WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNYCH I

Transkrypt

Zakład Metrologii i Systemów Diagnostycznych
Laboratorium Metrologii II. 2016/17
Politechnika Rzeszowska
Laboratorium Metrologii II
WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI
STATYCZNYCH I DYNAMICZNYCH
PRZETWORNIKÓW
Grupa
L.../Z...
Nr.
Ćwicz.
6
1…………….....................
kierownik
2........................................
3.........................................
Data
Ocena
4........................................
I. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest przypomnienie podstawowych parametrów opisujących właściwości
statyczne i dynamiczne przetworników oraz zasad eksperymentalnego ich wyznaczania.
II. Zagadnienia
1. Charakterystyki i parametry określające statyczne właściwości przetworników i torów
pomiarowych.
2. Linearyzacja charakterystyk statycznych, metoda regresji liniowej.
3. Sposoby opisu właściwości dynamicznych przetworników.
4. Metody i sygnały stosowane w badaniach właściwości dynamicznych.
5. Parametry charakteryzujące właściwości dynamiczne przetworników pierwszego i drugiego
rzędu, transmitancje operatorowe, charakterystyki częstotliwościowe, odpowiedzi skokowe.
6. Błąd dynamiczny.
III. Przebieg ćwiczenia
3.1. Wyznaczanie właściwości statycznych
1. Zestawić układ do wyznaczania charakterystyki statycznej ultradźwiękowego czujnika
przesunięcia z przetwornikiem przesunięcie/napięcie. W tym celu należy:
 podłączyć sygnał wyjściowy z przetwornika (biały przewód) na wejście multimetru
i wybrać pomiar napięcia (Uz=20V). Podłączyć zasilanie (brązowy +, niebieski - )
przetwornika do zasilacza napięcia stałego i ustawić napięcie 20V;
 ustawić przeszkodę odbijającą ultradźwięki na 20 cm (minimalna mierzona odległość);
 włączyć zasilanie przetwornika i multimetr.
2. Wykonać pomiary napięcia dla zmian położenia przeszkody w zakresie 20-60 cm z krokiem
1,5 cm. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 1 i wprowadzić do programu MS Excel w ten
sposób, aby w kolumnie A znalazły się wartości odległości położenia przeszkody (h) a w
kolumnie B odpowiadające im wartości napięcia (U).
3. Narysować zależność U= f(h) wykorzystując opcję Typ wykresu: XY (punktowy) z punktami
połączonymi liniami.
ćw. 6/str. 1
4.
5.
6.
7.
Przeprowadzić linearyzację charakterystyki U= f(h) metodą regresji liniowej. W tym celu po
kliknięciu na uzyskanym przebiegu prawym klawiszem myszy należy wybrać opcję Dodaj linię
trendu… Typ: liniowy, Opcje: Wyświetl równanie na wykresie. Uzyskane równanie prostej
ULin = f (h) w postaci y=ax + b zanotować w sprawozdaniu.
Wykorzystując otrzymaną zależność w kolumnie C arkusza obliczyć wartości funkcji
ULin = f (h) dla h = 20, 21,5, 23…60.
W kolumnie D arkusza obliczyć wartości błędów nieliniowości ΔNL(h) = ULin (h) - U(h) a w
kolumnie E błędy względne odniesione do wyjścia δNL (h) = |ΔNL(h)| /(Umax – Umin) dla h = 20,
21,5, 23…60. Znaleźć i zanotować w sprawozdaniu wartości maksymalne błędów ΔNlmax
i δNLmax.
Na podstawie charakterystyki ULin = f (h) określić czułość S = ΔULin/Δh i stałą C = 1/S układu.
Wyniki zanotować w sprawozdaniu.
3.2. Wyznaczanie właściwości dynamicznych
8.
Otworzyć wskazaną przez prowadzącego aplikację mod_dyn*.DSB w środowisku DASYLab.
W oknie właściwości modułu Generator00 (okno właściwości otwiera się po dwukrotnym
kliknięciu na ikonie modułu) ustawić następujące parametry: Frequency: 3 Hz; Amplitude: 0,5;
Offset: 0,5; Wave Form: Square.
9. Uruchomić program i na podstawie uzyskanych przebiegów odpowiedzi skokowych dokonać
identyfikacji typów przetworników, których modele zawierają obiekty BlackBox00-02. W celu
ułatwienia obserwacji należy zatrzymać program i wykorzystując przyciski
(Zoom i
Unzoom) przeskalować osie czasu tak, aby w oknach wykresów uzyskać pojedynczy przebieg
wymuszenia x(t) (wykres czerwony) i odpowiedzi y(t) (wykres niebieski).
10. Dla kolejnych modeli przetworników powiększyć okno wizualizacji przebiegów i wyznaczyć
następujące parametry i zapisać w tabeli 2: czas opóźnienia To, czas połówkowy T0,5=
T(Umax·0,5), stałą czasową T=T(Umax·0,67), czas ustalania Tu=T(Umax·0,95 lub Umax·0,99) oraz
określić wzmocnienie k. Pomiary wykonać operując kursorami, które uaktywnia się
przyciskiem
. Wyniki zanotować w sprawozdaniu.
11. Dla czasów t = T(Umax·0,5), T(Umax·0,67), T(Umax·0,95 lub Umax·0,99) określić wartości
bezwzględnych i względnych błędów dynamicznych gdy wzmocnienie k=1V/V,
ΔDYN(t) =Umax–u(t); δDYN(t) =|ΔDYN(t)|/Umax. Potrzebne wielkości odczytać z odpowiednich
charakterystyk przy pomocy kursorów. Wyniki zestawić w tabeli 3. Jakie maksymalne
wartości mogą przyjąć błędy dynamiczne ΔDYN(t), δDYN(t) i dla jakiego czasu t to nastąpi? W
sprawozdaniu na rys.1. narysować przebieg odpowiedzi skokowej przetwornika I rzędu i
zaznaczyć na nim parametry: T=T(Umax·0,67), Tu=T(Umax·0,95 lub Umax·0,99), ΔDYN(T), ΔDYN(Tu),
ΔDYNmax.
ćw. 6/str. 2
Dane techniczne czujnika pomiarowego UM30-13113
Wyprowadzenie zacisków czujnika
Przewody:
1 (brown) – zasilanie
2 (white) – wyjście czujnika
3 (blue) - masa
4 (black) – nie podłączony
5 (gray) – nie podłączony
Rys.1 Wymiary czujnika
Rys.2. Obsługa czujnika
ćw. 6/str. 3
Parametry:
Parametr
Wartości parametrów
Obsługa skanowania zasięgu
Strefa działania
200 ... 1300 mm (2000)
temperatura pracy
(-20 do +30) ºC
200 kHz
Częstotliwość pracy
Rozdzielczość
0,36 mm
Dokładność 
2 % ostatniej wartości
Prąd zużycia2).
≤70 mA
Powtarzalność
± 0.15 % ostatniej wartości
Napięcie zasilania Vs
12 … 30 V DC1).
Analogowe wyjście, odwracające3). 4). QA: 4 ... 20 mA / 0 ... 10 V
Czas reakcji5).
110 ms
Czas opóźnienia
2s
Temperatura otoczenia6).
Operacji –20 °C ... +70 °C
Przechowywania –40 °C ... +85 °C
Waga
260 g
IV. Wyniki pomiarów i obliczeń
4.1. Wyznaczanie właściwości statycznych
Tabela 1.
Lp.
h [cm]
1
20
2
3
4
5
6
7
21,5
U [V]
Lp.
17
18
19
20
21
22
23
ćw. 6/str. 4
h [cm]
U [V]
8
24
10
26
9
25
11
27
12
28
13
29
14
30
15
31
16
Równanie prostej uzyskane metodą regresji liniowej: ……………………………………...
ΔNLmax = [ULin(h) – U(h)] max =
 NL max 
 NL max
U max  U min
100 =
S = ΔULin/Δh =
C = 1/S =
4.2. Wyznaczanie właściwości dynamicznych
Tabela 2.
Lp.
Umax
To
T(Umax·0,5)
T(Umax·0,67)
1
T(Umax·0,95)
lub
T(Umax·0,99)
k
2
3
Tabela 3.
Lp.
1
2
3
t
T(Umax·0,5)
ΔDYN(t) =Umax–u(t) [
]
T(Umax·0,67)
T(Umax·0,95)
lub T(Umax·0,99)
ćw. 6/str. 5
δDYN(t) = |ΔDYN(t)|/Umax ∙100 [
]
Narysować przebieg odpowiedzi skokowej przetwornika I rzędu i zaznaczyć na nim parametry:
T(Umax·0,95) lub T(Umax·0,99), T(Umax·0,67), ΔDYN(T), ΔDYN(Tu), ΔDYNmax.
Amplituda [
]
Rys. 3. Przebieg odpowiedzi skokowej przetwornika I rzędu
Oszacowane parametry:
T=T(Umax·0,67)=
ΔDYN(T)=
ΔDYNmax=
, Tu=T(Umax·0,95) lub T(Umax·0,99)=
, ΔDYN(Tu)=
V. Wnioski
ćw. 6/str. 6
Czas [
]
VI. Pytania kontrolne
1. Omówić parametry opisujące właściwości statyczne przetworników: równanie przetwarzania,
statyczna charakterystyka przetwarzania, czułość, stała przetwornika, błąd nieliniowości, zakres
pomiarowy.
2. Podać definicję błędu dynamicznego.
3. Wyjaśnić różnice pomiędzy pomiarem statycznym i dynamicznym oraz błędami statycznymi i
błędem dynamicznym.
4. Omówić metody badania właściwości dynamicznych przetworników.
5. Omówić sygnały testowe stosowane w badaniach właściwości dynamicznych.
6. Narysować odpowiedzi skokowe przetworników pierwszego i drugiego rzędu (oscylacyjny i
aperiodyczny) i zaznaczyć parametry charakterystyczne tych odpowiedzi.
7. Omówić sposoby wyznaczania stałej czasowej na podstawie odpowiedzi skokowej przetwornika
pierwszego rzędu.
Literatura
1. Szadkowski B. (red): Laboratorium metrologii elektrycznej i elektronicznej cz. II, Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice 1994.
2. Hagel R., Zakrzewski J.: Miernictwo dynamiczne. WNT, Warszawa 1984.
3. Kwiatkowski W.: Miernictwo elektryczne. Analogowa technika pomiarowa. Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1994.
4. Michalski L., Eckersdorf K. Pomiary temperatury. WNT, Warszawa 1986
5. Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. WNT, Warszawa 1998.
ćw. 6/str. 7

WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNYCH I

Transkrypt

Podobne dokumenty

JAKIE PARAMETRY POWINNY SPEŁNIAĆ BUDYNKI I ICH

WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI STATYCZNYCH I

Instrukcja obsługi REOVIB 506

Przekaźnik nadzorczy do kontroli napięcia HRN-41, HRN-42

sterownik przejścia as 1510

Akcesoria dla systemów sieciowych

312

10.05.2016 Dzień otwarty w Głównym Urzędzie Miar

Przekaźnik kontroli napięć Umin/Umax w sieciach 3