1 Technik elektronik 311[07] moje I Zadanie praktyczne Firma produkująca sprzęt medyczny, zleciła opracowanie i wykonanie układu automatycznej regulacji temperatury sterylizatora o określonych parametrach technicznych, którego jednym z bloków jest przetwornik napięcie/częstotliwość. Po zaprojektowaniu urządzenia, wykonano jego prototyp. Opracuj projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania przetwornika napięcie/częstotliwość, którego schemat i dane techniczne są zamieszczone w Załącznikach 1 i 2. Wyznacz charakterystyki obrazujące zależność częstotliwości sygnału wyjściowego, a także błędu przetwarzania od napięcia wejściowego i parametry przetwornika oraz porównaj je z danymi technicznymi (Załącznik nr 2). Sformułuj wnioski dotyczące pracy układu i zaproponuj możliwość zwiększenia zakresu przetwarzania przetwornika. Projekt realizacji prac powinien zawierać: 1. Tytuł pracy egzaminacyjnej. 2. Założenia do opracowania projektu wynikające z treści zadania, danych technicznych układu, wyposażenia stanowiska pomiarowego i wykonanych pomiarów. 3. Wykaz kolejnych działań związanych z badaniem przetwornika. 4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika. 5. Opis sposobu pomiaru charakterystycznych parametrów przetwornika. 6. Wskazania eksploatacyjne dla użytkownika przetwornika, wynikające z założonych warunków technicznych i użytkowych. Dokumentacja z wykonania prac powinna zawierać: 7. Charakterystykę przejściową przetwornika f = f(uwe) 8. Charakterystykę błędu przetwarzania z zależności od napięcia wejściowego δ = f(uwe) 9. Obliczenia spodziewanej częstotliwości drgań, współczynnika nieliniowości w zakresie przetwarzania oraz maksymalnego błędu względnego przetwornika, wyznaczenie zakresu przetwarzania wraz z podaniem przykładowych obliczeń, porównanie obliczonych i odczytanych wartości z założonymi oraz wnioski dotyczące pracy przetwornika. 10. Propozycję zmian w układzie w celu zwiększenia zakresu przetwarzania. Do wykonania projektu wykorzystaj: Opis układu Załącznik nr 1 Dane techniczne i wyposażenie stanowiska Załącznik nr 2 Zestaw podstawowych wzorów i wyniki pomiarów Załącznik nr 3 Do wykonania prac związanych z wykonaniem zadania przygotowano stanowisko wyposażone w aparaturę kontrolno pomiarową oraz materiały: - zasilacz laboratoryjny 0 20 V/1 A: 2 szt. - multimetr cyfrowy U/I/DC: 1 szt. - częstotliwościomierz: 1 szt. - zestaw przewodów połączeniowych
2 Załącznik nr 1 Opis układu: Rysunek 1. Schemat blokowy układu automatycznej regulacji i pomiaru temperatury. Układ automatycznej regulacji temperatury sterylizatora składa się z rezystancyjnego czujnika temperatury, przetwornika temperatury na napięcie (t/u), przetwornika napięcia na częstotliwość (U/f) oraz kontrolera mikroprocesorowego (μp), którego zadaniem jest sterowanie układem wykonawczym. W urządzeniu prototypowym, konstruktorzy przewidzieli możliwość pomiaru i wyświetlenia wartości (LED) sygnału wejściowego(częstotliwości) za pomocą sterownika mikroprocesorowego. Rysunek 2. Schemat ideowy przetwornika napięcie/częstotliwość Na wejście przetwornika U/f, którego głównym elementem jest układ scalony AD654 firmy Analog Devices, jest podawany sygnał napięciowy pochodzący z czujnika t/u. Przetwornik jest zasilany napięciem 15V, jednak w celu dostosowania sygnału wyjściowego przetwornika do mikroprocesorowego układu pomiarowego, obniżono napięcie zasilania układu AD654przez zastosowanie rezystora R11 i diody Zenera D1. Układ AD654 ma wyjście typu otwarty kolektor, co powoduje konieczność zastosowania rezystora R8. Częstotliwość wyjściowa zależy od doprowadzonego do wejścia przetwornika napięcia, wartości pojemności kondensatora C3 oraz wartości rezystancji połączenia szeregowego elementów
3 R9 i R10. ponadto, rezystor R10 (ustawiony na wartość 3 kω) służy do kalibracji układu. Na wyjściu przetwornika jest otrzymywany sygnał w postaci fali prostokątnej o amplitudzie 5V i częstotliwości zależnej od napięcia wejściowego. Układ prototypowy wykonano, wykorzystując technologię montażu powierzchniowego SMD (= surface mount device).
4 Załącznik nr 2 Parametry elektryczne i użytkowe przetwornika Lp. Parametr Symbol Wartość 1. Maksymalne napięcie zasilania układu AD654 Ucc max 36V 2. Napięcie zasilające przetwornik Ucc 15V 3. Amplituda napięcia wyjściowego Uwy 5V 4. Kształt przebiegu wyjściowego Prostokąt 5. Współczynnik wypełnienia 0,5 6. Pobór prądu przez przetwornik Icc max 2 ma 7. Maksymalne napięcie wejściowe Uwe max Napięcie podane na wyprowadzenie 8 układu AD654 8. Zakres przetwarzania 1 4 V (w zakresie Uwe = (1..Uwe max 1 V) 9. Współczynnik nieliniowości w zakresie przetwarzania δ 1,5% 10. Maksymalny błąd względny przetwarzania δ max ± 5% 11. Częstotliwość wyjściowa maksymalna układu f max 500 khz 12. Zakres temperatury otoczenia Δ t o 0 50 o C 13. Wilgotność względna w 30 80% 14. Zakłócenia elektromagnetyczne ESM Kl. B wg PN 89/E-06251
5 Załącznik 3 Zestaw podstawowych wzorów i wyniki pomiarów 1. Częstotliwość generowana przez układ: 0,1Uwe fwy = ( R + R C 9 10 ) 2. Błąd bezwzględny przetwarzania Δ f = f o - f z 3 gdzie: f o częstotliwość obliczona f z częstotliwość rzeczywista (zmierzona) 3. Błąd względny przetwarzania Df δ= 100% f o 4. Wyniki pomiarów U [V] f [Hz] 0,52 0,98 1,54 2,03 2,35 2,46 3,12 3,55 4,01 4,49 4,98 213 410 647 860 998 1046 1329 1519 1718 1930 2198