WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH. Przedmiot: CZUJNIKI I PRZETWORNIKI Ćwiczenie nr 1 PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

Transkrypt

1 Grupa: WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Przedmiot: CZJNIKI I PRZETWORNIKI Ćwiczenie nr 1 PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE Temat: Przetworniki tensometryczne /POMIARY SIŁ I CIŚNIEŃ PRZY ZASTOSOWANI PRZETWORNIKÓW TENSOMETRYCZNYCH/ Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: Ocena:.. Prowadzący: wagi prowadzącego ćwiczenie: Cel ćwiczenia : Celem ćwiczenia jest zapoznanie z budową i zasadą działania czujników tensometrycznych wykorzystywanych do pomiaru siły i ciśnienia.

2 Część I : Badanie własności czujników siły. 1. Zapoznać się z treścią załącznika Połączyć układ pomiarowy wg rys. 1. Rys. 1. Schemat funkcjonalny układu do pomiaru siły 3. Włączyć zasilanie poszczególnych elementów układu pomiarowego. 4. Wykonać badanie czujnika dla sił rosnących i malejących co 5KG do wartości 100KG (wartość znamionowa wzorcowego czujnika siły). Wyniki zanotować w tabeli 1. Tabela 1. Badanie czujnika CL-14 L.p. F F N 1 2 sr zn δ n K p [KG] [N] [V] [V] [V] [V] [V] [] mv/v Na podstawie przeprowadzonych badań wykonać obliczenia tzn. wyznaczyć błąd pomiaru oraz czułość czujnika. 6. Wykonać ponownie podpunkty od 2 do 5 dla czujników CL 14--2KN oraz CL 14--5KN. Wyniki zanotować w tabelach 2 i Wykreślić na wspólnym wykresie charakterystyki sr = f (F) dla wszystkich trzech czujników. 2

3 Objaśnienia przyjętych oznaczeń: F - siła zadana F N - siła zadana w wyrażona w N 1 - napięcie wyjściowe czujnika dla siły rosnącej 2 - napięcie wyjściowe czujnika dla siły malejącej sr - napięcie średnie obliczane ze wzoru: sr 1 2 zn - napięcie znamionowe czujnika przy obciążeniu mierzoną siłą - różnica pomiędzy wartością średnią napięcie wyjściowego czujnika a wartością znamionową 2 sr zn δ n - błąd nieliniowości obliczony ze wzoru: n max min 100 max - maksymalne napięcie wyjściowe czujnika min minimalne napięcie wyjściowe czujnika K p - Czułość pomiarowa -wyraża przyrost napięcia na rezystancji czujnika podczas odkształcenia równego maksymalnej wartości (przypadającego na 1V zasilania). Na charakterystyce możemy ją zdefiniować jako nachylenie charakterystyki czujnika. Czułość tensometru wyraża się w mv/v. K p max z K v K v - wzmocnienie napięciowe tensometrycznego wzmacniacza oporowego CL-100P K v = 1000 [V/V] z napięcie zasilania czujnika z = 10 [V] 3

4 Tabela 2. Badanie czujnika CL-14--2KN L.p. F F N 1 2 sr zn δ n K p [KG] [N] [V] [V] [V] [V] [V] [] mv/v Tabela 3. Badanie czujnika CL 14--5KN L.p. F F N 1 2 sr zn δ n K p [KG] [N] [V] [V] [V] [V] [V] [] mv/v

5 Część II : Badanie własności czujników ciśnienia. 1. Zapoznać się z treścią załącznika W pracowni dostępne są dwa czujniki: - Czujnik ciśnienia wzorcowy PS BAR - Czujnik badany - tensometryczny czujnik ciśnienia względnego CL1-2MPA 3. Połączyć układ wg rys. 2. Rys. 2. Schemat funkcjonalny układu do pomiaru ciśnienia 4. Włączyć zasilanie poszczególnych elementów układu pomiarowego. 5. Wykonać badanie czujnika dla ciśnień rosnących i malejących co 1 BAR do wartości 20 BAR (wartość znamionowa badanego czujnika ciśnienia 2MPA = 20BAR). Wyniki zanotować w tabeli Na podstawie przeprowadzonych badań wykonać obliczenia tzn. wyznaczyć błąd pomiaru oraz czułość czujnika. 7. Sporządzić charakterystykę sr =f (p). Objaśnienia przyjętych oznaczeń: p - ciśnienie zadane 1 - napięcie wyjściowe czujnika dla ciśnienia rosnącego 2 - napięcie wyjściowe czujnika dla ciśnienia malejącego sr - napięcie średnie obliczane ze wzoru: sr 1 2 zn - napięcie znamionowe czujnika przy obciążeniu mierzonym ciśnieniem - różnica pomiędzy wartością średnią napięcie wyjściowego czujnika a wartością znamionową 2 sr zn δ n - błąd nieliniowości obliczony ze wzoru: 5

6 n max min 100 max - maksymalne napięcie wyjściowe czujnika min minimalne napięcie wyjściowe czujnika K p - Czułość pomiarowa -wyraża przyrost napięcia na rezystancji czujnika podczas odkształcenia równego maksymalnej wartości (przypadającego na 1V zasilania). Na charakterystyce możemy ją zdefiniować jako nachylenie charakterystyki czujnika. Czułość tensometru wyraża się w mv/v. K p max z K v K v - wzmocnienie napięciowe wzmacniacza MGT z napięcie zasilania czujnika K v = 1000 [V/V] z = 5 [V] Tabela 4. Badanie czujnika ciśnienia Lp. p 1 2 sr zn δ n K p [BAR] [V] [V] [V] [V] [V] [] mv/v

7 1.1.Wybrane wiadomości niezbędne do wykonania sprawozdania. a) zasada badania własności statycznych Załącznik 1 Badanie własności statycznych wybranych rodzajów przetworników tensometrycznych polega na wyznaczeniu charakterystyki statycznej Y = f(x), gdzie Y - wielkość wyjściowa w postaci sygnału napięciowego, X - mierzona wielkość nieelektryczna (siła, ciśnienie). Na podstawie określonej charakterystyki rzeczywistej i znamionowej danego przetwornika, wyznacza się w sposób graficzny błąd nieliniowości, który określa dokładność badanego przetwornika (rys. 3). Rys. 3. Sposób graficznego wyznaczania błędu nieliniowości przetwornika tensometrycznego: 1 - idealna charakterystyka znamionowa, 2 - charakterystyka rzeczywista. Błąd ten określa się dla takiej znamionowej wielkości wejściowej (siła F, ciśnienie p), dla której występuje największe odchylenie charakterystyki rzeczywistej od znamionowej. Pomiary charakterystyk statycznych wykonuje się bądź przy użyciu wewnętrznego miernika przyrządu (wyskalowanego w jednostkach mierzonych), bądź przy użyciu zewnętrznego woltomierza. b) Badanie przetwornika tensometrycznego do pomiaru sił skupionych W ćwiczeniu określa się błąd nieliniowości przetwornika tensometrycznego do pomiaru sił skupionych w ich zakresach znamionowych. Dokonuje się pomiaru sił w podanym zakresie pomiarowym za pomocą wzmacniacza tensometrycznego. Do badanego przetwornika dołączona jest jego charakterystyka znamionowa zn = f(f). Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na rysunku 4. Przy użyciu wzmacniacza pomiarowego M, badamy przetwornik dla sił rosnących i malejących w zakresie znamionowym notując w tabeli wartości sił oraz wskazania miernika. Rys. 4. kład do badania przetwornika tensometrycznego do pomiaru sił skupionych: CB - badany przetwornik tensometryczny, CW - przetwornik tensometryczny wzorcowy. 7

8 gdzie Błąd nieliniowości odniesiony do jego wyjścia określa się z wyrażenia: sr zn n max min 100 zn - wskazania znamionowe wzmacniacza pomiarowego przy obciążeniu przetwornika mierzoną siłą odczytane z dołączonej do badanego przetwornika charakterystyki znamionowej zn = f(f) - wskazania średnie wzmacniacza pomiarowego przy obciążeniu przetwornika badana siłą sr Tensometryczny czujnik siły CL 14 Czujnik z pracującym na ścinanie elementem sprężystym, oklejonym zespołem tensometrów foliowych w układzie pełnego mostka. Zrównoważony i skompensowany termicznie. Czujnik CL 14 ma nadany znak typu GM RPT

9 2.1. Wybrane wiadomości niezbędne do wykonania sprawozdania. a) badanie przetwornika tensometrycznego do pomiaru ciśnienia Załącznik 2 Pompka pneumatyczna TP1-40 Pompka dwuzakresowa umożliwia generowanie pod- i nadciśnienia. Łatwa zmiana zakresu przez naciśnięcie przycisku. 9

10 Tensometryczny czujnik ciśnienia względnego CL 1 Pomiar ciśnień statycznych i wolnozmiennych Duża dokładność i niezawodność Wysoka stabilność i powtarzalność Szeroki zakres temperatur Czujnik z płaską metalową membraną i zespołem tensometrów w układzie pełnego mostka. Mostek jest zrównoważony i skompensowany termicznie. Czujnik może być stosowany w laboratoriach oraz przemyśle do budowy dokładnych torów pomiaru względnych ciśnień statycznych i wolnozmiennych w nieagresywnych chemicznie cieczach oraz gazach. Szczególnie zalecany do przetwarzania ciśnień na sygnał elektryczny w układach automatyki hydraulicznej i przemysłowych magistralach pneumatycznych. Czujnik CL 1 może być wykonany w następujących konfiguracjach: R1 - mostek tensometryczny 2l4, 31, 35, z układem przetwarzającym w obudowie czujnika 10