Anemometr s vyhřívanými senzory

Transkript

1 Anemometr s vyhřívanými senzory Úvod: Přípravek anemometru je postaven na 0,5 m větrném tunelu, kde se na jedné straně nachází měřící část se senzory na straně druhé ventilátor s řízením. Na obr. 1 je uvedena fotografie měřící části přípravku anemometru. Měřící část obsahuje 3 podobné měřící stupně (viz obr. 3) pro jednotlivé vyhřívané senzory. Stupně se liší pouze proudem do senzoru. Jako senzory proudění vzduchu slouží žárovkové vlákno, termistor a křemíková. obr. 1 Fotografie měřící části anenometru obr. 2 Fotografie řízení ventilátoru I

2 Na obr. 3 je znázorněn 1 stupeň měřící části anemometru. Stabilizátor LM317 a rezistor R1 slouží jako proudový zdroj pro vyhřívaný senzor. Jsou použity tyto senzory proudění vzduchu: - 2,5V/100mA s odstraněnou skleněnou baňkou proud nastaven pevně na 80mA - termistor 100R; 0,45W proud nastaven pevně na 45mA - křemíková 1N4148 proud nastaven pevně na 180mA Pro nastavení 0 v ustáleném stavu slouží napěťový dělič R2 - P1 - R3, který je v každém stupni optimalizován pro konkrétní senzor. Výstupy z napěťového děliče a senzoru jsou přivedeny do rozdílového zesilovače se zesílením 1 IC2A (TL072). Následuje invertující zesilovač s nastavitelným ziskem 1 až 6 (je nastaveno 1). Protože má opačnou teplotní závislost napětí než nebo křemíková, je zapojení u vstupu doplněno propojkami pro propojení referenčního ( 0 ) napětí a napětí ze senzoru se vstupy diferenčního zesilovače. Napájecí napětí pro měřící část je stabilizováno na 9V, výstupy jsou přizpůsobeny pouze k připojení vysokoimpedančních voltmetrů (digitální multimetry). Úkol měření: obr. 3 Schéma jednoho měřícího stupně anemometru Změřte napěťovou závislost vyhřívaného žárovkového vlákna, termistoru a křemíkové diody 1N4148 v závislosti na proudícím vzduchu. Měření provádějte v 10 krocích regulace ventilátoru. Výsledky zapište do tabulky a vyneste do společného grafu. Postup měření: Před prováděním samotného měření připojte 3 multimetry k výstupům měřících zesilovačů a přiveďte napětí do přípravku. Anemometr je napájen ze síťového adaptéru 12V/800mA. Nechejte přípravek ustálit, tj. sledujte změnu napětí na výstupu z termistoru (ustaluje se nejdéle), dokud nebude změna v čase nulová nebo minimální. Snažte se příliš nevířit vzduch v okolí vzduchového tunelu a senzorů. Dále nastavte všemi potenciometry nulu na všech multimetrech (anemometr nemá vlastní teplotní kompenzaci). Pokud by došlo k velkému driftu při nulovém proudění vzduchu v průběhu měření, můžete provést opětovné nulování. Po ustálení a vynulování všech výstupů postupně tlačítkem UP na regulaci ventilátoru nastavíme 1. stupeň proudění vzduchu, počkáme na ustálení výstupů všech senzorů a hodnotu opíšeme do tabulky. Takto pokračujeme i pro další stupně (2.-10.). Níže se nachází tabulka převodu na konkrétní hodnoty rychlosti proudění. Jakmile změříme hodnoty také pro poslední 10. stupeň, provedeme měření opačným směrem, tedy od 10. stupně až do II

3 vypnutí ventilátoru a ustálení. Hodnoty opět zapíšeme do tabulky. Výsledky výkonové ztráty senzorů vyneste do grafů ( do samostatného). Tabulka rychlostí proudění vzduchu odpovídající stupňům : Rychlost [km/h] ,6 0,8 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 Naměřené výsledky: měření od 1. k 10. stupni, výpočet výkonové ztráty P = U. I, kde I je konstantní, dané proudovým zdrojem (0,08A ; 0,045A termistor; 0,18A ) měření od 10. stupně do vypnutí ventilátoru III

4 hodnoty ustáleného stavu pro nulové proudění odečteny od zbylých hodnot, výpočet výkonové ztráty P = U. I, kde I je konstantní, dané proudovým zdrojem (0,08A ; 0,045A termistor; 0,18A ) P [mw] Graf závislosti změny napětí na senzoru na rychlosti proudění vzduchu Žárovka, rychlost proudění [km/h] IV

5 U [mw] Graf závislosti změny napětí na senzoru na rychlosti proudění vzduchu rychlost proudění [km/h] Vysvětlete rozdíl v množství odváděného tepla (ztrátovém výkonu senzorů). Proč dovede termistor odvést mnohem větší teplo než ostatní senzory? Vysvětlete hysterzi senzorů při měření od 1. do 10. stupně a naopak. Seznam přístrojů: přípravek anemometru s vyhřívanými senzory, síťový napájecí adaptér 12V/800mA, 3 digitální multrimetry (nejnižší rozsah alespoň 200mV), 6 měřících kabelů banánek-banánek Použité zdroje: [1] Katalogové listy diody 1N4148, termistoru 100R; 0,45W, MCU ATmega8 V