Uwagi prowadz
ą
cego
ć
wiczenie:
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 POMIAROWE
Ćwiczenie nr 1
PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE
Temat: Przetworniki tensometryczne
/POMIARY SIŁ I CIŚNIEŃ PRZY ZASTOSOWANIU PRZETWORNIKÓW
TENSOMETRYCZNYCH/
Data wykonania
ć
wiczenia:
……………………………………………
Data oddania sprawozdania:
…………………………………………
Ocena:
……………………………………………..
Grupa:
1......................................................................
2.....................................................................
3......................................................................
4.....................................................................
5.....................................................................
Prowadz
ą
cy:
……………………………………………
2
Cześć 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
F
N
U
1
U
2
U
sr
U
zn
∆U
δ
n
%
K
p
[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.
7. Wykreślić na wspólnym wykresie charakterystyki Usr = f (F) dla wszystkich trzech czujników.
3
Objaśnienia przyjętych oznaczeń:
F - siła zadana
F
N
- siła zadana w wyraŜona w N
U
1
- napięcie wyjściowe czujnika dla siły rosnącej
U
2
- napięcie wyjściowe czujnika dla siły malejącej
U
sr
- napięcie średnie obliczane ze wzoru:
2
U
Usr
2
1
U
+
=
U
zn
- napięcie znamionowe czujnika przy obciąŜeniu mierzoną siłą
∆U - róŜnica pomiędzy wartością średnią napięcie wyjściowego czujnika a wartością znamionową
zn
U
−
=
∆
sr
U
U
δ
n
%
- błąd nieliniowości obliczony ze wzoru:
%
100
min
max
%
×
−
∆
=
∂
U
U
U
n
U
max
- maksymalne napięcie wyjściowe czujnika
U
min
– minimalne napięcie wyjściowe czujnika
K
p
- Czułość pomiarowa -wyraŜa przyrost napięcia na rezystancji czujnika podczas odkształcenia
równego maksymalnej wartości (przypadającego na 1V zasilania). Na charakterystyce
moŜemy ją zdefiniować jako nachylenie charakterystyki czujnika. Czułość tensometru wyraŜa
się w mV/V.
z
v
p
U
K
U
K
max
=
K
v
- wzmocnienie napięciowe tensometrycznego wzmacniacza oporowego CL-100P
K
v
= 1000 [V/V]
U
z
– napięcie zasilania czujnika
U
z
= 10 [V]
4
Tabela 2. Badanie czujnika CL-14-U-2KN
L.p.
F
F
N
U
1
U
2
U
sr
U
zn
∆U
δ
n
%
K
p
[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
F
N
U
1
U
2
U
sr
U
zn
∆U
δ
n
%
K
p
[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
Cześć 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
U
1
- napięcie wyjściowe czujnika dla ciśnienia rosnącego
U
2
- napięcie wyjściowe czujnika dla ciśnienia malejącego
U
sr
- napięcie średnie obliczane ze wzoru:
2
U
Usr
2
1
U
+
=
U
zn
- napięcie znamionowe czujnika przy obciąŜeniu mierzonym ciśnieniem
∆U - róŜnica pomiędzy wartością średnią napięcie wyjściowego czujnika a wartością znamionową
zn
U
−
=
∆
sr
U
U
δ
n
%
- błąd nieliniowości obliczony ze wzoru:
6
%
100
min
max
%
×
−
∆
=
∂
U
U
U
n
U
max
- maksymalne napięcie wyjściowe czujnika
U
min
– minimalne napięcie wyjściowe czujnika
K
p
- Czułość pomiarowa -wyraŜa przyrost napięcia na rezystancji czujnika podczas odkształcenia
równego maksymalnej wartości (przypadającego na 1V zasilania). Na charakterystyce
moŜemy ją zdefiniować jako nachylenie charakterystyki czujnika. Czułość tensometru wyraŜa
się w mV/V.
z
v
p
U
K
U
K
max
=
K
v
- wzmocnienie napięciowe wzmacniacza MGT 2-231
K
v
= 1000 [V/V]
U
z
– napięcie zasilania czujnika
U
z
= 5 [V]
Tabela 4. Badanie czujnika ciśnienia
Lp.
p
U
1
U
2
U
sr
U
zn
∆U
δ
n
%
K
p
[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
7
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 uŜyciu wewnętrznego miernika przyrządu
(wyskalowanego w jednostkach mierzonych), bądź przy uŜyciu 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 U
zn
= f(F).
Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na rysunku 4. Przy uŜyciu 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.
8
Błąd nieliniowości odniesiony do jego wyjścia określa się z wyraŜenia:
%
100
min
max
%
×
−
∆
=
∂
U
U
U
n
gdzie
zn
U
−
=
∆
sr
U
U
U
zn
-
wskazania znamionowe wzmacniacza pomiarowego przy obciąŜeniu przetwornika mierzoną
siłą odczytane z dołączonej do badanego przetwornika charakterystyki znamionowej U
zn
= f(F)
sr
U - wskazania średnie wzmacniacza pomiarowego przy obciąŜeniu przetwornika badana siłą
Tensometryczny czujnik siły CL 14
Czujnik z pracującym na ścinanie elementem spręŜystym, oklejonym zespołem tensometrów
foliowych w układzie pełnego mostka. ZrównowaŜony i skompensowany termicznie. Czujnik CL
14 ma nadany znak typu GUM RPT 95 350.
9
Załącznik 2
2.1. Wybrane wiadomości niezbędne do wykonania sprawozdania.
a) badanie przetwornika tensometrycznego do pomiaru ciśnienia
Pompka pneumatyczna TP1-40
Pompka dwuzakresowa umo
Ŝ
liwia generowanie pod- i nadci
ś
nienia. Łatwa zmiana
zakresu przez naci
ś
ni
ę
cie przycisku.
10
Tensometryczny czujnik ciśnienia względnego CL 1
· Pomiar ciśnień statycznych i wolnozmiennych
· DuŜa dokładność i niezawodność
· Wysoka stabilność i powtarzalność
· Szeroki zakres temperatur
Czujnik z płaską metalową membraną i zespołem tensometrów w układzie pełnego mostka.
Mostek jest zrównowaŜony i skompensowany termicznie. Czujnik moŜe 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 moŜe być wykonany w następujących konfiguracjach:
· R1 - mostek tensometryczny
· 2l4, 3U1, 3U5, 3U10 - z układem przetwarzającym w obudowie czujnika