SB 272 VŠB TUO Ostrava Program 1. Analogové snímače Vypracoval: Crlík Zdeněk Spolupracoval: Jaroslav Zavadil Datum měření: 9.3.2006
Zadání 1. Seznamte se s technickými parametry indukčních snímačů INPOS 2. Změřte statické charakteristiky snímačů INPOS s výst. proudovým a napěťovým. 3. Proveďte linearizaci všech charakteristik regresní přímkou, jejich zhodnocení, porovnání, nakreslete křivku odchylek, určete citlivost a výslednou přesnost snímačů. Schéma Teoretický rozbor Snímače INPOS převádí změnu dráhy malého přímočarého posuvu nebo úhlového natočení na stejnosměrný analogový proudový signál. Tento proud při průchodu rezistorem vytváří napěťový signál, který lze též snímat jako napěťový výstup. Snímač INPOS s přímým posuvem jádra má vstupní signál posuv jádra v rozmezí 0 až 8 mm. U aplikací, kde je nutno snímat posuvy v jiných mezích je nutno změnu polohy mechanicky upravit do tohoto rozsahu vhodným způsobem. Jádro je uchyceno na plíškových pružinkách, odtud označení snímače s pružinami. Výstupní unifikovaný signál je 0 5 ma (Iss), vedeme-li tento proud přes rezistor 200, vzniká na něm napěťový signál 0 10V. Snímač INPOS v druhém provedení je snímač INPOS s vačkou. Tato vačka převádí úhlové natočení (vstupní veličinu) opět na přímočarý posuv jádra transformátoru. Sekundární cívky transformátoru jsou v diferenčním zapojení. Úhel natočení je 0 270, maximálně 295. Výstupní signál je 0 20 mass, při průchodu rezistorem 500 se získá napěťový signál v rozmezí 0 10V. Výrobce ZPA Nová Paka udává u obou snímačů lineární závislost s max. odchylkou 1% a nulovou hysterezi. Pro snímače INPOS se vyrábí i napájecí zdroj, který je na měřicím přípravku též instalován. Zdroj z napětí sítě 220/50 Hz získává dvě stejnosměrná napájecí napětí +15 V a -15 V vůči nulovému vodiči, která přivádí ke snímačům. Uvnitř snímače jsou tato napětí dvojčinným střídačem měněna na střídavé napětí pravoúhlého tvaru. Tímto napětím je napájena primární cívka transformátoru indukčního snímače. Napětí na sekundární cívce je úměrné poloze pohyblivého jádra, které tvoří vazbu mezi primárem a sekundárem. Napětí ze sekundární cívky je usměrněno, zesíleno a přivedeno na výstup snímače. Na horní straně snímače jsou pájecí body, jejich propojením se volí poloha pro nulový výstupní signál a směr otáčení. Otvorem v boku vysílače je přístupný potenciometr pro seřízení nulového výstupního signálu. Principielní schéma zapojení indukčního snímače s otevřeným magnetickým obvodem v provedení INPOS je na obr.1.
Snímače INPOS jsou umístěny na jediné dřevěné vyjímatelné poličce. Posuv jádra lze odečítat na zabudovaném mikrometrickém měřítku. U snímačů INPOS je instalována bakelitová krabice obsahuje zdroj +15 V a -15 V, dále pak je na ní umístěn přepínač pro volbu výstupu proudového či napěťového (napěťový výstup se volí přepnutím do polohy R. Tabulky posuvný snímač INPOS - napětí posuv tam zpět průměr hystereze teor.napětí mm U [V] U [V] % U t [V] odchylka od linearity [%] 41,0 10,00 9,99 9,995 0,10 10,009 0,138 40,5 9,40 9,40 9,400 0,00 9,386 0,141 40,0 8,78 8,81 8,795 0,30 8,763 0,320 39,5 8,12 8,07 8,095 0,50 8,140 0,451 39,0 7,53 7,47 7,500 0,60 7,517 0,172 38,5 6,95 6,79 6,870 1,60 6,894 0,243 38,0 6,32 6,19 6,255 1,30 6,271 0,164 37,5 5,70 5,60 5,650 1,00 5,649 0,015 37,0 5,09 5,01 5,050 0,80 5,026 0,244 36,5 4,46 4,41 4,435 0,50 4,403 0,323 36,0 3,81 3,82 3,815 0,10 3,780 0,352 35,5 3,18 3,18 3,180 0,00 3,157 0,231 35,0 2,55 2,51 2,530 0,40 2,534 0,040 34,5 1,93 1,86 1,895 0,70 1,911 0,161 34,0 1,31 1,20 1,255 1,10 1,288 0,332 33,5 0,67 0,55 0,610 1,20 0,665 0,553 33,0 0,06 0,10 0,080 0,40 0,042 0,376 posuvný snímač INPOS - proud posuv tam zpět průměr hystereze teor.proud mm I [ma] I [ma] % I t [ma] odchylka od linearity [%] 41,0 4,57 4,58 4,575 0,22 4,582 0,151 40,5 4,31 4,31 4,310 0,00 4,298 0,263 40,0 4,03 4,03 4,030 0,00 4,014 0,349 39,5 3,74 3,70 3,720 0,87 3,730 0,219 39,0 3,44 3,42 3,430 0,44 3,446 0,352 38,5 3,18 3,13 3,155 1,09 3,162 0,156 38,0 2,89 2,84 2,865 1,09 2,878 0,288 37,5 2,62 2,57 2,595 1,09 2,594 0,016 37,0 2,34 2,30 2,320 0,87 2,310 0,212 36,5 2,07 2,03 2,050 0,87 2,026 0,516 36,0 1,77 1,77 1,770 0,00 1,742 0,603 35,5 1,47 1,47 1,470 0,00 1,458 0,252
35,0 1,18 1,17 1,175 0,22 1,175 0,011 34,5 0,90 0,88 0,890 0,44 0,891 0,012 34,0 0,62 0,58 0,600 0,87 0,607 0,144 33,5 0,34 0,28 0,310 1,31 0,323 0,276 33,0 0,06 0,01 0,035 1,09 0,039 0,081 otočný snímač INPOS - napětí úhel tam zpět průměr hystereze teor.napětí [ ] U [V] U [V] [%] U t [V] odchylka od linearity [%] 0 9,57 9,56 9,565 0,10 9,5514 0,142 20 8,90 8,87 8,885 0,31 8,8754 0,100 40 8,21 8,20 8,205 0,10 8,1994 0,059 60 7,54 7,51 7,525 0,31 7,5234 0,017 80 6,86 6,84 6,850 0,21 6,8474 0,027 100 6,18 6,15 6,165 0,31 6,1714 0,067 120 5,51 5,47 5,490 0,42 5,4954 0,056 140 4,82 4,78 4,800 0,42 4,8194 0,203 160 4,13 4,10 4,115 0,31 4,1434 0,297 180 3,45 3,43 3,440 0,21 3,4674 0,286 200 2,78 2,78 2,780 0,00 2,7914 0,119 220 2,11 2,09 2,100 0,21 2,1154 0,161 240 1,44 1,40 1,420 0,42 1,4394 0,203 260 0,78 0,76 0,770 0,21 0,7634 0,069 280 0,13 0,12 0,125 0,10 0,0874 0,393 otočný snímač INPOS - proud úhel tam zpět průměr hystereze teor.proud [ ] I [ma] I [ma] [%] I t [ma] odchylka od linearity [%] 0 19,30 19,30 19,300 0,00 19,288 0,062 20 17,94 17,94 17,940 0,00 17,926 0,073 40 16,61 16,58 16,595 0,16 16,564 0,161 60 15,23 15,21 15,220 0,10 15,202 0,093 80 13,85 13,82 13,835 0,16 13,84 0,026 100 12,49 12,44 12,465 0,26 12,478 0,067 120 11,09 11,05 11,070 0,21 11,116 0,238 140 9,73 9,70 9,715 0,16 9,754 0,202 160 8,40 8,36 8,380 0,21 8,392 0,062 180 7,05 7,00 7,025 0,26 7,03 0,026 200 5,67 5,65 5,660 0,10 5,668 0,041 220 4,29 4,28 4,285 0,05 4,306 0,109
240 2,93 2,91 2,920 0,10 2,944 0,124 260 1,60 1,58 1,590 0,10 1,582 0,041 280 0,31 0,26 0,285 0,26 0,22 0,337 Příklad výpočtu: Lineární regrese y = a + b x x y n x y 1 b = a = ( 2 2 ( x) y b x) n x n př. Výpočet rovnice regresní přímky posuvného snímače INPOS (první graf posuvný snímač napětí ) 629 85,41 17 3287,238 1 b = = 1,2458 a = ( 85,41 1,2458 629) = 41, 069 2 629 17 23375 17 y = 41,069 + 1, 2458 x Hystereze δ H = h i y max př. Výpočet hodnoty hystereze v první tabulce posuvný snímač INPOS napětí první řádek (hodnota posuvu 41mm). V tabulce je tato hodnota vyznačena tučnou kurzívou. δ H 10 9,99 = 100 = 0,1% 10 Grafy:
Posuvný snímač INPOS Statická charakteristika - napětí 12 10 průměrné napětí [V] 8 6 4 průměrné napětí Lineární (průměrné napětí) 2 y = 1,2458x - 41,069 0 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 posuv [mm] Statická charakteristika - proud 5,000 průměrný proud [ma] 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 průměrný proud Lineární (průměrný proud) y = 0,5679x - 18,702 0,000 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 posuv [mm] Posuvný snímač INPOS
Hystereze - napětí 1,80 1,60 1,40 hystereze [%] 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 hystereze Lineární (hystereze) y = -0,0397x + 2,0926 0,00 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 posuv [mm] Hystereze - proud 1,40 1,20 1,00 hystereze [%] 0,80 0,60 0,40 0,20 hystereze Lineární (hystereze) y = -0,0621x + 2,9133 0,00 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 posuv [mm] Posuvný snímač INPOS
Odchylka od linearity - napětí 0,6 0,5 odchylka od linearity [%] 0,4 0,3 0,2 0,1 odchylka od linearity Lineární (odchylka od linearity) y = -0,0173x + 0,8906 0,0 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 posuv [mm] Odchylka od linearity - proud 0,7 0,6 odchylka od linearity [%] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 odchylka od linearity Lineární (odchylka od linearity) y = 0,0131x - 0,2568 0,0 42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 32,0 posuv [mm] Otočný snímač INPOS
Statická charakteristika - napětí 12 10 průměné napětí [V] 8 6 4 průměné napětí Lineární (průměné napětí) 2 y = -0,0338x + 9,5514 0 0 50 100 150 200 250 300 úhel [ ] Statická charakteristika - proud 25,000 20,000 pruměrný proud [ma] 15,000 10,000 5,000 pruměrný proud Lineární (pruměrný proud) y = -0,0681x + 19,288 0,000 0 50 100 150 200 250 300 úhel [ ] Otočný snímač INPOS
Hystereze - napětí 0,45 0,40 0,35 hystereze [%] 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 hystereze Lineární (hystereze) y = -7E-05x + 0,2543 0,05 0,00 0 50 100 150 200 250 300 úhel [ ] Hystereze - proud 0,30 0,25 hystereze [%] 0,20 0,15 0,10 0,05 hystereze Lineární (hystereze) y = 0,0003x + 0,0963 0,00 0 50 100 150 200 250 300 úhel [ ] Otočný snímač INPOS
Odchylka od linearity - napětí 0,450 0,400 odchylka od linearity 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 odchylka od linearity Lineární (odchylka od linearity) y = 0,0007x + 0,0511 0,000 0 50 100 150 200 250 300 úhel [ ] Odchylka od linearity - proud 0,400 0,350 0,300 odchylka od linearity 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 odchylka od linearity Lineární (odchylka od linearity) y = 0,0003x + 0,0758 0,000 0 50 100 150 200 250 300 úhel [ ]
Závěr Začínali jsme měřit závislost frekvence pulsů na rychlosti otáčení. Napětí motoru se nastavila na 0.7 V. Pomocí potenciometru jsme zvyšovali napětí na motoru o 0.5 V a po ustálení odečetli hodnotu na displeji (čítači). Jakmile jsme se dostali na hodnotu napětí 6.7 V, pokračovalo se zpět na hodnotu napětí 0.7 V. Naměřené hodnoty jsem nanesl do grafů. Vznik odchylek dávám na vinu hřídelce mezi motorkem a IRC snímačem, která vykonávala místo kruhového pohybu elipsový pohyb, což nám stěžovalo odečítání z čítače. Takže se nám stalo, že jsme museli například u napětí motoru 2.7 V volit z rozmezí od 210 do 270 [Hz]. Druhé měření proběhlo jako závislost počtu vygenerovaných pulsů na úhlu natočení. Ručně se nastavilo 0 na úhloměru a aktivovalo tlačítko RESET. Nastavili jsme hodnotu na úhloměru o 10 větší a začínali odečítat a zároveň zaznamenávat hodnotu z indikátoru počtu pulsů. Až jsme se dostali na hodnotu 360º,dále se pokračovalo zpět na 10º. Z tabulky můžete vidět, že pro jeden stupeň odpovídá přibližně 11 pulsů. Ač na první pohled vypadá tato část měření zdlouhavě (82 hodnot), proběhlo rychleji něž první. Musím konstatovat, že měření závislosti počtu vygenerovaných pulsů na úhlu natočení je přesná metoda. Vznik odchylek připisuji na vrub nepřesného nastavení úhloměru. Tudíž lidský faktor zde hraje hlavní roly.