4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

Transkrypt

1 1 1. Projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i badaniem przetwornika napięcie/częstotliwość z układem AD Założenia do opracowania projektu a) Dane techniczne układu - Napięcie zasilające przetwornik: 15 V - Amplituda napięcia wyjściowego: 5 V - Maksymalne stałe napięcie wejściowe: 5 V - Współczynnik nieliniowości w zakresie przetwarzania: 1,5% - Zakres przetwarzania: 1 4 V - Maksymalny błąd przetwarzania: 5% - Temperatura pracy: 0 50 o C - Wartość rezystancji rezystora R kω b) Wyposażenie stanowiska pomiarowego - Zasilacz laboratoryjny 0 20 V: 2 szt. - Multimetr U/I/DC: 1 szt. - Częstotliwościomierz: 1 szt. Wykaz kolejnych działań związanych z badaniem przetwornika a) Zapoznanie się z danymi technicznymi przetwornika b) Określenie warunków zasilania c) Określenie mierzonych charakterystycznych parametrów przetwornika na podstawie danych technicznych i wymagań projektowych d) Sporządzenie wykazu aparatury kontrolno pomiarowej e) Narysowanie schematu układu pomiarowego do uruchomienia i badania przetwornika f) Wykonanie pomiarów z podaniem sposobu wykonania pomiarów g) Obliczenie parametrów h) Narysowanie charakterystyk i) Porównanie wyników pomiarów z danymi technicznymi j) Opracowanie wniosków k) Modyfikacja zapewniająca możliwość zwiększenia zakresu przetwarzania l) Opracowanie wskazań eksploatacyjnych 4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

2 2 5. Opis sposobu pomiaru charakterystycznych parametrów przetwornika - Przetwornik należy zasilić napięciem 15 V, wykorzystując jeden z zasilaczy. Drugi zasilacz będzie wykorzystany jako zadajnik sygnału wejściowego. Na wejście należy podać napięcie z przedziału 0,5 5 V. Na częstotliwościomierzu odczytuję częstotliwość odpowiadającą odczytanej wartości napięcia wejściowego z ustalonego przedziału. Wyniki zapisuję w tabeli. Uwe [V] f 0,52 0,8 1,54 2,0 2,5 2,46,12,55 4,01 4,4 4, Wskazania eksploatacyjne - Układ należy zasilać napięciem 15 V - Układ należy użytkować w temperaturze 0 50 o C, przy wilgotności względnej 0 80% - Nie należy przekraczać napięcia wejściowego 5 V 7. Charakterystyka przejściowa przetwornika f = f(uwe)

3 8. Charakterystyka błędu przetwarzania w zależności od napięcia wejściowego δ = f(uwe) Przed wykreśleniem charakterystyki dokonuję obliczeń. a) Częstotliwość, którą przetwornik 0,1 U we powinien generować, obliczam ze wzoru: f o = 00 ( R + R ) C gdzie za Uwe wstawiam wartości odczytane z tabeli pomiarów. -6 Wartości parametrów odczytanych z rysunku nr 2: R = 47 [Ω] ; C = 4,7 [F] W opisie układu podano, że rezystor R jest ustawiony na kω, więc przyjmuję R = [Ω]. b) Obliczam błąd bezwzględny częstotliwości, którą generuje układ według wzoru: Δ f = - f z gdzie: częstotliwość obliczona f z częstotliwość rzeczywista (zmierzona) c) Obliczam błąd względny przetwarzania wnoszony przez układ, według wzoru Df δ = 0% d) Tabela z wynikami obliczeń dla pozostałych punktów pomiarowych Uwe [V] f z Δ f δ [%] 0,52 0,8 1,54 2,0 2,5 2,46,12,55 4,01 4,4 4, ,81 1, ,7 1,7 1, 0,4 0,2 0,1 0,1 0,5 0,7 1,0,7 Wniosek: Maksymalny błąd względny przetwarzania δ max występuje przy Uwe = 4,8 V.

4 4 e) Wykreślam charakterystykę δ = f(uwe) na podstawie danych w tabeli Z wykresu można odczytać, że δ < 1,5% dla zakresu napięć wejściowych około 1 4,6 V..Obliczenia spodziewanej częstotliwości drgań, współczynnika nieliniowości δ w zakresie przetwarzania oraz maksymalnego błędu względnego przetwornika, wyznaczenie zakresu przetwarzania wraz z przykładowymi obliczeniami, porównanie obliczanych i odczytanych wartości z założonymi oraz wnioski dotyczące pracy przetwornika. Przykładowe obliczenia: Poniżej przedstawiam przykładowe obliczenia dla jednego przypadku. Dla pozostałych przypadków, obliczone dane przestawiłem w tabeli w punkcie 7.. a) Częstotliwość, którą przetwornik powinien generować, obliczam ze wzoru: 0,1Uwe fwy = ( R + R ) C gdzie za Uwe wybieram dowolną (przykładową) wartość napięcia z tabeli pomiarów np. Uwe = 2,0 V Wartości parametrów odczytanych z rysunku nr 2: R = 47 kω C = 4,7 μf W opisie układu podano, że rezystor Rjest ustawiony na kω, więc przyjmuję R = kω. Dane liczbowe wstawiam do wzoru: 0,1 2,0 fwy = = 864 Hz -6 (47 + ) 4,7 Tę obliczoną wartość przyjmuję jako fo, a więc fo = 864 Hz

5 5 b) Obliczam błąd bezwzględny częstotliwości, którą generuje układ według wzoru: Δ f = - f z gdzie: częstotliwość obliczona f z częstotliwość rzeczywista (zmierzona) Wstawiam wartości liczbowe, gdzie odczytuję z tabeli f z = 860 Hz: Δ f = = 4 Hz c) Obliczam błąd względny przetwarzania wnoszony przez układ, według wzoru Df δ = 0% Wstawiam wartości liczbowe 4 δ = 0% = 0,46%, w przybliżeniu 0,5%. 864 Zestawienie wyników Parametr Dane techniczne Wartość Wniosek zmierzona lub obliczona δ max 5%,7% Zgodność Zakres przetwarzania 1 4 V 1 4,6 V Zgodność Maksymalny błąd w zakresie przetwarzania 1,5% 1,5% Zgodność Wniosek: Wszystkie badane parametry przetwornika pokrywają się z danymi technicznymi, podanymi w karcie katalogowej. Stwierdzam, że przetwornik działa poprawnie.. Propozycja zmian, w celu zwiększenia zakresu przetwarzania Z pomiarów wynika, że błąd przetwarzania jest mniejszy od 1,5% dla zakresu napięcia wejściowego 1 4,5 V. Zwiększenie zakresu częstotliwości impulsów wyjściowych można zrealizować przez zmianę wartości rezystancji R + R. Jeżeli więc dla powyższemu zakresowi napięcia wejściowego dla C = 4,7μF i R + R = 50kW odpowiada zakres częstotliwości 400Hz 1800Hz, to stosując rezystor R + R o dziesięciokrotnie mniejszej rezystancji, czyli R + R = 5kW, uzyskamy zakres częstotliwości napięcia wyjściowego 4kHz 18kHz przy błędzie przetwarzania mniejszym od 1,5%.. Na zakres częstotliwości napięcia wyjściowego ma również wpływ pojemność kondensatora C.