AGH	Imię i nazwisko: Daniel Sygnarowicz Krzysztof Ślipek Waldemar Tomporowski		Rok szkolny 1998/99		Wydział: EAIiE
Kierunek Elektrotechnika	Temat ćwiczenia: Badanie własności dynamicznych przetworników pomiarowych i korelacja dynamiczna		Rok studiów drugi		Semestr III zimowy
Data wykonania ćwiczenia: 14 10 1998		Data zaliczenia sprawozdania:		Nr ćwiczenia: 11

I Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się studentów z własnościami dynamicznymi przetworników i sposobami ich poprawy poprzez zastosowanie korektorów.

II Przebieg ćwiczenia :

1. Po zapoznaniu się z dokumentacja dostępną przy wykonaniu ćwiczenia dokonaliśmy złożenia układu według schematu. Po zakończeniu składania układu pomiarowego i jego uprzednim sprawdzeniu go przez prowadzącego rozpoczęliśmy pomiary wymagane w opisie ćwiczenia.

W tym podpunkcie dokonujemy doboru pojemności kompensacyjnej potrzebnej do zlikwidowania przesterowania układu przetwornika. Szukaną pojemność określiliśmy poprzez ustawienie pojemnościowej dekady nastawnej na podstawie obserwacji wykresu sygnału wyjściowego przetwornika i porównywania go z wzorcowym sygnałem wejściowym .

2.W tym podpunkcie dokonujemy wyznaczenie stałych czasowych: samego członu inercyjnego, członu inercyjnego z korektorem, samego korektora.

3.W podpunkcie trzecim dokonujemy zdjęcia charakterystyk częstotliwościowych: samego członu inercyjnego, członu inercyjnego z korektorem, samego korektora poprzez pomiar amplitud sygnałów i przesunięcia fazowego między nimi na wejściu i wyjściu obiektu.

Do wyznaczenia poszczególnych charakterystyk potrzebne nam będą częstotliwość wejściowa, napięcie wejściowe i wyjściowe oraz przesunięcie fazowe pomiędzy nimi. Wartości tych wielkości będą potrzebne nam do wykreślenia wykresów częstotliwościowych. Pomiary powtarzamy dla poszczególnych części przetwornika.

III Schematy układów pomiarowych:

1.Układ do doboru pojemności kondensatora w korektorze dla dolnoprzepustowego układu inercyjnego według odpowiedzi na skok, najszybszej wolnej od przeregulowania .

2.Wyznaczanie stałych czasowych: samego członu inercyjnego, członu inercyjnego z korektorem i samego korektora. Wykorzystanie układu z punktu 1.

3. Układ połączeń członu inercyjnego z korektorem - metoda fazomierza i woltomierzy.

IV Tabele pomiarowe i wartości pomiarów:

1.Wyznaczona pojemność kondensatora w korektorze :

C = 0.101 [μF]

2.Zdjęcie charakterystyki odpowiedzi przetwornika pierwszego rzędu na skok jednostkowy.

3.Wyniki dokonanych pomiarów metodą woltomierzy i fazomierza

• dla członu inercyjnego z korektorem

f [Hz]	ϕ [ ° ]	Uwe	Uwy
10	4,8	11,01	1,83
30	7,2	11,23	1,729
50	8,1	11,16	1,651
70	11,8	11,11	1,576
80	13,7	11,09	1,537
90	15,7	11,07	1,501
100	25,9	11,05	1,427
150	28,2	11,03	1,269
200	35,8	11,02	1,118
300	48,6	11,01	0,904
400	57,2	11,01	0,746
500	64,2	11,01	0,628
600	69,7	11	0,537
800	77,9	11	0,404
1000	84,5	10,98	0,0321

• dla samego członu inercyjnego

f [Hz]	ϕ [ ° ]	Uwe	Uwy
10	18,5	11	9,8
30	21,5	11,23	7,331
50	40,5	11,16	5,592
70	51,4	11,11	4,439
80	55,8	11,09	3,843
90	59,5	11,07	3,453
100	62,5	11,06	3,116
150	72,9	11,03	2,019
200	77,3	11,02	1,587
300	82,9	11,01	1,074
400	85,7	11,01	0,841
500	87,8	11,01	0,684
600	89,8	11	0,571
800	92,9	11	0,417
1000	96,4	10,99	0,327

• dla samego korektora

f [Hz]	ϕ [ ° ]	Uwe	Uwy
10	30	11,09	2,2
30	355,2	11,5	2,689
50	366,1	11,53	3,146
100	344,5	11,55	4,896
200	360	11,54	6,936
300	359,7	11,53	8,481
500	359,8	11,52	9,89
600	359,5	11,52	10,314
800	358	11,51	10,81
1000	360	11,5	11,044

V. Obliczenia :

1. Wielkość dobrana doświadczalnie.

2. Obliczenie stałych czasowych :

1. członu inercyjnego z korektorem

Wartość stałej czasowej wyznaczyliśmy korzystając z faktu ze dla układu pierwszego rzędu odpowiedź na wymuszenie skokowe po upływie czasu równego jednej stałej czasowej osiąga wartość około 0,637 wartości stanu ustalonego.

y (t=T)= k * A * 0,637

W naszym przypadku k * A = 3[V], stąd: y (T)= 3 [V] * 0,637 = 1,911 [V].

Mając dane y (T) odczytaliśmy z wykresu wartość stałej czasowej T = 0,004 [s].

b)samego korektora

Mając dane elementów układu odczytane ze schematu (przy braku przeregulowania czyli dla T₁ = T_k) obliczyliśmy stalą czasową korektora ze wzoru :

T_k = C * r

co daje wartość: T_k = 0,004 [s].

c)samego członu inercyjnego

Stalą czasową członu inercyjnego obliczyliśmy z zależności:

T = K * T_i

gdzie: T_i - stała czasowa samego członu inercyjnego

K = r / (R+r) = 0,2

T - stała czasowa całego przetwornika

stąd T_i = T / K = 0,02 [s]

3.Wzory potrzebne do wyrysowania charakterystyk amplitudowo - częstotliwościowych i fazowo - częstotliwościowych:

- stała czasowa T = (1/ω₁) * tg [ϕ(ω₁)]

gdzie ϕ(ω₁) - wartość odczytana z fazomierza

ω₁ - pulsacja podana na wejście badanego układu

• wzmocnienie statyczne
  

a) stała czasowa i wzmocnienie statyczne członu inercyjnego z korektorem. Przyjęliśmy ω₁=500Hz. Stąd T=0,004 [s], wzmocnienie statyczne k=0,13.

2. stała czasowa i wzmocnienie statyczne członu inercyjnego.

Przyjęliśmy ω₁=200Hz. Stąd T=0,02 [s], wzmocnienie statyczne k=0,66.

3. stała czasowa i wzmocnienie statyczne korektora.

Przyjęliśmy ω₁=50Hz. Stąd T=0,002 [s], wzmocnienie statyczne k=0,27

VI. Wykresy:

Charakterystyka fazowo-częstotliwościowa członu inercyjnego z korektorem.

Seria 1 - wykres wyznaczony doświadczalnie,

Seria 2 - wykres wyznaczony teoretycznie na podstawie obliczeń.

Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa członu inercyjnego z korektorem.

Seria 1 - wykres wyznaczony doświadczalnie,

Seria 2 - wykres wyznaczony teoretycznie na podstawie obliczeń.

Charakterystyka fazowo-częstotliwościowa członu inercyjnego.

Seria 1 - wykres wyznaczony doświadczalnie,

Seria 2 - wykres wyznaczony teoretycznie na podstawie obliczeń.

Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa członu inercyjnego.

Seria 1 - wykres wyznaczony doświadczalnie,

Seria 2 - wykres wyznaczony teoretycznie na podstawie obliczeń.

Charakterystyka fazowo-częstotliwościowa korektora.

Seria 1 - wykres wyznaczony doświadczalnie na podstawie obliczeń.

Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa korektora.

Seria 1 - wykres wyznaczony doświadczalnie na podstawie obliczeń.

VII. Błędy :

a) błędy obliczone dla członu inercyjnego z korektorem,

Błąd wskazania fazomierza
,

gdzie: f - wartość odczytana z fazomierza,

W_p - wartość podzakresu.

Dla f=500Hz i W_p =800Hz obliczyliśmy Δf=1,9Hz.

Błąd wskazania woltomierza

Uwe=11,01 [V], W_p =100 [V] stąd ΔUwe=0,25 [V],

Uwy=0,628 [V], W_p =10 [V] stąd ΔUwy=0,023 [V],

b) błędy obliczone dla samego członu inercyjnego,

Błąd wskazania fazomierza
,

gdzie: f - wartość odczytana z fazomierza,

W_p - wartość podzakresu.

Dla f=200Hz i W_p =800Hz obliczyliśmy Δf=2,5Hz.

Błąd wskazania woltomierza

Uwe=11,02 [V], W_p =100 [V] stąd ΔUwe=0,25 [V],

Uwy=1,587 [V], W_p =10 [V] stąd ΔUwy=0,028 [V],

3. błędy obliczone dla korektora,

Błąd wskazania fazomierza
,

gdzie: f - wartość odczytana z fazomierza,

W_p - wartość podzakresu.

Dla f=50Hz i W_p =150Hz obliczyliśmy Δf=0,55Hz.

Błąd wskazania woltomierza

Uwe=11,53 [V], W_p =100 [V] stąd ΔUwe=0,26 [V],

Uwy=3,146 [V], W_p =10 [V] stąd ΔUwy=0,036 [V],

VIII. Wnioski :

Jednym z elementów korektora jest kondensator, którego odpowiednia pojemność poprawia kształt sygnału wyjściowego (zbliżenie jego do sygnału wejściowego).

Z naszych obliczeń wynika że stała czasowa samego członu inercyjnego jest duża co może powodować powstawanie zbyt dużych błędów dynamicznych. Dlatego w celu poprawy własności dynamicznych zastosowany został korektor, dzięki czemu wartość stałej czasowej została zmniejszona.

IX. Wykaz użytej aparatury:

Oscyloskop

Regulowany generator napięcia prostokątnego i sinusoidalnego

Kondensator dekadowy

Czwórnik inercyjny z korektorem

Fazomierz elektroniczny

Przewody zwykłe i BNC, rozgałęźniki BNC 3 szt.

k *A

y(t)

t [ms]

k * A(1-e^-1)

T

---