background image

 

WAT – WYDZIAŁ ELEKTRONIKI   

INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH 

 

Przedmiot:         CZUJNIKI I PRZETWORNIKI POMIAROWE  

Ć

wiczenie nr 2 

PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE 

Temat: Przetworniki indukcyjnościowe 

/POMIARY PRZEMIESZCZEŃ LINIOWYCH I KĄTOWYCH/

 

 
Grupa: ............................................................ 
 

1. ............................................................. 

 

2. ............................................................. 

 

3. .............................................................. 

 

4. .............................................................. 

Data wykonania 

ć

wiczenia: 

........................................................................ 

Data oddania sprawozdania: 

......................................................................... 

Ocena: 

........................................................................ 

Prowadz

ą

cy: 

 

......................................................................... 

 

Uwagi prowadz

ą

cego 

ć

wiczenie: 

 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Cel 

ć

wiczenia: 

 

Celem 

ć

wiczenia jest zapoznanie z budow

ą

 i zakresem wykorzystania ró

ż

nych rodzajów 

czujników wykorzystywanych do pomiaru przemieszcze

ń

 liniowych i k

ą

towych.

 

background image

 

 

STANOWISKO 1. POMIAR PRZESUNIĘCIA LINIOWEGO Z ZASTOSOWANIEM 

                               PRZETWORNIKA TRANSFORMATOWEGO 

 

1.1.

 

OPIS ĆWICZENIA 

 

 

Przedmiotem 

badań 

jest 

pomiar 

charakterystyki 

statycznej 

różnicowego 

przetwornika transformatorowego. Schemat układu pomiarowego przedstawiono na rys.5. 

 

 

G

V

Z

Z

Z

1

2

2

0

R

X

 

 

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania charakterystyki statycznej różnicowego 

przetwornika transformatorowego. 

 

Uzwojenie pierwotne przetwornika zasilane jest z generatora napięcia 

sinusoidalnego. Przesunięcie mierzone X zadawane jest za pomocą śruby mikrometrycznej, 

działającej bezpośrednio na rdzeń przetwornika. Ustawiamy wstępnie rdzeń w położenie 

neutralne (a więc kiedy U

o

=0), a następnie zdejmujemy charakterystyki U

o

=f

1

(X) dla obu 

kierunków przesunięć rdzenia. Pomiar przeprowadzamy jednokrotnie. Następnie dla 

określonego X oraz f wyznaczamy charakterystyki U

o

=f

2

(U

1

) i dla określonego X oraz U 

charakterystykę U

o

=f

3

(f). 

Zakres zmian przesunięcia X wynosi ±100 mm od położenia neutralnego. 

 

 

 

Charakterystyki  takie  mają  zazwyczaj  nieliniowy  charakter,  Istotnym  parametrem  takiej 

nieliniowej  ch-ki  jest  błąd  nieliniowości.  Graficzny  sposób  wyznaczania  tego  błędu 

przedstawia rys.2. 

 

background image

 

 

              Rys.2. Graficzny sposób wyznaczania błędu nieliniowości. 

 

Błąd nieliniowości określany jest przez maksymalną rozbieżność charakterystyki 

rzeczywistej U 

0R

 i znamionowej U 

0zn 

 zaznaczoną na rys.2 symbolem max

1

U

0

 . 

 

 

1.2.

 

WYKONANIE ĆWICZENIA. 

 

1. Połączyć układ pomiarowy w/g schematu przedstawionego na rys.1. 

2. Dla przetwornika o danych znamionowych U

1N

=5V oraz f

N

=5kHz wyznaczyć: 

a)  U

o

=f

1

(X)           przy         U

1

=U

1N

=5V 

                                               f=f

N

=5kHz 

 

 b)  U

o

=f

2

(U

1

)          przy          f=f

N

=5kHz 

                                               X=50mm 

                                                U

1

=4

÷

5,6V 

 

c)  U

o

=f

3

(f)              przy          U

1

=U

1N

=5V=const 

                                                 X=50mm 

                                                 f=1

÷

10kHz 

  

3. Przedstawić wykreślnie uzyskane charakterystyki. 

4. Wyznaczyć błąd nieliniowości. 

 

U

 

U

 

U

 

0max

 

0zn

 

'

 

U

 

U

 

U

 

0R

 

0zn

 

0zn

 

'

 

''

 

max

 

max

 

 

l

 

U

0

 

 

background image

 

 

W celu ułatwienia wykonania ćwiczenia zastosowano komputer oraz przyrząd 

uniwersalny METEX  współpracujący z komputerem i umożliwiający pomiar wszystkich 

żą

danych parametrów. Wprowadzanie danych do pamięci komputera odbywa się za 

pośrednictwem programu o nazwie pomlin.exe

Każda seria pomiarów znajduje się w pliku o nadanej nazwie. Pliki te są następnie 

wpisywane do programu EXCEL, który umożliwia opracowanie wyników w postaci tabel, 

wykresów i innych parametrów wskazanych w dalszej części instrukcji oraz wydruk na 

drukarce. 

Pomiary wykonywać przyrządem METEX-4660A  

Procedura postępowania jest następująca: 

 

1.

 

Uruchomić program pomlin.exe

2.

 

Po uruchomieniu programu postępować zgodnie z ukazującymi się komunikatami na 

ekranie komputera. 

3.

 

Wyniki pomiarów rejestrować przy jednakowych odstępach nastawy zmiennej 

niezależnej x. 

4.

 

Zanotować na kartce nazwę pliku, w którym będą zapisane wyniki pomiarów oraz 

miana wielkości fizycznych w jakich były zdejmowane charakterystyki. 

5.

 

Uruchomić program EXCEL, wprowadzić do niego pliki pomiarowe i za pomocą tego 

programu wyznaczyć żądane w dalszej części instrukcji wykresy i parametry. 

6.

 

Wszelkie wykresy drukować wraz z wynikami pomiarów. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

STANOWISKO 2. POMIAR PRZEMIESZCZEŃ KĄTOWYCH. 

 

 

2.1.OPIS ĆWICZENIA 

 

 

Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  się  z  budową,  zasadą  działania  oraz  pomiarem 

charakterystyk zewnętrznych dwóch rodzajów przetworników kąta: obrotowo-impulsowych 

i obrotowo-kodowych. 

 

2.1.1

 

PRZETWORNIKI OBROTOWO-IMPULSOWE I OBROTOWO-KODOWE. 

 

 

Przetworniki  obrotowe  są  uniwersalnym  narzędziem  techniki  pomiarowej  i 

automatyki 

umożliwiającym 

wykonywanie 

precyzyjnych 

cyfrowych 

pomiarów 

przemieszczeń  kątowych  i  liniowych  oraz  innych  wielkości  fizycznych  dających  się 

przetworzyć na jedno z powyższych przemieszczeń. 

Przetworniki  obrotowo-impulsowe  wytwarzają  ciąg  impulsów,  których  ilość  jest 

proporcjonalna do przebytej drogi kątowej wałka - osi przetwornika. 

Uproszczony  układ  pomiarowy  przetwornika  impulsowego  oraz  jego  sygnały  wyjściowe 

przedstawiono na rys.3. 

 

D

F 1

F 2

W 1

W 2

A

B

2 π

π /2

U

T

A

B

 

 

Rys.3. Układ pomiarowy przetwornika impulsowego. 

background image

 

Objaśnienia do rysunku: 

D - źródło światła podczerwonego (fotodioda) 

F1, F2 - detektory światła 

U - wał przetwornika  

T - ruchoma tarcza 

W1, W2 - wzmacniacze elektroniczne 

A, B - wyjściowe sygnały elektryczne 

 

 

Na obwodzie szklanej tarczy T umocowanej do precyzyjnie ułożyskowanego wału U 

znajdują  się  dwie  koncentryczne  ścieżki  I  i  II  pól  przeźroczystych  i  nieprzeźroczystych 

naniesionych  metodą  fotolitografii.  Pola  ścieżki  I  są  przesunięte  względem  pól  ścieżki  II. 

Po  jednej  stronie  ruchomej  tarczy  jest  umieszczona  dioda  D  będąca  źródłem  światła 

podczerwonego, a po drugiej odbiorniki (detektory) tego światła F1 i F2, jeden pod ścieżką 

I  drugi  pod  ścieżką  II.  Wirująca  tarcza  powoduje  przysłanianie  i  odsłanianie  tych 

odbiorników,  wywołując  tym  samym  generowanie  w  nich  ciągu  sygnału  elektrycznego. 

Sygnały  z  fotoelementów  F1  i  F2  są  następnie  wzmacniane  i  kształtowane  we 

wzmacniaczach W1 i W2 w sygnał wyjściowy A i B o określonym standardzie. 

Przesunięcie  względem  siebie  pól  ścieżek  I  i  II  jest  takie,  że  sygnały  wyjściowe  A  i  B  są 

przesunięte  w  fazie  o  90

°

.  Przy  obrocie  wału  w  jednym  kierunku  sygnał  A  wyprzedza 

sygnał B, w drugim kierunku sygnał B wyprzedza sygnał A o 90

°

Przetwornik  obrotowo-impulsowy  współpracuje  z  zewnętrznym  rewersyjnym  licznikiem 

impulsów.  Jeśli  urządzenie  to  posiada  układy  rozróżniania  kierunku    oraz  multiplikacji 

zboczy,  uzyskuje  się  informację  o  kierunku  obrotu  oraz  czterokrotne  zwiększenie 

rozdzielczości.  Z  ilości  impulsów  wnioskujemy  o  wartości  kąta  obrotu  wału.  a  z  ich 

kolejności o kierunku tego obrotu. 

W  przetwornikach  obrotowo-kodowych  na  tarczy  szklanej  naniesiona  jest  mozaika  pól  w 

postaci  8-mio,  10-cio  lub  12-to  bitowego  naturalnego  kodu  binarnego  lub  kodu  Graya. 

Tarcza  ta  obraca  się  między  rzędami  fotodiod  na  podczerwień  i  fotokomórek.  Sygnały  z 

fotokomórek  są  następnie  wzmacniane,  kształtowane  i  wyprowadzane  na  zewnątrz 

przetwornika.  Informacja  jest  w  postaci  równoległej,  z  reguły  o  poziomach  TTL,  w 

naturalnym kodzie binarnym lub kodzie Graya. 

Tego  typu  rozwiązanie  daje  możliwość  odczytywania  kąta  obrotu  wału  przetwornika  w 

sposób  bezpośredni,  w  odróżnieniu  do  przetwornika  impulsowego,  gdzie  należy  śledzić  i 

zliczać  impulsy  w  stosunku  do  pewnego  położenia  początkowego,  z  uwzględnieniem 

kierunku obrotu (zliczanie w górę lub w dół). 

W  opisanych  powyżej  przetwornikach  obrotowych,  często  wyprowadzany  jest  dodatkowy 

sygnał elektryczny, dla zaznaczenia pewnego wybranego położenia, służący do inicjalizacji 

pracy urządzeń zewnętrznych współpracujących z przetwornikiem. 

background image

 

W  przetworniku  impulsowym,  raz  na  pełny  obrót  pojawia  się  krótki  impuls,  nazywany 

znacznikiem położenia zerowego. 

Cyfrowe  sygnały  wyjściowe  przetworników  dają  możliwość  łatwego  podłączenia  do 

układów mikroprocesorowych. 

 

 

2.2. WYKONANIE ĆWICZENIA. 

 

 

 

2.2.1. POMIAR KĄTA Z ZASTOSOWANIEM PRZETWORNIKA IMPULSOWEGO. 

 

 

Przedmiotem badań jest pomiar charakterystyki statycznej przetwornika. 

Pomiary przeprowadza się w układzie pomiarowym przedstawionym na rys.4. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.4. Schemat pomiarowy do badań przetwornika impulsowego. 

 

PI - badany przetwornik 

Z - zasilacz 5V 

L – licznik impulsów 

R - pulpit sterowniczy 

 

Badany przetwornik PI zasilany jest napięciem stałym 5V poprzez pulpit sterowniczy 

R.  W  pulpicie  sterowniczym  znajduje  się  układ  elektroniczny,  którego  zadaniem  jest 

identyfikacja  kierunku  obrotu  wału  przetwornika  i  w  zależności  od  tego  przesyłanie 

impulsów  wyjściowych    do  wyjścia  P  lub  L,  a  następnie  do  licznika  impulsów  L.  Przy 

PI 

 

                    P 

R       

                      L 

+5V 

 

 

background image

 

obrocie  wału  przetwornika  w  prawo,  licznik  dodaje,  a  przy  obrocie  w  lewo  odejmuje 

impulsy.  Na  liczniku  można  odczytać  ilość  impulsów  oraz  zmierzoną  wartość  kąta  w 

stopniach i radianach. 

W  zastosowanym  w  ćwiczeniu  przetworniku  przy  pełnym  obrocie  wału  zostaje 

wygenerowanych 2500 impulsów. 

Wypadkowy kąt obrotu 

α

oblicza się na podstawie wskazań  licznika L  w/g zależności: 

 

2500

L

360

α

m

=

      [

°

]                   (1) 

 

2.2.2. PROCEDURA POMIAROWADLA PRZETWORNIKA IMPULSOWEGO 

 

 

Celem  pomiarów  jest  wyznaczenie  charakterystyki  przetwornika:  zależności  kąta 

zmierzonego  w  funkcji  kąta  zadanego 

α

  dla  pełnego  obrotu  wału,  gdzie  zadany  kąt 

α

 

odczytywany  jest  z  podziałki  kątowej  naniesionej  na  wale  przetwornika,  a  następnie 

porównanie wartości zadanego kąta 

α

 z odczytami na liczniku i obliczonej w/g zależności  

(1). 

1. Ustawić napięcie zasilacza U

z

=5V. 

2. Połączyć układ pomiarowy w/g rys.4. 

 3. Ustawić wałek przetwornika w pozycji 

α

=0

°

 

4. Wyzerować licznik. 
5. Zdjąć charakterystykę przetwornika 

)

(

f

L

α

=

 dla pełnego obrotu wałka. 

6. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w następującej tabeli: 

 

 

α

[

°

L[

°

L[rad] 

α

m

 [

°

 

 

 

 

30 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

360 

 

 

 

 

 Wykreślić zależność 

α

=f(L). 

 

background image

 

 

2.2.3  POMIAR KĄTA Z ZASTOSOWANIEM PRZETWORNIKA KODOWEGO 

 

  

Przedmiotem  badań  jest  automatyczny  pomiar  charakterystyki  statycznej 

przetwornika  kodowego.  Pomiary  przeprowadza  się  w  układzie  pomiarowym 

przedstawionym na rys.5. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.5. Schemat pomiarowy do badań przetwornika kodowego. 

 

 

Badany  przetwornik  PK  zasilany  jest napięciem stałym 5V poprzez pulpit sterowniczy R. 

Informację  wyjściową  przetwornika  kodowego  stanowi  12 bitowe słowo w kodzie Graya. 

Dzięki  zastosowaniu  tarczy  kodowej  informacja  o  aktualnie  mierzonym  kącie  jest 

jednoznacznie określona poprzez 12 bitowe słowo wyjściowe. 

Kod  Graya  ma  tę  właściwość,  że  słowa  reprezentujące  kolejne  liczby  (kolejne  położenie 

kątowe  wału  przetwornika)  różnią  się  między  sobą  wartością  tylko  jednego  bitu.  Aby 

liczba zapisana w kodzie Graya była przydatna dla użytkownika, należy dokonać zamiany 

tej liczby na liczbę w kodzie dwójkowym. 

 

 

 

 

 

 

 

PK 

      R 

 

      +5V 

background image

 

10 

Zależność między kodem Graya (C=c

7

c

6

.......c

0

) a kodem dwójkowym        ( B= b

7

b

6

.......b

0

)  

jest następująca: 

 

b

7

=c

7

 

b

= c

i

+ b

i+1

         

                   i=0,1,.......n-1 

c

c

c

c

c

c

c

c

b

b

b

b

b

b

b

b

C

B

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0

0

+

+

+

+

+

+

+

 

 

 

Liczba w kodzie dwójkowym może być poddana dalszemu przetwarzaniu w komputerze. 

Przetwornik PK dołączony jest do komputera za pomocą karty we/wy 8255. W ćwiczeniu 

należy  zaobserwować  na  ekranie  monitora  przebieg  charakterystyki  U

wy

=f(

α

)  dla  pełnego 

obrotu  wału  PK.  Kąt  zadany 

α

  odczytywany  jest  z  podziałki  kątowej  umieszczonej  przy 

wale PK. 

 

2.2.4. PROCEDURA POMIAROWA DLA PRZETWORNIKA KODOWEGO 

 

 

Czynności wstępne: 

1.

 

Połączyć układ pomiarowy w/g rys.5. 

2.

 

Ustawić napięcie zasilacza U

z

=5V. 

3.

 

Włączyć komputer i uruchomić program C:\LAB\pomkat.exe 

4.

 

Stosować się do poleceń na ekranie monitora. 

 

2.2.5. Sprawdzenie poprawności pomiaru zadanego kąta. 

 

 1.Za pomocą pokrętła przetwornika PFK 75 ustawić dowolnie wybrany kąt. 

 2.  Odczytać  wartość  ustawionego  kąta  zapisaną  w  kodzie  Graya,  w  kodzie  naturalnym 

dwójkowym  (NB)  oraz  z  kodu  NB  na  kąt  dziesiętny  (wartość  kąta  wyrazić  w  stopniach, 

minutach i sekundach); wyniki wpisać do tabeli 1. 

  

 

 

background image

 

11 

 

 

Tab.1 

Kod Graya 

Kod NB 

Kąt odczytany 

Kąt obliczony 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

2.2.6. Określenie rozdzielczości pomiaru kąta.  

1.

 

Ustawić  kąt  0

°

  tak,  aby  wartość  kąta  zapisana  w  kodzie  NB  była 

(0000000000000000)

2

2.

 

Odczytać wartość ustawionego kąta w stopniach (x

1

). 

3.

 

 Zmienić  ustawioną  wartość  kąta  tak,  aby  jedynka  wystąpiła  na  najmniej  znaczącej 

pozycji w słowie zapisanym w kodzie NB (0000000000000001)

2

4.

 

Odczytać wartość ustawionego kąta w stopniach (x

2

). 

5.

 

Obliczyć różnicę 

 x = x

1

 -  x

2

 . 

 

2.2.7. Wyznaczanie charakterystyki błędu ustawienia kąta. 

 

Wyznaczanie charakterystyki dokonuje się w zakresie kąta od 0

°

 do 330

°

1.

 

Ustawić kąt 0

°

 (odczytany z podziałki umieszczonej na przetworniku PFK75). 

2.

 

Za pomocą klawisza S ustawić żądany skok (wyrażony w minutach). 

3.

 

Za pomocą strzałek 

 oraz 

 ustawić kąt zadany. 

4.

 

Nacisnąć klawisz Z w celu zapamiętania pomiaru w zbiorze. 

5.

 

Ustawić nową wartość kąta za pomocą pokrętła przetwornika. 

6.

 

Powtórzyć czynności opisane powyżej w zakresie kąta od 0

°

 do 330

°

7.

 

Nacisnąć klawisz W w celu obejrzenia wykresu błędów. 

8.

 

Nacisnąć klawisz D w celu wydrukowania wykresu. 

 

 Literatura. 

1. 

 Miernictwo elektryczne. Ćwiczenia laboratoryjne.

 WAT, Warszawa 1988. 

2.  Sadowski A., Sobol J. 

Metrologia długości i kąta

. WNT, Warszawa 1978

3. B. Szumielewicz, B. Słomski, W. Styburski „Pomiary elektroniczne w      technice”. WNT, 

Warszawa 1982. 

 4. A. Chwaleba, J. Czajewski „Przetworniki pomiarowe wielkości    fizycznych”.      WPW, 

Warszawa 1993. 

6.

 

„Miernictwo elektryczne. Ćwiczenia laboratoryjne”. WAT, Warszawa 1988. 

7.

 

Misiurewicz P. „Układy mikroprocesorowe”. WNT, Warszawa 1983. 

8.

 

Sadowski A., Sobol J. „Metrologia długości kąta”, Warszawa 1978.