MÉRÉSI ÚTMUTATÓ
MÉRÉSI ÚTMUTATÓ
MÉRÉSI ÚTMUTATÓ
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
B M E<br />
Mechatronika, Optika és Műszertechnika<br />
Tanszék<br />
<strong>MÉRÉSI</strong> <strong>ÚTMUTATÓ</strong><br />
Egyszerű, passzív átviteli tagok azonosítása<br />
11.<br />
mérés<br />
MD SZ AK MŰ MÉ MT<br />
A mérés során<br />
gyakorolt<br />
ismeretek és<br />
módszerek<br />
A méréshez<br />
felhasznált<br />
eszközök<br />
A felkészülés<br />
kiemelt<br />
témakörei<br />
Rendszertani és műszertechnikai alapfogalmak gyakorlása<br />
Impedanciák meghatározása méréssel<br />
Digitális frekvenciamérő és multiméter, valamint AF teljesítménygenerátor<br />
megismerése<br />
1 db Ismeretlen átviteli tag, lezárt dobozban<br />
1 db Teljesítmény generátor<br />
1 db Digitális frekvenciamérő<br />
1 db Oszcilloszkóp (2 csatornás)<br />
2 db Digitális multiméter<br />
Analógia – dualitás – dualógia<br />
Rendszeregyenlet<br />
Átviteli függvény, átmeneti – és súlyfüggvény<br />
Bode, Nyquist, Nichols diagram<br />
Megfigyelhetőség<br />
Impedanciák<br />
Források<br />
Dr. Petrik O. Rendszertechnika /jegyzet/<br />
Szakirodalom Dr. Csáki – Bars: Automatika TK 1972<br />
Dr. Petrik O. Finommechanika TK 1978.<br />
A mérés során<br />
elvégzendő<br />
feladatok<br />
Méréshez<br />
szükséges<br />
eszközök<br />
Az 1. és 2. elméleti kérdéscsoport megválaszolása<br />
Dinamikus mérések /átmeneti fv., frekv. fv./<br />
Rendszerparaméterek /impedanciák/ mérése<br />
A 3. és 4. gyakorlati kérdéscsoport megválaszolása<br />
toll, papír, számológép
1. A mérés tárgya:<br />
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 2. oldal<br />
M11<br />
Ismeretlen átviteli tag összetett, esetleg automatizált mérőrendszerek megépítésekor, vagy<br />
automatizálási folyamatok tervezése során előfordulhat, hogy bizonyos rendszerrészek dinamikus és<br />
statikus jellemzőit nem ismerjük. Jelen gyakorlat során villamos elemekből felépített, egyszerű átviteli<br />
tagok azonosítását végezzük el.<br />
Az azonosításhoz meghatározzuk az átmeneti függvényt, további célszerűen megválasztott<br />
frekvenciákon, szinuszos jel segítségével kimérjük az amplitúdó fázis jelleggörbét. Ha a rendszert ily<br />
módon azonosítottuk, akkor az impedancia módszer segítségével meghatározzuk az átviteli tag egyes<br />
elemeinek értékét.<br />
Figyelmeztetés:<br />
A dobozokat minden mérés alkalmával cseréljük. A bemeneti és kimeneti kapocspárok felcserélése<br />
-tekintettel arra, hogy nem szimmetrikus négypólusokról van szó- eltérő eredményt okoz.<br />
Kérdéscsoport 1.<br />
1.1 Készítse el a táblázatban szereplő kapcsolások mechanikai analóg gráfját.<br />
1.2 Rajzolja fel valamennyi kapcsolás villamos duálját és mechanikai dualógját.<br />
1.3 Készítse el valamennyi kapcsolás differenciálegyenletét.<br />
1.4 Készítse el a kapcsolások átviteli függvényeit.<br />
1.5 Határozza meg valamennyi kapcsolásra az |Y(ω)| [dB] és ϕ(ω) függvényeket!<br />
1.6 Mutasson legalább két példát összetett mérőrendszerekre, amelyekben frekvenciafüggő átviteli tagok<br />
szerepelnek.<br />
1.7 Időben változó fizikai mennyiségeket kell mérnie és dukumentálnia. Milyen szempontok alapján<br />
választja meg az eszközöket?<br />
1.8 Méréstechnikai úton hogyan határozná meg egyszerű, másodrendű mechanikai rendszer<br />
súlyfüggvényét? Elv és mérőrendszer vázlata szükséges.<br />
1.9 Mik a lineáris rendszerek legfontosabb jellemzői?<br />
2. Mérőrendszer<br />
OSCILLOSCOPE<br />
BLACK BOX<br />
OUT<br />
IN<br />
0<br />
MULTIMETERS<br />
AF GENERATOR<br />
&<br />
FREQUENCY METERS
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 3. oldal<br />
M11<br />
A teljesítménygenerátor dekádhangolású, 20Hz és 20kHz közötti frekvenciatartományban dolgozik. A<br />
jelforma szinuszos és négyszög lehet. A négyszögjelet az átmeneti függvény, a szinuszjelet az amlitúdó–<br />
és fázismenet (Bode-diagram) meghatározására használjuk. Az átmeneti függvény képét rajzon rögzítsük.<br />
A generátoron olyan frekvenciát kell beállítani, amely a rendszerválasz teljes képének kialakulását<br />
lehetővé teszi. Ügyeljünk arra, hogy a bemenőjel az 1-2 V közötti szintet ne lépje túl. A jelszint effektív<br />
értékének mérésére mind a bemeneti, mind a kimeneti oldalon egy-egy digitális multiméter szolgál. A<br />
bemenő- és kimenő jelek képét a mérőrendszerben alkalmazott kétcsatornás oszcilloszkópon láthatja. A<br />
kép szinkronizálása az oszcilloszkóp időalapjának és szinkronizáló gombjának megfelelő beállításával<br />
történik, de a generátor hangolása is hasonló eredménnyel jár.<br />
A rendszer identifikálása után sor kerül az egyes elemek értékeinek meghatározására. Ehhez önálló<br />
tervet készítsen, de a kapcsolás kialakítása előtt a gyakorlat vezetővel ellenőriztesse a kapcsolási vázlatot.<br />
Helytelen frekvencia beállítása vagy hibás kapcsolás a generátort károsíthatja.<br />
Kérdéscsoport 2.<br />
2.1. Mi okozza a teljesítmény erősítő kimenő jelszintjének frekvenciafüggő változását? A változás nem<br />
minden frekvenciatartományban észlelhető. Mi ennek az oka?<br />
2.2. Mi a mérésben alkalmazott generátor végfokozatának max. teljesítménye? Milyen rendszerelemmel<br />
modellezné a generátort?<br />
2.3. Hogyan működik az oszcilloszkóp?<br />
2.4. Hasonlítsa össze a digitális és az analóg mérőműszereket!<br />
2.5. Hogyan működik a digitális frekvenciamérő?<br />
2.6. Hogyan működik a digitális feszültségmérő?<br />
2.7. Hogyan mér fáziskülönbséget egycsatornás, és hogyan kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével?<br />
2.8. Hogyan használja a generátor egyes kimeneteit?<br />
3. Mérések idő és frekvenciatartományban<br />
Az átmeneti függvény önmagában többnyire elegendő az ismeretlen átviteli tag azonosításhoz. Az<br />
oszcilloszkópos megfigyelés bizonytalanságai miatt ésszerűen választott frekvenciákon /kb. 15 érték/<br />
meghatározzuk az amplitúdómenetet. A fáziskülönbség meghatározásához használja a kétsugaras<br />
oszcilloszkóp X-Y módot. Igyekezzen jól szinkronizált képen, lehetőleg nagy ábrák segítségével<br />
dolgozni. A gyakorlati kivitelezésben a gyakorlat vezető segítségét kérheti.<br />
Kérdéscsoport 3.<br />
3.1. Rajzolja fel a rendszer Bode-diagramját! /Egyszeres log. papír! /<br />
3.2. Az átmeneti függvény és a frekvenciamenet alapján azonosítsa a kapcsolást!<br />
3.3. Hogyan használja a rendszerválasz meghatározására a súlyfüggvényt és az átviteli függvényt? Mi<br />
ezek között a kapcsolat?<br />
3.4. Megfigyelhetők-e a mellékletben szereplő kapcsolások? Mi a megfigyelhetőség matematikai<br />
feltétele?
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
4. Kapacitás kimérése<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 4. oldal<br />
M11<br />
A kapacitás meghatározása alacsony frekvenciák tartományában, esetleg több frekvencián, több<br />
méréssel.<br />
1<br />
Ze = R 1 +<br />
sC<br />
U 1<br />
Ze<br />
= = R1<br />
+ ⇒ c = ?<br />
I ω<br />
Kérdéscsoport 4.<br />
c<br />
4.1 Mutassa meg, hogyan befolyásolja a keresztváltozó generátor belső ellenállása a terhelésen mérhető<br />
keresztváltozót! Hogyan készítene feszültséggenerátorból áramgenerátort?<br />
4.2 Határozza meg célszerűen megválasztott kapcsolással a rendszer paramétereit.<br />
4.3 Az 1.4 kérdés továbbfejlesztésével írja fel a vizsgált tag átviteli függvényét, konkrét adatokkal.<br />
4.4 Az átviteli függvény és a Laplace transzformáció segítségével határozza meg az átmeneti függvényt.<br />
Vesse össze a számítást az oszcilloszkópon látható képpel!<br />
5. A rendszerparaméterek mérése<br />
A kapcsolás azonosítása után lehetséges csak a paraméterek meghatározása. A kapcsolási rajz alapján<br />
a négy csatlakozópontot megfelelően felhasználva, több lépésben végezhetjük el a mérést.<br />
Figyelmeztetés: kondenzátor soros kapcsolása esetén, a felső frekvenciatartományok /kb. 5 kHz felett /<br />
használata, a generátor túlterhelésének veszélye miatt nem megengedett! Vegyük figyelembe, hogy az<br />
induktivitás impedanciáját nagyon alacsony csak a tekercs kis értékű ellenállása határozza meg. Példaként<br />
a négypólusok között nem szereplő kapcsoláson mutatjuk be az eljárást:
U<br />
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
U 2<br />
t<br />
ü<br />
G<br />
G<br />
M11 / 5. oldal<br />
M11<br />
Egyszerű ellenállásmérés digitális<br />
multiméterrel /pontatlan/<br />
Generátor segítségével,<br />
feltételezve, hogy a generátor<br />
belső ellenállása nem<br />
ideálisan zérus értékű<br />
R2<br />
U ü<br />
U<br />
= ; = i →→ Rt<br />
= , tehát a generátor saját műszerét nem használhatjuk.<br />
R + R R + R<br />
i<br />
2<br />
2<br />
A mérés lehetőleg 20 kHz környékén történik. R2 ismeretében, feszültségosztóval meghatározható R1.
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 6. oldal<br />
M11<br />
A Bode-diagramon a fázismenet meghatározásához használja a Lissajous-görbét. Olvassa le a b és B<br />
merőleges vetületi értékeket, majd a képlet szerint határozza meg α értékét.<br />
Frekvencia<br />
[kHz]<br />
Ube [V] Uki [V]<br />
U<br />
U<br />
be<br />
b<br />
B<br />
ki A = ϕ<br />
20lgA b B<br />
sin ϕ<br />
=<br />
b<br />
B
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 7. oldal<br />
M11
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 8. oldal<br />
M11
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 9. oldal<br />
M11
Mechatronika, Optika és Műszertechnika Tanszék<br />
EGYSZERŰ, PASSZÍV ÁTVITELI TAGOK AZONOSÍTÁSA<br />
M11 / 10. oldal<br />
M11
Change language