INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego Zespół Napędu i Sterowania Hydraulicznego

LABORATORIUM

MIERNICTWO CIEPLNE I MASZYNOWE

Temat: Karta analogowo-cyfrowa

Grupa: 12m1 Zespół: II

Data wykonania laboratorium: 30.11.2011

Data oddania sprawozdania: 7.12.2011

Lp	Nazwisko i Imię	Ocena
1
2

1. Cel i zakres ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zbudowanie układu pomiarowego symulującego pomiar dwóch wielkości fizycznych. Dodatkowo wykonanie programu pomiarowego i przetestowanie prawidłowości działania

2. Schemat stanowiska pomiarowego.

1. Regulowany zasilacz D/C.

2. Karta analogowo/cyfrowa NI USB-6009.

3. Komputer z odpowiednim oprogramowaniem i sterownikami.

R1, R2-Potencjometry symulujące czujnik np. temperatury.

3. Parametry kart analogowo-cyfrowej.

Rozdzielczość przetwornika (bitowość) - Bitowość ma zasadniczy wpływ na dokładność karty A/C. Określa ona ilość dyskretnych wielkości jakie może ona wytworzyć w danym momencie. Zwykle wyraża się ją w bitach. Przykładowo karta analogowo cyfrowa posiadająca rozdzielczość 8 bitów potrafi przetworzyć próbkę sygnału na jedna z 256 wartości ponieważ 2⁸ = 256. Jeżeli badany zakres pomiarowy wynosił 100 otrzymujemy dokładność rzędu 0,39. Duży wpływ na rozdzielczość ma szum, a dokładniej stosunek sygnału do szumu.

Częstotliwość próbkowania - Jest to wielkość określająca jak często sygnał ciągły w czasie jest analizowany i przypisywany do wartości logicznej 0 lub 1. Do pomiaru wielkości o dużej częstotliwości należy użyć karty A/C o możliwie dużej częstotliwości próbkowania. Można ją również zdefiniować jako odwrotność różnicy czasu między dwiema kolejnymi próbkami.

Błąd kwantyzacji (szum kwantyzacji) - Jest to zniekształcenie ciągłego sygnału analogowego zaokrąglające jego wartości do najbliższych, odpowiadających mu wartości dyskretnych. Jest przyczyną braku możliwości odróżnienia dwóch rożnych próbek o zbliżonych wartościach. Metodą likwidacji szumu kwantyzacji jest zwiększenie rozdzielczości przetwornika.

Zakres przetwornika - Zakres określa minimalne i maksymalne napięcie, jakie może zostać przetworzone przez kartę. Zazwyczaj karty posiadają możliwość wyboru zakresu np. -5..+5V, -10..10V, 0..10V. Zmianę można wykonać za pomocą przełącznika lub zwory. W nowszych kartach zmiana można dokonać z poziomu oprogramowania.

4. Podłączenie Karty.

Karta A/C użyta podczas ćwiczenia to karta NI USB-6009. Jej podstawowe parametry to:

Liczba wejść analogowych - 8

Liczba wyjść cyfrowych: - 12

Rozdzielczość - 14

Maksymalna częstotliwość próbkowania - 48kS/s

Zakres wejścia - od +/-1 do +/-20 V

Zakres wyjścia - od 0 do 5 V.

Karta została podłączona do komputera przez port USB. Kolejnym etapem było sprawdzenie poprawności komunikacji komputera z kartą i kompatybilności z zainstalowanym oprogramowaniem. (4.1)

4.1

W programie Measurement&Automation Explorer określono które kanały są podpięte do potencjometrów oraz do komputera. W naszym przypadku był to kanał 0 oraz 2. Dokonano wyboru parametrów tak jak na rysunku poniżej. (4.2)

4.2

Po wciśnięciu okna start sprowadzono działanie karty poprzez potencjometr (prawy lub lewy zależnie od wyboru kanału przez użytkownika).

W oknie value odczytano skrajne możliwe wartości przy różnych ustawieniach potencjometru. Dla kanału 0 było to -1,4V oraz 6,9V, otrzymany zakres pomiarowy wynosił 8,3V. Z tego powodu karta wymagała kalibracji.

Input configuration:

Tryb differential (tryb różnicowy) - umożliwia pomiar sygnałów, które nie posiadają wspólnego potencjału np. napięcia na wyjściu z transformatorów separujących. Taki pomiar sygnałów różnicowych wymaga zastosowania dwóch wejść karty pomiarowej. Wejścia podłączane do punktu o wyższym potencjale oznaczane są znakiem plus „+” lub „HI” zaś wejście o niższym potencjale znakiem minus„‐” lub „LO”. . Karta pomiarowa posiadająca 8 wejść analogowo-cyfrowych, skonfigurowanych w trybie różnicowym posiada jedynie cztery kanały pomiarowe.

Tryb RSE (single ended) - pomiary wykonywane są względem wspólnej masy - kanał

pomiarowy tworzony jest przez wejście AI oraz wspólną masę GND. Jeżeli karta

posiada przykładowo 8 wejść analogowo‐cyfrowych, które zostaną skonfigurowane w trybie single ended, wówczas mamy do dyspozycji 8 niezależnych kanałów pomiarowych umożliwiających jednoczesne śledzenie 8 sygnałów pomiarowych.

4.3

Tabela 4.3 przedstawia schematy możliwych trybów pracy i połączeniń kart A/C. Znaleziona na stronie http://www.prz.edu.pl/

5. Program pomiarowy.

W programie Lab View wykonano odpowiedni schemat działanie programu za pomocą odpowiednich bloków. Ustawiono skąd będzie pobierany sygnał oraz ustawiono kanały, na których działają potencjometry. (5.1)

5.1

Po zaimportowaniu okna Waveform Chart otrzymano wykres sygnału w funkcji czasu ilustrujący napięcie U w funkcji czasu, w zależności od regulacji potencjometrem. (5.2)

5.2

6. Kalibracja karty A/C.

By karta analogowo cyfrowa działała w pełni poprawnie bardzo często potrzebuje odpowiedniej kalibracji. Również w naszym przypadku po podłączeniu karty do komputera minimalna mierzona wartość wynosiła -1,4V, a maksymalna 6,9V. Celem kalibracji jest uzyskanie wartości minimalnej równej 0V a maksymalnej odpowiadającej danemu zakresowi pomiarowemu, w naszym ćwiczeniu wynoszącemu 8,3V. Graficznie proces kalibracji ilustruje poniższy rysunek. 6.1

6.1

Prosta czerwona przedstawia zależność napięcia po wykonanej kalibracji. Wykresy liniowe są opisywane przez równanie y=ax+b. Współczynnik b odpowiada za przysunięcie wykresu w pionie, zaś współczynnik a odpowiada za pochylenie wykresu do osi poziomej. Dla równania po kalibracji współczynnik b wynosi 1,4.

7. Wnioski

Karta A/C pozwala na przetworzenie sygnału analogowego do sygnału który pozwala na łatwą i szybką obróbkę informacji poprzez komputer lub inne cyfrowe urządzenie.

4

---