Měřící a senzorová technika



Podobné dokumenty
Úloha 5 Řízení teplovzdušného modelu TVM pomocí PC a mikropočítačové jednotky CTRL

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Zapojení teploměrů. Zadání. Schéma zapojení

2. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Mikropočítačová vstupně/výstupní jednotka pro řízení tepelných modelů. Zdeněk Oborný

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

e, přičemž R Pro termistor, který máte k dispozici, platí rovnice

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

7. MĚŘENÍ LINEÁRNÍHO POSUVU

Automatizační technika Měření č. 6- Analogové snímače

Anemometr s vyhřívanými senzory

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

TEPLOVZDUŠNÝ MODEL Fotorezistor Ochranný tunel

2. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Prostředky automatického řízení Úloha č.5 Zapojení PLC do hvězdy

1. Navrhněte a prakticky realizujte pomocí odporových a kapacitních dekáda derivační obvod se zadanou časovou konstantu: τ 2 = 320µs

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Měření teploty, měření vlhkosti vzduchu

Petr Myška Datum úlohy: Ročník: první Datum protokolu:

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

5. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

Laboratorní úloha č. 4 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH VLASTNOSTÍ PNEUMATICKÝCH A ODPOROVÝCH TEPLOMĚRŮ

Laboratorní úloha č.8 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH CHARAKTERISTIK

Měřící a senzorová technika Návrh měření odporových tenzometrů

Elektronické praktikum EPR1

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Fotoelektrické snímače

TEPELNÉ ÚČINKY EL. PROUDU

Obr. 1 Činnost omezovače amplitudy

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů operačních zesilovačů, část 3-7-5

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů tyristoru, část 3-5-4

MĚŘENÍ TEPLOTY. MĚŘENÍ ODPOROVÝM SNÍMAČEM S Pt 100

Fyzikální praktikum II

Měření vlastností lineárních stabilizátorů. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EOS.

Teorie úlohy: Operační zesilovač je elektronický obvod, který se využívá v měřící, výpočetní a regulační technice. Má napěťové zesílení alespoň A u

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

Oscilátory. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EO.

7. MĚŘENÍ LINEÁRNÍHO POSUVU

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

A:Cejchování termočlánku na bod tání čistého kovu B:Měření teploty termočlánkem C:Cejchování termoelektrického snímače KET/MNV (9.

Fotoelektrické snímače

Základní měření s výchylkovými multimetry Laboratorní cvičení č. 1

Měření teploty v budovách

MĚŘENÍ NA ELEKTROINSTALACI NÍZKÉHO NAPĚTÍ

Korekční křivka napěťového transformátoru

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

E L E K T R I C K Á M Ě Ř E N Í

- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

Prostředky automatického řízení

Měřicí řetězec. měřicí zesilovač. převod na napětí a přizpůsobení rozsahu převodníku

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů operačních zesilovačů, část 3-7-4

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Základní pojmy. T = ϑ + 273,15 [K], [ C] Definice teploty:

Úloha 1: Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu

b) Vypočtěte frekvenci f pro všechny měřené signály použitím vztahu

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava. 4. Měření dotykových a unikajících proudů.

Třída přesnosti proudu. Principy senzorů

MĚŘENÍ JALOVÉHO VÝKONU

2. MĚŘENÍ TEPLOTY TERMOČLÁNKY

5. A/Č převodník s postupnou aproximací

BASPELIN MRP Popis obsluhy indikační a řídicí jednotky MRP T2

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Elektronické praktikum EPR1

Prostředky automatického řízení

idrn-st Převodník pro tenzometry

PROSTŘEDKY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

LABORATORNÍ TENZOMETRICKÝ PŘEVODNÍK

9. MĚŘENÍ SÍLY TENZOMETRICKÝM MŮSTKEM

ELEKTRICKÉ STROJE. Laboratorní cvičení LS 2013/2014. Měření ztrát 3f transformátoru

PŘECHODOVÝ DĚJ VE STEJNOSMĚRNÉM EL. OBVODU zapnutí a vypnutí sériového RC členu ke zdroji stejnosměrného napětí

MĚŘENÍ NA USMĚRŇOVAČÍCH

1. Změřte Hallovo napětí v Ge v závislosti na proudu tekoucím vzorkem, magnetické indukci a teplotě. 2. Stanovte šířku zakázaného pásu W v Ge.

Operační zesilovač, jeho vlastnosti a využití:

Synchronní detektor, nazývaný též fázově řízený usměrňovač, je určen k měření elektrolytické střední hodnoty periodického signálu podle vztahu.

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě zenerova dioda její hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Převodníky fyzikálních veličin (KKY/PFV)

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

Vlastnosti členů regulačních obvodů Osnova kurzu

Měření vlastností střídavého zesilovače

MĚŘENÍ A REGULACE TEPLOTY V LABORATORNÍ PRAXI

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je v tomto případě nízkofrekvenční nevýkonový tranzistor KC 639. Mezní hodnoty jsou uvedeny v tabulce:

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

KP MINI KP MINI CONTROL

Manuální, technická a elektrozručnost

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

propustný směr maximální proud I F MAX [ma] 75 < 1... při I F = 10mA > při I R = 1µA 60 < 0,4... při I F = 10mA > 60...

Frekvenční charakteristika soustavy tří nádrží

4. Z modové struktury emisního spektra laseru určete délku aktivní oblasti rezonátoru. Diskutujte,

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření přechodových dějů, část 3-4-3

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava. 2. Měření funkce proudových chráničů.

Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka Automatizace Snímače teploty. Snímače teploty

Úloha č.1: Stanovení molární tepelné kapacity plynu za konstantního tlaku

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

Transkript:

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA STROJNÍ Měřící a senzorová technika Semestrální projekt Vypracovali: Petr Osadník Akademický rok: 2006/2007 Semestr: zimní

Původní zadání úlohy Zapojení termistorového a diodového teploměru Zadání: 1. Seznamte se s parametry termistorů pro měření teplot a využitím teplotní závislosti vlastností PN přechodu u diody. 2. Zapojte termistorový teploměr k cejchovacímu zařízení a proměřte jeho statickou charakteristiku na příslušných rozsazích. 3. Zapojte diodový teploměr a proměřte jeho statickou charakteristiku. Schéma zapojení Blokové schéma zapojení měřicího obvodu termistorového teploměru je na obr. 1. Blokové schéma zapojení pro měření s termistorovým teploměrem a diodovým teploměrem včetně znázornění cejchovacího zařízení s řízeným zdrojem teplého vzduchu je na obr.3. Vlastnosti a měření termistorů Zapojení termistorového teploměru využívá operačního zesilovače pro zpracování signálu vzniklého rozvážením odporového Wheatstonova můstku. Pro třívodičový měřicí obvod na obr. 1. platí za předpokladu R 5 =R 5, R 6 =R 6,R 1 =R 2, a R 5 =R M, kde R M je vnitřní odpor můstku s odpory R 1, R 2, R 3, R 4 :

Diodový teploměr Diodové teploměry využívají teplotní závislosti úbytku napětí U d na diodě při průchodu konstantního proudu I d : (1)

Kde U d [ V ] je napětí na diodě v propustném směru U d0 [ V ] je napětí na diodě v propustném směru při T = 0 C n [ - ] rekombinační koeficient polovodiče k [ JK -1 ] Boltzmannova konstanta (1,38. 10-23 J.K -1 ) T [ K ] termodynamická teplota q [ C ] elementární náboj (1,602. 10-19 Coulombu) I d [ A ] proud v propustném směru I S [ A ] nasycený proud v závěrném směru K* [ VK -1 ] úhrnná konstanta Z uvedeného vztahu je zřejmé, že statická charakteristika je dosti dobře lineární a klesající. Vztah (1) není však zcela lineární, neboť platí: kde b = (0,05 až 0,1) [ K -1 ] Diodové teploměry dosahují dle teplotního rozsahu linearity 0,5% až 15%. Příklad uspořádání diodového teploměru je na obr.2. Napojení diodového snímače na vyhodnocovací obvod je na obr. 3. Postup měření: 1. Připojte termistorový teploměr k vyhodnocovacímu přístroji a přiveďte na jeho napájecí svorky napětí ± 15V ze zdroje. 2. Nastavte vhodný rozsah na otočném přepínači a zapněte teplovzdušný ventilátor. Postupně zvyšujte jeho topný příkon pomocí tyristorového regulátoru. 3. Do měřicího prostoru umístěte termistorový a diodový teploměr a na kontrolním rtuťovém teploměru odečítejte přesnou hodnotu teploty ohřívaného vzduchu. 4. Změřte statickou charakteristiku termistorového teploměru v obou směrech pro určené rozsahy na vyhodnocovacím přístroji. 5. Zapojte diodový teploměr a proveďte změření jeho statické charakteristiky. 6. Změřené charakteristiky zakreslete do grafu, vyhodnoťte jejich průběh a vypočtěte rovnice regresních přímek. Kontrolní otázky 1. Uveďte vztah závislosti odporu termistoru na teplotě. 2. Co je to časová konstanta snímače? 3. Vysvětlete význam značek na stupnici měřicího přístroje.

Modernizační návrhy Zadání Navrhněte vhodnou modernizaci pracoviště pro měření statických charakteristik teploměrů. Proveďte cenovou kalkulaci návrhu. Přepracujte zadání úlohy do podoby odpovídající vámi navrženým vylepšením. Modernizační návrhy Základním předpokladem je využití osobního počítače pro kompletní řízení úlohy. Student bude pouze přes softwarové rozhraní řídit jediný stavitelný parametr (teplotu) a ukládat data do souboru. Rovněž bude umožněna úplná automatizace úlohy, kdy program provede celé měření bez asistence obsluhy. Komunikace mezi PC a měřícími prvky bude vedena přes sběrnici RS232. Jako mezičlen mezi samotnými měřícími prvky a PC bude měřící přístroj. Ve řídící větvi bude obsažen optočlen, aby v případě poruchy nedošlo k poškození PC. Parametry přístrojů budou navrženy tak, aby byly schopny zpracovat i úlohu Zapojení teploměru, jejíž měření se provádí na stejném pracovišti. Autorem návrhu modernizace této úlohy je Bc. Petr Ščevík. Návrh měřícího přístroje Měřící přístroj musí být schopen zpracovat data z termistorového teploměru, diodového teploměru a také termočlánku a PT100. Problematický je zejména diodový teploměr, který se dnes již nepoužívá a měřící přístroje pro něj se již nevyrábí. Data z diodového teploměru tedy lze získat pouze procesním napěťovým vstupem do měřicího přístroje, výsledný přepočet na teplotu se pak provede přímo v PC. Navrhuji tedy přístroj Omega DP3300 (Obr. 1), který tyto parametry splňuje. Obr. 1 Navržený měřící přístroj

Obr. 2 Parametry navrženého přístroje

Schéma zapojení Teplovzdušný ventilátor Optočlen Tyristorový regulátor Kontrolní teploměr Diodový snímač Termistor Měřící přístroj Cenová kalkulace Pravděpodobně nejnákladnějším členem je měřící přístroj. Zvolený měřící přístroj Omega DP3300 stojí 10440 Kč. Přístroj je ovšem zvolen tak, aby fungoval i s druhou úlohou umístěnou na stejném pracovišti. Další součásti jako optočlen, konektory a kabeláž lze označit za poměrně malé náklady, jejichž celková cena by neměla překročit 1000 Kč. Celkové náklady na modernizaci této úlohy tedy jsou přibližně 11500 Kč. V nákladech není započtena cena osobního počítače. Vzhledem k poměrně malým nároků na výkon totiž není potřeba nové PC a mapovat ceny použitých počítačů je velice obtížné.

Návrh obslužného programu Obslužný program v PC bude mít dva základní módy. Ruční mód, který se spustí ihned po startu aplikace, bude fungovat tak, že si student zvolí čím bude měřit a zadá velikost vstupního proudu v ma (nastavení bude limitováno na 0 1000 ma), poté stiskne tlačítko proveď měření. Program sám bude porovnávat teplotu v čase a zobrazí ustálenou hodnotu. Za ustálenou hodnotu se považuje teplota, která se za 5s nezmění o víc než 0,1 C. Student poté může pokračovat měřením pro jinou velikost proudu nebo veškerá zaznamenaná data uložit do souboru, případně vymazat. Druhým módem je automatický mód, který bude jištěn heslem (z důvodu, aby si studenti neusnadňovali práci). V tomto módu se namísto velikosti vstupního proudu zadává perioda měření v ma a volí se zda se bude měřit vzestupný nebo sestupný proud. Program poté bude sám provádět měření s danou periodou, buď od 0 do 1000 ma, nebo opačně, v závislosti na zvoleném módu. Obr. 3 Návrh designu ručního módu

Obr. 4 Návrh designu automatického módu Použité zdroje http://web.vscht.cz/kadleck/aktual/mt_ji/prednasky/mt-ji_05-teplota.pdf http://www.omegaeng.cz/ppt/pptsc.asp?ref=dpi32_series&nav=temm02 http://www.hw.cz/teorie-a-praxe/dokumentace/art1141-mereni-teploty---polovodicoveodporove-senzory-teploty.html http://www.omegaeng.cz/toc_asp/frameset.html?book=temperature&file=sel_guide_meter

Aktualizace zadání Zapojení termistorového a diodového teploměru Zadání: 1. Seznamte se s parametry termistorů pro měření teplot a využitím teplotní závislosti vlastností PN přechodu u diody. 2. Seznamte se s měřícím zařízením. 3. Proveďte vhodný počet měření k porovnání statických charakteristik diodového teploměru a termistorového teploměru. 4. Porovnejte naměřené hodnoty s referenčním rtuťovým teploměrem. Schéma zapojení Blokové schéma zapojení měřicího obvodu termistorového teploměru je na obr. 1. Blokové schéma zapojení pro měření s termistorovým teploměrem a diodovým teploměrem včetně znázornění cejchovacího zařízení s řízeným zdrojem teplého vzduchu na obr.3. Vlastnosti a měření termistorů Zapojení termistorového teploměru využívá operačního zesilovače pro zpracování signálu vzniklého rozvážením odporového Wheatstonova můstku. Pro třívodičový měřicí obvod na obr. 1. platí za předpokladu R 5 =R 5, R 6 =R 6,R 1 =R 2, a R 5 =R M, kde R M je vnitřní odpor můstku s odpory R 1, R 2, R 3, R 4 : U ref R0 R2 R1 R4 U D0 R5 + - R(T) TR R6 U V R v R v odpor přívodního vedení R1, R2, R3, R4 Odporový můstek Obr. 1 Měřící obvod termistorového teploměru TT

R2 ZKP I d U d + - RA U2 I d konstantní proud v propustném směru Obr. 2 Zapojení diodového teploměru DZ

Teplovzdušný ventilátor Optočlen Tyristorový regulátor Kontrolní teploměr Diodový snímač Termistor Měřící přístroj Obr. 3 Měřící aparatura s termistorovým a diodovým teploměrem Diodový teploměr Diodové teploměry využívají teplotní závislosti úbytku napětí U d na diodě při průchodu konstantního proudu I d : (1) U d [V] - napětí na diodě v propustném směru U d0 [V] - napětí na diodě v propustném směru při T = 0 C n [-] - rekombinační koeficient polovodiče k [JK - ] - Boltzmannova konstanta (1,38. 10-23 J.K -1 ) T [K] - termodynamická teplota q [C] - elementární náboj (1,602. 10-19 Coulombu) I d [A] - proud v propustném směru I S [A] - nasycený proud v závěrném směru K* [VK -1 ] - úhrnná konstanta Z uvedeného vztahu je zřejmé, že statická charakteristika je dosti dobře lineární a klesající. Vztah (1) není však zcela lineární, neboť platí:

b = (0,05 až 0,1) [ K -1 ] Diodové teploměry dosahují dle teplotního rozsahu linearity 0,5% až 15%. Příklad uspořádání diodového teploměru je na obr.2. Napojení diodového snímače na vyhodnocovací obvod je na obr. 3. Postup měření: 1. Zapněte měřící přístroj, PC a spustťte měřící aplikaci 2. Zapněte teplovzdušný ventilátor. Postupně zvyšujte jeho topný příkon pomocí nastavovacího pole proudu tyristorem v měřícím programu. 3. Do měřicího prostoru umístěte termistorový a diodový teploměr a na kontrolním rtuťovém teploměru odečítejte přesnou hodnotu teploty ohřívaného vzduchu. 4. Změřte statickou charakteristiku termistorového teploměru v obou směrech. 5. Zapojte diodový teploměr a proveďte změření jeho statické charakteristiky. 6. Změřené charakteristiky zakreslete do grafu, vyhodnoťte jejich průběh a vypočtěte rovnice regresních přímek. Kontrolní otázky 1. Uveďte vztah závislosti odporu termistoru na teplotě. 2. Co je to časová konstanta snímače? 3. Vysvětlete princip diodového teploměru. 4. Který typ teploměru je přesnější?

Algoritmus automatického měření Automatické měření Načti typy připojených teploměrů, vzorkovací periodu a směr měření Převod vzorkovací periody na počet měření Prováděj pro všechna měření Nastav hodnotu proudu Pokud se teplota během 5s nezmění o víc než 0,1 C Zobraz data Poslední měření? NE ANO KONEC