PB-03-Pomiar przemieszczen katowych i liniowych

Podstawy Badań Eksperymentalnych
Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu
Wojskowa Akademia Techniczna
Instrukcja do ćwiczenia.
Temat 03
Pomiar przemieszczeń liniowych i kątowych
Instrukcję opracował
dr inż. Mirosław KARCZEWSKI
Warszawa, Listopad 2006
OPIS ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
1.
Wzorcowanie czujnika przemieszczeń.
Z pośród wszystkich wielkości fizycznych wielkość dotycząca przemieszczenia jest
prawdopodobnie najczęściej mierzonym parametrem systemowym. Jest ona nie tylko
mierzona bezpośrednio, lecz także jest często wykorzystywana w pomiarach pośrednich jako
transformata innych zmiennych.
W wielu przypadkach bezwzględny pomiar długości jest nieistotny, a ważna staje się jej
zmiana, np. przy pomiarze wzniosu iglicy rozpylacza. W takim przypadku wielkiej
dokładności wymaga pomiar zmiany długości. Takie zmiany długości często określa się jako
przemieszczenie, stąd czasami terminy długość i przemieszczenie są stosowane zamiennie.
Jednostką podstawową długości jest metr, który jest zdefiniowany jako 1 650 763,73
długości fali promieniowania kryptonu 86 w próżni.
Wielkościami pochodnymi są powierzchnia, objętość prędkość, przyśpieszenie, masa na
jednostkę powierzchni itp.
Do pomiaru długości wykorzystywane jest szereg metod, najczęściej spotykane to:
−
Zmiana rezystancji,
−
Zmiana indukcyjności,
−
Zmiana pojemności,
−
Metody optyczne.
Jako układ pomiarowy zastosowano mostek z falą nośną 100 kHz CL-104
współpracujący z czujnikiem przemieszczeń CL-70-1 o zakresie pomiarowym ± 1 mm oraz
CL-70-30 o zakresie pomiarowym 30mm.
Mostek CL 104 wykonany jest w postaci jednego panelu urządzenia przenośnego.
Urządzenie przystosowane jest do pracy z czujnikami indukcyjnymi
Czujnik przemieszczeń podłączony do wejścia kanału pomiarowego tworzą wraz z
układem równoważenia mostek pomiarowy prądu zmiennego zasilany napięciem o
częstotliwości nośnej 100 kHz z centralnego generatora. 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 100 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
1
w postaci napięcia stałego o polaryzacji i wartości zależnej od charakteru mierzonych
przebiegów.
Stanowisko pomiarowe składa się z wtryskiwacza silnika o zapłonie samoczynnym, w
którym zamontowano czujnik przemieszczeń CL 30/1 o zakresie pomiarowym ± 1 mm. W
miejsce rozpylacza zamontowano układ do wymuszania przemieszczania składający się z
następujących elementów:
−
Rozpylacz ze ściętą końcówką,
−
Śruby mikrometrycznej do wymuszania przemieszczania,
−
Obsadki łączącej końcówkę rozpylacza ze śrubą mikrometryczną.
Czujnik ciśnienia połączono z mostkiem CL-104, jako wskaźnik zastosowano woltomierz
cyfrowy.
2.
Cel ćwiczenie.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobem wzorcowania indukcyjnych czujników
przemieszczeń o różnych zakresach.
2.1
Sposób realizacji ćwiczenie.
W celu przeprowadzenia skalowania tensometrycznego czujnika siły należy:
−
Włączyć zasilanie mostka pomiarowego.
−
Wykręcić śrubę mikrometryczną tak, aby jej główka nie dotykała iglicy,
−
Odczytać napięcie na wskaźniku, wynik zapisać w tabeli I jako położenie zerowe,
−
Wkręcać śrubę do momenty dotknięcia przez głowicę iglicy,
−
Dla czujnika o zakresie 1 mm:
1. wkręcić śrubę o 0.10 mm, odczytać napięcie, wynik zapisać w tab.I,
2. zwiększając wysunięcie głowicy co 0.10 mm, odczytywać napięcie i
zapisywać w tabeli I do momentu oparcia iglicy o zderzak, Odczytać
maksymalne przesunięci i odpowiadające mu napięcie, wyniki zapisać w
tabeli.
3. Zmniejszać wysunięcie głowicy co 0.10 mm, odczytywać napięcie do
momentu oderwania się głowicy od iglicy. Wyniki dla poszczególnych
położeń zapisywać w tabeli I,
4. Czynność skalowania czujnika powtórzyć dwukrotnie (dla zwiększania i
zmniejszania wysunięcia).
5. Dokonać pomiaru przesunięcia zadanego przez prowadzącego.
−
Dla czujnika o zakresie 30 mm:
2
1. wkręcić śrubę o 0.5 mm (jeden pełny obrót głowicy), odczytać napięcie, wynik
zapisać w tab.II,
2. zwiększając wysunięcie głowicy co 0.5 mm, odczytywać napięcie i zapisywać
w tabeli I do momentu oparcia iglicy o zderzak, Odczytać maksymalne
przesunięci i odpowiadające mu napięcie, wyniki zapisać w tabeli.
3. Zmniejszać wysunięcie głowicy co 0.5 mm, odczytywać napięcie do momentu
oderwania się głowicy od iglicy. Wyniki dla poszczególnych położeń
zapisywać w tabeli II,
4. Czynność skalowania czujnika powtórzyć dwukrotnie (dla zwiększania i
zmniejszania wysunięcia).
5. Dokonać pomiaru przesunięcia zadanego przez prowadzącego.
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,
6. Podręcznik metrologii, Tom I, Tom II
4.
Wytyczne do sprawozdania.
6.
Narysować schemat stanowiska pomiarowego, zaznaczyć jego najważniejsze elementy.
7.
Narysować wykres zależności wskazań woltomierza od przesunięcia iglicy dla
poszczególnych czujników (format A4, zaznaczyć punkty i błędy pomiarowe).
8.
Wyznaczyć histerezę czujników.
9.
Wyznaczyć równanie charakterystyk.
10. Wyznaczyć współczynnik korelacji.
11. Wyznaczyć czułość czujników.
12. Narysować wykres odchyłki względnej i bezwzględnej w zależności od przesunięcia.
13. Na podstawie otrzymanej charakterystyki wyznaczyć wartość przesunięcia zadanego
przez prowadzącego, określić dokładność pomiaru.
14. Do sprawozdania należy dołączyć oryginalny protokół pomiarów.
15. Wykresy należy wykonać na papierze milimetrowym, format A4, wszystkie wielkości
należy sprowadzić do jednostek podstawowych układu SI.
3
Grupa .....................
Data .....................
Godzina lekcyjna.................
Skład podgrupy:
L.p.
Imię
Nazwisko
Podpis
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabela I Wzorcowanie czujnika przemieszczeń o zakresie 1 mm
Przesuniecie
L.p.
(zwiększanie
Przesuniecie
Napięci
wysunięcia)
--
[mm]
(zmniejszanie
Przesuniecie
Napięci
wysunięcia)
[V]
[mm]
(zmniejszanie
Przesuniecie
Napięci
wysunięcia)
[V]
[mm]
(zmniejszanie
Napięci
wysunięcia
[V]
[mm]
[V]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Zadane
Zadane
4
Tabela II Wzorcowanie czujnika przemieszczeń o zakresie 30 mm
Przesuniecie
L.p.
(zwiększanie
Przesuniecie
Napięci
wysunięcia)
--
[mm]
(zmniejszanie
Przesuniecie
Napięci
wysunięcia)
[V]
[mm]
(zmniejszanie
Przesuniecie
Napięci
wysunięcia)
[V]
[mm]
(zmniejszanie
Napięci
wysunięcia
[V]
[mm]
[V]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Zadane
Zadane
5