Grupa nr 1	14.03.2011
Mateusz Gąsiorek Bartosz Mackiewicz	Prowadzący: Waldemar Sienkiewicz

Sprawozdanie z laboratorium Urządzeń Obiektowych Automatyki

Ćwiczenie nr 1 - Czujniki pomiarowe, identyfikacja obiektu.

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z różnego rodzaju czujnikami do pomiaru temperatury, parametrów chemicznych, prędkości obrotowej i położenia.

2. Wykaz przyrządów:

Do pomiaru parametrów związanych z obiektami fizycznymi użyto następujących czujników:

1. Czujnik termoelektryczny Fe-Ko

2. Czujnik indukcyjny EOL-01-00

3. Czujnik pola magnetycznego: B/M-M12E-AP4X-H1141 TURCK

4. Czujnik indukcyjny DB-V10 2/P DIGICOM POLAND

5. Czujnik pojemnościowy CM18-08BPP-KC1 SICK

6. Czujnik indukcyjny IPBD-22P DIGICOM POLAND

7. Czujnik prędkości obrotowej PTT-11

3. Przebieg ćwiczenia:

W pierwszej kolejności, na podstawie informacji zawartych na tabliczkach znamionowych, zidentyfikowano 2 czujniki temperatury: termoelektryczny i rezystancyjny. Dokładniej zbadano czujnik termoelektryczny i zidentyfikowano go jako czujnik Fe-Ko. Oznacza to, że ten termometr wykorzystuje do swojej pracy zależność siły termoelektrycznej na wolnych końcach elementu od temperatury. Aby zbadać dalsze właściwości czujnika, zdjęto jego charakterystykę napięciową w momencie badania temperatury rozgrzewającego się pieca (rys. 1).

Schemat:

Rysunek 1. Charakterystyka rozgrzewającego się pieca

Z zarejestrowanego przebiegu, łatwo można dojść do wniosku, że piec reprezentuje człon inercyjny pierwszego rzędu, z opóźnieniem. Transmitancja ma zatem postać
Za pomocą metody Küpfmüllera wyznaczono wartość stałej czasowej transmitancji T=42s, oraz czas opóźnienia T₀ = 18s. Linie pomocnicze zostały naniesione na wykres charakterystyki.

Czujnik położenia EOL-01-00

Następnie, zajęto się badaniem czujnika położenia EOL-01-00. Badany obiekt fizyczny oddalano od czujnika i przybliżano do niego, co wpływało na wartość prądu przepływającego przez czujnik (napięcie z zasilacza U = 24 V). Wyniki pomiarów (przy przybliżaniu i oddalaniu obiektu) umieszczono w tabelach 3 oraz 4.

Odległość [mm]	Prąd [mA]
0	19,06
0,5	18,64
1	18,19
1,5	17,74
2	17,31
2,5	16,90
3	16,59
3,5	16,11
4	15,61
4,5	15,20
5	14,78
5,5	14,35
6	13,95
6,5	13,49
7	13,11
7,5	12,70
8	12,29
8,5	11,82
9	11,41
9,5	10,9
10	10,5
10,5	10,10
11	9,70
11,5	9,26
12	8,86
12,5	8,40
13	8,15
13,5	7,50
14	7,01
14,5	6,67
15	6,26
15,5	5,85
16	5,40
16,5	4,90
17	4,51
17,5	4,11
18	3,84
18,5	3,50
19	3,50
19,5	3,50
20	3,50

Odległość [mm]	Prąd [mA]
20	3,50
19,5	3,50
19	3,50
18,5	3,50
18	3,84
17,5	4,11
17	4,54
16,5	4,98
16	5,42
15,5	5,86
15	6,29
14,5	6,72
14	7,15
13,5	7,58
13	8,01
12,5	8,43
12	8,85
11,5	9,28
11	9,71
10,5	10,1
10	10,5
9,5	10,97
9	11,40
8,5	11,79
8	12,25
7,5	12,64
7	13,07
6,5	13,49
6	13,92
5,5	14,35
5	14,78
4,5	15,20
4	15,69
3,5	16,08
3	16,55
2,5	16,93
2	17,35
1,5	17,78
1	18,21
0,5	18,63
0	19,06

Tabela 3: Wyniki pomiarów zależności prądu od odle- Tabela 4: Wyniki pomiarów zależności prądu od odle-

głości dla czujnika położenia przy oddalaniu. głości dla czujnika położenia przy

zbliżaniu obiektu. oddalaniu obiektu

Na podstawie danych umieszczonych w tabelach, sporządzono wykresy zależności prądu płynącego przez czujnik od odległości obiektu. Znajdują się one na rysunkach 3 i 4.

Rysunek 3: Zależność prądu przepływającego przez czujnik położenia od odległości od obiektu - wzrastająca odległość.

Rysunek 4: Zależność prądu przepływającego przez czujnik położenia od odległości od obiektu - malejąca odległość.

Na podstawie kształtu wykresów można stwierdzić, że badany czujnik jest liniowym przetwornikiem położenia, wykorzystującym do swojego działania zjawisko indukcji.

Czujniki zbliżeniowe

Kolejno, rozpoczęto badanie działania czujników zbliżeniowych następujących typów:

1. Czujnik pola magnetycznego: B/M-M12E-AP4X-H1141 TURCK

2. Czujnik indukcyjny DB-V10 2/P DIGICOM POLAND

3. Czujnik pojemnościowy CM18-08BPP-KC1 SICK

4. Czujnik indukcyjny IPBD-22P DIGICOM POLAND

Czujniki badano poprzez zbliżanie i oddalanie od nich płytek wykonanych z trzech rodzajów materiałów: magnesu, stali, aluminium. Wyniki pomiarów sporządzonych dla tego zestawu przyrządów przedstawiono w tabeli 5.

Rodzaj czujnika	Magnes
		pomiar 1 [mm]	pomiar 2 [mm]	pomiar 3 [mm]	pomiar 4 [mm]
1	30	32	35	34

Nr czujnika	Plastik				Aluminium				Żelazo
	pomiar 1 [mm]	pomiar 2 [mm]	pomiar 3 [mm]	pomiar 4 [mm]	pomiar 1 [mm]	pomiar 2 [mm]	pomiar 3 [mm]	pomiar 4 [mm]	pomiar 1 [mm]	pomiar 2 [mm]	pomiar 3 [mm]	pomiar 4 [mm]
2	brak reakcji				29	22	26	24	60	55	54	57
3	18	10	11	14	5	8	6	5	8	9	8	7
4	brak reakcji				18	16	20	21	45	43	47	48

Tabela 5: Wyniki pomiarów czujników zbliżeniowych dla różnych rodzajów materiałów.

Otrzymane wyniki sugerują, że dobór odpowiedniego typu czujnika dla oczekiwanego sygnału wejściowego jest istotny dla efektywności działania danego czujnika. Do wykonywania określonych funkcji istnieje duża baza czujników, z których można wybierać, zależnie od zastosowań.

Czujnik do pomiaru prędkości obrotowej

Ostatnim badanym czujnikiem był czujnik do pomiaru prędkości obrotowej.

Oto parametry prądnicy tachometrycznej, która generowała ruch obrotowy: typ PTT-11; U = 15 V; I = 6,7 A. Dla tego czujnika wykonano

Khz	V
0,119	0,82
0,259	1,21
0,314	1,442
0,357	1,65
0,455	2,02
0,473	2,14
0,524	2,4
0,59	2,72
0,697	3,16
0,797	3,5
0,808	3,7
0,845	3,9
0,88	4,01
0,926	4,2
0,965	4,37
1	4,56
1,039	4,71
1,078	4,9
1,108	5,03
1,136	5,15
1,152	5,25
1,19	5,42
1,226	5,62
1,268	5,77
1,285	5,85
1,32	6,02
1,377	6,27
1,412	6,42
1,436	6,58
1,48	6,75
1,525	6,97
1,58	7,2
1,686	7,5
1,702	7,73
1,758	7,99
1,8	8,2
1,855	8,5
1,902	8,76
1,966	9
2,03	9,26
2,103	9,58
2,153	9,8
2,19	9,99
2,225	10,17
2,264	10,3
2,275	10,35
2,307	10,46
2,314	10,56
2,381	10,83
2,396	11,02
2,429	11,05
2,445	11,2
2,484	11,35
2,518	11,5
2,57	11,7
2,604	11,86
2,655	12,11
2,699	12,33
2,736	12,4
2,757	12,6
2,776	12,65
2,816	12,8
2,853	12,98
2,896	13,19
2,913	12,25
2,959	13,5
2,981	13,62
3,002	13,7

Liniowe zmiany napięcia wejściowego powoduje proporcjonalne zmiany wartości napięcia wyjściowego, co ilustruje rysunek 5

Tensometr

Ostatnim pomiarem był pomiar z użyciem przyrządu: tensometr. Pomiar tensometryczny polega na pomiarze odkształcenia i obliczeniu naprężenia w oparciu o przyjęty związek fizyczny (np. prawo Hooke'a).

Wykonaliśmy trzykrotnie pomiar napięcia dla takiego samego odkształcenia

[mm]	Pomiar I [V]	Pomiar II [V]	Pomiar III [V]
0	0,01	0,06	0,09
0,1	0,59	0,57	0,58
0,2	1,09	1,09	1,12
0,3	1,61	1,58	1,63
0,4	2,13	2,11	2,13
0,5	2,62	2,58	2,62
0,6	3,12	3,1	3,1
0,7	3,65	3,6	3,63
0,8	4,16	4,13	4,13
0,9	4,68	4,68	4,66
1	5,24	5,17	5,18
1,1	5,74	5,68	5,68
1,2	6,24	6,18	6,18
1,3	6,73	6,67	6,68
1,4	7,24	7,17	7,18
1,5	7,73	7,68	7,68
1,6	8,23	8,15	8,16
1,7	8,74	8,66	8,65
1,8	9,24	9,17	9,18
1,9	9,75	9,67	9,7
2	10,27	10,21	10,22

Tabela 9: Zależność napięcia od odkształcenia.

Tabela ta obrazuje „niedokładności” pomiarów zakresu max 0,1 V, co dla naszych wartości jest błędem małym. Wykres zależności okazał się być liniowym, błędy pomiarowe natomiast zostały zaproksymowane prostą. Czujnik ten w zachowuje się w sposób liniowy.

4. Wnioski:

Wartość stałej czasowej otrzymana metodą Küpfmüllera jest stosunkowo wysoka i wskazuje na niską wydajność rezystancyjnego czujnika temperatury.

Działanie czujnika indukcyjnego EOL-01-00 jest uzależnione od wartości pola magnetycznego, które wytwarza się między badanym obiektem a czujnikiem i wraz ze zbliżaniem obiektu generuje coraz większy prąd indukcyjny. Wartość tego prądu pozostaje w liniowej zależności od odległości obiektu.

Czujniki zbliżeniowe są bardzo niedokładne, na co wskazują duże różnice w odległościach, przy których reagują one na obecność obiektu. Zdaje się, że najdokładniejszym z czujników pośród badanej czwórki był czujnik pojemnościowy CM18-08BPP-KC1 SICK, który reagował na każdy rodzaj badanego materiału i wykazywał relatywnie nieduże różnice w odległości, przy której następowała reakcja.

Ostatnim spostrzeżeniem jest fakt że czujnik obrotowy zachowuje się liniowo. Wartość częstotliwości badana na poziomie 0-3 kHz wykazuje liniowy wzrost napięcia w obwodzie. Wartośc napięcia rośnie do okolic 13V, co jest zgodne z wartościa maksymalną badanej prądnicy.

---