Ćwiczenie 3

WYZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH PRZETWORNIKÓW

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest przypomnienie metod wyznaczania właściwości dynamicznych przetworników pomiarowych przy zastosowaniu sygnałów zdeterminowanych na podstawie badań w dziedzinie czasu i częstotliwości.

II. Zagadnienia

1. Przetworniki I i II rzędu: modele matematyczne, transmitancje, charakterystyki częstotliwościowe. Sygnały testowe.

2. Właściwości dynamiczne przetworników w ujęciu czasowym. Wyznaczanie parametrów przetworników na podstawie odpowiedzi skokowej i impulsowej.

3. Właściwości dynamiczne przetworników w ujęciu częstotliwościowym. Wyznaczanie parametrów przetworników na podstawie charakterystyk częstotliwościowych.

4. Właściwości dynamiczne rezystancyjnych i termoelektrycznych czujników temperatury.

Eksperymentalne

metody

wyznaczania

właściwości

dynamicznych

czujników

temperatury.

III. Przebieg ćwiczenia

Do wykonania ć wiczenia wykorzystany zostanie komputer PC i oprogramowanie DASYLab oraz termoelektryczne czujniki temperatury

1. Wyznaczanie parametrów przetworników na podstawie badań w dziedzinie czasu 1.1. Wykorzystując gotowe programy zawierające modele przetworników w postaci

„czarnych skrzynek” zbudować układ według rys. 1. Parametry modułów: Generator00:

Square, Frequency: 3 Hz, Amplitude: 0,5 V, Offset: 0,5 V; Y/t Chart00: Auto Scaling.

Globalne nastawy programu: Sampling Rate/Ch: 10 kHz; Block Size: 4096.

Rys. 1. Układ do badania właś ciwoś ci dynamicznych modeli przetworników w dziedzinie czasu

1.2. Dokonać identyfikacji poszczególnych modeli obserwując ich odpowiedzi na wymuszenie skokowe.

1.3. Dla przetwornika I rzędu zarejestrować odpowiedź na wymuszenie skokowe oraz wyznaczyć jej parametry charakterystyczne: stałą czasową T, współczynnik wzmocnienia k, czas odpowiedzi T , czas połówkowy T .

u

05

Opracowanie: R. Hanus 2003

- 1 -

1.4. Dla przetwornika oscylacyjnego II rzędu zarejestrować odpowiedź na wymuszenie skokowe oraz na jej podstawie wyznaczyć: stopień tłumienia ξ, pulsację naturalną ω .

0

Wykorzystać zależności:

2



π



π

2 / T

ξ = 1/

+





,

w

ω =

 ln( Y

∆ / )

1

Y 

0

2

1 − ξ

1.5. Dla przetwornika aperiodycznego II rzędu zarejestrować odpowiedź na wymuszenie skokowe oraz wyznaczyć stałe czasowe T1 i T2. Zastosować metodę logarytmiczną Kondratiewa ([1] str. 213, [2] str 105. [3] str. 282) lub skorzystać z nomogramu ([3] str.

283 rys. 10-19) wyznaczając wstępnie na podstawie odpowiedzi czas martwy τ m i zastępczą stałą czasową Tz.

1.6. Dla modeli przetworników z pkt. 1.3-1.5 zaobserwować i zarejestrować odpowiedzi impulsowe, zmieniając w module Generator00 wymuszenie na Pulse.

2. Wyznaczanie parametrów przetworników na podstawie badań w dziedzinie częstotliwości

2.1. Wykorzystując gotowe programy zawierające modele przetworników w postaci

„czarnych skrzynek” zbudować układ według rys. 2. Parametry modułów: Generator00:

Pulse, Frequency: 0,05 Hz, Amplitude: 1000 V, Offset: 0 V; FFT00: obydwa bloki: Amplitude Spectrum; Block Aver00: obydwa bloki: Running, Average; Formula00:

20*log(IN(1)/IN(0)); Y/t Chart00-01: Auto Scaling. Globalne nastawy programu: Sampling Rate/Ch: 10 kHz; Block Size: 4096.

Rys. 2. Układ do badania właś ciwoś ci dynamicznych modeli przetworników w dziedzinie czę stotliwoś ci

2.2. Zaobserwować uzyskane charakterystyki częstotliwościowe. Czy na podstawie ich przebiegu można dokonać identyfikacji poszczególnych modeli przetworników?

2.3. Dla przetwornika I rzędu z logarytmicznej charakterystyki częstotliwościowej wyznaczyć pulsację załamania ω (przy spadku amplitudy charakterystyki o 3 dB) i stałą z

czasową T.

2.4. Dla przetwornika oscylacyjnego II rzędu zmienić realizowaną przez moduł Formula00

zależność na: (IN(1)/IN(0)) i z uzyskanej charakterystyki częstotliwościowej wyznaczyć stopień tłumienia ξ i pulsację naturalnąω .

0

Wykorzystać zależności:

- 2 -

2

 A 

1 ± 1 

0 

−  M 



p 

2 f

π

ξ

=

,

R

ω =

,

1 2

2

0

2

1 − 2ξ

2.5. Dla modelu przetwornika I rzędu zbudować układ według rys. 3. Nastawy modułów:

Generator00: Pulse, Frequency: 1 Hz, Amplitude: 1000 V, Offset: 0 V; FFT00: Phase Spectrum; Y/t Chart00: Auto Scaling. Globalne nastawy programu: Sampling Rate/Ch: 1024 Hz; Block Size: 1024.

Rys. 3. Układ do badania właś ciwoś ci dynamicznych modeli przetworników w dziedzinie czę stotliwoś ci (charakterystyki fazowo-czę stotliwoś ciowe) 2.6. Operując kursorami określić stałą czasową przetwornika na podstawie charakterystyki fazowo-częstotliwościowej. Uzyskany wynik porównać z wynikami uzyskanymi dla tego przetwornika innymi metodami.

3. Wyznaczanie

właściwości

dynamicznych

termoelektrycznych

czujników

temperatury

3.1. Zarejestrować odpowiedzi skokowe wybranych czujników temperatury. Wyznaczyć odpowiednie stałe czasowe. W przypadku czujnika z osłoną (aperiodyczny II rzędu) zastosować metodę logarytmiczną Kondratiewa ([1] str. 213, [2] str 105. [3] str. 282) lub skorzystać z nomogramu ([3] str. 283 rys. 10-19).

IV. Pytania kontrolne

1. Przedstawić klasyfikację metod badania właściwości dynamicznych przetworników.

2. Wymienić i scharakteryzować sygnały testowe, stosowane w badaniach właściwości dynamicznych przetworników.

3. Narysować odpowiedzi skokowe przetworników I i II rzędu (oscylacyjny i aperiodyczny) i zaznaczyć parametry charakterystyczne tych odpowiedzi.

4. Narysować charakterystyki częstotliwościowe przetworników I i II rzędu oraz zaznaczyć parametry charakterystyczne tych odpowiedzi.

5. Omówić wyznaczanie parametrów dynamicznych przetworników I i II rzędu na podstawie odpowiedzi skokowej.

6. Omówić wyznaczanie parametrów dynamicznych przetworników I i II rzędu na podstawie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej.

7. Od czego zależą właściwości dynamiczne czujników temperatury?

8. Porównać właściwości dynamiczne czujnika termoelektrycznego z osłoną i bez osłony.

Literatura

1. Hagel R., Zakrzewski J. Miernictwo dynamiczne. WNT, W-wa 1984.

2. Laboratorium miernictwa przemysłowego (red. J. Frączek i S. Waluś), Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice 1997.

3. Michalski L., Eckersdorf K. Pomiary temperatury. WNT, W-wa 1986.

4. Romer E. Miernictwo Przemysłowe. PWN, W-wa 1970.

- 3 -