WROCŁAW

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

Zakład Metrologii i Badań Jakości

1

Wrocław, dnia

Rok i kierunek studiów

Grupa (dzień tygodnia i godzina rozpoczęcia zajęć)

1.

Imię i nazwisko

2.

Imię i nazwisko

3.

Laboratorium Podstaw Metrologii

Ćwiczenie 3

Imię i nazwisko

Przetworniki

Badanie właściwości statycznych rezystancyjnego przetwornika potencjometrycznego.

1. Wstęp

a) Przetworniki potencjometryczne rezystancyjne służą do pomiaru przemieszczeń liniowych lub kątowych. Zmiana położenia
liniowego lub kątowego (w zależności od budowy) ślizgacza przetwornika powoduje zmianę oporności zgodnie z funkcją
przetwarzania:

l

l

max

α

max

dla potencjometru przesuwnego:

dla potencjometru obrotowego:

[ ]

Ω

=

max

max

l

R

l

R

[ ]

Ω

=

max

max

α

α

R

R

gdzie:

R

max

– całkowita rezystancja potencjometru [

Ω];

l

max

– maksymalny zakres liniowego przemieszczenia ślizgacza potencjometru przesuwnego [mm];

α

max

– maksymalny zakres kątowego przemieszczenia ślizgacza potencjometru obrotowego [

°].

2. Badanie właściwości obrotowego, potencjometrycznego przetwornika rezystancyjnego.

a) Dla obrotowego, potencjometrycznego przetwornika wyznaczyć czułość S oraz stałą C dla znanych wartości U

max

i

α

max

.

U

max

=

5,00

[V]

α

max

=

300

[

°]

=

=

max

max

α

U

S

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

o

V

=

=

S

C

1

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

V

o

b) Zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku, podłączając stabilizowany zasilacz prądu stałego
do odpowiedniego gniazda na tylnej ściance obudowy układu przetwarzania oraz woltomierz cyfrowy do złączy, oznaczonych
numerami 2 i 3 na górnej powierzchni obudowy układu.

1

2

3

Woltomierz

cyfrowy

P

Zasilacz

stabilizowany

5V DC

+

WROCŁAW

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

Zakład Metrologii i Badań Jakości

2

c) Wyznaczyć zależność zmiany napięcia U na

zaciskach 2 i 3 układu pomiarowego od kąta obrotu

α

potencjometru. Odczyty należy dokonywać na
woltomierzu cyfrowym obracając pokrętło potencjometru
o kąt

α

= 10

° w zakresie 0° ÷ 300°.

Tab.1 Wyniki pomiarów przetwornika potencjometrycznego – obrotowego

l.p.

α

[

°]

U [V]

↑

U [V]

↓

U

śr

[V]

U

t

[V]

1 0

2 10

3 20

4 30

5 40

6 50

7 60

8 70

9 80

10 90

Wykonać dwie serie pomiarów: przy rosnących

wartościach kąta

α

, od 0

° do 300° (oznaczonych w

tabeli symbolem

↑ ) oraz przy malejących wartościach

kąta

α

, od 300

° do 0° (oznaczonych w tabeli symbolem

↓ ). Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć wartość średnią napięcia U

śr

z wartości

odczytanych przy tym samym kącie obrotu pokrętła
potencjometru podczas pomiaru przy rosnących
wartościach kąta

α

(

↑) i malejących wartościach kąta

α

(

↓) z zależności:

2

↓

+

↑

=

U

U

U

śr

[V]

gdzie:

U

↑ – wartość napięcia podczas pomiaru

przy rosnących wartościach kąta

α

[V]

U

↓ – wartość napięcia podczas pomiaru

przy malejących wartościach kąta

α

[V]

11 100

12 110

13 120

14 130

15 140

16 150

17 160

18 170

19 180

20 190

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć wartości teoretyczne napięcia U

t

z zale-

żności:

)

k

(

rk

k

U

t

−

+

=

1

1

21 200

22 210

23 220

[V]

gdzie:

R

R

r

max

=

max

k

α

α

=

gdzie:

α

–

wartość kąta obrotu potencjometru [

°]

α

max

– maksymalna wartość kąta obrotu poten-

cjometru [

°]

R

max

– maksymalna wartość rezystancji poten-
cjometru obrotowego [

Ω]

R –

wartość rezystancji potencjometru obro-

towego przy danym kącie obrotu

α

[

Ω]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

3. Badanie właściwości obrotowego, potencjometrycznego przetwornika rezystancyjnego obciążonego rezystancją R

dot

a) Zestawić układ pomiarowy zgodnie ze wskazanym schematem przedstawionym na rysunku (załącznik), podłączając stabilizowany

zasilacz prądu stałego do odpowiedniego gniazda na tylnej ściance obudowy układu przetwarzania oraz woltomierz cyfrowy
do odpowiednich złączy na górnej powierzchni obudowy układu. Dodatkowo obciążyć układ rezystancją R

dot

, zgodnie ze wskazanym

schematem przedstawionym na rysunku (załącznik) podłączoną do odpowiednich złączy na górnej powierzchni obudowy odpowiednio
dobierając jej wartość. Uzupełnić rysunek poniżej oznaczając odpowiednie połączenia zgodnie ze wskazanym schematem
przedstawionym na rysunku (załącznik).

Układ zgodny

ze schematem

przedstawionym

w załączniku

1

2

3

Woltomierz

cyfrowy

P

Zasilacz

stabilizowany

5V DC

+

R

dot

Przyjęta wartość

rezystancji R

dot

[

Ω] [kΩ] *

*) niepotrzebne skreślić

24 230

25 240

26 250

27 260

28 270

29 280

30 290

31 300

WROCŁAW

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

Zakład Metrologii i Badań Jakości

3

c) Wyznaczyć zależność zmiany napięcia U na
zaciskach 2 i 3 układu pomiarowego od kąta obrotu

α

potencjometru. Odczyty należy dokonywać na
woltomierzu cyfrowym obracając pokrętło poten-
cjometru o kąt

α

= 10

° w zakresie 0° ÷ 300°.

Tab.2 Wyniki pomiarów przetwornika potencjometrycznego – obrotowego,
obciążonego dodatkową rezystancją R

dot

l.p.

α

[

°]

U [V]

↑

U [V]

↓

U

śr

[V]

U

t

[V]

δ

[V]

1 0

2 10

3 20

4 30

5 40

6 50

7 60

8 70

9 80

Wykonać dwie serie pomiarów: przy rosnących

wartościach kąta

α

, od 0

° do 300° (oznaczonych w tabeli

symbolem

↑ ) oraz przy malejących wartościach kąta

α

,

od 300

° do 0° (oznaczonych w tabeli symbolem ↓ ).

Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć wartości średnie napięcia U

śr

z wartości

odczytanych przy tym samym kącie obrotu pokrętła
potencjometru podczas pomiaru przy rosnących
wartościach kąta

α

(

↑) i malejących wartościach kąta

α

(

↓) z zależności:

2

↓

+

↑

=

U

U

U

śr

[V]

gdzie:

U

↑ – wartość napięcia podczas pomiaru

przy rosnącej wartości kąta

α

[V]

U

↓ – wartość napięcia podczas pomiaru

przy malejącej wartości kąta

α

[V]

10

90

11

100

12

110

13

120

14

130

15

140

16

150

17

160

18

170

19

180

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć wartości teoretyczne napięcia U

t

z zale-

żności:

)

k

(

rk

k

U

t

−

+

=

1

1

20

190

21

200

22

210

[V]

gdzie:

R

R

r

max

=

max

k

α

α

=

23

220

24

230

25

240

26

250

27

260

28

270

29

280

30

290

31

300

gdzie:

α

–

wartość kąta obrotu potencjometru [

°]

α

max

– maksymalna wartość kąta obrotu poten-

cjometru [

°]

R

max

– maksymalna wartość rezystancji poten-
cjometru obrotowego [

Ω]

R –

wartość rezystancji potencjometru obro-

towego przy danym kącie obrotu

α

[

Ω]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć wartości błędów

δ

z zależności:

t

śr

U

U

−

=

δ

[V]

gdzie:

U

śr

– wartość średnia napięcia dla odpowiedniej wartości kąta

α

[V]

U

t

–

wartość teoretyczna napięcia dla odpowiedniej wartości kąta

α

[V]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć maksymalną wartość błędu względnego

δ

max

oraz kąt

α przy której ta wartość występuje z zależności:

%

U

U

U

max

max

śr

max

100

⋅

−

=

δ

gdzie:

U

śr

– wartość średnia napięcia dla odpowiedniej wartości kąta

α

[V]

U –

wartość zmierzonego napięcia dla odpowiedniej wartości kąta

α

[V] (pomiar dla serii

↑ lub ↓ - wybrać tą wartość, która

zapewni maksymalną wartość wyrażeniu |U

śr

–U|

U

max

– wartość maksymalna napięcia dla odpowiedniej wartości kąta

α

[V]

δ

max

=

[%]

Dla kąta

α =

[

°]

WROCŁAW

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

Zakład Metrologii i Badań Jakości

4

4. Badanie właściwości przesuwnego, potencjometrycznego przetwornika rezystancyjnego.

a)

Dla przesuwnego, potencjometrycznego przetwornika wyznaczyć czułość S oraz stałą C dla znanych wartości U

max

i l

max

.

U

max

=

5,00

[V]

l

max

=

50

[mm]

=

=

max

max

l

U

S

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

mm

V

=

=

S

C

1

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

V

mm

b)

Zestawić układ pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku, podłączając stabilizowany zasilacz prądu stałego

do odpowiedniego gniazda na tylnej ściance obudowy układu przetwarzania oraz woltomierz cyfrowy do złączy, oznaczonych
numerami 2 i 3 na górnej powierzchni obudowy układu.

1

2

3

Woltomierz

cyfrowy

P

Zasilacz

stabilizowany

5V DC

+

c)

Wyznaczyć zależność zmiany napięcia U na

zaciskach 2 i 3 układu pomiarowego od przesunięcia l
potencjometru. Odczyty należy dokonywać na
woltomierzu cyfrowym przesuwając suwak potencjo-
metru o wartość 2 mm w zakresie 0

÷50 mm.

Wykonać dwie serie pomiarów: przy rosnących

wartościach przesunięcia l, od 0 do 50 mm
(oznaczonych w tabeli symbolem

↑ ) oraz przy

malejących wartościach przesunięcia l, od 50 do 0 mm
(oznaczonych w tabeli symbolem

↓ ). Wyniki pomiarów

zamieścić w tabeli.

Tab.3 Wyniki pomiarów przetwornika potencjometrycznego – przesuwnego

l.p. l [mm]

U [V]

↑

U [V]

↓

U

śr

[V]

U

t

[V]

1 0

2 2

3 4

4 6

5 8

6 10

7 12

8 14

9 16

10 18

11 20

Wyznaczyć wartość średnią napięcia U

śr

z wartości

odczytanych przy tym samym przesunięciu suwaka
potencjometru podczas pomiaru przy rosnących
wartościach przesunięcia l (

↑) i malejących wartościach

przesunięcia l (

↓) z zależności:

12 22

13 24

14 26

15 28

16 30

17 32

18 34

19 36

20 38

21 40

22 42

2

↓

+

↑

=

U

U

U

śr

[V]

gdzie:

U

↑ – wartość napięcia podczas pomiaru przy

rosnących wartościach przesunięcia l [V]

U

↓ – wartość napięcia podczas pomiaru przy

malejących wartościach przesunięcia l [V]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć wartości teoretyczne napięcia U

t

z zale-

żności:

)

k

(

rk

k

U

t

−

+

=

1

1

23 44

24 46

25 48

26 50

[V]

gdzie:

R

R

r

max

=

max

l

l

k

=

gdzie:

l –

wartość przesunięcia suwaka potencjometru [mm]

l

max

– maksymalna wartość przesunięcia suwaka potencjometru [mm]

R

max

– maksymalna wartość rezystancji potencjometru przesuwnego [

Ω]

R –

wartość rezystancji potencjometru przesuwnego przy danym przesunięciu l suwaka [

Ω]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

WROCŁAW

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

Zakład Metrologii i Badań Jakości

5

5. Badanie właściwości obrotowego, potencjometrycznego przetwornika rezystancyjnego obciążonego rezystancją R

dot

a)

Zestawić układ pomiarowy zgodnie ze wskazanym schematem przedstawionym na rysunku (załącznik), podłączając stabilizowany

zasilacz prądu stałego do odpowiedniego gniazda na tylnej ściance obudowy układu przetwarzania oraz woltomierz cyfrowy do
odpowiednich złączy na górnej powierzchni obudowy układu. Dodatkowo obciążyć układ rezystancją R

dot

, zgodnie ze wskazanym

schematem przedstawionym na rysunku (załącznik) podłączoną do odpowiednich złączy na górnej powierzchni obudowy odpowiednio
dobierając jej wartość. Uzupełnić rysunek poniżej oznaczając odpowiednie połączenia zgodnie ze wskazanym schematem
przedstawionym na rysunku (załącznik).

Układ zgodny

ze schematem

przedstawionym

w załączniku

1

2

3

Woltomierz

cyfrowy

P

Zasilacz

stabilizowany

5V DC

+

R

dot

Przyjęta wartość

rezystancji R

dot

[

Ω] [kΩ] *

*) niepotrzebne skreślić

c)

Wyznaczyć zależność zmiany napięcia U na

zaciskach 2 i 3 układu pomiarowego od kąta obrotu

α

potencjometru. Odczyty należy dokonywać na
woltomierzu cyfrowym przesuwając suwak poten-
cjometru o l = 2 mm w zakresie 0

÷ 50 mm.

Wykonać dwie serie pomiarów: przy rosnących

wartościach przesunięcia l, od 0 do 50 mm
(oznaczonych w tabeli symbolem

↑ ) oraz przy

malejących wartościach przesunięcia l, od 50 do 0 mm
(oznaczonych w tabeli symbolem

↓ ). Wyniki pomiarów

zamieścić w tabeli.

Tab.4 Wyniki pomiarów przetwornika potencjometrycznego – przesuwnego,
obciążonego dodatkową rezystancją R

dot

l.p.

l [mm]

U [V]

↑

U [V]

↓

U

śr

[V]

U

t

[V]

δ

[V]

1 0

2 2

3 4

4 6

5 8

6 10

7 12

8 14

9 16

10

18

11

20

Wyznaczyć wartości średnie napięcia U

śr

z wartości

odczytanych przy tym samym kącie obrotu pokrętła
potencjometru podczas pomiaru przy rosnących
wartościach przesunięcia l (

↑) i malejących wartościach

przesunięcia l (

↓) z zależności:

2

↓

+

↑

=

U

U

U

śr

[V]

gdzie:

U

↑ – wartość napięcia podczas pomiaru

przy rosnącej wartości przesunięcia l [V]

U

↓ – wartość napięcia podczas pomiaru

przy malejącej wartości przesunięcia l [V]

12

22

13

24

14

26

15

28

16

30

17

32

18

34

19

36

20

38

21

40

22

42

23

44

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.


Wyznaczyć wartości teoretyczne napięcia U

t

z zale-

żności:

)

k

(

rk

k

U

t

−

+

=

1

1

24

46

25

48

26

50

[V]

gdzie:

R

R

r

max

=

max

l

l

k

=

gdzie:

l –

wartość przesunięcia l potencjometru [mm]

l

max

– maksymalna wartość przesunięcia l potencjometru [mm]

R

max

– maksymalna wartość rezystancji potencjometru obrotowego [

Ω]

R –

wartość rezystancji potencjometru obrotowego przy danym przesunięciu l [

Ω]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

WROCŁAW

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej

Zakład Metrologii i Badań Jakości

6

Wyznaczyć wartości błędów

δ

z zależności:

t

śr

U

U

−

=

δ

[V]

gdzie:

U

śr

– wartość średnia napięcia dla odpowiedniej wartości przesunięcia l [V]

U

t

–

wartość teoretyczna napięcia dla odpowiedniej wartości przesunięcia l [V]

Wyniki obliczeń zamieścić w tabeli.

Wyznaczyć maksymalną wartość błędu względnego

δ

max

oraz wartość przesunięcia l przy której ta wartość występuje z zależności:

%

U

U

U

max

max

śr

max

100

⋅

−

=

δ

gdzie:

U

śr

– wartość średnia napięcia dla odpowiedniej wartości przesunięcia l [V]

U –

wartość zmierzonego napięcia dla odpowiedniej wartości przesunięcia l [V] (pomiar dla serii

↑ lub ↓ - wybrać tą wartość,

która zapewni maksymalną wartość wyrażeniu |U

śr

–U| )

U

max

– wartość maksymalna napięcia dla odpowiedniej wartości przesunięcia l [V]

δ

max

=

[%] Dla

przesunięcia l =

[mm]

6. Wykresy

a)

Wykonać wspólne wykresy zależności U

t

(

α

) i U

śr

(

α

) na podstawie danych z tabeli 2 (arkusz formatu A4)

b)

Wykonać wspólne wykresy zależności U

t

(l) i U

śr

(l) na podstawie danych z tabeli 4 (arkusz formatu A4).