Měření statických charakteristik odporového snímače s proudovým a napěťovým výstupem
Způsoby vyhodnocení dat z odporových snímačů polohy (proudový napěťový výstup).
Zadání
1. Seznamte se s odporovým snímačem polohy a přístroji pro vyhodnocení změny odporu v závislosti na změně délky.
2. Změřte statické charakteristiky odporového snímače v zapojení:
a. Přímém, to je v sérii s ampérmetrem
b. Potenciometrickém, to je s paralelním voltmetrem
3. Proveďte linearizaci charakteristik regresní přímkou v jejich lineární části, jejich zhodnocení a porovnání. Odhadněte maximální poměrné náhodné chyby.
Schémata zapojení
Obr. 1: Ampérovo zapojení odporového snímače
Obr. 2: Potenciometrické zapojení snímače R-100
Obr. 3: Zapojení čelního panelu měřícího přípravku
Teoretický rozbor
Elektrický odpor mezi běžcem a pevnými konci potenciometru se mění působením přímočarého nebo otočného pohybu na polohu kontaktu, tj. sběrače v odporové dráze. Je možno realizovat různé funkční průběhy mezi lineární nebo úhlovou změnou polohy běžce a změnou odporu, přičemž snímače jsou konstrukčně jednoduché a spolehlivé.
Odporový smaltovaný drát bývá navinut na nosné podložce, např. prstenci a po upravené vnitřní straně se pohybuje sběrač z platinového drátu spojený s hřídelí snímače. Úhel natočení je maximálně 270°, normalizovaná hodnota odporu snímače R0 = 100 W. Maximální odchylka výstupního napětí od ideálního lineárního průběhu určuje přesnost snímače (projevuje se zde nedokonalost vinutí, sběračů, převodů atd.). Běžné snímače dosahují přesnosti do 1 %, u speciálních typů – např. víceotáčkových se spirálovou dráhou, pak až 0,02 % při stejnosměrném napájecím napětí. Maximální přípustný proud je obvykle do 100 mA.
Pro zachování požadované statické charakteristiky potenciometru R = f (α) je nezbytné, aby měření odporu bylo zprostředkováno vhodným elektrickým zapojením. Přesnost měření ovlivňují pochopitelně mimo konstrukčních parametrů snímače také změny teploty okolí, které působí jak na vlastní odporový snímač, tak i na spojovací vedení k vyhodnocovacímu přístroji. Výsledná změna odporu se projeví jako chyba měření a lze ji omezit pouze vhodným zapojením snímače (např. poměrový přístroj).
a) Přímé měření proudu Ampérovou metodou je velmi jednoduché, ale výstupní veličina proud I je nelineární funkcí změny úhlu natočení α, a závisí na kolísání napájecího napětí U:
kde R1 je levá část odporového snímače, jejíž odpor se mění v závislosti na úhlu natočení [W], RV je odpor vedení [W] a Rn je nastavovací odpor pro nulování stupnice [W]
b) Potenciometrické zapojení je velmi rozšířené a výstupní veličina – napětí – je lineární funkcí změny odporu. Pro U2 platí:
kde R1 = αX ∙ R [αX je poměrný úhel natočení, <0,1>] a
R2 = (1 x) R KZ = RZ/R je činitel zatížení
Můžeme tedy psát:
Definujeme-li tzv. přídavnou chybu zátěže δZ jako:
Dostaneme po dosazení předcházejícího vztahu:
Jestliže předpokládáme, že RZ >> R, pak
Maximální chyba nastává při
, to je pro a (pro KZ
= 100).
Použijeme-li
elektronický voltmetr, který mívá velmi vysoký odpor 
, lze proud IZ zanedbat,
a pro U2 bude platit:
Postup měření
1. Proveďte zapojení odporového snímače R-100 pro měření Ampérovou metodou dle obr. 1. Odpor Rn musí být použit tak, aby proud I nepřekročil hodnotu Imax = 100 mA a nedošlo ke zničení snímače! Použijte k tomu odporu Rn, který je součástí měřicího přípravku viz, obr. 3.
2. Změřte statickou charakteristiku snímače I = f (α) pro nárůst i pokles a vyhodnoťte ji. Krok volte 30°.
3. Proveďte zapojení snímače R-100 v potenciometrickém uspořádání dle obr. 2.
4. Změřte statickou charakteristiku snímače v obou směrech.
5. Naměřené charakteristiky zakreslete do grafu, vypočtěte koeficienty regresních přímek a proveďte srovnání metod.
Tabulka Odporový snímač R-100, výrobní číslo . . . . . . . .
|
n |
α [°] |
PŘÍMÉ ZAPOJENÍ |
POTENC. ZAPOJ. |
koefic. regresní přímky |
||||
|
I |
I |
I |
U |
U |
U |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kontrolní otázky
1. Vysvětlete princip odporového snímače polohy, jeho parametry.
2. Porovnejte výhody a nevýhody jednotlivých zapojení snímače R-100.