III inf. Sekcja I |
Wykonawcy Patrycja Kuć Arkadiusz Krzystała
|
Ocena |
||
Ćwiczenie nr |
Temat METODY POMIARU REZYSTANCJI
|
Data wykonania: 05.11.98. |
Data oddania: 26.11.98 |
|
1. Wstęp.
Bezpośredni pomiar wielkości X za pomocą miernika nie zawsze jest możliwy i docelowy . Stosuje się wtedy przekształcenie wielkości X w inną , łatwiej mierzalną, oznaczamy ją Y . Zamiana wielkości X na wielkość Y przy zachowaniu informacji o wielkości X nosi nazwę przetwarzania, a układ, za pomocą którego dokonuje się tej operacji nazywany jest przetwornikiem pomiarowym.
X X Y
wielkość Y sygnał
mierzona pomiarowy
rys.1 Symbol graficzny przetwornika pomiarowego.
2. Badanie przetwornika R/U (rezystancja / napięcie).
Układ ten zbudowany został na wzmacniaczu operacyjnym μA741 w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym .
Rw - opornik dekadowy MDR - 93
Rx - opornik dekadowy MDR - 93
a) charakterystyka przetwarzania Uwy = f (Rx) dla przetwornika liniowego
napięcie zasilania Uzaś = 15V
napięcie odniesienia Uo = 1,0057V
napięcie nie zrównoważenia wzmacniaczy ok. 2 m V
Tabela pomiarowa
Lp. |
Rw |
Rx |
Uwy |
|
[kΩ] |
[Ω ] |
[ V ] |
1 |
1 |
1 |
-11,279 |
2 |
1 |
3 |
-11,279 |
3 |
1 |
10 |
-11,260 |
4 |
1 |
30 |
-11,279 |
5 |
1 |
100 |
-9,696 |
6 |
1 |
300 |
-3,237 |
7 |
1 |
1000 |
-1,008 |
8 |
1 |
3000 |
-0,335 |
9 |
1 |
10000 |
-0,100 |
10 |
1 |
30000 |
-0,032 |
11 |
1 |
100000 |
-0,008 |
12 |
1 |
300000 |
-0,002 |
Równanie przetwarzania tego układu przy założeniu idealności wzmacniacza operacyjnego wyraża się wzorem :
Uwy = - * Rx
gdzie
U0 - stałe napięcie odniesienia wynoszące w przybliżeniu 1 V ,
Rw - rezystor wzorcowy służący do zmiany zakresu pomiarowego .
Czułość dla przetwornika R/U.
Wzór na czułość przetwornika ma postać :
S =
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów obliczamy czułość dla przetwornika liniowego :
S1 = 0.00065
S2 = 0.00091
S3 = 0.00111
S4 = 0.00105
S5 = 0.00098
S6 = 0.00101
S7 = 0.00097
S8 = 0.00097
S9 = 0.0027
Czułość dla przetwornika liniowego powinna być stała i jak najmniejsza. Z naszych wyliczeń widać minimalne różnice, co sugeruje dokładność pomiarów.
b) charakterystyka przetwarzania dla przetwornika nieliniowego
Przetwornik nieliniowy uzyskamy jeżeli zmienimy miejscami Rx z Rw w układzie .
Tabela pomiarowa :
Lp. |
Rw |
Rx |
Uwy |
|
[kΩ] |
[kΩ] |
[ v ] |
1 |
1 |
1 |
-11,344 |
2 |
3 |
1 |
-11,347 |
3 |
10 |
1 |
-11,333 |
4 |
30 |
1 |
-11,354 |
5 |
100 |
1 |
-10,165 |
6 |
300 |
1 |
-3.381 |
7 |
1000 |
1 |
-1,054 |
8 |
3000 |
1 |
-0,353 |
9 |
10000 |
1 |
-0,104 |
10 |
30000 |
1 |
-0,034 |
Wzór na czułość przetwornika ma postać :
S =
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów obliczamy czułość dla przetwornika nieliniowego :
S1 = 0.03
S2 = 0.041
S3 = 0.024
S4 = 0.079
S5 = 0.014
S6 = 0.0024
S7 = 0.00032
S8 = 0.000032
S9 = 0.0000034
S10 = 0.00000034
S11 = 0.000000034
W przypadku przetwornika nie liniowego czułość nie jest stała , zmienia się w zakresie od
0.041 do 34*10-9.
3. Badanie przetwornika L/F (indukcyjność / częstotliwość)
Badaliśmy charakterystyka przetwornika korzystając z indukcyjności wzorcowych, przy stałym napięciu zasilania Uzaś = 9 V
Tabela pomiarowa
Lp. |
UWE |
f [MHz] |
L[μH] |
1 |
8,996 |
32,224 |
2.6 |
2 |
8,992 |
26,651 |
2.7 |
3 |
8,993 |
5,796 |
3.5 |
4 |
8,991 |
14,740 |
4.0 |
5 |
8,991 |
9,549 |
5.9 |
6 |
8,991 |
0,315 |
82.6 |
7 |
8,994 |
7,688 |
92.9 |
8 |
8,994 |
10,575 |
194.6 |
9 |
8,994 |
0,919 |
13 |
10 |
8,995 |
1,348 |
31 |
11 |
8,994 |
2,888 |
92 |
Dokonaliśmy także pomiaru częstotliwości dla 10 wzorcowych indukcyjności, przy napięciu U=9 V. Tabela pomiarów wygląda następująco:
Lp |
L[μH] |
UWE[V] |
f[MHz] |
1 |
0.1 |
9,018 |
18.98 |
2 |
0.25 |
9,017 |
16.412 |
3 |
1.2 |
9,015 |
10.788 |
4 |
5 |
9,011 |
5.599 |
5 |
17.5 |
9,010 |
2.97 |
6 |
75 |
9,010 |
1.592 |
7 |
300 |
9,009 |
0.001 |
8 |
1250 |
9,009 |
0.001 |
9 |
5000 |
9,009 |
0.001 |
10 |
20000 |
9,009 |
0.001 |
4. Wnioski.
Zapoznaliśmy się z budową i zasadą działania przetworników pomiarowych: rezystancja - napięcie oraz indukcyjność - częstotliwość.
Dla przetwornika R/U rozpatrzono dwa przypadki: przetwornik liniowy i nieliniowy.
Dla pierwszego przetwornika wyszła nam idealna liniowa charakterystyka przetwarzania
Wykonane pomiary umożliwiły nam obliczenie czułości dla tych przetworników. Czułość dla przetwornika liniowego jest stała. Niewielkie różnice, które wyszły z obliczeń spowodowane są niedokładnością przyrządów pomiarowych oraz niedokładnością ludzkiego oka.
Pomijamy więc te niewielkie różnice i przyjmujemy czułość przetwornika liniowego S = 0.001 (dla Rw =1kΩ , U0 =1).
W przypadku przetwornika nieliniowego , który uzyskaliśmy poprzez zamianę Rx z Rw w układzie , czułość nie wyszła stała , zmienia się w zakresie od 0.041 do 34*10-9.
Charakterystyka przetwarzania została aproksymowana.
Następnie badaliśmy przetwornik L/f .
Przeprowadzaliśmy pomiary dla indukcyjności wzorcowych . Na podstawie tych pomiarów
( zamieszczonych w tabelce ) wykreślone zostały dwie charakterystyki L = f ( f ) . Dla pierwszej z nich wyznaczyliśmy liniowe równanie przetwarzania które wynosi: y= -83.4217 * log
(x )+ 174.274.
Przy pomiarze tej samej cewki wzorcowej L=75 μH wraz ze wzrostem napięcia malała częstotliwość. Im większa indukcyjność tym przetwornik L/f wskazywał mniejszą częstotliwość.
rys. 2. hemat