Pytanie 1. Wzmacniacze instrumentalne.

Wzmacniacz instrumentalny (instrumentation amplifier)

Chcemy mierzyć bardzo mały sygnał (np. z termopary 5mV)

• wyjściowy prąd jest bardzo mały,

• pożądane wzmocnienie 100-1000

• istotna jest tylko różnica napięć (potencjał względem ziemi może zawierać szumy) Common Modę Rejection Ratio (CMRR)

• współczynnik tłumienia napięć/sygnałów wspólnych Stosunek wzmocnienia różnicowego do wzmocnienia „wspólnego" Idealny wzmacniacz: CMMR = ∞

Rzeczywisty (741): CMRR = 90dB.

V_out=V₂-V₁.

I= (V₁ -V_in1)R₂ = (V_in1 -V_in2)/R₁ = (V_in2 - V_in1 )/ R₂

Wzmocnienie różnicowe:

A_diff =1+ 2 R₂ / R₁ .

Wzmacniacze operacyjne (operation amplifer)

Idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się nieskończenie wielką rezystancją wejścio­wą R_we i nieskończenie wielkim wzmocnieniem napięciowym A_u.

Wzmocnieniu podlega napięcie różnicowe Uo = A_uU_d = A_u(U₊ U_-).

W rzeczywistych układach rezystancja wejściowa jest bar­dzo duża, rzędu megaomów, natomiast wzmocnienie napięciowe rzędu stu-kilkudziesięciu decybeli.

Wzmacniacz odwracający

wzmacniacz nie pobiera prądu => prąd I płynący przez obydwa rezystory identyczny.

Potencjały obu wejść są jednakowe (bo U+ = U-), stąd wynika, że oba wejścia wzmacniacza operacyjnego są na potencjale masy.

U_R1 = -U_we =>

U_R2 = U_WY i tutaj również

Przyrównując prądy:

Wzmacniacz nieodwracający

Prąd płynący przez R₁:
przez R₂

Po porównaniu:

R₂U_we = R₁U_wy − R₁U_we

U_we(R₁ + R₂) = R₁U_wy

Wtórnik napięciowy

Rezystancja wejściowa wtórnika jest bardzo duża (układy te są stosowane w celu odseparowania źródła sygnału od odbiornika)

Konwerter prąd-napięcie

Napięcie wyjściowe układu konwertera jest wprost proporcjonalne do prądu i_we wpływającego do układu i równe u_wy = −i_weR. Układy są stosowane do mierzenia niewielkich prądów (rzędu pikoamperów), m.in. do pomiaru natężenia światła

Wzmacniacz sumujący

Prąd I jest sumą prądów wejściowych I = I₁ + I₂; napięcia na wejściach wzmacniacza operacyjnego są równe zero. Stąd napięcie wyjściowe:

jeżeli R1=R2=R' to

Wzmacniacz odejmujący

napięcie na wejściu nieodwracającym:
;

taki sam potencjał ma wejście odwracające U₋ .

Przez R₁ i R₂ płynie ten sam prąd I; z tym, że napięcie U₋ = U₊ ≠ 0, toteż należy

je wziąć pod uwagę? przy obliczeniach:

R₂U₊ − R₂U₁ = R₁U_wy − R₁U₊

R₁U_wy = (R₁ + R₂)U₊ − R₂U₁

Jak widać napięcie wyjściowe jest równe różnicy napięć wejściowych. Jeżeli dodatkowo R4 = R2 oraz R3 = R1, to wyrażenie uprości się do postaci:

Wzmacniacz potencjometryczny

Prąd przepływający przez R2 przepływa także przez R1 i jego natężenie wynosi:

Dodatkowo widać, że U_R4 = −U_R2 = −IR₂ bo U_ − U_R2 − U_R4 = 0.

Prąd ten wpływa do węzła dzielnika napięcia i z pierwszego prawa Kirchoffa:

I + I₃ =I₄ => I₃ = I₄ − I

Ostatecznie napięcie wyjściowe równe sumie napięć na rezystorach R₃ i R₄:

u_wy = U_R3 + U_R4 = I₃R₃ + I₄R₄ = (I₄ − I)R₃ + I₄R₄

Podstawiając wszystkie dane do wyrażenia na u_wy otrzymujemy:

Wzmacniacz różniczkujący

Wzmacniacz całkujący

KOMPARATOR A WZMACNIACZ

• Komparatory są zazwyczaj układami o większej szybkości działania niż wzmacniacze,

• Poziomy napięcia wyjściowego w komparatorach są dostosowane do wymagań typowych układów cyfrowych np. TTL, zaś wzmacniacze operacyjne dysponują szerokim zakresem napięcia wyjściowego obu znaków,

• Komparatory mają zazwyczaj szersze niż wzmacniacze zakres napięcia wejściowego,

• Wejściowe napięcia niezrównoważenia oraz jego współczynnik cieplny są na ogół większe w komparatorach niż we wzmacniaczach, kompensacja tego napięcia w komparatorach organizowana jest zazwyczaj wewnątrz układu,

• Komparatory, a szczególnie ten o dużej szybkości działania mają mniejsze rezystancje wejściowe a większe wejściowe prądy polaryzujące niż wzmacniacze.

• Komparator pracuje w stanie odcięcia lub nasycenia na wyjściu, podczas gdy wzmacniacz operacyjny pracuje zwykle z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego na liniowej części charakterystyki przejściowej (nie wchodzi w nasycenie).

Pytanie 2. Wzorce napięcia i częstotliwości - cechy atomowe.

Wzorce wielkości elektrycznych

Wtórne wzorce miary rezystancji

• są wykonane z materiału oporowego o małym temperaturowym współczynniku rezystancji, mniejszym niż 10-5/K i sile elektromotorycznej (SEM) kontaktowej mniejszej niż 1μV/K.

• wykonane w kształcie płaskownika lub zwojnicy z izolowanego drutu, odpowiednio ukształto­wanej i zamkniętej w obudowie.

• podawane parametry: rezystancja znamionowa, temperatura odniesienia, dopuszczalny prąd, wskaźnik klasy dokładności i numer fabryczny.

Temperatura rezystora zależy od prądu przepływającego przez rezystor. Znaczne przeciążenie prądowe rezystora może trwale zmienić wartość rezystancji. Rezystory wzorcowe powinny mieć osobne zaciski prądowe i napięciowe.

Wzorce wielomiarowe rezystancji elektrycznej wykonuje się jako rezystory wielo-dekadowe, skła­dające się z rezystorów połączonych szeregowo i wyposażonych w przełączniki.

Wzorce miary indukcyjności

Wzorce miary indukcyjności własnej są cewkami nawiniętymi na karkasach z materiału, jak mar­mur, steatyt, szkło kwarcowe, ceramika (porcelana). Użytkowe wzorce indukcyjności własnej są nawijane wielowarstwowo przewodem skręconym z wielu cienkich izolowanych przewodów mie­dzianych (tzw. lica). Wartości znamionowe wzorców miary indukcyjności własnej są zawarte w granicach 10⁵ - 10 H, a ich niepewność wynosi (0,02 - 0,1%). Indukcyjność wzorca zmienia się wraz ze zmianą częstotliwości prądu, więc indukcyjność znamionową wzorców podaje się dla określonej częstotliwości, najczęściej 1000Hz.

Wzorce miary pojemności

Użytkowe wzorce pojemności, zależnie od rodzaju zastosowanego dielektryka, buduje się jako kon­densatory powietrzne, gazowe, olejowe lub z dielektrykiem stałym. Na wartość pojemności konden­satora mają wpływ temperatura i wilgotność, powodując zmianę odległości między elektrodami oraz zmianę przenikalności dielektrycznej.

Wzorce miary częstotliwości i czasu

Wzorcami częstotliwości są np. generatory z rezonatorami kwarcowymi. Generator kwarcowy umiesz­czony w termostacie, starannie zaprojektowany, zapewnia stabilność częstotliwości nie większą niż 10^-10 na dobę, a generator średniej klasy ok. 10^-8. Stabilność częstotliwości zdefiniowana jest Δf/f.

• Cezowy wzorzec częstotliwości - składa się z bardzo stabilnego generatora kwarcowego o częstotliwości 5 MHz oraz układów mikrofalowych, w których jest wytwarzana fala o częstotliwości odpowiadającej przej­ściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133. Sygnał otrzy­many z cezowej części mikrofalowej steruje częstotliwością generatora kwarcowego, wymuszając częstotliwość 5 MHz. Niepewność wynosi ok.10^-13.

• Rubidowy wzorzec częstotliwości.

Wzorce napięcia elektrycznego.

Wzorzec napięcia typu „Band-gap”

V_BEII V_BEI mają współczynniki temperaturowe o przeciwnym znaku

Vout = Vbei+λ(Vbei — Vbei)

Band Gap

Dodatni współczynnik temperaturowy na V_{BE} różnicowo połączonych, ujemny na złączu baza-emiter.

Wzorzec napięcia „Buried-zener”

Napięcie zenera V_z = 6.3V (najbardziej stabilne w czasie i temperaturze

V_out = R2/(R1+R2) (1 + R4/R3) * V_z

Wzorzec napięcia “XFET”

Nowa technika. Zawiera dwa tranzystory polowe. Jeden ma dodatkowe domieszki w celu pod­wyższenia napięcia nasycenia. Przez dwa dreny JFET płynie ten sam prąd. Różnica napięć nasy­cenia jest wzmacniania.

Vout = ∆V_P((R₁+R₂+R₃)/R₁) + I_PT A_T * R₃

V_p - różnica napięcia nasycenia pomiędzy dwoma FET, IPT

A_T- prąd korekcyjny o dodatnim współczynniku temperaturowym.

Porównanie wzorców napięcia

zenera	buried	band-gap
duży zakres VIN	duży zakres VIN	mały zakres VIN
duży pobór prądu 1-10mA	duży pobór prądu 1-l0mA	mały pobór prądu do 1mA
dokładność < 1%	dokładność 0.01%-0.1%	dokładność 0.05%-l%

Pytanie 3. Przetworniki A/C.

Przetwornik ADC z podwójnym całkowaniem

Napięcie mierzone V_IN przez czas T podłączone jest do wejścia przetwornika. Po naładowaniu napięcie na kondensatorze wynosi:

Napięcie na kondensatorze jest proporcjonalne do średniej wartości VIN w czasie T. Po czasie T podane zostaje napięcie - V_REF i kondensator rozładowuje się z nachyleniem V_REF /RC.

Dokładność konwersji nie zależy od wartości RC i częstotliwości sygnału generatora!!!

Przetwornik sigma delta pierwszego rzędu

Przetwornik sigma-delta drugiego rzędu

Pytanie 4. Przetworniki C/A.

Binarno-wagowy przetwornik cyfra-analog

Przetwornik DAC z drabinką R-2R.

Rezystancja między A-G wynosi R.

Rezystancja między B-G, C-G, D-G również wynosi R.

Klucz S₃-najbardziej znaczący (MSB), S_O-najmniej znaczący (LSB).

Przy pokazanych ustawieniach 1101 prąd płynący przez Rp wynosi 13i.

Rezystory R i 2R możliwe do wykonania z większą precyzją niż R, 2R, 4R, 8R itd.

Pytanie 5. Przenikanie zakłóceń.

Pytanie 6. Wpływ sprzężenia zwrotnego na szumy i zakłócenia.

Za pomocą ujemnego sprzężenia zwrotnego można poprawić własności szumowe układu elektrycznego: zredukować pojawiające się na jego wyjściu niepożądane sygnały jak szumy, zakłócenia i zniekształcenia.. Zakładamy, że szumy i zakłócenia nie dostają się do wzmacniacza wraz z sygnałem wejściowym, lecz powstają w wyniku niedokładności układu w jego wnętrzu. Szumowe własności układu opisuje współczynnik szumów:

F=A_we*N_wy/(A_wy*N_we)

Współczynnik szumów układu idealnego (niewprowadzającego zakłóceń) wynosi 1. Tworząc obwód złożony ze wzmacniacza korekcyjnego (k') wzmacniającego sygnał wejściowy dla badanego wzmacniacza oraz pętli wzmocnienia zwrotnego uzyskujemy dla sygnału wejściowego wzmocnienie efektywne:

k^sprz = k^'k ^sprz. /(1­­­­-β^sprz. k^sprz. k^' )

Jednak dla zakłóceń i szumów wytwarzanych we wzmacniaczu wzmocnienie efektywne wynosi:

k_N^sprz.= k ^sprz. /(1­­­­-β^sprz. k^sprz. k^' )

Można pokazać, że współczynnik szumów wynosi wtedy:

F=1+(N/k^'N_WE)

W przypadku ujemnego sprzężenia zwrotnego, by uzyskać by uzyskać identyczne wzmocnienie układu z korekcją i układu bez korekcji, wzmocnienie wzmacniacza korekcyjnego powinno być k'>1, dzięki czemu uzyska się współczynnik szumów mniejszy niż dl układu bez korekcji: (F=1+N/NWE). Gdy zastosowane będzie dodatnie sprzężenie zwrotne należy użyć tłumika w miejsce wzmacniacza korekcyjnego, (czyli 0 < k' < 1), ale wtedy współczynnik szumów ulegnie zwiększeniu.

Powyższe rozważania sugerują, że w złożonych układach elektronicznych powinno się stosować jedną wspólną pętle silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego, obejmującego całość układu. Należy szczególnie starannie dbać o wysoką jakość wejściowych stopni elektronicznych, gdyż om dalej od wejścia układu pojawiają się szumy i zniekształcenia, tym łatwiej jest wyeliminować je z sygnału wyjściowego.

Pytanie 7. Wzmacniacz fazoczuły - idea.

Detekcja fazoczuła jest jedną z metod pomiarowych, która jest stosowana do pomiaru słabych sygnałów w obecności szumów. Technika ta jest wykorzystywana przez wzmacniacz fazoczuły, którego schemat przedstawiony jest na rys.1.5. Wzmacniacz fazoczuły składa się ze wzmacniacza prądu zmiennego AC (alternating current), miksera, filtru dolnoprzepustowego, wzmacniacza prądu stałego DC (direct current) oraz przesuwnika fazy.

Pytanie 8. Równanie Fritsa:

Noise Figure (NF) - jest miarą pogorszenia się stosunku sygnał - szum po przejściu sygnału przez wzmacniacz:

NF = SNR_in − SNR_out

gdzie wartości SNR [dB].

Czasami współczynnik szumów F jest definiowany:

F = 10^NF/10 lub NF = 10 log(F)

Jeżeli urządzenia są połączone kaskadowo to całkowity współczynnik sumów F opisuje równanie Friis'a”

gdzie:

F_n - współczynnik szumów n-tego urządzenia i G_n jest wzmocnieniem (nie w dB)

n-tego urządzenia.

Kaskadowo połączone urządzenia:

Parametr: Noise Figure (NF)

NF = 10 log₁₀(F)

Parametr: Noise Factor (F)

Pytanie 9. Odczyt rezystancji w układzie mostkowym:

Pomiar dokonywany jest metodą mostkową poprzez pośredni pomiar napięcia nierównowagi mostka oporowego. Oporność może być obliczona na podstawie znajomości pozostałych oporów w gałęziach mostka.

Schemat układu przedstawiony jest na rysunku:

Oznaczenia:

R_o - oporność w gałęzi odniesienia 10k (0.1%)

R_z - opornik zakresowy - przełączany za pomocą przekaźników (100, 1k, 10k, 100k, 1M, 10M)

R_x - mierzona oporność

U - napięcie stałe zasilające mostek (10V ±5mV)

U_n - napięcie nierównowagi mostka

V_o - potencjał w środku gałęzi odniesienia (względem masy)

V₁ - potencjał w środku pomiarowej (względem masy).

Podczas pomiaru znamy:

• U, R_o, V_o (wielkości wynikające z budowy mostka)

• R_z (ustawiamy wybierając zakres pomiarowy)

• U_n - ta wielkość jest przedmiotem pośredniego pomiaru.

!!! Pamiętaj, że mierzone napięcie = U_n*wzmocnienie !!!

Wartość rezystancji R_x możemy obliczyć na podstawie znanych i zmierzonych wielkości. Wzór na R_x otrzymujemy wykorzystując podstawowe prawa rządzące przepływem prądu.

Potencjały w środkach obu gałęzi względem masy wynoszą:

V_o ,

V₁ .

Napięcie nierównowagi mostka:

U_n = V₁ - V_o = U.

Na podstawie tego wzoru można wyciągnąć następujące wnioski:

1. dla R_x → ∞ (R_x >> R_z) U_n = 0,5U (czyli +5V)

2. dla R_x → 0 (R_x << R_z) U_n = - 0,5U (czyli -5V)

3. U_n nie jest liniową funkcją R_x

Przekształcając ten wzór tak, aby uzyskać zależność R_x = f(U_n) otrzymamy ostatecznie wzór, za pomocą którego obliczymy wartość mierzonej rezystancji.

R_x =

Pytanie10. Rola komputera w miernictwie:

• Sterowanie pomiarem (EuroDriver, RBR, TRM, I²C, RS 232)

• Wizualizacja przebiegu pomiaru (LabView)

• Analiza wyników (OrginLab)

Pytanie 11. Interfejs One-Wire

Oryginalnie, skonstruowany przez firmę DALLAS SEMICONDUCTOR, interfejs 1-Wire (One Wire) przeznaczony był do komunikacji na bardzo małe odległości. Został opracowany w celu podłączenia układu peryferyjnego do mikrokontrolera z użyciem tylko jednego wyprowadzenia.

Podobnie jak w większości interfejsów szeregowych, również i w 1-Wire transmisja przebiega w konfiguracji master - slave.

Zarówno port układu master jak i układu slave, są liniami dwukierunkowymi.

Układ master wyszukuje i adresuje układ slave, steruje przepływem danych, wysyła sygnał zegarowy. Dane przesyłane są synchronicznie z prędkością od bliskiej 0 do 16,3 kbps w trybie standard oraz do 115 kbps w trybie overdrive.

Protokół transmisyjny oraz wymagania układów pracujących pod kontrolą magistrali 1-Wire są na tyle skromne, że obsługą transmisji może się zajmować typowy mikrokontroler wyposażony w typową linię portu wejścia / wyjścia.

Typowo, układy wyposażone w interfejs 1-Wire, wyliczają sumę kontrolną na podstawie słowa jednobajtowego - oznacza się ją jako CRC8. Układy z interfejsem 1-Wire pobierają zarówno zasilanie jak i sygnały sterujące wykorzystując ten sam przewód.

Powoduje to, że połączenia pomiędzy układami a tym samym budowa nawet bardzo rozległych sieci, są bardzo tanie. Jednak wspólne przesyłanie obu tych sygnałów wiąże się z pewnymi utrudnieniami.

Generalnie stosowane rozwiązania można podzielić na trzy podstawowe techniki:

• przesyłanie prądu zasilania gdy napięcie przekracza 3,5V,

• przesyłanie zasilania, gdy linia jest w stanie wysokim z wykorzystaniem pojemności oraz diody blokującej,

• przesyłanie prądu zasilającego, poprzez załączenie małej rezystancji zasilającej w momencie, gdy nie jest aktywna transmisja danych.

Pytanie 12. Wykrywanie błędów w transmisji

Suma kontrolna (ang. checksum) to liczba uzyskana w wyniku sumowania lub wykonania innych operacji matematycznych na przesyłanych danych, przesłana razem z danymi i służąca do sprawdzania poprawności przetwarzanych danych.

Komputer wysyłający dane liczy sumę kontrolną i dołącza ją do pakietu danych.

Komputer odbierający dane liczy również sumę kontrolną z odebranych danych i sprawdza, czy zgadza się suma obliczona przez niego z sumą odebraną z pakietem danych. Jeśli nie, to znaczy, że dane uległy przekłamaniu.

Odmianą sumy kontrolnej jest: CRC, Adler-32, Algorytm Luhna, cyfry kontrolne w numerach PESEL, NIP, numerach kont bankowych

CRC - metoda wykrywania błędów w odbieranych danych (ang. Cyclic Redundancy Check - cykliczny kod nadmiarowy)- jest bardziej niezawodny niż suma kontrolna (odporny na zmian kolejności bitów).

Trzy wielomiany najczęściej używane:

• CRC-16 = x16 + x15 + x2+ 1

• CRC-CCITT = x16 + x12 + x5 + 1

• CRC-32 = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 +x + 1 (Ethernet)

Dzielenie - wykonywane softwarowo lub z użyciem rejestru przesuwnego i bramki XOR.

Pytanie 13. Standard Zig-Bee

Zig Bee - to protokół łączności bezprzewodowej. Standard ten, którego oficjalna nazwa brzmi IEEE 802.15.4, ma zapewnić wymianę danych w paśmie 2,4 GHz między tanimi urządzeniami elektronicznymi

Standard IEEE	Nazwa	Typ sieci	Zastosowanie	Cechy	Prędkosc tramsmisji (teoret.)
802.15.4	ZigBee	WPAN	monitoring i sterowanie	Zasięg nominalny 10m	maks. 250kb/s
802.15.1	Bluetooth	WPAN	zastępowanie kabli	Zasięg nominalny 10m	maks. 1Mb/s
802.11x	Wi-Fi	WLAN	www, e-mail, wideo	Zasięg do ok. 100m, szerokość pasma 20MHz	maks. 54Mb/s
802.16x	WiMAX	WMAN	szerokopasmowy i mobilny dostęp do sieci Internet	Zasięg maks. do ok. 50km, szerokość pasma skalowalna od 1,5MHz do 20MHz, QoS, NLOS, liczne protokoły	maks. 70Mb/s

Pytanie 14. Pomiar temperatury, wilgotności, naprężeń

Pomiar temperatury

Temperatura - odzwierciedla średnią energie kinetyczna w badanej materii. Najczęściej używanym czujnikiem jest termopara (niskie koszty, szeroki zakres temperatur). Tworzona jest przez połączenie różnych metali. Złącze takie produkuje małe napięcie, które jest funkcja temperatury

e - ładunek elektronu,

k_B - stała Boltzmanna

N₁,N₂ - koncentracje elektronów swobodnych

A₁, A₂ - praca wyjścia elektronów z metalu

Parametry termoelementów normowanych

Typ Metal (+) Metal(-) kT Tolerancja ΔT Zakres temp.[0C] Właściwości

K chromel Ni-Cr Nikiel 40.5 kl.1- 4 -270..1370 dobra liniowość

S platyna PtRh10 6.4 kl.1- 1 -50..1760 dobra liniowość

J żelazo miedz-nikiel 51.7 kl.1- 3 -210..1200 duża czułość

T miedz miedz-nikiel 49 kl.1- 1,2 -200..400 tani

W3 97% W+3%Re 75%W+25%Re 18 kl.2- 10 0..2320 wysoka temp.

Charakterystyka termistora i czujnika RTD

Porównanie czujników różnych typów:

Typ czujnika NTC Termistor RTD Termopara Czujnik I.C.

Parametr R(T) R(T) V(T) V(T), I(T)

Zalety Duże zmiany Liniowy Szeroki zakres Liniowy

rezystancji w temperatur

funkcji temp.

Wady Nieliniowość Małe zmiany nieliniowość ograniczony Rezystancji zakres

rezystancji

Pomiar wilgotności

Wilgotność powietrza, gazów i ciał stałych (litych i sypkich) jest często mierzoną wielkością fizyczną. Wilgotność charakteryzuje jakość materiałów, przebieg procesów technologicznych i biologicznych, środowisko i jego wpływ na starzenie się produktów (np. spożywczych) i materiałów.

Wilgotność bezwzględna (absolute humidity) - jest to masa m. pary wodnej przypadająca na jednostkę objętości V:

Wilgotność względna (relative humidity RH) - jest stosunkiem ciśnienia pary wodnej w danej temperaturze do ciśnienia nasyconej pary wodnej w tej temperaturze

gdzie: P_w - ciśnienie pary wodnej nienasyconej

P_s - ciśnienie pary nasyconej

Do pomiaru wilgotności gazu są m.in. stosowane czujniki pojemnościowe. Dielektrykiem między okładkami kondensatora jest specjalna masa plastyczna, która adsorbuje parę wodną w stopniu zależnym od wilgotności gazu. Pojawienie się w dielektryku wody o stałej dielektrycznej ε = 80 wpływa na pojemność kondensatora. Czujnik ma kształt płytki z odpowiednio mocowanymi wyprowadzeniami

Do wzorcowania wilgotnościomierzy gazu stosuje się punkty stałe. Są to sole rozpuszczone w wodzie, mające taką właściwość, że w atmosferze ponad roztworem istnieje ściśle określona wilgotność w szerokim zakresie temperatury

SHTxx jest pojedynczym układem scalonym, który wyznacza wilgotność względną i temperaturę w pełni skalibrowanym cyfrowym wyjściu. Urządzenia zawiera pojemnościowy polimer wyczuwający wilgotność względną i czujnik temperatury. STH 71 chraktreryzuje jakość sygnału, szybki czas reakcji oraz nieczułość na zewnętrzne zakłócenia.

Każdy czujnik STHxx jest indywidualnie kalibrowany zgodnie z międzynarodowymi standardami.

SHTxx może być zasilany napięciem od 2.4 do 5.5V. W ćwiczeniu napięcie to wynosi 5V. Zasilanie (VDD, GND) może być połączone z kondensatorem 100 nF.

Szeregowy interfejs SHT71 jest zoptymalizowany pod kątem transmisji danych z czujnika i poboru energii. Transmisja jest kompatybilna z interfejsem I²C.

Aby skompensować nie liniowy charakter pomiaru wilgotności oraz utrzymać pełną dokładność mierzonej wilgotności zalecana jest konwersja odczytu za pomocą wzoru:

RH_lin=C₁+C₂*SO_RH+C₃*SO_RH²

SO_RH - oznacza wartość odczytaną z przetwornika (12 bit)

Dla temperatur znacząco różnych od 25 ° C (~ 77 ° F) współczynnik temperaturowy czujnika wilgotności względnej powinien zostać rozważony:

Rh_true=(To_C-25)*(t₁+t₂*SO_RH)+RH_lin

W przypadku temperatury uzyskuje się liniowy charakter przetwarzania. Używając wzoru jesteśmy wstanie wyznaczyć temperaturę:

T= d₁+d₂*SO_T

Pomiar naprężeń

Deformacja ciała spowodowana przyłożoną siłą:

Czujnik naprężeń (tensometr rezystancyjny)

Tensometr drutowy (bonded metallic) jest zbudowany z cienkiego drutu (0,01 mm) o dużej rezystywności naklejonego na taśmę materiału izolacyjnego. Z reguły materiałem na drut jest konstanta (mały współczynnik termiczny). Dostępne rezystancje 30-3000Ω

Sposób naklejenia czujnika i rozkład naprężeń

Własności kleju:

• wierne przenoszenie deformacji badanej powierzchni,

• odporność na oddziaływanie środowiska,

• odporność na działanie wysokiej temperatury.

Podstawowy parametr tensometrów- czułość GF (dla drutowych około 2)

Małe zmiany rezystancji wymagają metod mostkowych. Ilość elementów aktywnych w mostku zwiększa czułość układu (2 aktywne x2 4 aktywne x4)

Mostek pomiarowy z czterema elementami aktywnymi:

Do wzmocnienia sygnału, kalibracji i kompensacji termicznych wpływów stosuje się układ ze wzmacniaczem.

18

---