CKI Rybnik Gliwice, 10.01.2012

Elektrotechnika sem.3

Laboratorium Metrologii

Ćwiczenie VIII

Badania statycznych właściwości przetworników pomiarowych

Sekcja I

Gneza Jacek

Popek Łukasz

Targański Łukasz

Wojaczek Rafał

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi pojęciami dotyczącymi statycznych właściwości przetworników pomiarowych analogowych i cyfrowych oraz sposobami opisu tych właściwości. Zapoznanie się także ze sposobami wyznaczania parametrów liniowych i nieliniowych modeli przetworników.

Układy pomiarowe:

Badanie przetwornika U~/U=

100Ω 50Hz
UWE~
V
0,17084
0,26814
0,33082
0,48193
0,54183
0,60071
0,63037
0,71578
0,80698
0,9287
1,22888
1,80423
1,95452
2,10709
2,4578
4,4978

$\overset{\overline{}}{X} = 1,22$ $\overset{\overline{}}{Y} = 0,36$ b₀=-0,067 b₁=0,35

Y_lin = -0,067 + 0,35 × X

Błąd średniokwadratowy:

δ_ŚR= 0,059

Błąd nieliniowości:

Maksymalny błąd nieliniowości:

∆_MAX= 0,018 dla U_WE= 0,011 V

Czułość przetwornika:

$$S(X) = \frac{Uwy}{Uwe}$$

Z charakterystyki statycznej : S(X) = 0,35015

Z charakterystyki modelowej : S(X)= 0,35073

Charakterystyka błędu nieliniowości :

UWY	∆n
V	V
0,011	-0,01836	∆max
0,037	-0,01024
0,055	-0,00625
0,103	-0,00125
0,123	-0,00025
0,143	0,000406
0,153	0,000808
0,176	0,007764
0,207	0,008751
0,248	0,010442
0,35	0,013724
0,549	0,016516
0,629	-0,01077
0,682	-0,01026
0,788	0,006743
1,518	-0,00777

1000Ω 50Hz
UWE~
V
0,35388
0,52495
0,6929
1,04768
1,39678
1,73386
2,06611
2,4549
2,7913
3,1436
3,4981
3,8495
4,1957
4,5358
4,8729
5,2085

$\overset{\overline{}}{X} = 2,65$ $\overset{\overline{}}{Y} = 1,08$ b₀=-0,077 b₁=0,438

Y_lin = -0,077 + 0,438 × X

Błąd średniokwadratowy:

δ_ŚR= 0,40

Błąd nieliniowości:

Maksymalny błąd nieliniowości:

∆_MAX= 0,018 dla U_WE= 0,81 V

Czułość przetwornika:

$$S(X) = \frac{Uwy}{Uwe}$$

Z charakterystyki statycznej : S(X) = 0,43599

Z charakterystyki modelowej : S(X)= 0,43813

Charakterystyka błędu nieliniowości :

UWY	∆n
V	V
0,093	-0,01501
0,161	-0,00806
0,229	-0,00248
0,376	0,005963
0,524	0,010913
0,667	0,015596
0,81	0,018164	∆max
1,001	-0,0025
1,154	-0,00811
1,307	-0,00676
1,461	-0,00544
1,613	-0,00349
1,763	-0,00181
1,91	0,000199
2,057	0,000891
2,203	0,001926

100Ω 5kHz
UWE~
V
0,32462
0,61572
0,90404
1,19773
1,4796
1,75854
2,04979
2,34666
2,6823
2,9484
3,2372
3,5249
3,8077
4,0882
4,3672

$\overset{\overline{}}{X} = 2,36$ $\overset{\overline{}}{Y} = 0,28$ b₀=-0,15 b₁=0,18

Y_lin = -0,15 + 0,18 × X

Błąd średniokwadratowy:

δ_ŚR= 0,096

Błąd nieliniowości:

Maksymalny błąd nieliniowości:

∆_MAX= 0,144 dla U_WE= 0,0248 V

Czułość przetwornika:

$$S(X) = \frac{Uwy}{Uwe}$$

Z charakterystyki statycznej : S(X) = 0,200

Z charakterystyki modelowej : S(X)= 0,183

Charakterystyka błędu nieliniowości :

UWY	∆n
V	V
0,011	-0,09938
0,037	-0,07206
0,055	-0,03725
0,103	-0,03146
0,123	0,000167
0,143	0,031258
0,153	0,074604
0,176	0,10598
0,207	0,136456
0,248	0,144196	∆max
0,35	0,095093
0,549	-0,05121
0,629	-0,07941
0,682	-0,08104
0,788	-0,13593

1000Ω 5kHz
UWE~
V
0,34925
0,67146
1,0086
1,34245
1,66551
1,98506
2,32905
2,6925
3,0186
3,3555
3,6914
4,0224
4,3472
4,6699
4,9924

$\overset{\overline{}}{X} = 2,68$ $\overset{\overline{}}{Y} = 2,61$ b₀=-0,16 b₁=1,04

Y_lin = -0,16 + 1,04 × X

Błąd średniokwadratowy:

δ_ŚR= 0,76

Błąd nieliniowości:

Maksymalny błąd nieliniowości:

∆_MAX= 0,031 dla U_We= 1,862 V

Czułość przetwornika:

$$S(X) = \frac{Uwy}{Uwe}$$

Z charakterystyki statycznej : S(X) = 1,0326

Z charakterystyki modelowej : S(X)= 1,0362

Charakterystyka błędu nieliniowości :

UWY	∆n
V	V
0,222	-0,02413
0,545	-0,01323
0,873	0,008144
1,211	0,016108
1,538	0,02389
1,862	0,031034	∆max
2,275	-0,02549
2,623	0,003144
2,971	-0,00692
3,32	-0,0068
3,666	-0,00471
4,007	-0,0027
4,342	-0,00112
4,675	0,000293
5,007	0,002495

Wypływ częstotliwości na napięcie wyjściowe U_WY:

f	Uwy		f	Uwy
Hz	mV		Hz	mV
50	392,7		6350	902
750	507		7050	910
1450	639		7750	916
2150	730		8450	921
2850	790		9150	925
3550	830		10000	929
4250	858
4950	878
5650	891

Wrażliwość na zmianę częstotliwości:

$$W_{f} = \frac{Y}{f} = \frac{930mV - 390mV}{10000Hz} = 0,054\frac{\text{mV}}{\text{Hz}}$$

Kwadrator

50Hz
UWE~
V
0,355
0,700
1,066
1,421
1,766
2,106
2,480
2,840
3,204
3,566
3,925
4,279
4,631
4,973
5,316
5,650
6,170
6,340
6,680
7,020

∆max

Czułość przetwornika:

$$S(X) = \frac{Uwy}{Uwe}$$

S(X)=0,15

Maksymalny błąd nieliniowości:

∆_MAX= 14 mV dla U_WE= 3,566 V

Charakterystyka przejściowa zarejestrowana przy pomocy oscyloskopu cyfrowego:

Przetwornik z wyjściowym sygnałem impulsowym

Dla: R=4 kΩ, Uz=4,04 V, Uwe=2,85V

Dla: R=9 kΩ, Uz=4,26 V, Uwe=3,31 V

Wnioski:

Po przeanalizowaniu otrzymanych przez nas wyników pomiarów dochodzimy do wniosku, że charakterystyka przetwarzania przetwornika U~/U= zbliżona jest do linii prostej, zaś charakterystyka kwadratora - zbliżona do paraboli. Wyjątkiem jest tu pomiar przetwornika U~/U= dla częstotliwości 5kHz i obciążenia 100 Ω - charakterystyka przetwarzania odbiega tu znacząco od linii prostej, czego przyczyną może być błąd w trakcie przeprowadzania pomiarów (błędne odczytanie wyników z aparatury pomiarowej). Zaobserwowaliśmy również to, że wraz ze wzrostem częstotliwości Uwe maleje czułość przetwornika. Wzrost wartości obciążenia powoduje zaś wzrost czułości. Wzrasta również błąd średniokwadratowy przy wzroście zarówno częstotliwości jak i rezystancji obciążenia. Zaobserwowaliśmy również to, że częstotliwość napięcia zasilania w przetworniku U~/U= ma duży wpływ na przetwarzane napięcie. Z charakterystyki można odczytać to, że największy wpływ na przetwarzane napięcie ma częstotliwość z zakresu od 0 do 4 kHz. W trzeciej części ćwiczenia sprawdzaliśmy w jaki sposób działa przetwornik z wyjściowym sygnałem impulsowym. Doszliśmy do wniosku, że wraz ze wzrostem wartości rezystancji wejściowej R maleje częstotliwość impulsów. Maleje również średnia wartość napięcia Uśr.