Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Transkrypt

1 Zakład Napędów Wieloźródłowych Instytut Maszyn Roboczych CięŜkich PW Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie E3 - protokół Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości. Data wykonania ćwiczenia... Zespół wykonujący ćwiczenie: Nazwisko i imię ocena dop. do ćw Wydział SiMR PW Rok ak /20... Semestr... Grupa... Warszawa 2007r.

2 1.Cel i zakres ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z teorią dotyczącą elektrycznych pomiarów wielkości nieelektrycznych w zakresie zastosowania do pomiarów temperatury. W ćwiczeniu wykonuje się: skalowanie mierników temperatury, pomiary nagrzewania elementu radiatora i wyznaczanie jego izoterm. Druga część ćwiczenia ma na celu poznanie metod i aparatury do pomiaru długości, odkształcenia, siły, napręŝenia, momentu obrotowego, mocy, czasu, liczby obrotów, przepływu, przyspieszenia, wibracji, gęstości i lepkości. W ramach pomiaru długości prowadzi się badania przesunięć liniowych i kątowych. Do tego celu wykorzystuje się czujniki pojemnościowe, indukcyjne, optoelektryczne, mechaniczne (pływakowe, membranowe) itp. W ramach ćwiczenia przeprowadzone będą badania małych i duŝych przesunięć mechanicznych za pomocą indukcyjnych czujników róŝnicowych. Trzecia część ćwiczenie ma na celu poznanie metod i aparatury do pomiaru prędkości obrotowej silników elektrycznych, spalinowych i obracających się elementów maszyn. 2.Pomiar temperatury. 2.1 Skalowanie wybranych przetworników pomiarowych. Rys.1. Zestaw pomiarowy do skalowania przetworników temperatury: 1 termostat, 2 - grzejnik, 3 termometr wzorcowy (T w ) C, 4 termopara, 4.1 miernik siły elektromotorycznej termopary (T t )dz, 5 termistor 1, 5.1 miernik rezystancji termistora 1 (T t1 ), 6 termistor 2, 7 czujnik rezystancyjny, 8 - przełącznik, 9 techniczny mostek Wheatstone a, w połoŝeniu przełącznika 8.1. pomiar T t2 [Ω], w połoŝeniu przełącznika 8.2. pomiar T r [Ω]. L.p. T w T t T t1 T t2 T r wagi - C dz C Ω Ω - 1 T w0 T w0- : temperatura otoczenia Na podstawie uzyskanych wyników wykonać wykresy: T t, T t1, T t2, T r, = f(t w ) w jednym układzie współrzędnych, we wnioskach omówić charakter krzywych.

3 Wyznaczanie szybkości narastania temperatury w radiatorze. Całkowita energia cieplna doprowadzona do radiatora składa się z energii zmagazynowanej w nim, prowadzącej do wzrostu jego temperatury i energii cieplnej odprowadzonej do otoczenia. Przyrosty temperatury początkowo znaczne z upływem czasu maleją poniewaŝ oddawanie ciepła rośnie ze wzrostem temperatury radiatora. Po odpowiednim czasie ciepło dostarczone jest równe ciepłu odprowadzonemu. Czas ustalania się równowagi temperaturowej określony jest przez cieplną stałą czasową: mc τ =, αs gdzie: m masa radiatora, c ciepło właściwe materiału radiatora, α współczynnik przenoszenia ciepła, s przekrój przewodzący ciepło, jako t n =4-5τ a równanie przyrostów temperatury ma postać: P t Τ = 1 exp αs τ gdzie: P moc nagrzewania, t czas nagrzewania. Rys.2. Radiator z naniesionymi punktami pomiarowymi. Pomiary naleŝy wykonać przetwornikiem termistorowym. W jednym z naniesionych punktów poprawić odczyty wskazanej temperatury w równych odstępach czasu, podczas nagrzewania radiatora. Pomiary naleŝy wykonywać do czasu w którym przyrosty temperatury staną się minimalne. Na podstawie wyników naleŝy wykonać wykres =f(t) oraz określić stałą czasową τ. Pomiar szybkości nagrzewania radiatora T wt wartość temperatury z wykresu T t1 =f(t w ) L.p. t T t1 T wt wagi - co 3 min C C C gdzie: 1=T wt2 -T wt1, 2=T wt3 -T wt2

4 4 2.3 Wyznaczenie izoterm radiatora. W nagrzanym podczas poprzedniego pomiaru radiatorze pomierzyć przetwornikiem termistorowym temperatury w zaznaczonych punktach. T wt wartość temperatury z wykresu T t1 =f(t w ). L.p. Punkt pomiarowy T t1 T wt wagi: od 1 do 15 C C - Na podstawie uzyskanych wyników wykonać rysunek izoterm temperatury radiatora 3.Pomiary przesunięć. Wyznaczanie charakterystyki podstawowej czujnika indukcyjnego o małym i duŝym przesunięciu liniowym. Charakterystykę podstawową czujnika z przetwornikiem określa się z zaleŝności sygnału wyjściowego z przetwornika (napięcia lub prądu) w funkcji połoŝenia rdzenia czujnika (zwory) = f(s). Charakterystykę tę porównuje się z charakterystyką teoretyczną, która dla wartości maksymalnej sygnału wyjściowego określana jest jako liniowa i biegnie od początku układu współrzędnych. Następnie określa się błąd względny nieliniowości charakterystyki podstawowej (rzeczywistej) w stosunku do wartości teoretycznej. Największa wartość błędu względnego określa klasę przetwornika. Rys.3. Przebiegi charakterystyki rzeczywistej i teoretycznej

5 5 Połączyć układ w/g rys. Rys.4. kład pomiarowy: TL badany czujnik indukcyjny, PV przetwornik z woltomierzem( Hıtinger), L liniał centymetrowy do optycznego określenia przesunięcia rdzenia czujnika. 3.1 Pomiary małych przesunięć. S [%] 100 t [V] rz [V] [%] gdzie: δ błąd względny nieliniowości δ [%] = rz [ V ] t[ V ] 100 gdzie: t wartość teoretyczna napięcia TL, rz rzeczywista wartość napięcia TL, max maksymalna wartość teoretyczna TL, = rz [V] t [V] Na podstawie wyników pomiarów naleŝy wykonać przebiegi t, rz, δ w funkcji S i określić maksymalny błąd nieliniowości. 3.2 Pomiary duŝych przesunięć. S [%] 100 t [V] rz [V] δ[%] Na podstawie wyników pomiarów naleŝy wykonać przebiegi t, rz, δ w funkcji S i określić maksymalny błąd nieliniowości. 4. Pomiar prędkości. 4.1 Wyznaczenie liniowości prądnicy tachometrycznej. - połączyć układ wg rys i zmieniając prędkość obrotową napędu wyznaczyć charakterystykę =f(n) dla 10 punktów pomiarowych wg tabeli max Rys.5. kład pomiarowy do badania prądnicy tachometrycznej: N napęd z nastawianą prędkością obrotową 0 - zn, TG badana prądnica tachometryczn, VC woltomierz cyfrowy.

6 6 δ [%] = rz [ V ] t [ V ] 100 max - gdzie:δ błąd względny nieliniowości, t wartość teoretyczna napięcia TG, rz rzeczywista wartość napięcia TG, max maksymalna wartość teoretyczna TG n [%] t [V] rz [V] δ[%] Na podstawie wyników pomiarów naleŝy wykonać przebiegi t, rz, δ w funkcji n i określić maksymalny błąd nieliniowości. 4.2 Wyznaczenie charakterystyki podstawowej czujnika magnetycznego. Charakterystyka podstawowa określa zaleŝności sygnału wyjściowego (napięcia, prądu, częstotliwości) w funkcji sygnału zadanego np. zmiany prędkości obrotowej. I z charakterystyki podstawowej wyznacza się błąd podstawowy, który charakteryzuje klasę dokładności mierników, czujników itp. wyznaczenie charakterystyki czujnika magnetycznego przeprowadza się w układzie pomiarowym przedstawionym na rys. Rys.6. kład pomiarowy do wyznaczania charakterystyki podstawowej czujników magnetycznych: N napęd z nastawianą prędkością obrotową, PI przetwornik impulsów na napięcie z wyświetlaniem cyfrowym, MF miernik częstotliwości impulsów napięciowych, TM czujnik magnetyczny Cyfrowym miernikiem częstotliwości zlicza się liczbę impulsów w jednostce czasu - min dla róŝnych prędkości obrotowych z przedziału % n zn traktując je jako wzorcowe, a następnie porównuje się wskazania odczytane na przetworniku impulsów. Błąd względny określa się podobnie jak przy określaniu nieliniowości prądnicy tachometrycznej z tabeli i na podstawie niŝej podanego wzoru, a następnie wykonuje się rysunki poszczególnych przebiegów n [%] n t [obr/min] n rz [obr/min] δ n [%] nrz nt δ n [%] = nmax 100 gdzie: δ błąd względny podstawowy,n t wartość odczytana na mierniku impulsów, n rz rzeczywista wartość odczytana z przetwornika impulsów, n max maksymalna wartość prędkości obrotowej równa 100%n.