wyjściu przetwornika i uzupełnić tab.2. W tab.1 przedstawiono przykład wyznaczania bezwzględnej wartości błędu pomiaru napięcia stałego multimetrem M3860D. Względną wartość błędu pomiaru należy obliczyć na podstawie dokumentu 3

4 Tab. 1. Przykład wyznaczania wartości błędu pomiaru (dokładności pomiaru) w pomiarze napięcia stałego na podstawie karaty katalogowej multimetru M3860D U [V ] Δ U = ± 0.3% rgd ± 1dgt [ V ] ΔU = 0.3% 3.253V ± 1 1mV = 0, V V = 0, V = 11 mv Uwaga. Błędy pomiaru zaokrąglamy zawsze w górę do jednej lub, co najwyżej dwóch cyfr znaczących, natomiast wyniki pomiarów zaokrąglamy zgodnie z przyjętymi, ogólnymi zasadami zaokrąglania wyników pomiarów do pozycji odpowiadającej ostatniej cyfrze znaczącej błędu pomiaru ( Tab. 2. Pomiar napięcia na wyjściu przetwornika Lp. x [mm] U [V ] Δ U [V ] δ U [%]

5 Opracować wyniki pomiarów z tab.2. W tym celu wyznaczyć w programie Excel ~ funkcję U ( ~ x ) = ax ~ + b aproksymującą wyniki pomiarów w postaci funkcji liniowej. Wzór funkcji aproksymującej zapisać do tab.3. Parametry równania zapisywać z 3 cyframi znaczącymi. Na podstawie wzoru (1) i (2) wyznaczyć wartości bezwzględnego i względnego błędu liniowości. Przyjąć zakres pomiarowy 25 mm. Podać wartość czułości S i stałej C przetwornika. Wyniki obliczeń zapisać do tab.3. ~ ~ ~ Δ U ~. (1) ( x ) = U ( x ) U [ V ] ~ ( ) ( ~ ~ ΔU x ) δ l x = 100 [%]. (2) zakres Tab. 3. Wyznaczanie błędu liniowości przetwornika ~ U ( x ) =.. d ~ ~ S = ~ U ( f ) = a =... df Lp. C = =.. S x [mm] ~ ~ U ( x) [ V ] Δ U ( x) [ V ] δ l( x)[%]

6 1.3. Dany jest układ pomiarowy z czujnikiem temperatury jak na rys. 6. W skład układu pomiarowego wchodzą: czujnik temperatury PT100 (1), połączony z komputerem przetwornik temperatury (2), czajnik (3), butelka z wodą (4). Uwaga. Układ pomiarowy jest już przygotowany do wykonywania pomiarów i nie wymaga dodatkowej konfiguracji. Uwaga. Zanotować temperaturę enia T. Rys. 6. Układ do pomiaru temperatury Uruchomić program ImeLab-4, kliknąć Konfigurację i ustawić eksperymentalnie port komunikacyjny. Po zatwierdzeniu ustawień przetestować działanie programu. Po naciśnięciu przycisku Start program powinien wyświetlać wartość temperatury enia Po przetestowaniu działania przetwornika, przerwać działanie programu, przejść do Konfiguracji programu i dokonać ustawień jak na rys. 7. Rys. 6. Konfiguracja programu IME-LAB Włączyć czajnik. Doprowadzić do wrzenia wodę znajdującą się w czajniku. Ostrożnie umieścić czujnik w wodzie w czajniku. Przyciskiem Start uruchomić działanie programu 6

7 ImeLab-4. Odczekać kilka sekund i przełożyć jak najszybciej czujnik do butelki z wodą. Uzyskać charakterystykę jak na rys.7. Zapisać wyniki pomiarów do pliku. Rys.7. Charakterystyka temperaturowa przetwornika Przenieść wyniki pomiarów do tab.4 z zakresu czasu pomiaru od ok. t 1 do ok. t 2. Na podstawie wzorów (3)-(5) obliczyć wartość stałej czasowej. Obliczoną wartość zapisać w tab. 4. T1 + T o T0.5 = [ C], (3) 2 t0.5 t[ T0. 5 ] [ s], (4) τ 0.5 τ [ s], gdzie τ 0.5 t0.5 Δt0 [ s], Δ t0 t1 t0 [ s]. (5) ln ( 2) Uwaga. Czas połówkowy t 0. 5 odczytujemy na podstawie tabeli wyników pomiarów dla wyznaczonej wartości temperatury połówkowej T Tab. 4. Charakterystyka temperaturowa przetwornika (stygnięcie w wodzie) T =. τ =. 7

8 Powtórzyć ćwiczenie z pkt przekładając czujnik z zimnej wody do wody gorącej. Tab. 5. Charakterystyka temperaturowa przetwornika (nagrzewanie w wodzie) T =. τ = Powtórzyć ćwiczenie z pkt przekładając czujnik z gorącej wody do ostygnięcia w powietrzu. Podczas eksperymentu należy w programie ImeLab-4 zwiększyć Czas rejestracji na 200 sekund. Tab. 6. Charakterystyka temperaturowa przetwornika (stygnięcie w powietrzu) T =. τ =. 8

9 1.4*. Dany jest układ pomiarowy z termoparą jak na rys.8. W skład układu pomiarowego wchodzą: termoelement typu J (1), połączony z komputerem wzmacniacz pomiarowy (2), podłączony do komputera multimetr M3860D(3) przeznaczony do pomiaru napięcia stałego, czajnik (4), butelka z wodą (5). Uwaga. Ustawić wzmocnienie wzmacniacza na K =... (poprosić prowadzącego laboratorium o zadanie wartości wzmocnienia). Rys. 8. Wzmacniacz pomiarowy Wykonać serie pomiaru temperatury termoelementem z zastosowaniem programu ImeLab-7 tak jak w punktach Wyniki pomiarów zapisać do plików a następnie przenieść do tabel pomiarowych. Uwaga. Układ pomiarowy i dostępne oprogramowanie pozwala na pomiar wartości napięć, które należy przeliczyć na temperaturę z zastosowaniem tabeli termometrycznej zastosowanego czujnika. Tabela termometryczna termoelementu dostępna jest na stronie Dozwolone jest 9

10 przeliczenie wartości napięcia na temperaturę z zastosowaniem opracowanego na potrzeby laboratorium programu komputerowego dostępnego pod adresem Uwaga. Zmierzone napięcie może przyjmować wartości ze znakiem (ujemnym). Należy przed wykonaniem pomiaru w opcjach konfiguracji programu dobrać zakresy napięć, tak by możliwy był pomiar napięć ze znakiem. Tab.7. Charakterystyka napięciowa termoelementu (stygnięcie w wodzie) U [mv ] U [mv ] U [mv ] U [mv ] U[mV ] Tab.8. Charakterystyka napięciowa termoelementu (nagrzewanie w wodzie) U [mv ] U [mv ] U [mv ] U [mv ] U[mV ] 10

11 Tab.9. Charakterystyka napięciowa termoelementu (stygnięcie w powietrzu) U [mv ] U [mv ] U [mv ] U [mv ] U[mV ] Tab.10. Charakterystyka temperaturowa termoelementu (stygnięcie w wodzie) T =. τ =. 11

12 Tab.11. Charakterystyka temperaturowa termoelementu (nagrzewanie w wodzie) T =. τ =. Tab.12. Charakterystyka temperaturowa termoelementu (stygnięcie w powietrzu) T =. τ =. 12

13 2. Wnioski 3. Notatki 13