Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych Laboratorium Metrologii I. Grupa. Nr ćwicz.



Podobne dokumenty
Pomiary Elektryczne Wielkości Nieelektrycznych Ćw. 7

POMIARY TEMPERATURY I

Ćwiczenie 9. Mostki prądu stałego. Program ćwiczenia:

Ćwiczenie 9. Mostki prądu stałego. Zakres wymaganych wiadomości do kolokwium wstępnego: Program ćwiczenia:

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Seminarium Elektrycznych Metod i Przyrządów Pomiarowych

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Zakład Systemów Informacyjno-Pomiarowych

Laboratorium Podstaw Pomiarów

Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych Laboratorium Metrologii II. 2013/14. Grupa: Nr. Ćwicz.

ĆWICZENIE 6 POMIARY REZYSTANCJI

METROLOGIA. Dr inż. Eligiusz PAWŁOWSKI Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: pomiar i wyznaczenie parametrów metrologicznych czujnika i przetwornika ciśnienia

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

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

WAT WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 14. Pomiary przemieszczeń liniowych

Mostek zasilany dwuprądowo eksperyment symulacyjny

POLITECHNIKA OPOLSKA

SENSORY i SIECI SENSOROWE

Ćwiczenie 4 Badanie uogólnionego przetwornika pomiarowego

SERIA II ĆWICZENIE 2_3. Temat ćwiczenia: Pomiary rezystancji metodą bezpośrednią i pośrednią. Wiadomości do powtórzenia:

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Temperaturowa charakterystyka termistora typu NTC

Laboratorium Podstaw Pomiarów

LABORATORIUM ELEKTRONIKA. I. Scalony, trzykońcówkowy stabilizator napięcia II. Odprowadzanie ciepła z elementów półprzewodnikowych

METROLOGIA EZ1C

ĆWICZENIE 5. POMIARY NAPIĘĆ I PRĄDÓW STAŁYCH Opracowała: E. Dziuban. I. Cel ćwiczenia

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Linearyzatory czujników temperatury

Analiza korelacyjna i regresyjna

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH. Pomiary statycznych parametrów indukcyjnościowych przetworników przemieszczenia liniowego

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W TARNOWIE INSTYTUT POLITECHNICZNY LABORATORIUM METROLOGII

Zakłócenia równoległe w systemach pomiarowych i metody ich minimalizacji

Elektroniczny pomiar rezystancji

Uśrednianie napięć zakłóconych

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Pomiar rezystancji metodą techniczną

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 2 str. 1/7 ĆWICZENIE 2

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Ćwiczenie 2. Waga elektroniczna. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

1 Ćwiczenia wprowadzające

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Katedra Energetyki. Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

Mostek Wheatstone a, Maxwella, Sauty ego-wiena. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych

Ćwiczenie 2. Waga elektroniczna. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

nazywamy mostkiem zrównoważonym w przeciwieństwie do mostka niezrównoważonego, dla którego Z 1 Z 4 Z 2 Z 3. Z 5

WIECZOROWE STUDIA ZAWODOWE LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

POMIAR TEMPERATURY TERMOLEMENTAMI I TERMOMETRAMI REZYSTANCYJNYMI

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

Metody mostkowe. Mostek Wheatstone a, Maxwella, Sauty ego-wiena

R X 1 R X 1 δr X 1 R X 2 R X 2 δr X 2 R X 3 R X 3 δr X 3 R X 4 R X 4 δr X 4 R X 5 R X 5 δr X 5

Pomiary małych rezystancji

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

Elementy i obwody nieliniowe

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 19/09. MACIEJ KOKOT, Gdynia, PL WUP 03/14. rzecz. pat.

Ćwiczenie 14. Sprawdzanie przyrządów analogowych i cyfrowych. Program ćwiczenia:

PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W TARNOWIE INSTYTUT POLITECHNICZNY LABORATORIUM METROLOGII. Instrukcja do wykonania ćwiczenia laboratoryjnego:

Badanie obwodów rozgałęzionych prądu stałego z jednym źródłem. Pomiar mocy w obwodach prądu stałego

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

ĆWICZENIE nr 5. Pomiary rezystancji, pojemności, indukcyjności, impedancji

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNYCH PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Badanie wzmacniacza operacyjnego

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Elektronika. Wzmacniacz tranzystorowy

Temat ćwiczenia. Pomiary przemieszczeń metodami elektrycznymi

Ćw. 1: Wprowadzenie do obsługi przyrządów pomiarowych

Elektronika. Wzmacniacz operacyjny

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

E12. Mostek Wheatstona wyznaczenie oporu właściwego

TRANZYSTOR UNIPOLARNY MOS

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Odporny na korozję czujnik ciśnienia dla mikroreaktorów chemicznych

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Laboratorium Metrologii I Nr ćwicz. Ocena dokładności przyrządów pomiarowych 3

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ BADANIE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

Ćw. 18: Pomiary wielkości nieelektrycznych II

Ćwiczenie 9 POMIARY IMPEDANCJI

BADANIE UKŁADÓW CYFROWYCH. CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości statycznych układów cyfrowych serii TTL. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Badanie obwodów z prostownikami sterowanymi

ZŁĄCZOWY TRANZYSTOR POLOWY

TRANZYSTORY BIPOLARNE

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

Imię i nazwisko (e mail) Grupa:

BADANIE ELEMENTÓW RLC

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

4. Schemat układu pomiarowego do badania przetwornika

Wzmacniacze różnicowe

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI ĆWICZENIE NR 3 L3-1

Transkrypt:

Laboratorium Metrologii I Politechnika zeszowska akład Metrologii i Systemów Pomiarowych Laboratorium Metrologii I Mostki niezrównoważone prądu stałego I Grupa Nr ćwicz. 12 1... kierownik 2... 3... 4... Data Ocena 1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest badanie właściwości metrologicznych mostków niezrównoważonych prądu stałego w układach współpracy z wybranymi czujnikami rezystancyjnymi. 2. agadnienia: Mostek niezrównoważony prądu stałego o równych ramionach z jednym, dwoma i czterema czujnikami; Mostek niezrównoważony prądu stałego ze stosunkiem ramion z jednym czujnikiem; Właściwości statyczne czujników rezystancyjnych. 3. Wprowadzenie: Mostki niezrównoważone współpracujące z czujnikami rezystancyjnymi są powszechnie stosowane w pomiarach wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi. Podstawowe zależności dla niezrównoważonego mostka Wheatstone a przy zasilaniu napięciowym przedstawia rysunek 1. ys. 1. Niezrównoważony mostek Wheatstone a (podstawowe zależności dla zasilania napięciowego) dla z 0 ' z przy + n n z 1

w 1 2 2 + z 2 4 n n 1 4 3 + W mostku występują cztery gałęzie czujnikowe z rezystancjami n i przyrostami rezystancji n. W stanie początkowym mostek jest zrównoważony ( n 0, wy 0). Mierzona wielkość X (np. temperatura) działając na rezystancyjny czujnik n zmienia jego rezystancję o ± n. miany rezystancji w gałęziach mostka powodują wystąpienie w przekątnej pomiarowej mostka sygnału niezrównoważenia w postaci prądu I W lub napięcia W. Dla stałej wartości napięcia z zasilającego mostek, związek między zmianą rezystancji w gałęziach czujnikowych a napięciem wyjściowym W określają statyczne charakterystyki przetwarzania (Tablica 1). 4 (1) Tablica 1. Niezrównoważony mostek Wheatstone a (podstawowe zależności dla zasilania napięciowego) miany rezystancji Napięcie wyjściowe (w ) 1 1 w ; W 2 3 4 0 2 2 + 4 1 2 W 3 4 0 2 1 4 z w ; W 2 3 0 2 2 + 4 1 4 2 3 W Ogólnie mostki niezrównoważone mają nieliniowe charakterystyki przetwarzania. Jedynie dla wybranych konfiguracji i przy ograniczeniach zakresów odstrojenia od stanu równowagi mogą być przyjęte liniowe charakterystyki przetwarzania. Odstępstwo od charakterystyki liniowej można ocenić za pomocą błędu liniowości: W WL Δ max δ l lub δ l (2) W W max Podane definicje ilustruje rysunek 2. 2

ys. 2. Ilustracja do definicji błędów liniowości Szczególnym przypadkiem mostka niezrównoważonego jest mostek ze stosunkiem ramion (tablica 2). aletą tego układu jest możliwość wpływania na czułość i liniowość przetwarzania, co wykorzystuje się w różnego rodzaju układach kompensujących niepożądane wpływy wielkości fizycznych. Tablica 2. Niezrównoważony stosunkowy mostek Wheatstone a z jednym czujnikiem (podstawowe zależności dla zasilania napięciowego) kład mostka miana rezystancji: 1 0 2 3 4 Napięcie wyjściowe w ( w ) Przybliżenie liniowe W dla << (n+1) Błąd nieliniowości mostka 1 3 ; 2 4 n n 1 2 ( n + 1) 1+ ( n + 1) n WL 2 ( n +1) W W δ l W Wl ( n +1) W niektórych przypadkach nieliniowy mostek niezrównoważony może spełniać rolę układu linearyzującego nieliniowy czujnik pomiarowy. Najlepszy skutek linearyzacji osiąga się wtedy, gdy charakterystyka przetwarzania mostka jest odwrotna (w znaczeniu matematycznym) względem charakterystyki czujnika. 3

4. Program ćwiczenia W ćwiczeniu należy zastosować następujący sprzęt laboratoryjny: model mostka rezystory 2a, 2b, 2c, 4a, 4b, 4c, 3, rezystory dekadowe nastawy wartości 1, 2, r, Pt100, Ni100, zasilacz stabilizowany nastawa wartości z, multimetr na zakresach napięcia stałego pomiar w, czujnik Pt100. ys. 3. Schemat modelu mostka z jednym czujnikiem 4.1. Połączyć układ mostka o równych ( 100) ramionach ze zmianą rezystancji w jednej gałęzi ( 1 ± ). kład modeluje mostek z jednym czujnikiem. równoważyć rezystorem r układ a następnie wyznaczyć zależność W f zmieniając 1 w zakresie od 100 do 110 z krokiem 1 i od 110 do 200 z krokiem 10.Przedstawić zależność na wykresie. Obliczyć błąd liniowości dla % 40%. W 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 δ l 4.2. Połączyć mostek z różnicowymi zmianami rezystancji w gałęziach ( ± Δ ) i 1 2 ( m ). kład modeluje mostek z czujnikiem różnicowym. równoważyć mostek rezystorem r. mieniając z krokiem 10 od 0 do 100 wyznaczyć i przedstawić graficznie charakterystykę W f. 4

ys. 4. Schemat modelu mostka z czujnikiem różnicowym 1 2 W 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 4.3. Przedstawić obliczeniowo i wykreślnie teoretyczne charakterystyki W f dla czterech czujników ( n 100±) w mostku z przyrostami jak na rysunku 5. względnić zmiany w zakresie od 0 do 100. ys. 5. Schemat modelu mostka z czterema czujnikami Omówić łącznie charakterystyki przetwarzania otrzymane w punktach 4.1, 4.2, i 4.3. 4.4. Połączyć układ mostka według schematu na rysunku 6. ezystancję czujnika Pt100 w zakresie temperatur ϑ od 50 do +150 o C odtwarzać za pomocą rezystora dekadowego wykorzystując statyczną funkcję przetwarzania podaną w Polskiej Normie PN-83/M-53852. 5

ys. 6. Mostkowy przetwornik temperatury w napięcie z czujnikiem Pt100 równoważyć wstępnie (dla ϑ 0 o C) mostek rezystorem r. Wyznaczyć z krokiem Δϑ 10 o C i narysować charakterystykę wy f(ϑ), Określić maksymalny błąd liniowości względem charakterystyki liniowej WL 1/ o C ϑ [ o C]. Jak można wytłumaczyć uzyskaną korzystną statyczną charakterystykę przetwarzania ϑ/ biorąc pod uwagę charakterystyki statyczne czujnika Pt100 i mostka niezrównoważonego? ϑ o C -50-40 -30-20 -10 0 10 20 30 40 50 ϑ W ϑ o C 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 ϑ W lmax 4.5. Połączyć mostek z rys. 6 z czujnikiem Pt100 znajdującym się w temperaturze otoczenia ϑ x. Przy przyjęciu modelu liniowego charakterystyki z czułością 1/ o C odczytać temperaturę otoczenia ϑ x. aobserwować zmiany temperatury ϑ x. ϑ x 4.6. Połączyć układ mostka według schematu na rysunku 7. ezystancję ϑ czujnika Ni100 w zakresie temperatur od 0 do 120 o C odtwarzać za pomocą rezystora dekadowego wykorzystując statyczną funkcję przetwarzania podaną w Polskiej Normie PN-83/M-53852.. 6

równoważyć mostek rezystorem r dla temperatury ϑ0 o C. Wyznaczyć z krokiem 10 o C i narysować charakterystykę W f(ϑ) w zakresie od 0 o C do 120 o C. Ocenić nieliniowość charakterystyki. a) b) ys. 7. Schemat modelu mostka o równych ramionach z czujnikiem Ni100. a) mostek; b) charakterystyki statyczne czujnika Ni100 i mostka ϑ o C ϑ W 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 100 δ l 4.7. Połączyć układ mostka według schematu na rysunku 8 (mostek stosunkowy n4,66). równoważyć mostek rezystorem r dla temperatury ϑ0 o C. Wyznaczyć z krokiem 10 o C i narysować charakterystykę W f(ϑ) w zakresie od 0 o C do 120 o C. Obliczyć błąd liniowości czujnika Ni100 dla ϑ120 o C oraz błąd liniowości mostka dla Δ 120 o i n 4,66. Czym jest uwarunkowany przyjęty stosunek ramion n 4,66? Omówić łącznie charakterystyki przetwarzania otrzymane doświadczalnie w punktach 4.6 i 4.7. 7

ys. 8. Schemat modelu mostka stosunkowego z czujnikiem Ni100. ϑ o C ϑ W 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 100 błąd liniowości Ni100 δ lc błąd liniowości mostka δ lm 4. Wnioski 5. Pytania kontrolne 1. Omówić zasadę działania mostka niezrównoważonego prądu stałego. Podać równanie mostka i narysować jego charakterystyki dla jednej, dwóch i czterech gałęzi czynnych. 2. Od czego zależy czułość mostka niezrównoważonego prądu stałego? 3. Omówić zastosowanie mostka niezrównoważonego prądu stałego do korekcji nieliniowości czujników rezystancyjnych. 4. Podać przykłady wykorzystania mostków niezrównoważonych prądu stałego w pomiarach wielkości nielektrycznych. Literatura 1. Marcyniuk A., Pasecki E. Pluciński M., Szadkowski B.: Podstawy metrologii elektrycznej. WNT, Warszawa 1984. 2. Kowalczyk A.: Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych materiały pomocnicze do wykładu. OW Pz, zeszów 1997. 3. Polska Norma PN-83/M-53852 charakterystyki termometryczne oporników (rezystorów) termometrycznych. 8