Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych	L/G/Cw 2/1/3	1. Surdyka Edyta kierownik 2. Nizioł Magdalena 3. Pachołek Tomasz	Data 31.03.2016
Laboratorium Technika Sensorowa
Wyznaczenie właściwości metrologicznych systemu pomiarowo obliczeniowego wagi elektronicznej	Nr ćwicz.		Ocena
	3

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości wagi elektronicznej ANGEL 15MX w różnych warunkach pracy, w pomiarach wielokrotnych.

Zagadnienia:

1. Budowa blokowa wagi elektronicznej ANGEL 15MX

2. Błędy torów przetwarzania wagi: pomiaru masy, obliczenia ceny.

3. Błędy w pomiarach wielokrotnych.

Program ćwiczenia:

1. Budowa wewnętrzna wagi.

Na elemencie służącym do umieszczenia tacy, znajdują się cztery gumowe wsporniki będące wyprowadzeniami końcówek tensometrów, służące do równoważenia nierównomiernego rozłożenia masy na tacy, np. jeśli badany ciężar położymy tylko na jednym wsporniku, waga wskaże poprawną wagę badanego przedmiotu. Panel sterujący wagi jest połączony z płytą ( na której znajdują się elementy elektroniczne) poprzez taśmę przewodzącą. Na płycie znajduje się szereg układów scalonych np: ICL 7135 CPI, XLSZ8CI6AP, NEC-D8243HC, DAEWOO-DMC 88047-022, HD74LS373P

Oraz 10 mniejszych układów scalonych. Cały układ jest sterowany generatorem kwarcowym o częstotliwości 7.2 MHz. Wzmacniacz napięcia wyjściowego mostka tensometrycznego produkowany przez firmę Analog Devices:

	Wzmocnienie	Max prąd zasilan	Zasila-nie	Błąd maksy-malny	Dryft	Szum wejściowy	Szum 0,1..10 Hz	Szero-kość pasma	Czas ustale-nia
		mA	V	%	ppm/°C	nV/Hz	µVp-p	kHz	µs
AD621	10/100	1.3	2,3-18	0,15	±5	9	0,28	800	12

Sposób łączenia mostka tensometrycznego.

Rozmieszczenie tensometrów na belce pomiarowej powinno odbywać się wg. zamieszczonego schematu, tak aby tensometry rozciągane znajdowały się w gałęzi 1 i 3 a ściskane w gałęzi 2 i 4. Napięcie wyjściowe tak połączonego mostka będzie dwukrotnie większe niż przy zastosowaniu tylko dwóch tensometrów pracujących na rozciąganie i równać się będzie:

Rezystancja mostka wynosi 200 Ω, a maksymalne napięcie niezrównoważenia przy ciężarze 15 kg wynosi 5,2 mV.

Konstrukcja belki tensometrycznej wagi jest specjalnie zaprojektowana aby była ona niewrażliwa na momenty skręcające oraz aby umożliwiała poprawne ważenie podczas nieosiowego przyłożenia ciężaru.

Schemat mocowania szalki do belki z tensometrami

widok z góry

Widok przetwornika wagi z boku po zdjęciu obudowy.

2. Program ćwiczenia.

2.1. Wyznaczyć błąd nieczułości wagi w zalecanych przez producenta

warunkach pracy. Błąd ten wyznaczyć dla obciążeń: (0, l, 2, 5, 10) kg

2.2. Wyznaczyć błąd nieczułości badanej wagi w dla różnych temperatur.

2.3. Wyznaczyć błąd nieczułości wagi dla jej różnych położeń (odchylenia od poziomu o 1% w kierunku +, - osi z wzdłuż osi x i y) .

3. Przebieg ćwiczenia.

3.1. Zapoznać się z obsługą wagi i zanotować jej parametry techniczne.

3.2. Wypoziomować wagę.

3.3. Przygotować potrzebne do ćwiczenia przyrządy zamieszczone w pkt.4.

3.4. Wykonać pomiary wymienione w programie ćwiczenia.

3.5. Przeanalizować otrzymane wyniki.

4. Spis przyrządów:

- waga elektroniczna ANGEL 15MX,

- odważniki wzorcowe m=5, 10, 20, 50, 100, 1000, 5000, Δm = ±0,1g

- nity do pomiaru błędu nieczułości masa 1 nitu m _n=71mg, Δm_n = ±0,1mg.

(określenie nit należy rozumieć jako najmniejszy odważnik dostępny w laboratorium)

4.1. Wyznaczenie błędu nieczułości wagi w zalecanych przez producenta warunkach pracy.

Warunki pomiaru:

waga ustawiona w miejscu suchym i wypoziomowana, temperatura laboratorium: 25⁰C

Tabela pomiarów:

l.p.	Masa wzorca	Wskazanie wagi	Błąd nieczułości przed tarowaniem Δmn1	Błąd nieczułości po tarowaniu Δmn2
	kg	kg	szt	mg
1	0	0	61	4331
2	0,5	0,5	66	4686
3	1	1	65	4615
4	2	2	60	4260
5	5	5	59	4189

Graniczny błąd nieczułości przed tarowaniem wynosi ±4686 mg.

Graniczny błąd nieczułości po tarowaniu wynosi ±4402 mg.

Wniosek: Waga wykazuje najmniejsze błędy nieczułości dla większych mas wzorcowych. Błąd nieczułości jest znacznie mniejszy po wytarowaniu wagi.

Graniczny błąd nieczułości wagi jest to największa zmiana masy powodująca zmianę wskazania wagi na najmniej znaczącym miejscu pola odczytowego wagi z wykonanych pomiarów.

Pomiar nieczułości polega na:

1. położeniu zadanego obciążenia,

2. uzyskaniu przez dokładanie kolejnych obciążeń (małymi elementami) zmiany wartości na najmniej znaczącym polu odczytowym (wyznaczenie dolnej granicy wartości kwantu)

3. dołożenie kolejnych obciążeń aż do uzyskania zmiany wartości na najmniej znaczącym polu odczytowym (wyznaczenie górnej granicy wartości kwantu), ten przyrost obciążenia jest równy błędowi dyskretyzacji pomiaru

4.2. Wyznaczyć błąd nieczułości badanej wagi dla różnych położeń

Masa wzorca: 1kg Temperatura otoczenia 25⁰C

l.p.	Przechylenie wagi	Wskazanie wagi	Błąd nieczułości przed tarowaniem Δmn1	Błąd nieczułości po tarowaniu Δmn2
	∠ ^0/	kg	szt	mg
1	0/0	1	66	4686
2	+x 15/	1	65	4615
3	-x 15/	1	67	4757
4	+y 15/	1	66	4686
5	-y 15/	1	66	4686

Graniczny błąd nieczułości przed tarowaniem wynosi Δm_n = ±4757mg.

Graniczny błąd nieczułości po tarowaniu wynosi Δm_n = ±4402mg.

Wniosek: Ustawienie poziome wagi sprawia że błąd nieczułości jest znacznie mniejszy od błędów przy wychyleniu wagi, pomimo że w wadze zastosowano więcej niż jeden tensometr.

5.1. Wykres zmian błędu nieczułości

Wniosek z wykresu: Wykres ukazuje że największy błąd nieczułości jest przy masie 0,5kg relatywnie niskiej względem zakresu pomiarowego wagi. Widać też że błędy nieczułości spadają ze wzrostem wagi oraz że po tarowaniu błąd nieczułości jest mniejszy.

6. Obliczyć możliwe straty dzienne, roczne poniesione w czasie porcjowania herbaty o wartości 40000zł/kg, jeżeli szybkość konfekcjonowania wynosi 100 kg/h. Pomiaru masy m=20dag dokonywano wagą ANGEL 15MX o błędzie 5g .

Straty na 1h:

20dag=0,2kg
100kg/0,2kg=500
możliwy błąd maksymalny 500 * 5g = 2500g = 250dag = 0,250kg

maksymalne straty 40000zł * 0,250kg = 10000zł

Straty dzienne:

Przyjmujemy że dzień ma 24godziny przez które porcjowana jest herbata

możliwy błąd maksymalny 0,250kg*24=6kg

maksymalne straty 40000zł * 6kg = 240000zł

Straty roczne:

Przyjmujemy że rok ma 365dni przez które porcjowana jest herbata

możliwy błąd maksymalny 6kg*365= 2190kg

maksymalne straty 40000zł*2190kg = 87600000zł

Wnioski:

Po przeprowadzeniu ćwiczenia zgodnie z wytycznymi zawartymi w instrukcji zauważyliśmy, że waga posiada błędy nieczułości. Błędy te można zmniejszyć poprzez przeprowadzenie tarowania wagi oraz ustawienie wagi na poziomej płaszczyźnie, by waga była wypoziomowana. Największy błąd nieczułości jest przy masie 0,5kg relatywnie niskiej względem zakresu pomiarowego wagi. Można zatem stwierdzić że waga nadaje się do ważenia mas ponad 0,5kg dlatego że w wyższym zakresie mas posiada relatywnie mniejszy błąd nieczułości.

Pytania kontrolne

1. Mostki niezrównoważone do pomiaru rezystancji.

2. Mostki trójprzewodowe

3. Woltomierz do pomiaru składowej czynnej napięcia nierównowagi mostka.

4. Metody ekranowania w mostkach.

5. Mostki do jednoczesnego pomiaru dwóch rezystancji

6. Mostki wieloparametrowe

7. Mostki zrównoważone do pomiaru rezystancji

8. Mostek Whestona

9. Mostek Thomsona

10. Mostek Wiena

11. Mostek Maxwella-Wiena

Literatura

1. Hagel R., Zakrzewski J.: Miernictwo dynamiczne. WNT, Warszawa 1984.

1. Michalski L., Eckersdorf K.: Pomiary temperatury. WNT, Warszawa 1971.

2. Piotrowski J.: Podstawy metrologii. PWN, Warszawa 1976.

3. Romer E.: Miernictwo przemysłowe. PWN, Warszawa 1978.

4. Szumielewicz B., Słomski B., Styburski W.: Pomiary elektroniczne w technice. WNT,
   Warszawa 1982.