4 - cw_4

SYSTEMY POMIAROWE WIELKO
CI FIZYCZNYCH
- LABORATORIUM
w.4. Wyznaczanie wła ciwo ci statycznych przetworników
pomiarowych
Problemy teoretyczne:
• Definicja czujnika pomiarowego.
• Podział czujników ze wzgl du na zasad działania.
• Zasady działania czujników aktywnych (generacyjnych) i pasywnych
(parametrycznych).
• Przykłady czujników aktywnych i pasywnych.
• Podział czujników ze wzgl du na rodzaj wielko ci mierzonej.
• Wyznaczanie statycznych wła ciwo ci przetworników i torów pomiarowych.
Program wiczenia:
1. Uruchomi mikrokomputer PC – system operacyjny WINDOWS XP – i zalogowa si
w systemie jako u ytkownik student (bez hasła).
2. W folderze C:\SPWF\ zało y unikalny folder dla studenckiej grupy laboratoryjnej (tylko
w tym folderze mo na dokonywa zapisów i modyfikacji własnych plików).
3. Po wysłuchaniu wprowadzenia teoretycznego z godnie z poleceniami prowadz cego
wykona zadane pomiary dla wybranych czujników pomiarowych. Uruchomi wskazane
przez prowadz cego programy do wyznaczenia charakterystyk statycznych. Dane
pomiarowe zapisa w postaci pliku tekstowego, oddzielnie dla ka dego badanego
czujnika.
4. Opracowa program w LabVIEW do wyznaczenia parametrów statycznych czujników
pomiarowych (bł d nieliniowo ci, czuło , stała) na podstawie zarejestrowanych plików
tekstowych. Otrzymane wyniki skomentowa .
5. Odczyt z pliku umo liwia ikona:
Znale j mo na All Functions File I/O (symbol dyskietki) Read From Spreadsheet
File.vi. Przed wczytaniem nale y danych otworzy plik, by zorientowa si jak s
zapisane dane (w kolumnach czy w wierszach):
je li s w słupku to do wej cia Transpose (no:F) nale y podł czy kontrolk by móc
transponowa dane z kolumn na wiersze, które dopiero nadaj si do dalszego
przetwarzania.
Tworzy si j poprzez:
• Z pakietu pomocniczego Tools Palette wybieramy szpulk ,
• Naje d amy pocz tkiem na miejsce Transpose (no:F) a si pod wietli,
• Kolejno prawym klawiszem myszy klikamy, a si rozwinie tabela, z której
wybieramy: Create Control
•
je li s w postaci ci gu powy szej czynno ci nie musi si wykonywa .
w_4_Wyznaczanie wła ciwo ci statycznych przetworników pomiarowych
-1-
SYSTEMY POMIAROWE WIELKO
CI FIZYCZNYCH
- LABORATORIUM
6. Gdy chcemy wy wietli w postaci tablicy wyniki zapisane w pliku stosujemy wyj cie all
rows, natomiast gdy chcemy wy wietli tylko 1 wiersz stosujemy wyj cie first row. Obie
tablice tworzy si jako:
Z pakietu pomocniczego Tools Palette wybieramy szpulk ,
Naje d amy pocz tkiem na miejsce all rows lub first row a si pod wietli przy ikonie
odczytywania z pliku,
Kolejno prawym klawiszem myszy klikamy, a si rozwinie tabela, z której
wybieramy: Create Indicator
Pomocniczo mo emy jeszcze wy wietli rozmiar tablicy za pomoc funkcji:
All Functions Array Array Size
Blok mo emy zastosowa zarówno do wyj cia all rows, jak i first row.
7. Opracowanie danych z pliku tekstowego Pocz tkowo post pujemy tak samo jak
w punkcie pierwszym, czyli wstawiamy blok odczytu z pliku, blok transpozycji danych.
Dane do dalszej analizy otrzymamy z wyj cia all rows.
8. Z danych najpierw musimy wyodr bni dane x i y. Jest to mo liwe za pomoc bloku
Index Array, znale go mo na w: All Function Array Index Array.
Do wej cia index 0 podpinamy warto stał równ 0. Do wej cia podpinamy tablic
wielowymiarow , która pochodzi z wyj cia all rows. Na wyj ciu otrzymujemy tablic 1
wymiarow . Utworzony blok jest dla 1 zmiennej, aby utworzy wykres XY Graph
potrzebny jest jeszcze drugi blok dla 2 zmiennej – nale y go utworzy w ten sam sposób –
tylko jako stał nale y wpisa 1.
9. Tworzenie wykresu poprzedzone jest wstawieniem konwertera o nazwie Bundle.
All Function Cluster Bundle.
Oraz bloku budowy tablicy Build Array: All Function
Array
Build Array.
Dopiero po wstawieniu tych bloków mo liwe jest utworzenie wykresu XY (nale y
pami ta , która tablica to warto ci X oraz Y).
10. Linearyzacja charakterystyki: LabView ma gotowy blok do linearyzacji
charakterystyki przetwarzania o nazwie Linear Fit:
w_4_Wyznaczanie wła ciwo ci statycznych przetworników pomiarowych
-2-
SYSTEMY POMIAROWE WIELKO
CI FIZYCZNYCH
- LABORATORIUM
All Function Analyze Mathematics
Curve Fitting Linear Fit.vi
11. Wyznaczenie czuło ci i stałej czujnika. Do wyj cia slope wpinamy Indicator (za
pomoc prawego klawisza myszy). Odwrotno ci czuło ci jest stała. Tworzy si j w
nast puj cy sposób: najpierw trzeba wstawi bloczek dzielenia:
All Function Numeric Divide
Do dolnego wej cia wpinamy sygnał slope, a do górnego podpinamy warto
stał =1. Na wyj ciu bloku podpinamy Indicator (za pomoc prawego klawisza myszy).
Tak uzyskali my dane dotycz ce parametrów statycznych czujnika.
12. Wyznaczenie bł du nieliniowo ci czujnika:
Y max
* 100%
nl =
Ymax − Ymin
Realizacja licznika powy szego równania:
wstawiamy blok ró nicy
(All Function Numeric Subtract) do górnego
wej cia podpinamy sygnał wychodz cy z bloku Linear Fit, a do dolnego sygnał z tablicy
Y,
•
•
•
otrzyman ró nic sygnałów nale y uogólni za pomoc bloku
Numeric Absolute Value),
za pomoc bloku wyznaczamy warto
(All Function
Array
(All Function
maksymaln sygnału.
Array Max & Min)
Realizacja mianownika powy szego równania:
•
jako pierwszy blok równie wstawiamy blok Array Max & Min aby wyznaczy
warto maksymaln i minimaln sygnału,
•
kolejno wstawiamy blok ró nicy
•
kolejnym krokiem b dzie wstawienie bloku dzielenia
by móc zrealizowa
funkcj ilorazu licznika i mianownika (nale y tylko odpowiednio podpi
wej cia).
•
Nale y jeszcze wszystko pomno y przez 100 za pomoc bloczka
(All Function
Numeric
Multiply) gdzie do jednego wej cia podpinamy
otrzymany iloraz, a do drugiego stał warto =100. Ostatnim krokiem jest
wy wietlenie otrzymanej warto ci.
.
13. Po podł czeniu wszystkich bloków powinni my otrzyma poni szy schemat:
w_4_Wyznaczanie wła ciwo ci statycznych przetworników pomiarowych
-3-
SYSTEMY POMIAROWE WIELKO
CI FIZYCZNYCH
- LABORATORIUM
14. Wyznaczy parametry statyczne dla wszystkich mierzonych czujników, otrzymane wyniki
skomentowa . Jak mo na zaimplementowa inne metody aproksymacji liniowej (opisz
zrealizowan aproksymacj )?
Pytania kontrolne:
1.
2.
3.
4.
Poda definicj stałej i czuło ci czujnika.
Jak wyznaczy bł d nieliniowo ci czujnika?
Wymie i opisz metody linearyzacji charakterystyki statycznej czujnika?
Jak dzielimy czujniki pomiarowe?
Literatura:
1. Chwaleba a., Zajewski J.: Przetworniki pomiarowe wielko ci fizycznych. Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1993.
2. Ku mierek Z.: Metrologia elektryczna i elektroniczna. wiczenia laboratoryjne.
Politechnika Łódzka, Łód 2000.
3. Sydenham P.H. : Podr cznik metrologii. Tom 2. WKiŁ Warszawa, 1988
4. wisulski D.: Systemy pomiarowe - laboratorium, Politechnika Gda ska, 2001.
5. wisulski D. Systemy pomiarowe. Wyd. Pol. Gda skiej, Gda sk 2004.
Metody linearyzacji charakterystyki statycznej:
- metoda stycznej,
- metoda siecznej dla całego zakresu przetwarzania,
w_4_Wyznaczanie wła ciwo ci statycznych przetworników pomiarowych
-4-
SYSTEMY POMIAROWE WIELKO
CI FIZYCZNYCH
- LABORATORIUM
- metoda najmniejszej sumy kwadratów.
Statyczna funkcja przetwarzania
Y
Ymax
Y=f(X)
Ymax
Ymin
Xmin
Zakres pomiarowy
Xmax
X
Czuło
∆Y
∆X →0 ∆X
S x = lim
Stała przetwornika
Cx =
1
∆X
= lim
S X ∆X →0 ∆Y
Nieliniowo
Y max
* 100%
nl =
Ymax − Ymin
Pojemno ciowy cylindryczny przetwornik poziomu cieczy
+ 12 V
Ra
4
5
6
Rb
fwy
US
3
C1
7
Cczuj
2
1
8
US - ULY 7855
Ra= 4,7 k
Rb= 2,2 k
C1= 1,6 n
C2= 10 n
C2
fwy = 1.44/ Cczuj(Ra + 2Rb)
Rys.1. Schemat ideowy przetwornika z cylindrycznym pojemno ciowym czujnikiem poziomu
cieczy Cczuj.
w_4_Wyznaczanie wła ciwo ci statycznych przetworników pomiarowych
-5-