PB-01-Pomiar sily - Wojskowa Akademia Techniczna

Podstawy Badań Eksperymentalnych
Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu
Wojskowa Akademia Techniczna
Instrukcja do ćwiczenia.
Temat 01
Pomiar siły z wykorzystaniem czujnika tensometrycznego
Instrukcję opracował
dr inż. Mirosław KARCZEWSKI
Warszawa, Listopad 2006
OPIS ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
1.
Wzorcowanie czujnika tensometrycznego.
Jako układ pomiarowy zastosowano mostek tensometryczny AT-970. Służy on do
pomiarów statycznych i dynamicznych takich wielkości jak :
−
Naprężenia,
−
Odkształcenia,
−
Siły,
−
Momenty obrotowe,
−
Amplitudy i częstotliwości grgan,
−
Ciśnienia,
−
Przyśpieszenia
−
Pzresunięcia.
Mostek AT-970 wykonany jest w postaci 9-cio panelowego urządzenia przenośnego.
Urządzenie przystosowane jest do pracy z czujnikami tensometrycznymi w układzie pół
mostka lub pełnego mostka. Stosunkowo szeroki zakres regulacji wstępnej pozwala na
współpracę z urządzenia z różnymi typami czujników tensometrycznych (60 ÷ 1500 Ω).
Czujniki wielkości mechanicznych podłączone do wejścia kanału pomiarowego tworzą
wraz z układem równoważenia mostek pomiarowy prądu zmiennego zasilany napięciem o
częstotliwości nośnej 5 kHz z centralnego generatora poprzez separator oraz wzmacniacz
mocy. Z wyjścia wzmacniacza pobierany jest również sygnał służący do kalibracji kanału
pomiarowego. Mostek pomiarowy jest równoważony zgrubnie i dokładnie – zarówno pod
względem modułu jak i fazy. Napięcie o częstotliwości nośnej 5 kHz zmodulowane przez
czujnik podawane jest poprzez dzielniki do fazo czułego mostka detekcyjnego. Napięcie
sygnału pomiarowego po detekcji w detektorze fazo czułym i odfiltrowaniu poprzez filtr
dolnoprzepustowy pojawia się na wyjściu w postaci napięcia stałego o polaryzacji i wartości
zależnej od charakteru mierzonych przebiegów.
Mostek posiada 8 kanałów pomiarowych, zatem można dokonywać nim 8 pomiarów
jednocześnie. Tensometry mogą być łączone w układzie półmostka lub pełnego mostka. Na
rys. 1 przedstawiono sposób podłączania tensometrów do układu pomiarowego.
1
2
1
3
Tk
5
4
2
1
3
5
4
Tcz
Rys. 1. Schemat podłączenia czujników tensometrycznych do gniazda wejściowego układu
pomiarowego a – układ półmostka, układ pełnego mostka, Tk – tensometr kompensacyjny,
Tcz – tensometr czyny
Po podłączenie czujników tensometrycznych do gniazda wejściowego należy
przeprowadzić zerowanie mostka. W tym celu przełącznik „Pomiar” na głównej płycie
przyrządu należy przełączyć w pozycję „0”, a pokrętło P1 na panelu kanału pomiarowego
należy przestawić w pozycję „0”. Następnie za pomocą rezystora nastawnego R610 na danego
kanału pomiarowego należy przeprowadzić zerowanie wskaźnika.
Po wyzerowaniu wskaźnika pokrętło „Pomiar” należy przestawić w pozycję „W≈-” lub
„≈”, a pokrętło Przełącznika pomiarowego należy przestawić w pozycję 50. następnie za
pomocą rezystorów R i C równoważenia zgrubnego należy wyzerować wskazania wskaźnika.
Następnie należy zmniejszać kolejno wzmocnienia do 20, 10 5, 2 i 1 i powtarzać proces
równoważenia mostka. Następnie na zakresach 0.5 , 0.2 i 0.1 należy dokonać równoważenia
za pomocą rezystorów R i C równoważenia dokładnego. Przy poprawnie naklejonych
tensometrach i poprawnie przeprowadzonym procesie równoważenia, wskazania mogą być
różne od „0” o 0.5 działki pomiarowej. Jeżeli wskazania są poprawne mostek jest gotowy do
pomiarów.
W celu dokonania statycznych pomiarów siły należy pokrętło „pomiar” przestawić w
pozycję „W-” lub „W+-”,, a pokrętło zakresu pomiarowego w pozycję określonego
wzmocnienia. W trakcie pomiarów wskazania należy odczytywać na wskaźniku
wewnętrznym lub zewnętrznym woltomierzu.
2.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem klejenia tensometrów w układach
pomiaru siły, praktyczne wykonanie czujnika siły, wzorcowanie tensometrycznego czujnika
siły.
2
2.1
Sposób realizacji ćwiczenia
W celu przeprowadzenia skalowania tensometrycznego czujnika siły należy:
−
Włączyć zasilanie mostka tensometrycznego.
−
Przeprowadzić równoważenie mostka zgodnie z instrukcją obsługi mostka.
−
Zważyć pojedyncze obciążniki na wadze laboratoryjnej, a wyniki pomiarów zapisać w
tabeli I,
−
Odczytać wskazania czujnika nie obciążanego żadnym obciążnikiem,
−
Obciążyć czujnik siły odważnikiem nr 1, a wskazania zapisać w tabeli I,
−
Następnie należy zwiększyć obciążenie o ciężarek nr 2, a wskazania zapisać w tabeli nr
I,.
−
Zwiększanie obciążenia należy prowadzić do wyczerpania się obciążników.
−
Następnie należy kolejno zmniejszać obciążenia czujnika, aż do obciążenia zerowego,
−
Czynność skalowania czujnika powtórzyć dwukrotnie.
−
Dokonać pomiaru obciążenia zadanego przez prowadzącego.
3
Żarówka sygnalizująca
podłączenie kanału do
miernika
R807 - Regulacja
napięcia nosnego
R610 - Zerowanie
detektora
U
W≈
0
Ω
R506 - regulacja wzmocnienia
wzmacniacza
R613 - Potencjometr wyrównujący
oporność pętlicy do 200 Ω
200 Ω
0
P1 - Przełącznik
zakresu pomiarowego
5
10
2
1
20
50
R104 - Równoważenie
zgrubne “R”
0.5
0.2
0
W
O
0.1
R101 - Równoważenie
zgrubne
C
R102 - Równoważenie
dokładne “C”
R
∆R
OO
R106 - Równoważenie
dokładne
R
Dokładne
G11 - gniazdo kabla
pomiarowego
Rys. 2. Widok panelu mostka tensometrycznego dla jednego kanału.
3.
Literatura:
1. Jasiak A., Pomiary inżynierskie, Poznań: Wydaw. Politechniki Poznańskiej, 1999.
2. Kotlewski F., Mieszkowski M., POMIARY, Pomiary w technice cieplnej Wydaw.
Nauk.-Tech., 1972.
3. Michalski L., Eckersdorf K.: Pomiary temperatury. Warszawa, WNT 1986
4. Romer E.: Miernictwo przemysłowe. Warszawa, PWN 1970
5. Zatorski A., Rozkrut A.: Miernictwo elektryczne. Materiały do ćwiczeń
4.
Instrukcja do sprawozdania
1. Sprawozdanie wykonać zgodnie z szablonem „PB- szablon sprawozdania”.
2. Narysować schemat stanowiska pomiarowego, zaznaczyć jego najważniejsze elementy.
3. Narysować wykres zależności wskazań mostka tensometrycznego od obciążenia.
4. Wyznaczyć histerezę czujnika.
4
5. Wyznaczyć równanie charakterystyki.
6. Wyznaczyć współczynnik korelacji.
7. Narysować wykres odchyłki względnej i bezwzględnej w zależności od obciążenia.
8. Na podstawie otrzymanej charakterystyki wyznaczyć wartość obciążenia zadanego przez
prowadzącego, określić dokładność pomiaru.
9. Wykresy należy wykonać na papierze milimetrowym, format A4, wszystkie wielkości
należy sprowadzić do jednostek podstawowych.
5
Tabela I Wzorcowanie czujnika tensometrycznego.
Grupa .....................
Data .....................
Godzina lekcyjna.................
Skład podgrupy:
L.p.
Imię
Nazwisko
Podpis
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pomiar masy odważników:
Pomiar masy
odważników
Odważnik
Masa [g]
Napięcie
Napięcie
Napięcie
Napięcie
Obciążenie zwiększanie zmniejszanie zwiększanie zmniejszanie
obciążenia
obciążenia
[V]
[V]
[V]
[V]
Zadane
---------
---------
---------
Zadane
---------
---------
---------
Zadane
---------
---------
---------
Odważnik
1
0
2
1
3
1,2
4
1,3
5
1,2,3
6
1,3,4
7
1,2,3,4
8
1,3,4,5
obciążenia
obciążenia
1,2,3,4,5
1,3,4,5,6
1,2,3,4,5,6
6