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°. se získá napěťový signál Výstupní signál je 0 – 20 mAss, při průchodu rezistorem 500 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
posuv mm 41,0 40,5 40,0 39,5 39,0 38,5 38,0 37,5 37,0 36,5 36,0 35,5 35,0 34,5 34,0 33,5 33,0
posuvný snímač INPOS - napětí tam zpět průměr hystereze teor.napětí odchylka od linearity [%] U [V] U [V] % Ut [V] 10,00 9,99 9,995 10,009 0,138 0,10 9,40 9,40 9,400 0,00 9,386 0,141 8,78 8,81 8,795 0,30 8,763 0,320 8,12 8,07 8,095 0,50 8,140 0,451 7,53 7,47 7,500 0,60 7,517 0,172 6,95 6,79 6,870 1,60 6,894 0,243 6,32 6,19 6,255 1,30 6,271 0,164 5,70 5,60 5,650 1,00 5,649 0,015 5,09 5,01 5,050 0,80 5,026 0,244 4,46 4,41 4,435 0,50 4,403 0,323 3,81 3,82 3,815 0,10 3,780 0,352 3,18 3,18 3,180 0,00 3,157 0,231 2,55 2,51 2,530 0,40 2,534 0,040 1,93 1,86 1,895 0,70 1,911 0,161 1,31 1,20 1,255 1,10 1,288 0,332 0,67 0,55 0,610 1,20 0,665 0,553 0,06 0,10 0,080 0,40 0,042 0,376
posuv mm 41,0 40,5 40,0 39,5 39,0 38,5 38,0 37,5 37,0 36,5 36,0 35,5
posuvný snímač INPOS - proud tam zpět průměr hystereze teor.proud odchylka od linearity [%] I [mA] I [mA] % I t [mA] 4,57 4,58 4,575 0,22 4,582 0,151 4,31 4,31 4,310 0,00 4,298 0,263 4,03 4,03 4,030 0,00 4,014 0,349 3,74 3,70 3,720 0,87 3,730 0,219 3,44 3,42 3,430 0,44 3,446 0,352 3,18 3,13 3,155 1,09 3,162 0,156 2,89 2,84 2,865 1,09 2,878 0,288 2,62 2,57 2,595 1,09 2,594 0,016 2,34 2,30 2,320 0,87 2,310 0,212 2,07 2,03 2,050 0,87 2,026 0,516 1,77 1,77 1,770 0,00 1,742 0,603 1,47 1,47 1,470 0,00 1,458 0,252
35,0 34,5 34,0 33,5 33,0
1,18 0,90 0,62 0,34 0,06
1,17 0,88 0,58 0,28 0,01
1,175 0,890 0,600 0,310 0,035
0,22 0,44 0,87 1,31 1,09
1,175 0,891 0,607 0,323 0,039
0,011 0,012 0,144 0,276 0,081
otočný snímač INPOS - napětí průměr hystereze teor.napětí odchylka od linearity [%] U [V] [%] Ut [V] 9,565 0,10 9,5514 0,142 8,885 0,31 8,8754 0,100 8,205 0,10 8,1994 0,059 7,525 0,31 7,5234 0,017 6,850 0,21 6,8474 0,027 6,165 0,31 6,1714 0,067 5,490 0,42 5,4954 0,056 4,800 0,42 4,8194 0,203 4,115 0,31 4,1434 0,297 3,440 0,21 3,4674 0,286 2,780 0,00 2,7914 0,119 2,100 0,21 2,1154 0,161 1,420 0,42 1,4394 0,203 0,770 0,21 0,7634 0,069 0,125 0,10 0,0874 0,393
úhel [°] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
tam zpět U [V] 9,57 9,56 8,90 8,87 8,21 8,20 7,54 7,51 6,86 6,84 6,18 6,15 5,51 5,47 4,82 4,78 4,13 4,10 3,45 3,43 2,78 2,78 2,11 2,09 1,44 1,40 0,78 0,76 0,13 0,12
úhel [°] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
otočný snímač INPOS - proud tam zpět průměr hystereze teor.proud odchylka od linearity [%] I [mA] I [mA] [%] I t [mA] 19,30 19,30 19,300 0,00 19,288 0,062 17,94 17,94 17,940 0,00 17,926 0,073 16,61 16,58 16,595 0,16 16,564 0,161 15,23 15,21 15,220 0,10 15,202 0,093 13,85 13,82 13,835 0,16 13,84 0,026 12,49 12,44 12,465 0,26 12,478 0,067 11,09 11,05 11,070 0,21 11,116 0,238 9,73 9,70 9,715 0,16 9,754 0,202 8,40 8,36 8,380 0,21 8,392 0,062 7,05 7,00 7,025 0,26 7,03 0,026 5,67 5,65 5,660 0,10 5,668 0,041 4,29 4,28 4,285 0,05 4,306 0,109
240 260 280
2,93 1,60 0,31
2,91 1,58 0,26
2,920 1,590 0,285
0,10 0,10 0,26
2,944 1,582 0,22
0,124 0,041 0,337
Příklad výpočtu:
Lineární regrese b=
y = a +b⋅x
∑ x⋅∑ y − n⋅∑ x⋅ y (∑ x ) − n ⋅ ∑ x 2
2
a=
1 ⋅ (∑ y − b ⋅ ∑ x ) n
př. Výpočet rovnice regresní přímky posuvného snímače INPOS (první graf „posuvný snímač – napětí“) b=
629 ⋅ 85,41 − 17 ⋅ 3287,238 = 1,2458 629 2 − 17 ⋅ 23375
a=
1 ⋅ (85,41 − 1,2458 ⋅ 629 ) = −41,069 17
y = −41,069 + 1,2458 ⋅ x
Hystereze
δH =
hi 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.
δH =
Grafy:
10 − 9,99 10
⋅100 = 0,1%
Posuvný snímač INPOS
Statická charakteristika - napětí 12
průměrné napětí [V]
10
8
6
průměrné napětí Lineární (průměrné napětí)
4
y = 1,2458x - 41,069
2
0 42,0
40,0
38,0
36,0
34,0
32,0
posuv [mm]
Statická charakteristika - proud 5,000 4,500
průměrný proud [mA]
4,000 3,500 3,000 průměrný proud
2,500
Lineární (průměrný proud)
2,000 1,500 y = 0,5679x - 18,702 1,000 0,500 0,000 42,0
40,0
38,0
36,0
34,0
posuv [mm]
Posuvný snímač INPOS
32,0
Hystereze - napětí 1,80 1,60
hystereze [%]
1,40 1,20 1,00
hystereze
0,80
Lineární (hystereze)
0,60 0,40
y = -0,0397x + 2,0926
0,20 0,00 42,0
40,0
38,0
36,0
34,0
32,0
posuv [mm]
Hystereze - proud 1,40 1,20
hystereze [%]
1,00 0,80
hystereze Lineární (hystereze)
0,60 0,40
y = -0,0621x + 2,9133 0,20 0,00 42,0
40,0
38,0
36,0
34,0
posuv [mm]
Posuvný snímač INPOS
32,0
Odchylka od linearity - napětí 0,6
odchylka od linearity [%]
0,5
0,4 odchylka od linearity
0,3
Lineární (odchylka od linearity)
0,2 y = -0,0173x + 0,8906 0,1
0,0 42,0
40,0
38,0
36,0
34,0
32,0
posuv [mm]
Odchylka od linearity - proud 0,7
odchylka od linearity [%]
0,6 0,5 0,4
odchylka od linearity Lineární (odchylka od linearity)
0,3 0,2
y = 0,0131x - 0,2568 0,1 0,0 42,0
40,0
38,0
36,0
34,0
posuv [mm]
Otočný snímač INPOS
32,0
Statická charakteristika - napětí 12
průměné napětí [V]
10
8 průměné napětí
6
Lineární (průměné napětí)
4 y = -0,0338x + 9,5514
2
0 0
50
100
150
200
250
300
úhel [°]
Statická charakteristika - proud 25,000
pruměrný proud [mA]
20,000
15,000 pruměrný proud Lineární (pruměrný proud)
10,000
y = -0,0681x + 19,288
5,000
0,000 0
50
100
150
200
úhel [°]
Otočný snímač INPOS
250
300
Hystereze - napětí 0,45 0,40
hystereze [%]
0,35 0,30 0,25
hystereze
0,20
Lineární (hystereze)
0,15 0,10
y = -7E-05x + 0,2543
0,05 0,00 0
50
100
150
200
250
300
úhel [°]
Hystereze - proud 0,30
hystereze [%]
0,25
0,20 hystereze
0,15
Lineární (hystereze)
0,10 y = 0,0003x + 0,0963
0,05
0,00 0
50
100
150
200
250
úhel [°]
Otočný snímač INPOS
300
Odchylka od linearity - napětí 0,450 0,400
odchylka od linearity
0,350 0,300 0,250
odchylka od linearity Lineární (odchylka od linearity)
0,200 0,150
y = 0,0007x + 0,0511
0,100 0,050 0,000 0
50
100
150
200
250
300
úhel [°]
Odchylka od linearity - proud 0,400 0,350
odchylka od linearity
0,300 0,250
odchylka od linearity
0,200
Lineární (odchylka od linearity) 0,150 0,100
y = 0,0003x + 0,0758 0,050 0,000 0
50
100
150 úhel [°]
200
250
300
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.
