GLIWICE 15.12.2009

POLITECHNIKA ŚLĄSKA GLIWICE

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Kierunek: Elektronika i Telekomunikacja

sem. IX, rok 2009/2010

LABORATORIUM SENSORYKI

Temat ćwiczenia :

PRZETWORNIKI SIŁY

Prowadzący:

dr Jan Leks

Grupa: KSS1

Sekcja: 4

1. Płatek Tomasz

2. Staśko Adam

3. Fira Tomasz

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zbadanie właściwości przetworników do pomiaru siły.

2. Część praktyczna:

a. W ćwiczeniu bada się czujnik magnetosprężysty siły nacisku z przetwornikiem. Badany czujnik obciążany jest siłą skupioną za pomocą podwójnej dźwigni dwuramiennej. Siłę F działającą na badany czujnik ustala się za pomocą odważników, które umieszcza się na szalce podwieszonej na ramieniu dźwigni. Wartość tej siły można określić na podstawie masy odważników oraz współczynnik dźwigni k_F.

Dźwignia na stanowisku laboratoryjnym ma współczynnik przełożenia k_F = 10.

Układ pomiarowy:

Rys.1 Układ elektryczny do badania magnetosprężystych przetworników siły

- Charakterystyka magnesowania rdzenia przy różnych siłach nacisku U=f(I) F=const:

Tabela pomiarowa:

	m=0[kg]		m=1[kg]		m=3[kg]
I[A]	U [V]	U[V] filtr	U [V]	U[V] filtr	U [V]	U[V] filtr
0,2	0,16	0,05	0,18	0,06	0,24	0,08
0,22	0,18	0,06	0,21	0,07	0,27	0,095
0,24	0,2	0,07	0,23	0,08	0,3	0,1
0,26	0,22	0,075	0,25	0,09	0,32	0,11
0,28	0,23	0,08	0,27	0,095	0,35	0,12
0,3	0,25	0,09	0,29	0,1	0,37	0,13
0,32	0,26	0,096	0,312	0,11	0,4	0,15
0,34	0,29	0,1	0,33	0,12	0,42	0,16
0,36	0,31	0,11	0,35	0,13	0,45	0,17
0,38	0,33	0,12	0,37	0,135	0,47	0,18
0,4	0,35	0,13	0,39	0,145	0,5	0,17
0,38	0,33	0,12	0,37	0,13	0,474	0,16
0,36	0,3	0,1	0,34	0,125	0,448	0,15
0,34	0,29	0,095	0,33	0,12	0,431	0,14
0,32	0,27	0,09	0,31	0,11	0,4	0,13
0,3	0,26	0,08	0,29	0,1	0,37	0,12
0,28	0,24	0,075	0,27	0,095	0,35	0,115
0,26	0,22	0,07	0,25	0,09	0,32	0,1
0,24	0,19	0,06	0,23	0,08	0,29	0,095
0,22	0,18	0,055	0,2	0,07	0,27	0,08
0,2	0,16	0,04	0,19	0,064	0,24	0,06

Charakterystyka bez filtra:

Charakterystyka z filtrem:

- Charakterystyka przetwarzania U=f(F) I=const:

Tabela pomiarowa:

m [kg]	Q=m*g	F [N]	U [V] (I=0,2A)	U [V] filtr (I=0,2A)	U [V] (I=0,3A)	U [V] filtr (I=0,3A)	U [V] (I=0,4A)	U [V] filtr (I=0,4A)
0	0	0	0,16	0,06	0,25	0,09	0,34	0,12
1	9,81	98,07	0,19	0,07	0,29	0,1	0,39	0,14
2	19,6	196,1	0,22	0,075	0,33	0,12	0,45	0,16
3	29,4	294,2	0,24	0,08	0,37	0,13	0,5	0,18
4	39,2	392,3	0,27	0,09	0,41	0,15	0,55	0,2
5	49	490,3	0,3	0,1	0,45	0,16	0,6	0,21
6	58,8	588,4	0,32	0,11	0,49	0,17	0,64	0,23
7	68,6	686,5	0,33	0,12	0,52	0,18	0,68	0,24
8	78,5	784,5	0,36	0,13	0,54	0,19	0,7	0,26
9	88,3	882,6	0,38	0,14	0,57	0,2	0,75	0,27
10	98,1	980,7	0,39	0,135	0,59	0,21	0,78	0,28
9	88,3	882,6	0,38	0,13	0,57	0,2	0,75	0,27
8	78,5	784,5	0,36	0,12	0,55	0,195	0,72	0,26
7	68,6	686,5	0,34	0,11	0,52	0,19	0,68	0,25
6	58,8	588,4	0,32	0,1	0,49	0,18	0,65	0,23
5	49	490,3	0,3	0,09	0,46	0,16	0,6	0,22
4	39,2	392,3	0,28	0,088	0,43	0,15	0,56	0,2
3	29,4	294,2	0,25	0,08	0,39	0,14	0,51	0,18
2	19,6	196,1	0,22	0,077	0,35	0,12	0,46	0,17
1	9,81	98,07	0,19	0,065	0,3	0,1	0,41	0,15
0	0	0	0,16	0,05	0,25	0,09	0,34	0,12

Charakterystyka bez filtra:

Charakterystyka z filtrem:

b. W drugiej części ćwiczenia badaliśmy tensometryczny, przemysłowy czujnik siły nacisku. Badany czujnik przymocowany jest podstawą do belki z rzędem równooddalonych otworów.

W pierwszym etapie badany czujnik mocuje się symetrycznie, tak aby siła F była osiowa przyłożona do czujnika. W drugim etapie wyznacza się charakterystyki kierunkowe czyli zależność sygnału wyjściowego czujnika U_M od przyłożonej do czujnika siły F przy różnych kątach przyłożenia siły do czujnika.

Kąt przyłożenia siły α wyznacza się z zależności:

gdzie:

a - odległość sworznia mocującego w belce od otworu środkowego

h - wysokość czujnika

W przypadku użytego układu pomiarowego odległości te wynoszą:

a = 0,006m

h = 0,12m

- wyznaczamy wartość kontu α :

Położenie 1 α = 2,86^o

Położenie 2 α = 5,71^o

Położenie 4 α = 11,3^o

Położenie 8 α = 21,8^o

Położenie 12 α = 31^o

F wzorcowa	F badana
		położenie 1	położenie 2	położenie 4	położenie 8	położenie 12
0,2	0,2	0,18	0,17	0,18	0,16
0,4	0,4	0,37	0,36	0,35	0,34
0,6	0,6	0,58	0,57	0,56	0,51
0,8	0,8	0,77	0,77	0,73	0,68
1	1	0,98	0,96	0,91	0,87
1,2	1,2	1,16	1,17	1,11	1,05
1,4	1,4	1,37	1,35	1,3	1,22
1,6	1,6	1,56	1,56	1,5	1,41
1,8	1,8	1,76	1,74	1,69	1,58
2	2	1,98	1,96	1,9	1,76
2,2	2,2	2,17	2,17	2,07	1,93
2,4	2,4	2,36	2,36	2,27	2,13
2,6	2,58	2,55	2,54	2,44	2,3
2,8	2,78	2,77	2,72	2,65	2,47
3	2,99	2,96	3,04	2,82	2,65
3,2	3,18	3,15	3,15	3,02	2,84
3,4	3,38	3,37	3,33	3,22	3
3,6	3,58	3,55	3,53	3,4	3,12
3,8	3,77	3,75	3,72	3,58	3,31

3. Wnioski:

-pętla histerezy charakterystyczna, dla obwodu magnetycznego w przypadku badanego przetwornika jest praktycznie niezauważalna .

- im mniejsza pętla histerezy tym mniejszy rozrzut wyników w rzeczywistym układzie pomiarowym.

- zastosowanie filtru wpłynęło tylko na wartości skuteczne mierzonych napięć ,

- podczas wyznaczania charakterystyk przetwarzania można było już wyraźniej zaobserwować histerezę, chociaż jej rozpiętość ciągle była niewielka.

- w przypadku tensometrycznego czujnika siły podczas obserwacji charakterystyk siły zmierzonej w funkcji wzorcowej w = f(F) można wyraźnie zaobserwować, iż wraz ze zwiększaniem kąta odchylenia belki wskazania tensometru wzorcowego, oraz badanego coraz bardziej się rozbiegają.

---