INSTYTUT METROLOGII I SYSTEMÓW POMIAROWYCH

Politechniki Warszawskiej

Łukasz Wasil, gr.34

Ćwiczenie nr 1:

Pomiary sygnałów w przyrządach wielkości nieelektrycznych.

1. Pomiar temperatury miernikiem uniwersalnym typu V-640 z przetwornikiem termoelektrycznym.

Zmierzoną wcześniej temperaturę otoczenia (t₀=29,7°C) wykorzystaliśmy do wyznaczenia stałych czasowych przetworników V-640 i DT2000. Z otrzymanych pomiarów wynika, że przetwornik V-640 ze wskazaniem analogowym ma znacznie (ponad 5-krotnie) mniejszą stałą czasową od przetwornika DT-2000 z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym. Im mniejsza stała czasowa, tym lepszy jest przetwornik, gdyż szybciej zareaguje on na zmiany temperatury na sensorze.

2. Pomiar indukcji magnetycznej teslomierzem hallotronowym.

Indukcja magnetyczna pomierzona w szczelinie rdzenia dławika okazała się większa od maksymalnej indukcji magnetycznej magnesu trwałego.

Miernik hallotronowy.

Hallotron jest to przetwornik mocy czynnej prądu przemiennego zawierający układ mnożący bezpośredniego mnożenia. Wykorzystano tu zjawisko Halla. W hallotronie - wykonanym w postaci cienkiej płytki z materiału mono- lub poli- krystalicznego - doprowadzono dwie pary wzajemnie prostopadłych elektrod. Jedna para doprowadzeń stanowi obwód prądowy, druga para jest natomiast odprowadzeniem napięcia Halla. Jeżeli układ taki zasilimy prądem sterującym I_S i umieścimy go w polu magnetycznym, którego wektor indukcji B jest skierowany prostopadle do płaszczyzny płytki, to na zaciskach napięciowych pojawi się napięcie Halla. Wartość tego napięcia określona jest wzorem:

U_H = R_H ⋅ I_S ⋅ B / d

gdzie: R_H - współczynnik Halla, d - grubość płytki.

W watomierzu hallotronowym zastosowano zjawisko, polegające na tym że gdy indukcja pola magnetycznego i prąd sterujący mają takie same częstotliwości i są przesunięte w czasie względem siebie o kąt ϕ to napięcie na zaciskach napięciowych posiada dwie składowe: składową stałą oraz składową przemienną o dwa razy większej częstotliwości:

U_h = R_h ⋅ B ⋅ I_s⋅ cosϕ / d + R_h ⋅ B ⋅ I_s ⋅ cos(2ωt+ϕ) / d

Budowa watomierza jest oparta o tą własność. W układzie jak na rysunku wartość średnia napięcia Halla jest wprost proporcjonalna do mocy czynnej pobieranej przez badany element:

U_h(av) = k_p ⋅ P

Do pomiaru mocy czynnej przy prądzie przemienny konieczne jest zapewnienie przesunięcia pomiędzy prądem sterującym a napięciem zasilającym źródło pola magnetycznego o kąt 90°. Watomierzem tego typu można mierzyć moc w obwodach prądu stałego, gdyż przy stałym polu magnetycznym i stałej wartości prądu sterującego napięcie Halla ma także stałą wartość. Dokładność przyrządów pomiarowych tego typu zbliżona jest do dokładności watomierzy elektrodynamicznych. Kłopotliwe w czasie pomiarów może jednak się okazać kompensacja zmian temperatury oraz zmian niepożądanego przesunięcia fazowego. Watomierzem hallotronowym można mierzyć moc czynną lub bierną w zakresie od zera do około 1 MHz.

3. Badanie czasu opóźnienia i czasu przełączania przekaźnika.

Czas przełączania przy włączaniu przekaźnika dla napięcia 10V równy jest połowie czasu włączania. Dla napięć większych czas przełączania maleje w stosunku do czasu włączania. Jest to zapewne spowodowane zmniejszeniem się bezwładności przekaźnika i szybszą reakcją na przejście sygnału sterującego ze stanu niskiego w wysoki.

Przy wyłączaniu przekaźnika nie ma znaczenia napięcie zasilające. Czasy przełączania przy wyłączaniu są dosyć duże (równe prawie czasom wyłączania).

Graniczna częstotliwość pracy jest w przybliżeniu funkcją liniową napięcia zasilającego: dla większych napięć częstotliwość jest większa.

Otrzymane wyniki (zwłaszcza czasy) wydają się poprawne, chociaż niewielkie różnice wynikające z kolejnych pomiarów mogą być przyczyną błędu odczytu lub niedokładności samej metody pomiaru.

4. Pomiary grubości warstw za pomocą warstwomierzy.

Pomiary powłok przeprowadziliśmy dla powłok na płytce oraz na pręcie mosiężnym oraz na płytce i pręcie stalowym.

Warstwomierz B-60 jest przyrządem, który do pomiaru grubości powłok wykorzystuje właściwości prądów wirowych. Cewka przetwornika pomiarowego zasilana jest prądem wielkiej częstotliwości. Przetwornik zbliżony do przewodzącego niemagnetycznego podłoża wytwarza w tym podłożu prądy wirowe. Wartość prądów wirowych zależna jest przede wszystkim od odległości pomiędzy podłożem i przetwornikiem, a tym samym od grubości powłoki nieprzewodzącej prądu elektrycznego. Oddziaływanie prądów wirowych na cewkę przetwornika powoduje zmianę impedancji cewki, a ta z kolei odpowiada grubości powłoki i jest mierzona w układzie elektronicznym.

Jest to metoda względna, wymagająca wzorcowania za pomocą folii wzorcowych.

Warstwomierz A-91 został wykorzystany do pomiaru grubości warstw na płytce i wałku ze stali.

Warstwomierz A-91 jest małym transformatorem prądowym o otwartym obwodzie magnetycznym. Jedno uzwojenie przetwornika zasilane jest prądem zmiennym o stałej amplitudzie. W drugim uzwojeniu przetwornika indukuje się napięcie, którego wartość zależy od grubości mierzonej powłoki. Napięcie wyindukowane w drugim uzwojeniu mierzone jest za pomocą elektronicznego układu pomiarowego.

1

---