Uwagi prowadzącego ćwiczenie:
Cel ćwiczenia :
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z budową i zasadą działania czujników tensometrycznych wykorzystywanych do pomiaru siły i ciśnienia.
WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH Przedmiot: CZUJNIKI I PRZETWORNIKI
Ćwiczenie nr 1
PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE Temat: Przetworniki tensometryczne
/POMIARY SIŁ I CIŚNIEŃ PRZY ZASTOSOWANIU PRZETWORNIKÓW TENSOMETRYCZNYCH/
Grupa:
1...
2...
3...
4...
5...
Data wykonania ćwiczenia:
………
Data oddania sprawozdania:
………
Ocena:
………..
Prowadzący:
………
Część I : Badanie własności czujników siły.
1. Zapoznać się z treścią załącznika 1.
2. Połączyć układ pomiarowy wg rys. 1.
Rys. 1. Schemat funkcjonalny układu do pomiaru siły 3. Włączyć zasilanie poszczególnych elementów układu pomiarowego .
4. Wykonać badanie czujnika dla sił rosnących i malejących co 5KG do wartości 100KG (wartość znamionowa wzorcowego czujnika siły). Wyniki zanotować w tabeli 1.
Tabela 1. Badanie czujnika CL-14
L.p. F FN U1 U2 Usr Uzn ∆U δn%
Kp
[KG] [N] [V] [V] [V] [V] [V] [%] mV/V
1 0
2 5
3 10
4 15
5 20
6 25
7 30
8 35
9 40
10 45
11 50
12 55
13 60
14 65
15 70
16 75
17 80
18 85
19 90
20 95
5. Na podstawie przeprowadzonych badań wykonać obliczenia tzn. wyznaczyć błąd pomiaru oraz czułość czujnika.
6. Wykonać ponownie podpunkty od 2 do 5 dla czujników CL 14-U-2KN oraz CL 14-U-5KN.
Wyniki zanotować w tabelach 2 i 3.
Objaśnienia przyjętych oznaczeń:
F - siła zadana
FN - siła zadana w wyrażona w N
U1 - napięcie wyjściowe czujnika dla siły rosnącej U2 - napięcie wyjściowe czujnika dla siły malejącej Usr - napięcie średnie obliczane ze wzoru:
2 Usr U
1 U
2
Uzn - napięcie znamionowe czujnika przy obciążeniu mierzoną siłą
∆U - różnica pomiędzy wartością średnią napięcie wyjściowego czujnika a wartością znamionową
U
zn
U U
srδn% - błąd nieliniowości obliczony ze wzoru:
% 100
min max
%
U U
U
n
Umax - maksymalne napięcie wyjściowe czujnika Umin – minimalne napięcie wyjściowe czujnika
Kp - Czułość pomiarowa -wyraża przyrost napięcia na rezystancji czujnika podczas odkształcenia równego maksymalnej wartości (przypadającego na 1V zasilania). Na charakterystyce
możemy ją zdefiniować jako nachylenie charakterystyki czujnika. Czułość tensometru wyraża się w mV/V.
z v
p
U
U K K
max
Kv - wzmocnienie napięciowe tensometrycznego wzmacniacza oporowego CL-100P Kv = 1000 [V/V]
Uz – napięcie zasilania czujnika
Uz = 10 [V]
Tabela 2. Badanie czujnika CL-14-U-2KN
L.p. F FN U1 U2 Usr Uzn ∆U δn%
Kp
[KG] [N] [V] [V] [V] [V] [V] [%] mV/V
1 0
2 5
3 10
4 15
5 20
6 25
7 30
8 35
9 40
10 45
11 50
12 55
13 60
14 65
15 70
16 75
17 80
18 85
19 90
20 95
Tabela 3. Badanie czujnika CL 14-U-5KN
L.p. F FN U1 U2 Usr Uzn ∆U δn%
Kp
[KG] [N] [V] [V] [V] [V] [V] [%] mV/V
1 0
2 5
3 10
4 15
5 20
6 25
7 30
8 35
9 40
10 45
11 50
12 55
13 60
14 65
15 70
16 75
17 80
18 85
19 90
20 95
Część II : Badanie własności czujników ciśnienia.
1. Zapoznać się z treścią załącznika 2.
2. W pracowni dostępne są dwa czujniki:
- Czujnik ciśnienia wzorcowy PS100-50 BAR
- Czujnik badany - tensometryczny czujnik ciśnienia względnego CL1-2MPA 3. Połączyć układ wg rys. 2.
Rys. 2. Schemat funkcjonalny układu do pomiaru ciśnienia 4. Włączyć zasilanie poszczególnych elementów układu pomiarowego .
5. Wykonać badanie czujnika dla ciśnień rosnących i malejących co 1 BAR do wartości 20 BAR (wartość znamionowa badanego czujnika ciśnienia 2MPA = 20BAR) .
Wyniki zanotować w tabeli 1.
5. Na podstawie przeprowadzonych badań wykonać obliczenia tzn. wyznaczyć błąd pomiaru oraz czułość czujnika.
7. Sporządzić charakterystykę Usr =f (p).
Objaśnienia przyjętych oznaczeń:
p - ciśnienie zadane
U1 - napięcie wyjściowe czujnika dla ciśnienia rosnącego U2 - napięcie wyjściowe czujnika dla ciśnienia malejącego Usr - napięcie średnie obliczane ze wzoru:
2 Usr U
1 U
2
Uzn - napięcie znamionowe czujnika przy obciążeniu mierzonym ciśnieniem
∆U - różnica pomiędzy wartością średnią napięcie wyjściowego czujnika a wartością znamionową
U U
sr U
znδn% - błąd nieliniowości obliczony ze wzoru:
100 %
min max
%
U U
U
n
Umax - maksymalne napięcie wyjściowe czujnika Umin – minimalne napięcie wyjściowe czujnika
Kp - Czułość pomiarowa -wyraża przyrost napięcia na rezystancji czujnika podczas odkształcenia równego maksymalnej wartości (przypadającego na 1V zasilania). Na charakterystyce
możemy ją zdefiniować jako nachylenie charakterystyki czujnika. Czułość tensometru wyraża się w mV/V.
z v
p
U
U K K
max
Kv - wzmocnienie napięciowe wzmacniacza MGT 2-231
Kv = 1000 [V/V]
Uz – napięcie zasilania czujnika
Uz = 5 [V]
Tabela 4. Badanie czujnika ciśnienia
Lp. p U1 U2 Usr Uzn ∆U δn%
Kp
[BAR] [V] [V] [V] [V] [V] [%] mV/V
1 0
2 1
3 2
4 3
5 4
6 5
7 6
8 7
9 8
10 9
11 10
12 11
13 12
14 13
15 14
16 15
17 16
18 17
19 18
20 19
21 20
Załącznik 1 1.1.Wybrane wiadomości niezbędne do wykonania sprawozdania.
a) zasada badania własności statycznych
Badanie własności statycznych wybranych rodzajów przetworników tensometrycznych polega na wyznaczeniu charakterystyki statycznej Y = f(X), gdzie Y - wielkość wyjściowa w postaci sygnału napięciowego, X - mierzona wielkość nieelektryczna (siła, ciśnienie). Na podstawie określonej charakterystyki rzeczywistej i znamionowej danego przetwornika, wyznacza się w sposób graficzny błąd nieliniowości, który określa dokładność badanego przetwornika (rys. 3).
Rys. 3. Sposób graficznego wyznaczania błędu nieliniowości przetwornika tensometrycznego:
1 - idealna charakterystyka znamionowa, 2 - charakterystyka rzeczywista.
Błąd ten określa się dla takiej znamionowej wielkości wejściowej (siła F, ciśnienie p), dla której występuje największe odchylenie charakterystyki rzeczywistej od znamionowej. Pomiary charakterystyk statycznych wykonuje się bądź przy użyciu wewnętrznego miernika przyrządu (wyskalowanego w jednostkach mierzonych), bądź przy użyciu zewnętrznego woltomierza.
b) Badanie przetwornika tensometrycznego do pomiaru sił skupionych
W ćwiczeniu określa się błąd nieliniowości przetwornika tensometrycznego do pomiaru sił skupionych w ich zakresach znamionowych. Dokonuje się pomiaru sił w podanym zakresie pomiarowym za pomocą wzmacniacza tensometrycznego. Do badanego przetwornika dołączona jest jego charakterystyka znamionowa Uzn= f(F).
Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na rysunku 4. Przy użyciu wzmacniacza pomiarowego M, badamy przetwornik dla sił rosnących i malejących w zakresie znamionowym notując w tabeli wartości sił oraz wskazania miernika.
Rys. 4. Układ do badania przetwornika tensometrycznego do pomiaru sił skupionych:
CB - badany przetwornik tensometryczny, CW - przetwornik tensometryczny wzorcowy.
Błąd nieliniowości odniesiony do jego wyjścia określa się z wyrażenia:
% 100
min max
%
U U
U
n
gdzie U UsrUzn
Uzn - wskazania znamionowe wzmacniacza pomiarowego przy obciążeniu przetwornika mierzoną siłą odczytane z dołączonej do badanego przetwornika charakterystyki znamionowej Uzn = f(F) U - wskazania średnie wzmacniacza pomiarowego przy obciążeniu przetwornika badana siłą sr
Tensometryczny czujnik siły CL 14
Czujnik z pracującym na ścinanie elementem sprężystym, oklejonym zespołem tensometrów foliowych w układzie pełnego mostka. Zrównoważony i skompensowany termicznie. Czujnik CL 14 ma nadany znak typu GUM RPT 95 350.
Załącznik 2 2.1. Wybrane wiadomości niezbędne do wykonania sprawozdania.
a) badanie przetwornika tensometrycznego do pomiaru ciśnienia
Pompka pneumatyczna TP1-40
Pompka dwuzakresowa umożliwia generowanie pod- i nadciśnienia. Łatwa zmiana zakresu przez naciśnięcie przycisku.
Tensometryczny czujnik ciśnienia względnego CL 1
· Pomiar ciśnień statycznych i wolnozmiennych
· Duża dokładność i niezawodność
· Wysoka stabilność i powtarzalność
· Szeroki zakres temperatur
Czujnik z płaską metalową membraną i zespołem tensometrów w układzie pełnego mostka.
Mostek jest zrównoważony i skompensowany termicznie. Czujnik może być stosowany w laboratoriach oraz przemyśle do budowy dokładnych torów pomiaru względnych ciśnień
statycznych i wolnozmiennych w nieagresywnych chemicznie cieczach oraz gazach. Szczególnie zalecany do przetwarzania ciśnień na sygnał elektryczny w układach automatyki hydraulicznej i przemysłowych magistralach pneumatycznych.
Czujnik CL 1 może być wykonany w następujących konfiguracjach:
· R1 - mostek tensometryczny
· 2l4, 3U1, 3U5, 3U10 - z układem przetwarzającym w obudowie czujnika
