Przetworniki pomiarowe i standaryzujące.

Przetworniki pomiarowe i standaryzujące.

POLITECHNIKA L SKA
WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
LABORATORIUM METROLOGII
Przetworniki pomiarowe i standaryzuj ce.
(M – 14)
www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape
Opracował: Dr in . Włodzimierz OGULEWICZ
Sprawdził: Dr in . Jan Około - Kułak
Zatwierdził: Dr hab. in . Janusz KOTOWICZ
1. Cel wiczenia.
Celem
wiczenia jest poznanie pomiarowych przetworników
standaryzuj cych, wyznaczenie funkcji przetwarzania (proste regresji) i
niepewno ci współczynników regresji.
2. Wprowadzenie.
2.1. Przetworniki. Okre 1enia i poj cia podstawowe.
Przetwornik pomiarowy jest narz dziem słu cym do przetwarzania,
(z okre lon dokładno ci i wg okre lonego prawa), sygnału pomiarowego, tj.
sygnału zawieraj cego informacj o warto ciach wielko ci fizycznych
i zwi zkach mi dzy nimi. Przetwornik pomiarowy mo e by samodzielnym
urz dzeniem pomiarowym lub stanowi jego cz . Sygnał przetwarzany
(wej ciowy) i sygnał przetworzony (wyj ciowy) przenosz informacj w postaci
liczb. W ogólnym modelu przetwornika pomiarowego rozró nia si no niki
i tre ci sygnału; no nikami s wielko ci fizyczne (wielko ci no ne), np. napi cie
elektryczne, ci nienie, za tre ciami s liczby odpowiadaj ce warto ciom
wielko ci no nych, np. okre lona warto napi cia czy ci nienia.
Zale nie od postaci sygnałów rozró nia si przetworniki pomiarowe:
•
analogowe (a/a) — przetwarzaj ce sygnał wej ciowy analogowy na
sygnał wyj ciowy równie analogowy (np. przekładnik napi ciowy
transformuj cy napi cie wysokie na niskie, przetwornik pomiarowy
ci nienia na pr d elektryczny);
•
analogowo-cyfrowe (a/c) — przetwarzaj ce sygnał wej ciowy
analogowy na sygnał wyj ciowy cyfrowy (np. przetwornik pomiarowy
pr du elektrycznego na sygnał cyfrowy w kodzie dwójkowym;
przetwarzanie analogowo-cyfrowe);
•
cyfrowo-analogowe (c/a) — przetwornik pomiarowy o działaniu
odwrotnym ni przetwornik pomiarowy a/c;
•
cyfrowo-cyfrowe (c/c) — przetwarzaj ce sygnał wej ciowy cyfrowy na
sygnał wyj ciowy te cyfrowy (np. przetwornik pomiarowy sygnału
w kodzie dwójkowym na sygnał w kodzie dziesi tnym).
W ród przetworników pomiarowych analogowych wa n grup stanowi
przetworniki skali wielko ci , które nie zmieniaj natury fizycznej ani kształtu
przebiegów czasowych no nika sygnału; dzieli si je na nieelektryczne (z reguły
mechaniczne, np. d wignia, przekładnia mechaniczna) i elektryczne (np.
przetwornik pomiarowy napi cia na napi cie, pr du na pr d, a tak e napi cia na
pr d i pr du na napi cie). Rozró nia si te przetworniki pomiarowe skali
wielko ci: pasywne, które cał energi zu ywan w procesie przetwarzania
czerpi ze ródła sygnału wej ciowego (np. dzielniki napi cia, przekładniki
pr du), i aktywne, które czerpi energi równie spoza ródła sygnału
wej ciowego (np. przetworniki pomiarowe ze wzmacniaczami operacyjnymi
i sprz eniem zwrotnym).
przetworniki
Wi kszo
przetworników pomiarowych stanowi
pomiarowe elektryczne, czyli takie, w których przynajmniej jeden z sygnałów
(wej ciowy lub wyj ciowy) jest sygnałem elektrycznym; dziel si one na:
przetworniki pomiarowe sygnałów elektrycznych na elektryczne (np. napi cia
przemiennego na nat enia pr du stałego) i przetworniki pomiarowe sygnałów
nieelektrycznych na elektryczne (np. przetworniki fotoelektryczne,
termoelektryczne, rezystancyjne, poło enia itp.). Przetworniki pomiarowe,
podobnie jak czujniki, mo na równie
podzieli
na generacyjne
i parametryczne.
Pod poj ciem przetwornika (pomiarowego) standaryzuj cego rozumiemy
przetwornik posiadaj cy znormalizowany sygnał wyj ciowy. Standardowe
sygnały wyj ciowe (tzw. wyj cia analogowe (liniowe) do współpracy z
urz dzeniami wtórnymi = wyj cia regulacyjne) mog by :
• pr dowe: 0 ÷ 5 [mA], 0 ÷ 10 [mA], 0 ÷ 20 [mA], −5 ÷ 5 [mA], 1 ÷ 5
[mA], 2 ÷ 10 [mA], 4 ÷ 20 [mA],
• napi ciowe: 0 ÷ 10 [mV], 0 ÷ 50 [mV], 0 ÷ 100 [mV], 0 ÷ 1 [V], 0 ÷ 5
[V], 0 ÷ 10 [V], −10 ÷ 10 [V], 1 ÷ 5 [V], 2 ÷ 10 [V], 4 ÷ 20 [V].
UWAGA: W aparaturze kontrolno pomiarowej wyst puj ponadto wyj cia
transmisyjne:
• cz stotliwo ciowe: 0 ÷ 10 [kHz],
• impulsowe: 0 − 5V standard TTL,
• cyfrowe (interfejs): RS 232C, RS 485, RS 422A (kod ASCII)(9600 bps)
wyj cia alarmowe:
• stykowe (przeka nikowe): 2A/3A/5A/10A 240V AC
wyj cia napi ciowe do SSR (sterowanie blokiem tyrystorowym):
• np. 20mA/24V DC, 20mA/32V DC, 15 ± 3V/20mA DC.
Do najcz ciej stosowanych standardów sygnałów wyj ciowych
przetworników pomiarowych nale :
• sygnał pr dowy 0/4 ÷ 20 [mA] (600Ω) i
• napi ciowy 0 ÷ 10 [V] (2mA) pr du stałego (DC).
2.2. Przetworniki pomiarowe podlegaj ce badaniu.
W wiczeniu badaniu podlegaj :
dwa przetworniki sygnałów nieelektrycznych na sygnały elektryczne:
• przetwornik pomiarowy poło enia APY – 11,
• przetwornik pomiarowy rezystancji APR – 313
oraz trzy przetworniki sygnałów elektrycznych na sygnały elektryczne:
• przetwornik pomiarowy napi cia przemiennego typu PU,
• przetwornik pomiarowy napi cia znamionowego typu PUN,
• przetwornik pomiarowy pr du przemiennego typu PI.
1. Przetwornik pomiarowy poło enia APY – 11 przeznaczony jest do
współpracy z potencjometrycznymi nadajnikami poło enia (montowanymi
w siłownikach, mechanicznych przyrz dach pomiarowych itp.).
Przetwornik APY – 11 przetwarza liniowo poło enie (od 0 do 100%)
suwaka nadajnika potencjometrycznego (RMIN = 0 ÷ 100Ω ± 10%, RMAX =
0 ÷ 30kΩ ± 10%) na standardowy sygnał pr du stałego o warto ci 0 ÷ 5
mA. (dokumentacja techniczno-ruchowa do wgl du u prowadz cego
zaj cia).
2. Przetwornik pomiarowy APR – 313 przeznaczony jest do współpracy z
czujnikami termometrycznymi stosowanymi w układach pomiarowych
temperatur (np. Pt 100). Przetwornik APR – 313 przetwarza liniowo
zmiany rezystancji od ∆RMIN = 10Ω do ∆RMAX = 300Ω dla rezystancji
pocz tkowej (R0 = 0 ÷ 300Ω) na standardowy sygnał pr du stałego o
warto ci 4 ÷ 20 mA. Przetwornik APR – 313 jest przetwornikiem
dwuprzewodowym (od strony zacisków wyj ciowych) czyli współpracuje z
odbiornikiem sygnału, poł czonym w szereg ze ródłem zasilania pr du
stałego o napi ciu UZ = 12 ÷ 36 V (dokumentacja techniczno-ruchowa do
wgl du u prowadz cego zaj cia).
3. Przetwornik pomiarowy napi cia przemiennego typ PU przeznaczony
jest do ci głego przetwarzania warto ci skutecznej napi cia przemiennego
o cz stotliwo ci sieciowej na proporcjonalny standardowy sygnał
stałopr dowy. Przetwornik PU przetwarza liniowo napi cie przemienne od
0 do 100/220/380/500V przy cz stotliwo ci napi cia 30...50...4000 Hz na
standardowy sygnał pr du stałego o warto ci 0 ÷ 5 mA (Robc = 0 ÷ 2000Ω)
lub 0 ÷ 20 mA (Robc = 0 ÷ 500Ω) w zale no ci od wykonania (instrukcja
obsługi przetwornika do wgl du u prowadz cego zaj cia).
4. Przetwornik pomiarowy napi cia znamionowego typ PUN przeznaczony
jest do ci głego przetwarzania warto ci skutecznej waha napi cia
znamionowego o cz stotliwo ci sieciowej na proporcjonalny standardowy
sygnał stałopr dowy. Przetwornik PUN przetwarza liniowo zmiany napi cia
przemiennego od 198V do 242V przy cz stotliwo ci napi cia
30...50...4000 Hz na standardowy sygnał pr du stałego o warto ci 0 ÷ 20
mA (Robc = 0 ÷ 500Ω) (instrukcja obsługi przetwornika do wgl du u
prowadz cego zaj cia).
5. Przetwornik pomiarowy nat enia pr du przemiennego typ PI
przeznaczony jest do ci głego przetwarzania warto ci skutecznej nat enia
pr du przemiennego na proporcjonalny standardowy sygnał stałopr dowy.
Przetwornik mo e by stosowany w sieciach pr du przemiennego o
przebiegach sinusoidalnych lub odkształconych. Przetwornik PI przetwarza
liniowo nat enie pr du przemiennego od 0 do 5A przy cz stotliwo ci
pr du 20...50...2000 Hz na standardowy sygnał pr du stałego o warto ci 0
÷ 5 mA (Robc = 0 ÷ 2000Ω) lub 0 ÷ 20 mA (Robc = 0 ÷ 500Ω) w zale no ci
od wykonania (instrukcja obsługi przetwornika
do wgl du u
prowadz cego zaj cia).
3. Badania i pomiary.
3.1. Schematy układów pomiarowych.
wiczenie wykonuje si kolejno na pi ciu stanowiskach pomiarowych.
Schematy układów pomiarowych przedstawiono na kolejnych rysunkach.
220V 50Hz
100%
Robc
Przetwornik
poło enia
APY - 11
A
0%
Rys.1. Układ pomiarowy badania przetwornika APY – 11.
Robc
Przetwornik
rezystancji
APR - 313
A
Rys.2. Układ pomiarowy badania przetwornika APR – 313.
L
N
220V 50Hz
ATr
Robc
V
Przetwornik
napi cia
PU lub PUN
A
Rys.3. Układ pomiarowy badania przetwornika PU i PUN .
Zasilacz
RT
L
N
220V 50Hz
ATr
Robc
A
ROBC
Przetwornik
nat enia
pr du PI
A
Rys.4. Układ pomiarowy badania przetwornika PI.
3.3. Przebieg wiczenia.
1. Zaznajomi si z danymi technicznymi badanych przetworników
pomiarowych. Zanotowa zakres warto ci wielko ci wej ciowych i
wyj ciowych,
dokładno ci
przetwarzania,
warto ci
wielko ci
wpływowych i warunki normalnej eksploatacji.
2. Zanotowa rodzaj u ytych przyrz dów i/lub wzorców ich zakresy, klasy i
dokładno ci.
3. Zestawi układ pomiarowy wg rysunków 1, 2, 3, lub 4 i zgłosi
prowadz cemu wiczenia gotowo do wł czenia zasilenia układu.
4. Dokona pomiarów warto ci wielko ci wej ciowych i wyj ciowych
(warto ci wielko ci wej ciowych podaje prowadz cy zaj cia).
5. Wyniki pomiarów nale y sukcesywnie notowa w tabeli pomiarowej
(przedstawionej w ZAŁ CZNIKU do instrukcji).
4. Opracowanie wyników pomiarów.
1. Wykre li
charakterystyki przetwarzania badanych przetworników
pomiarowych.
2. Wyznaczy prost regresji i poda j obok charakterystyki.
3. Wyznaczy współczynniki korelacji i współczynniki regresji liniowej.
4. Okre li niepewno współczynników regresji liniowej przetworników.
5. Sprawozdanie.
Sprawozdanie powinno zawiera :
1. Stron tytułow (nazw wiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona
wicz cych oraz dat wykonania wiczenia).
2. Dane techniczne przetworników i narz dzi pomiarowych.
3. Schematy układów pomiarowych.
4. Tabele wyników pomiarowych ze wszystkich stanowisk.
5. Wykresy wymienionych w pkt 4. charakterystyk.
6. Wyznaczone współczynniki korelacji, funkcje regresji liniowych i
niepewno ci współczynników regresji liniowej wskazanych (przez
prowadz cego) przetworników.
7. Uwagi i wnioski (dotycz ce przebiegu charakterystyk, ich odst pstw od
teoretycznych prostych przetwarzania, ewentualnych rozbie no ci
mi dzy danymi przez producent dokładno ciami przetwarzania a
wyliczon niepewno ci itp.).
Wszelkie prawa zastrze one