Laborator - ST 1 - Caracteristici statice si dinamice 2011-2012 DATE.pdf

7/27/2019 Laborator - ST 1 - Caracteristici statice si dinamice 2011-2012 DATE.pdf

1/8

1

LUCRAREA ST - 1

STUDIUL CARACTERISTICILOR STATICEI DINAMICE

ALESENZORILOR ITRADUCTOARELOR

Data efecturii lucrrii: ......................................

Student: ............................................................

Grupa: ............................................................


2/8

2

1. Scopul lucrrii.

Scopul prezentei lucrri este acela de a cunoate principalele caracteristici statice idinamice ale senzorilor i traductoarelor.

2. Noiuni teoretice

2.1 Senzori termorezistivi

Senzorii termorezistivi se bazez pe proprietile materialelor conductoare isemiconductoare de a-i modifica rezistivitatea electric la variaia temperaturii. Sunt cunoscutedou tipuri de seznzori termorezistivi:

- termorezistoarele;

- termistoarele.

Termorezistoarele sunt rezistoare executate din metale pure (Pt, Cu, Ni), care au de obicei

caracteristici de conversie liniare pe intervale largi de temperatur. Caracteristica de conversie aunui termorezistor este dat de relaia :

2

01 ++= RR (1.1)

sau pentru un interval restrns de temperatur:

( )+= 10RR (1.2)

Termistoarele sunt construite din materiale semiconductoare, dependena rezistenei de temperaturexprimndu-se printr-o relaie de forma:

= 0/1/1

0

TTbeRR (1.3)

unde: R0 - este rezistena senzorului la temperatura T0 ;

b - constant de material.Sensibilitatea unui termistor este:

2T

bR

dT

dRS == (1.4)

Se observ c sensibilitatea scade cu ptratul temperaturii, motiv pentru care intervalul detemperatur de sensibilitate ridicat este cel al temperaturilor relativ sczute.


3/8

3

2.2 Traductoare capacitive

Traductoarele capacitive fac parte din aceeai categorie a traductoarelor parametrice i sebazeaz pe proprietatea c mrimea de msurat produce o variaie a capacitii electrice atraductorului.

Traductoare capacitive cu modificarea ariei suprafeei de suprapunere a armturilor.

Cu observaia c acest tip de traductor se utilizeaz att n varianta liniar ct i unghiularprecizm c cel mai rspndit traductor din aceast categorie l constituie traductorul de deplasareunghiular (fig 2.8) care este un condensator rotativ cu mai multe armturi echidistante de formaunor sectoare circulare. Capacitatea traductorului este:

( )( )

=

0

2

0

360

1

d

nrC r (1.5)

a) b)

Fig 2.8. a) Traductor capacitiv de deplasare unghiular; b) Caracteristica de transfer.

2.3. Estimarea exactitii unui traductor prin analiz statistic

Exactitatea de msurare este caracteristica metrologic descris cantitativ de eroarea

instrumental total, t :

fjt += (1.6)

sau

22

fjt += (1.7)

n care:


4/8

4

j - eroarea de justee (eroare sistematic), reprezint abaterea valorii medii msurate fade valoarea teoretic, i reprezint efectul cumulat al erorilor sistematice:

dhlpzj ++++= (1.8)

unde: - z - eroare de zero;

- p - eroare de pant;

- l - eroare de liniaritate;

- h - eroare de histerezis;

- d- eroare de drift.

Eroarea raportat de justee a unui senzor sau traductor pe domeniul D reprezint abatereamediei msurtorilor fa de valoarea teoretic i se calculeaz cu relaia:

100

=D

XX tmedj (1.9)

f- eroarea de fidelitate/repetabilitate (eroare aleatoare, incertitudine)reprezint abatereamsuratorilor individuale fa de media rezultatelor i se estimeaz prin relaia:

D

tn

j

1=

(1.10)

unde: n-1 - abaterea medie patratic / standard (pentru n < 50); D - domeniul de msurare; t (n, P) - constant de corecie a repartiiei Student (n numrul de valori msurate pentru

fiecare reper; P probabilitatea dorit a estimrii):

t (6 , 0,95) = 2.57; t (6 , 0,99) = 4.03; t (6 , 0,9973) = 5.51; t (10, 0,95) = 2.26; t (10, 0,99) = 3.25; t (10, 0,9973) = 4.09; t (>200, 0,9973) = 3;

Obs. Eroarea total reprezint, de fapt, incertitudinea de msurare notat uzual cu u, iarrezultatul unei msurtori se exprim sub forma:


5/8

5

3. Desfurarea lucrrii.

3.1 Chestiuni de studiat

3.1.1 Caracterizarea metrologic a unui traductor rezistiv de deplasare unghiular, cu analizstatistic a datelor (caracteristic static de transfer, sensibilitate, liniaritate, domeniu, eroare deliniaritate);

3.1.2 Caracterizarea metrologic a unui termorezistor i a unui termistor cu coeficientnegativ de temperatur (caracteristic static de transfer, sensibilitate, liniaritate, domeniu, eroare deliniaritate);

3.1.3 Caracterizarea metrologic a unui traductor capacitiv de deplasare unghiular prinanaliz statistic (caracteristic static de transfer, sensibilitate, liniaritate, domeniu, erori de justee,repetabilitate i total).

3.1.4 Rspunsul la funcia treapt al unui senzor de temperatur; constanta de timp.

3.2. Modul de experimentare i prelucrarea datelor.

3.2.1. Utiliznd multimetrul HP-34401A se vor msura valorile rezistenei electrice traductorul dedeplasare unghiular analizat, corespunztor unghiurilor precizate n tabelul 1.1.

Tabelul 1.1.Rezultate experimentale traductor rezistiv de deplasare unghiular

x360 grad 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Rm 0.11 100.2 200.2 300.3 400.4 500.4 600.5 700.5 800.7 900.8 1001Rt 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

l %

se vor trasa caracteristicile de transfer, Rm, Rt =f() i de eroare, l =f(), unde+= SRRt 0 (1.11)

(parametriiR0i S se vor determina prin metoda celor mai mici ptrate);

se va determina sensibilitatea traductorului (raportul dintre variaia mrimii de ieire ivariaia mrimii de intrare):

= t

RS (1.12)

se va determina eroarea de liniaritate (raportul dintre abaterea maxim a rezisteneimsurate fa de cea teoretic i domeniul de msurare) i se va preciza valoarea maxim aacesteia (n modul) ca indicator al exactitii traductorului:

100

D

tRRm

l

= (1.13)

undeminmax tt

RR (domeniul corespunztor mrimii de ieire a senzorului)


6/8

6

3.2.2. Utiliznd multimetrul HP-34401A se vor msura valorile rezistenei electrice pentruun termorezistor Pt-50 i pentru un termistor cu coeficient negativ de temperatur (NTC),corespunztor valorilor de temperatur prezentate n tabelul 1.2.

Tabelul 1.2.Rezultate experimentale traductoare rezistive de temperatur

C 20 25 30 35 40 45 50Rm-Pt50 54.9 55.97 57.01 58.16 59.18 60.37 61.84R t-Pt50 l-Pt50 %Rm-th k 10.22 7.91 6.36 5.01 4.14 3.36 2.63Rt-th l-th %Sth /C

se vor trasa caracteristicile de transfer, Rm, Rt =f() i de eroare, l =f() pentru cele doutraductoare, unde

+= SRR Ptt 050 (1.14)

(parametriiR0i Sse vor determina prin metoda celor mai mici ptrate/regresie);

( ) ( )0/1/100 TTbtht eTRR = (T=273.15 + ; T0=273.15 + 0) (1.15)

(parametriiR0ibse vor determina prin metoda celor mai mici ptrate)

se va trasa caracteristica sensibilitii, Sth =f()=

thtR pentru termistor;

se va determina sensibilitatea traductorului (raportul dintre variaia mrimii de ieire ivariaia mrimii de intrare):

= tRS (1.16)

se vor determina erorile de liniaritate (raportul dintre abaterea maxim a rezistenei msuratefa de cea teoretic i domeniul de msurare) i se vor preciza valorile maxime ale acestora(n modul) ca indicator al exactitii traductoarelor:

100D

tRRml

= (1.17)

unde minmax tt RR

(domeniul corespunztor mrimii de ieire a senzorului)


7/8

7

3.2.3. Cu ajutorul RLC-metrului se vor msura valorile capacitii traductorului, Cm, pentru

valorile deplasrii ungiulare, , specificate i vor fi trecute n tabelului 1.3. Se vor efectua aseseturi de msurtori: trei n sens cresctor i trei n sens descresctor.

Tabel 1.3.Rezultate experimentale (I) traductorul capacitiv de deplasare unghiular.

[grad] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 1801c 182.9 302.1 422.8 542.8 663.1 785.6 906.1 1025.4 1146.1 1113.2

1d 183.6 302.1 422.6 542.5 663.5 785.4 905.7 1025.6 1146.1 1113.2

C 2c 182.6 302.2 422.4 543.1 663.4 785.7 905.7 1025.7 1145.7 1113.3

(pF) 2d 182.6 301.9 422.4 542.8 663.6 785.4 906.2 1025.4 1145.3 1113.1

3c 182.6 302.4 422.5 542.3 663.4 785.1 906.1 1025.6 1145.6 1113.2

3d 182.5 302.2 422.4 543.0 663.5 785.6 906.0 1026.1 1146.3 1113.4

n continuare, cu ajutorul datelor obinute se va completa tabelul 1.4.

Tabel 1.4.Rezultate experimentale (II) traductorul capacitiv de deplasare unghiular.

Ct Cmed n-1 j f |t1| |t2|grad pF pF pF % % % %

0

20

4060

80

100

120

140

160

180

se vor calcula urmtorii parametrii statistici: valoarea medie, Cmed i deviaia standard, n-1,pentru lotul de date obinut prin msurare (n=6);

se vor identifica parametrii ecuaiei de funcionare a traductorului (pentru zona liniar acaracteristicii de transfer, Cmed=f(); punctele care nu se afl n zona liniar vor fi eliminate;

practic, Cti erorile vor fi calculate numai pentru aceast zon),

+= 0

SCCt (1.18)

unde: C0 - valoarea capacitii la h = 0;

S - sensibilitatea (panta caracteristicii de transfer):minmax

0max

=

CCS ;


8/8

8

se vor calcula i interpreta erorile de justee, fidelitate (repetabilitate) i total cuprecizarea erorii totale maxime, n modul:

100

=

D

CC tmedj (1.19)

1001

=

D

t nf

(1.20)

unde : t(6; 0,95) = 2.57

22

1 fjt += (pentru P=95%)(1.21)

respectiv

t(6; 0,9973) = 5.51

fjt +=2 (pentru P=99.73%)

(1.21)

unde D = Ctmax Ctmin (domeniul studiat/ales al senzorului/traductorului )

se vor reprezenta grafic caracteristicile: ( )fCC tmed =,

3.2.4 Pentru determinarea constantei de timp se aplic o treapt de temperatur traductorului(n acest caz, termorezistorul Pt 50) se introduce brusc n cuptorul nclzit (la o temperaturconstant); n acelai moment se ncepe achiziia datelor, la un interval de 5s, pn se obinestabilizarea. Datele se trec n tabelul 1.5.

Tabel 1.5. Caracteristica dinamic a termorezistoului Pt50 .

t [s] 0 5 10 15 20 30 40 60 80 100 120 180

R [] 55.4 55.42 55.53 55.72 55.96 56.53 57.11 58.12 58.85 59.35 59.68 60.15

S se reprezinte grafic R(t) pn la stabilizare i s se identifice (grafic i prin metodaregresiei neliniare) valoarea constantei de timp, , conform funciei :

(1.22)

Laborator - ST 1 - Caracteristici statice si dinamice 2011-2012 DATE.pdf

Documents

Transcript of Laborator - ST 1 - Caracteristici statice si dinamice 2011-2012 DATE.pdf