15.01.2012 Gdańsk
Laboratorium sensorów i przetworników pomiarowych
Sprawozdanie lab. 8
1. Badanie mostka RLC.
a) Wpływ parametrów kabli podłączeniowych na dokładność pomiaru rezystancji Rwz.
Kable krótkie
| Rezystor wzorcowy [Ω] | 499 | Napięcie polaryzacji [V] | 1 |
|---|---|---|---|
| fpol | kHz | 0,1 | 0,12 |
| Z | Ω | 501,75 | 501,76 |
| ϴ | ° | -0,002 | 0,001 |
| R | Ω | 501,749 | 501,7597 |
| Nieliniowość charakterystyki | % | 1,97 |
Kable długie
| Cs1 | pF. | 220 | RL1 | Ω | 8 |
|---|---|---|---|---|---|
| Rezystor wzorcowy [Ω] | 499 | Napięcie polaryzacji [V] | 1 | ||
| fpol | kHz | 0,1 | 0,12 | 1 | 10 |
| Z | Ω | 501,79 | 501,77 | 501,73 | 501,7 |
| ϴ | ° | -0,008 | -0,014 | -0,081 | -0,821 |
| R | Ω | 501,7739 | 501,7208 | 500,085 | 341,9034 |
| Nieliniowość charakterystyki | % |
R = Z*cos(ϴ)
Układ z krótkimi kablami charakteryzuje się liniowością. Po włączeniu do układu kondensatora o pojemności 220 pF oraz rezystorów o wartości 8 Ω różnica zmierzonych wartości w porównaniu z wartością wzorcową jest coraz większa. Im bardziej zwiększała się częstotliwość tym bardziej wartość rezystancji odbiegała od wzorcowej.
b) Wpływ parametrów kabli podłączeniowych na dokładność pomiaru pojemności Cwz.
Krótkie kable
| Kondensator wzorcowy [pF] | 220 | Napięcie polaryzacji [V] | 1 |
|---|---|---|---|
| fpol | kHz | 0,1 | 0,12 |
| Z | Ω | 71763000 | 6027600 |
| ϴ | ° | -89,29 | -89,957 |
| C | pF | 22,18910424 | 220,148 |
| Nieliniowość charakterystyki | % | 5,72 |
Długie kable
| Cs1 | pF. | 220 | RL1 | Ω | 8 |
|---|---|---|---|---|---|
| Kondensator wzorcowy [nF] | 10 | Napięcie polaryzacji [V] | 1 | ||
| fpol | kHz | 0,1 | 0,12 | 1 | 10 |
| Z | Ω | 92763 | 77778 | 9368,8 | 942,47 |
| ϴ | ° | -88,826 | -89,689 | -89,825 | -90,249 |
| C | nF. | 17,16586018 | 17,06092 | 16,99638 | 16,89557 |
| Nieliniowość charakterystyki | % | 5,9 |
C=1/2fZ
W układzie z krótkimi kablami błędy są w granicach 0-2 pF. Natomiast po włączeniu rezystorów o wartości 8Ω oraz kondensatora 220pF te wartości rosną w znacznym stopniu w porównaniu z wartością wzorcową. Skok ten jest znaczny i sięga do ponad 17 nF. Oznacza to, że zastosowanie długich kabli ma duży wpływ na pomiar i w tym wypadku pomiary nie będą miarodajne. Zastosowane kable powinny być jak najkrótsze, a w przypadku zastosowania rezystorów i kondensatorów ich wartości powinny być uwzględnione w obliczeniach.
2. Badanie parametrów rezystancyjnego czujnika wilgotności - RH-SYH2T
a) Charakterystyka przetwarzania
| Polaryzacja czujnika | Upol | V | 1 | fpol | 1 | kHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Wilgotność | % | 11,3 | 32,7 | 42 | 53,9 | 66,6 |
| Z | Ω | 1549,7 | 1584,1 | 1591,2 | 1559,7 | 1448,7 |
| ϴ | ° | -6,737 | -6,715 | -6,778 | -6,755 | -6,635 |
| Rwyj | Ω | 1392,84 | 1438,7 | 1400,3 | 1389,3 | 1359,97 |
| Wilgotność | % | 11,3 | 32,7 | 42 | 53,9 | 66,6 |
| Z | Ω | 1593,4 | 1573,6 | 1556,3 | 1549,9 | 1475,3 |
| ϴ | ° | -6,793 | -6,779 | -6,781 | -6,692 | -6,607 |
| Rwyj | Ω | 1390,78 | 1384,1 | 1367,4 | 1422,2 | 1398,63 |
| Hiereza | % | 17,90 | ||||
| Czułość przetwornika | Ω/% | 3,7 |
Na wykreślonej charakterystyce przetwarzania, wartości rezystancji przy wzroście oraz spadku wilgotności różnią się nieznacznie. Histereza jest w normie. Pomiary w tym wypadku są powtarzalne, a więc prawdopodobnie zostały wykonane poprawnie. Nieznaczna histereza może być wywołana nierównymi interwałami pomiaru pomiędzy poszczególnymi wartościami wilgotności, które mogą się różnić o kilka sekund.
b) Wpływ częstotliwości polaryzacyjnej na charakterystykę przetwarzania
| Polaryzacja czujnika | 1 V |
|---|---|
| Wilgotność | % |
| fpol | kHz |
| Z | Ω |
| ϴ | ° |
| Rwyj | Ω |
| Wrażliwość | Ω/Hz |
| Nieliniowość | % |
Tylko część charakterystyki zachowuje w miarę stabilny liniowo charakter. Widać, że zmiany częstotliwości destabilizują pomiary czujnika i należy zwracać na to szczególną uwagę.
| fpol | kHz | 0,1 | 0,12 | 1 | 10 | 100 | 200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | µf | 5,42 | 4,9 | 1,24 | 0,18 | 0,016 | 0,0075 |
Obliczone wartości pojemności są rzędu mikrofaradów. Im większa była częstotliwość tym mniejsza pojemność kondensatora. Z pomiarów wnioskujemy, że im mniejsza była wartość pojemności tym dokładniejsze i bliższe wzorca wyniki otrzymywaliśmy. Oznacza to, że w przypadku użycia czujnika rezystancyjnego duża wartość pojemności negatywnie wpływa na dokładność otrzymanych pomiarów.
WNIOSKI: Jeżeli chodzi o histerezę to największy wpływ na jej zwiększenie się mają wpływ wartości parametrów kabli podłączeniowych, a także parametry sygnału polaryzującego. Dodatkowo są to czynniki zewnętrzne, czyli zależne od otoczenia oraz osoby przeprowadzającej pomiary.
c) Wpływ napięcia polaryzacyjnego na charakterystykę przetwarzania
| Polaryzacja czujnika | kHz | 1 |
|---|---|---|
| Wilgotność | % | 42 |
| U | mV. | 50 |
| Z | Ω | 1224,5 |
| ϴ | ° | -6,29 |
| R | Ω | 1224,47 |
| Wrażliwość | Ω/V | 24489,4 |
| Nieliniowość | % | 3,553776065 |
Napięcie polaryzacyjne nie wpływa na pogorszenie się zdolności przetwarzania przetwornika.
3. Badanie parametrów pojemnościowego czujnika wilgotności - RH-HCH1000-002.
a) Charakterystyka przetwarzania
| Polaryzacja czujnika | Upol | V | 1 | fpol | 1 | kHz |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Wilgotność | % | 11,3 | 32,7 | 42 | 53,9 | 66,6 |
| Z | Ω | 51000 | 53000 | 54000 | 46000 | 43000 |
| ϴ | ° | -12,76 | -12,76 | -12,65 | -11,85 | -11,6 |
| Cwyj | pF. | 50047 | 52010 | 53811,3 | 34692,9 | 24436,45 |
| Wilgotność | % | 11,3 | 32,7 | 42 | 53,9 | 66,6 |
| Z | Ω | 54000 | 46000 | 44000 | 41000 | 41500 |
| ϴ | ° | -12 | -11,9 | -11,62 | -11,46 | -11,45 |
| Cwyj | pF. | 45568 | 36159 | 25723,8 | 18364,3 | 18216,27 |
| Hiereza | % | 66 | ||||
| Czułość przetwornika | [pF/%] | 1,25 |
W przypadku tego czujnika pojemnościowego różnice w pomiarach przy wzroście i spadku wilgotności są w niektórych wypadkach bardzo duże. Histereza jest znaczna w tym przypadku i może wynikać z błędów pomiarów. Bardzo duże rozbieżności w pomiarach utrudniają analizę charakterystyki przetwarzania tego czujnika.