2011A
1. Stała czułości odkształceniowej k dla tensometrów metalowych i półprzewodnikowych.
Stała tensometru k wyznaczana jest doświadczalnie i zależy od rodzaju materiału z jakiego wykonany jest tensometr. Dla typowych metali waha się od 1,6 do 3,6. Dla tensometrów półprzewodnikowych krzemowych lub germanowych k = (40-300). Pracują one dobrze w układach obciążonych zarówno statycznie jak i dynamicznie. Wadą tych tensometrów jest zależność k od temperatury i wydłużenia względnego.
2. Podać (opisać) zasadę kompensacji wpływu zmian temperatury swobodnych końców termoelementu.
Można to uzyskać przez zamontowanie ich na „bloku izotermicznym”, który będzie miał odpowiednią masę mogącą zamortyzować fluktuacje temperatury otoczenia podczas utrzymywania styków w takiej samej temperaturze (rys. 2a).
Rys. 2. Rozwój typowego wejścia termopary
Z kolei możemy przesunąć styk odniesienia poza kąpiel lodową, na blok izotermiczny, tworząc obwód z rysunku 2b. Dzięki temu końcówki przyrządu i styk odniesienia (J2, J3 i J4) mają taką samą temperaturę. Temperatura ta może być odczytywana przez czujnik, który nie potrzebuje styku odniesienia, taki jak termistor czy półprzewodnikowy czujnik temperatury, będący w kontakcie z blokiem izotermicznym. Udało się nam tym sposobem wyeliminować konieczność zastosowania oddzielnego źródła temperatury odniesienia oraz możemy mierzyć temperaturę końcówek i styków odniesienia.
Ostatnim krokiem upraszczania wejściowego obwodu termopary jest usunięcie odcinka drutu stopu 2 od styku odniesienia (J4) do wejścia do przyrządu (J3). Prawo o metalach pośrednich mówi, że umieszczenie trzeciego metalu pomiędzy dwoma różnymi metalami styku termopary nie będzie miało wpływu na napięcie wyjściowe dopóki dwa styki uformowane przez dodatkowy metal mają identyczną temperaturę. Ponieważ styki te są przymocowane do bloku izotermicznego, to ich temperatury są jednakowe. W tym przypadku styk termopary trzeba wyobrazić sobie jako utworzony przez miedź i stop 1, ze stopem 2 jako metalem pośrednim.
Usuwając stop 2 uzyskuje się obwód wejściowy powszechnie wykorzystywany we współczesnych wejściach przyrządów termoparowych (rys. 2d). Ustalona temperatura odniesienia i termopara nie są już potrzebne, gdyż do odczytu temperatury bloku izotermicznego i końcówek wejściowych jest teraz używany nietermoparowy czujnik odniesienia. Na bloku izotermicznym może być umieszczonych kilka wejść termoparowych, a czujnik temperatury odniesienia używany do kompensowania ich wszystkich.
3. Dla układu mostka z czujnikami tensometrycznymi wartości rezystancji wynoszą R=120Ω, ∆R=0.1 Ω. Podać wyrażenia i obliczyć odkształcenie względne ε oraz napięcie wyjściowe Uwy.
UWY=UZ∙R+∆RR+R+∆R-R-∆RR+R-∆R=UZ∙R+∆R2R+∆R-R-∆R2R-∆R
UWY=1∙120+0,1240+0,1-120-0,1240-0,1=1∙120,1240,1-119,9239,9=1∙0,500208-0,499792=0,000416 mV
ε=1k∙∆RR=12∙0,1120=4,17∙10-4
4. Zarejestrowano 3 kolejne 16 bitowe słowa 12-bitowego unipolarnego przetwornika A/C: D1= AE8Fhex , D2= 298Fhex i D3= 0D7Fhex (UFS=5.0V). 12-bitowe słowo kodowe a11…a0 przetwornika znajduje się na pozycjach b15…b4 słowa maszynowego. Określ zmierzone wartości chwilowe próbek sygnału analogowego.
D1= AE8F(16)=1010 1110 1000 1111(2)
Słowo kodowane
Kanał
X1dec=0*20+0*21+0*22+1*23+0*24+1*25+1*26+1*27+0*28+1*29+0*210+1*211=8+32+64+128+512+2048=2792(10)
D2= 298F(16)=0010 1001 1000 1111(2)
X2dec=0*20+0*21+0*22+1*23+1*24+0*25+0*26+1*27+0*28+1*29+0*210+0*211=8+16+128+512=664(10)
D3= 0D7F(16)=0000 1101 0111 1111(2)
X3dec=1*20+1*21+1*22+0*23+1*24+0*25+1*26+1*27+0*28+0*29+0*210+0*211=1+2+4+16+64+128=
=215(10)
U1=UFSX1dec2N=5∙2792212=139604096=3,4098V
U2=UFSX2dec2N=5∙664212=0,8105V
U3=UFSX3dec2N=5∙215212=0,2625V
5. W systemie pomiarowym uzyskano kolejne słowa kodowe Xi= FC18hex, Xi+1= 09C4hex, i Xi+2= 61A8hex. Przetwornik A/C jest przetwornikiem bipolarnym o rozdzielczości N=16 bit, nominalnym zakresie pomiarowym UFS=10V, a słowo kodowe są w systemie U2. Określ wartości zmierzonych napięć przy wzmocnieniu K=10 wzmacniacza pomiarowego modułu.
W kodzie U2 wartość wagi najstarszego bitu (MSB) jest ujemna.
Xi(dec)=FC18(U2)=1111 1100 0001 1000 = (-1)*215+1*214+1*213+1*212+1*211+1*210+1*24+1*23 =
= -32768+16384+8192+4096+2048+1024+16+8 = -1000
Xi+1(dec)=09C4(U2)= 0000 1001 1100 0100 = 22+26+27+28+211= 2500
Xi+2(dec)=61A8(U2)= 0110 0001 1010 1000 = 23+25+27+28+213+214 =25000
Uxi=UFS∙Xi(dec)2N-1K=10∙(-1000)21510=-0,0305V
Uxi+1=UFS∙Xi+1(dec)2N-1K=10∙250021510=0,0763V
Uxi+2=UFS∙Xi(dec)2N-1K=10∙2500021510=0,7629V
7. Obliczyć błąd liniowości czujnika PT100 dla temperatur υ=100*C
Rυ=R0(1+Aυ+Bυ2) gdzie, A=3.9*10-3 °C-1, B=-5,8*10-7 °C-1
RυL=R0(1+Aυ)
Dla υ=100*C RυL=100Ω*1+3.9*10-3*100=139Ω
Rυ=100Ω*1+3.9*10-3*100-5.8*10-7*1002=138,42Ω
δi=R100-R100LR100-R0*100%=138,42-139138,42-100*100%=-1,51%
8. Mostek niezrównoważony z czterema tensometrami. Schemat, funkcja przetwarzania, przykłady zastosowania.
UWY=UZ∙R+∆RR-∆R+R+∆R-R-∆RR+∆R...
plazik21