1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodami pomiaru prędkości obrotowej. W tym celu wykorzystano impulsator fotoelektryczny połączony poprzez przetwornik elektroniczny m.in. z oscyloskopem; prądniczkę tachometryczną prądu zmiennego połączoną z miernikiem cyfrowym, a także stroboskop. Podczas ćwiczenia zbadano także prędkościomierz samochodowy oraz obrotomierz samochodowy.
2. Opis parametrów metrologicznych użytych przyrządów pomiarowych.
Miernik analogowy z impulsatorem fotoelektrycznym
- zakres: 3000 obr/min
- liczba otworów w tarczy impulsatora: z = 60
- błąd: 0,5% W + 1,5% Z (W – wskazanie, Z – zakres pomiarowy)
Miernik cyfrowy częstotliwości
- typ: C549A
- zakresy: 0,1 – 1 – 10 – 20 MHz
- czas pomiaru: 1 s
- błąd: 1 obr/min
Oscyloskop
- typ: 2221A
- zakresy podstawy czasu: kt = 0,5 ms/cm - 0,5 s/cm
- błąd podstawy czasu: dkt = 2%
- błąd pomiaru odcinka l: Δl = 3 … 5 mm
Prądniczka tachometryczna
- typ: TPR
- zakres: 50 - 10 000 obr/min
- błąd: 0,04% Z + 1 cyfra
Stroboskop
- zakres: 600 - 16 000 obr/min
- błąd: 2% W
3. Badanie mierników prędkości obrotowej.
Pierwszym krokiem było zbadanie mierników prędkości obrotowej. Prędkość obrotowa mierzona była w zakresie 0-3000 obr/min ze skokiem 200 obr/min. Wyniki pomiarów zostały przedstawione w Tabeli 1.
Prędkość wyznaczana była na podstawie:
nc – czujnik fotoelektryczny, odczyt z cyfrowego miernika częstotliwości,
nosc – czujnik fotoelektryczny, odczyt z oscyloskopu (pomiar częstotliwości impulsów N zliczona w określonym czasie I przy zadanej podstawie czasu kt),
np – prądniczka tachometryczna prądu zmiennego połączona z miernikiem cyfrowym,
ns – odczyt prędkości na podstawie stroboskopu.
Wykres 1 przedstawia zależność błędu bezwzględnego prędkości obrotowej od zadanej prędkości obrotowej dla każdej z metod pomiaru. Obliczając błędy bezwzględne, przyjęto za wzorcowe wskazanie miernika częstotliwości (nc). Jak widać, dla prędkości obrotowych <2600 obr/min wszystkie metody obarczone zostały podobnym błędem bezwzględnym. Dla prędkości powyżej 2600 obr/min błędy te są znacznie większe. Przyczyną może być to, iż przy takiej prędkości ciężko jest ją dokładnie zmierzyć. Według naszych pomiarów najlepszą zdaje się być metoda wyznaczania prędkości za pomocą stroboskopu.
Maksymalny błąd względny – obliczenia:
Najmniejszy błąd względny został wyznaczony dla pomiaru prędkości za pomocą stroboskopu.
4. Badanie prędkościomierza samochodowego
Kolejnym etapem było zbadanie prędkościomierza samochodowego. Prędkość mierzona od 20 km/h do 160 km/h, ze skokiem 20 km/h. W celu wykrycia histerezy najpierw zwiększano prędkość od 20 km/h do 160 km/h, a następnie zmniejszano od 160 km/h do 20 km/h.
Tabela 2 przedstawia odczytane przez nas prędkości:
| Lp. | v | vr | Dv | Dvdop min | Dvdop max |
|---|---|---|---|---|---|
| - | km/h | km/h | km/h | km/h | km/h |
| 1 | 20 | 20,5 | 0,5 | -1 | 3 |
| 2 | 40 | 42,3 | 2,3 | 0 | 2 |
| 3 | 60 | 66,3 | 6,3 | 0 | 3 |
| 4 | 80 | 86,1 | 6,1 | 0 | 4 |
| 5 | 100 | 106,4 | 6,4 | 0 | 5 |
| 6 | 120 | 126,3 | 6,3 | 0 | 6 |
| 7 | 140 | 148,6 | 8,6 | 0 | 7 |
| 8 | 160 | 167,8 | 7,8 | 0 | 8 |
| 9 | 160 | 167,8 | 7,8 | 0 | 8 |
| 10 | 140 | 149,2 | 9,2 | 0 | 7 |
| 11 | 120 | 129,3 | 9,3 | 0 | 6 |
| 12 | 100 | 109,4 | 9,4 | 0 | 5 |
| 13 | 80 | 87,2 | 7,2 | 0 | 4 |
| 14 | 60 | 66,2 | 6,2 | 0 | 3 |
| 15 | 40 | 43,1 | 3,1 | 0 | 2 |
| 16 | 20 | 21,2 | 1,2 | -1 | 3 |
Można zauważyć, że wraz ze wzrostem prędkości rośnie także błąd bezwzględny pomiaru.
Wykres 2 przedstawia błąd bezwzględny prędkościomierza w funkcji prędkości:
Na podstawie zebranych pomiarów stwierdzamy, iż badany prędkościomierz nie spełnia wymagań Polskiej Normy.
5. Badanie obrotomierza samochodowego.
Ostatnim punktem było zbadanie elektronicznego obrotomierza samochodowego. Pomiary wykonywane były w zakresie od 500 obr/min do 7500 obr/min, co 500 obr/min, podobnie jak w poprzednim punkcie, najpierw zwiększając prędkość, a następnie zmniejszając.
Tabela 3 przedstawia pomierzone prędkości:
| Lp. | no | nor | Dno |
|---|---|---|---|
| - | obr/min | obr/min | obr/min |
| 2 | 1500 | 1575 | -75 |
| 3 | 2500 | 2473 | 27 |
| 4 | 3500 | 3491 | 9 |
| 5 | 4500 | 4529 | -29 |
| 6 | 5500 | 5568 | -68 |
| 7 | 6500 | 6482 | 18 |
| 8 | 7500 | 7365 | 135 |
| 9 | 7500 | 7361 | 139 |
| 10 | 6500 | 6444 | 56 |
| 11 | 5500 | 5499 | 1 |
| 12 | 4500 | 4497 | 3 |
| 13 | 3500 | 3540 | -40 |
| 14 | 2500 | 2537 | -37 |
| 15 | 1500 | 1523 | -23 |
Z dokonanych pomiarów wykluczyliśmy prędkość 500 obr/min, ze względu na brak możliwości jej dokładnego ustawienia i duży błąd bezwględny.
Wykres 3 przedstawia błąd bezwzględny obrotomierza w funkcji mierzonej prędkości:
Maksymalny błąd względny: