Polno besedilo - Univerza v Mariboru

Transcription

Peter Mohorko
VERIFIKACIJA KARAKTERISTIK
NTK UPOROVNIH TIPAL Z
AVTOMATIZIRANIMI MERITVAMI
Diplomsko delo
Maribor, junij 2010
I
Diplomsko delo univerzitetnega ˇstudijskega programa
VERIFIKACIJA KARAKTERISTIK NTK UPOROVNIH
TIPAL Z AVTOMATIZIRANIMI MERITVAMI
ˇ
Student:
ˇ
Studijski
program:
Smer:
Mentor:
Mentor:
Somentor:
Lektorica:
Peter Mohorko
Elektrotehnika UN
Mehatronika
izred. prof. dr. Vojko Matko
izred. prof. dr. Karl Gotlih
Peter Mrak, univ. dipl. inˇz. el.,
Gorenje, d.d.
Janja Rostohar
Maribor, junij 2010
II
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorjema, izr. prof.
dr. Vojku Matku in izr. prof. dr. Karlu
Gotlihu, in somentorju Petru Mraku, univ.
dipl. inˇz. iz podjetja Gorenje, d.d. za
strokovno pomoˇc in vodenje pri izdelavi
diplomskega dela.
Posebna zahvala velja starˇsem, ki so mi
omogoˇcili ˇstudij ter vsem ostalim, ki so mi
kakorkoli pomagali.
III
VERIFIKACIJA KARAKTERISTIK NTK UPOROVNIH
TIPAL Z AVTOMATIZIRANIMI MERITVAMI
Kljuˇ
cne besede: avtomatizacija meritev, uporovna temperaturna tipala, meritev
NTK upornosti, Labview
UDK: 681.536.5(043.2)
Povzetek
V podjetju Gorenje, d.d. uporabljajo v svojih izdelkih temperaturno uporovna tipala z
negativnim temperaturnim koeficientom. Tipala so kljuˇcna za pravilno delovanje aparata,
zato mora biti tipalo v skladu s tehniˇcnimi specifikacijami, podanimi s strani proizvajalca
oziroma v skladu z zahtevami podjetja Gorenje, d.d.
Trenutno izvajajo verifikacijo karakteristike tipal roˇcno, s pomoˇcjo temperaturne
kopeli, ki ji nastavijo doloˇceno temperaturo, pri kateri se nato izmeri upornost tipala in
doloˇci ena toˇcka karakteristike. Zaradi poˇcasne narave temperaturnih procesov je takˇsna
meritev dolgotrajen postopek, ki se z veˇcanjem ˇstevila izmerjenih toˇck karakteristike ˇse
dodatno podaljˇsuje.
Namen in cilj diplomske naloge je avtomatizacija meritev karakteristik tipal. Izdelana reˇsitev mora omogoˇcati, da se karakteristiko tipala avtomatsko izmeri v vnaprej
pripravljenih toˇckah.
IV
VERIFICATION OF NTC RESISTOR PROBE CHARACTERISTICS WITH AUTOMATED MEASUREMENTS
Key words: measurement automation, resistance temperature probes, NTC resistance measurement, Labview
UDK: 681.536.5(043.2)
Abstract
The company Gorenje, d.d. uses resistance temperature probes with a negative temperature coefficient in their products. As they are crucial to the correct functioning of the
appliance, they must be in accordance with the specifications given by the manufacturer
and in accordance with the requirements of Gorenje, d.d.
Currently the probe characteristics are verified manually, using a thermal bath, which
is set to a certain temperature, by which the resistance of the probe is measured, giving
one point of the probes characteristic. Due to the slow nature of temperature processes
such a measurement is a time consuming procedure, which is further prolonged with
increasing the number of measured points.
The purpose and objective of this diploma work is to automate the measurement of
the probe characteristics. The designed solution should enable the measurement of the
probe characteristic automatically in predefined measurement points.
V
KAZALO VSEBINE
1 UVOD
1
2 MERJENJE TEMPERATURE
2.1 NTK uporovna tipala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 NTK tipalo TS 08/06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3
8
3 UPORABLJENA OPREMA
3.1 Temperaturna kalibracijska kopel HS 7103
3.2 Merilna kartica NI USB-6008 . . . . . . .
3.3 Merilni pretvornik Iskra MI452 . . . . . .
3.4 Temperaturna komora Weisstechnik . . . .
3.5 LabVIEW 2009 . . . . . . . . . . . . . . .
3.6 Merilni pogreˇski inˇstrumentov . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
12
12
14
17
19
21
24
4 ZASNOVA MERITVE
4.1 Optimalen poloˇzaj NTK tipala v temperaturni kopeli . . . . . . . . . .
25
27
5 RAZVOJ APLIKACIJE V LABVIEW
5.1 Komunikacija s temperaturno kopeljo . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Merjenje upornosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Avtomatsko merjenje upornosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
29
33
38
6 IZVEDBA MERITVE
6.1 Meritev karakteristike v temperaturni kopeli . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Meritev karakteristike v temperaturni komori . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Primerjava meritev in merilni pogreˇsek . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
44
47
49
7 SKLEP
54
8 VIRI
55
9 PRILOGE
9.1 Seznam slik . . . . . . . . . . .
9.2 Seznam tabel . . . . . . . . . .
9.3 Karakteristika tipala TS 08/06 .
9.4 Tehniˇcne specifikacije MI452 . .
9.5 Tehniˇcne specifikacije USB-6008
9.6 Kratek ˇzivljenjepis . . . . . . .
9.7 Razno . . . . . . . . . . . . . .
56
56
57
58
61
65
69
69
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
VI
UPORABLJENI SIMBOLI
Ω
δ
τa
∆X
δX
Ohm - enota za upornost. Je sestavljena enota SI merskega sistema (Ω ≡
Faktor disipacije NTK tipala
ˇ
Casovna
konstanta NTK tipala
Absolutni pogreˇsek
Relativni pogreˇsek
UPORABLJENE KRATICE
A/D
AI
AO
ASCII
D/A
DAQ
GND
HS
NI
NTK
PTK
RH
RS-232
R-T
Analogno digitalna pretvorba
Analogni vhod
Analogni izhod
American Standard Code for Information Interchange
Digitalno analogna pretvorba
Zajemanje podatkov
Ozemljitev
Hart Scientific
National Instruments
Negativni temperaturni koeficient
Pozitivni temperaturni koeficient
Relativna vlaˇznost
Recommended Standard 232
Upornost - temperatura
V
).
A
Verifikacija karakteristik NTK uporovnih tipal z avtomatiziranimi meritvami
1
1
UVOD
V podjetju Gorenje, d.d. uporabljajo v svojih izdelkih temperaturno uporovna tipala
razliˇcnih proizvajalcev. Ta tipala imajo karakteristiko z negativnim temperaturnim
koeficientom (NTK) in so kljuˇcnega pomena za pravilno delovanje aparata. Za zagotavljanje kakovosti je treba karakteristike tipal preveriti – karakteristika tipala mora
biti v skladu s tehniˇcnimi specifikacijami, podanimi s strani proizvajalca, oziroma v
skladu z zahtevami podjetja Gorenje, d.d.
V oddelku razvoja hladilno zamrzovalnih aparatov izvajajo verifikacijo karakteristike
tipal s pomoˇcjo temperaturne kopeli, ki ji nastavijo doloˇceno temperaturo za referenco.
Po stabilizaciji temperature v kopeli se izmeri upornost tipala in doloˇci ena toˇcka
karakteristike. Zaradi poˇcasne narave temperaturnih procesov je takˇsna meritev dolgotrajen postopek. Veˇcanje ˇstevila izmerjenih toˇck karakteristike meritev ˇse dodatno
podaljˇsa. Z avtomatizacijo meritve se zmanjˇsa ˇcas meritve, sprosti ˇcloveˇski kader in
poveˇca natanˇcnost, zanesljivost in ponovljivost meritve.
Namen in cilj diplomske naloge je avtomatizacija meritev karakteristik tipal. Izdelana reˇsitev mora omogoˇcati, da se karakteristiko tipala avtomatsko izmeri v vnaprej
pripravljenih toˇckah. Za izvedbo diplomske naloge je bila uporabljena ˇze obstojeˇca
oprema v podjetju Gorenje, d.d. Preveriti ˇzelimo tudi vpliv medija na natanˇcnost
izmerjene karakteristike. V ta namen smo izvedli dodatno meritev karakteristike v
drugem mediju.
V drugem poglavju so na kratko opisani naˇcini merjenja temperature, podrobno
so opisana NTK tipala in NTK tipalo, na katerem so se izvajale meritve. Na kratko
so opisane tudi merilne napake. V tretjem poglavju je opisana oprema, ki se je
uporabila za izvedbo diplomske naloge. V ˇcetrtem je predstavljen strojni del reˇsitve
avtomatizacije meritve, v petem poglavju pa je predstavljen programski del reˇsitve. V
ˇsestem poglavju sta opisani meritvi karakteristike v dveh razliˇcnih medijih ter njuni
rezultati in primerjava med obema. Izraˇcunane so tudi merilne napake ter podani
predlogi za izboljˇsavo le-teh. V sedmem poglavju se nahaja sklep, ki vsebuje objektivno
oceno rezultatov, komentar izvedene reˇsitve problema in napotke za nadaljnje delo.
2
2
MERJENJE TEMPERATURE
Temperatura je ena osnovnih termodinamiˇcnih spremenljivk, ki doloˇca stanje teles.
Mnoge lastnosti teles in snovi se spreminjajo s temperaturo (npr. velikost, gostota,
proˇznost, elektriˇcna upornost. . . ). Na osnovi teh sprememb je tudi definirana skala za
merjenje temperature.
Temperaturo merimo s termometrom. Plinski termometer meri temperaturo na
osnovi temperaturne spremembe prostornine plinov pri stalnem tlaku ali temperaturne
spremembe tlaka pri stalni prostornini. Kapljevinski termometer (ˇzivosrebrni, alkoholni)
temelji na temperaturnem raztezanju snovi. Infrardeˇci merilniki temperature omogoˇcajo
brezkontaktno merjenje, delujejo pa na podlagi sevanja toplote (Stefanov zakon) [1].
V elektrotehniki po navadi merimo temperaturo:
1. s termoˇcleni,
2. z uporovnimi termometri,
3. s termistorji.
Termoˇclen (angl. thermocouples) je stik dveh razliˇcnih kovin, ki generira elektriˇcno
napetost kot posledico temperaturne razlike. Za delovanje izkoriˇsˇca Seebeckov pojav –
gre za termoelektriˇcni pojav, pri katerem se temperaturna razlika pretvarja v elektriˇcno
(napetostno). Dobra lastnost termoˇclenov je, da imajo majhno spojno mesto, majhno
toplotno kapaciteto, hiter odziv (reda ms) in ˇsiroko temperaturno obmoˇcje (od −180 do
+2320°C). Njihova slabost je majhna toˇcnost in drift, ki se lahko pojavi ˇze po nekaj urah.
Obstaja veˇc tipov termoˇclenov (tip B, C, E, J, K. . . ), ki se razlikujejo v kombinaciji
kovin v stiku in v temperaturnem obmoˇcju.
Uporovni termometri (angl. resistance temperature detectors) izkoriˇsˇcajo lastnost
nekaterih kovin (najveˇckrat platino), da se jim spreminja elektriˇcna upornost glede
na temperaturo. Njihova uporaba v industriji se poveˇcuje, saj imajo zelo ˇsiroko
temperaturno obmoˇcje (od −200 do +630°C), kjer imajo visoko toˇcnost, stabilnost in
ponovljivost. Slabost je veˇcja velikost senzorja in poˇcasnejˇsi odziv (reda s). Pogosta
predstavnika uporovnih termometrov sta Pt100 in Pt1000.
Termistorji (angl. thermistors; ime je sestavljeno iz thermal in resistor ) so upori,
katerih upornost je odvisna od temperature. Od uporovnih termometrov se razlikujejo v
uporabljenjem materialu – ponavadi gre za posebno vrsto polimerov ali keramike. Imajo
manjˇse temperaturno obmoˇcje (od −90 do +130°C). Glede na odvisnost upornosti od
3
temperature se delijo na PTK (pozitivni temperaturni koeficient) in NTK (negativni
temperaturni koeficient) termistorje. Prvim se upornost z naraˇsˇcanjem temperature
zviˇsuje, medtem ko se slednjim zmanjˇsuje [1].
2.1
NTK uporovna tipala
Po standardu IEC 60539 so NTK termistorji (v nadaljevanju NTK tipala) temperaturno
obˇcutljivi polprevodniˇski upori, katerim se upornost z viˇsanjem temperature nelinearno
zniˇzuje. Vrednost negativnega temperaturnega koeficieta se giblje med −6 %/K do
−2 %/K, kar je okoli desetkrat veˇc od kovinskih in okoli petkrat veˇc od silikonskim
temperaturnih tipal [2].
Spremembe v upornosti NTK tipala so lahko posledica zunanje spremembe v temperaturi ali posledica notranjega segrevanja, ki nastane zaradi elektriˇcnega toka, ki teˇce
skozi tipalo. Notranje segrevanje lahko povzroˇci, da se temperatura tipala dvigne nad
temperaturo okolice. Ker vplivov notranjega segrevanja ne moremo vedno zanemariti, je
treba razlikovati med karakteristiko elektriˇcno obremenjenega in neobremenjenega NTK
tipala. Slednja se imenuje karakteristika pri niˇcelni moˇci (angl. zero-power characteristic)
in je podana s strani proizvajalca.
Proizvajalec lahko lastnosti NTK tipala poda na veˇc naˇcinov, npr. v obliki formule,
ki aproksimira karakteristiko oziroma R-T krivuljo ali v obliki tabele. Ponavadi se
podata parametra B25/100 (strmina R-T krivulje) in R25 (upornost pri 25°C).
Vrednost parametra B (enaˇcba 2.1) je odvisna od keramiˇcnega materiala, iz katerega
je izdelano NTK tipalo, in doloˇca strmino R-T krivulje.
B25/100 =
R25
T25 · T100
· ln
T100 − T25
R100
(2.1)
kjer je:
T25
T100
R25
R100
temperatura
temperatura
upornost pri
upornost pri
25°C
100°C
temperaturi 25°C
temperaturi 100°C
Parameter B je lahko podan tudi kot B25/50 , B25/80 , B0/100 , B100/200 . . . Vrednosti za
NTK tipala se gibljejo med 2000–5000 K. Slika 2.1 prikazuje vpliv parametra B na
strmino R-T krivulje tipala.
Proizvajalec zaradi tehnoloˇski omejitev pri proizvodnji ne more zagotoviti, da so vsa
NTK tipala izdelana popolnoma enaka. Iz tega razloga imata oba parametra (B25/100
in R25 ) podano tudi njuno toleranco.
4
Slika 2.1: Vpliv parametra B na strmino R-T krivulje [2].
Kot je bilo ˇze omenjeno, lahko elektriˇcni tok, ki teˇce skozi NTK tipalo povzroˇci
njegovo segrevanje. Vpliv notranjega segrevanja na natanˇcnost NTK tipala je odvisen
od faktorja disipacije δ in velikosti tipala. Manjˇse kot je NTK tipalo, manjˇsa je dovoljena
elektriˇcna obremenitev. Vpliv elektriˇcnega toka na notranje segrevanje lahko zapiˇsemo
z enaˇcbo:
Pel = U · I =
dH
dT
= δ · (T − TA ) + C ·
dt
dt
(2.2)
kjer je:
Pel
U
I
dH/dt
δ
T
TA
C
dT /dt
dovedena elektriˇcna moˇc
trenutna napetost
trenutni tok, ki teˇce skozi NTK tipalo
sprememba shranjene toplotne energije v odvisnosti od ˇcasa
faktor toplotne disipacije
trenutna temperatura NTK tipala
temperatura okolice
toplotna kapaciteta NTK tipala
sprememba temperature v odvisnosti od ˇcasa
5
V kolikor je elektriˇcni tok, ki teˇce skozi NTK tipalo konstanten, je dvig temperature,
ki ga povzroˇci notranje segrevanje, sprva hiter, vendar sˇcasoma zopet upade. To se
zgodi, ko se doseˇze mirovno stanje, kjer se notranja temperatura raprˇsi zaradi toplotne
prevodnosti. V tem mirovnem stanju je sprememba temperature dT /dt enaka 0, kar
pomeni, da iz enaˇcbe 2.2 dobimo enaˇcbo:
V · I = δ · (T − TA )
(2.3)
Z upoˇstevanjem Ohmovega zakona1 lahko zapiˇsemo tok ali napetost kot:
s
I=
V =
δ · (T − TA )
R(T )
p
δ · (T − TA ) · R(T )
(2.4)
(2.5)
kjer je:
R(T )
Temperaturno odvisna upornost tipala
To je t.i. parametriˇcni opis napetostno/tokovne krivulje NTK tipala. S pomoˇcjo zgornjih
enaˇcb je moˇzno te krivulje izraˇcunati za razliˇcne temperature okolice. Napetostno/tokovno
karakteristiko NTK tipala (slika 2.2) dobimo tako, da merimo vrednost napetosti pri
konstantni temperaturi kot funkcijo toka. Napetostno/tokovna karakteritika NTK tipala
ima ˇstiri podroˇcja:
1. Linearno naraˇsˇcajoˇci del, kjer je vpliv notranjega segrevanja zanemarljiv. Na
upornost vpliva samo temperatura okolice. V tem delu krivulje se NTK tipala
uporabljajo kot temperaturni senzorji (dV /dI = R = konst.).
2. Nelinearno naraˇsˇcajoˇci del do maksimalne napetosti (vrh krivulje), kjer zaˇcne
upornost upadati (R > dV /dI > 0).
3. Pri maksimalni napetosti je naraˇsˇcanje upornosti enako 0 (dV /dI = 0).
4. Padajoˇci del, kjer je padec upornosti veˇcji, kot je relativno veˇcanje toka. V tem
delu krivulje se NTK tipala uporabljajo, kadar je uˇcinek notranjega segrevanja
zaˇzeljen (npr. detekcija tekoˇcin) (dV /dI < 0).
1
U =R·I
6
Slika 2.2: Primer napetostno/tokovne karakteristike tipala [2].
Iz enaˇcb 2.4 in 2.5 je razvidno, da na napetostno/tokovno karakteristiko ne vpliva
samo temperaturno odvisna upornost NTK tipala R(T ), ampak tudi faktor disipacije δ.
Slednji je definiran kot razmerje med spremembo razprˇsene moˇci dP in rezultirajoˇco
spremembo temperature NTK tipala dT :
δ=
dP
dT
(2.6)
Izraˇzen je v enoti mW/K in nam pove, koliko moˇci je potrebne, da se temperatura
tipala v mirovnem stanju dvigne za 1 K. Odvisen je od velikosti, oblike in materiala
NTK tipala ter medija, v katerem je tipalo. Veˇcji kot je faktor disipacije, veˇc toplote
se razprˇsi iz NTK tipala v njegovo okolico. Vpliv te razprˇsene temperature na medij
je odvisen predvsem od njegove temperature – z viˇsanjem slednje se vpliv notranjega
segrevanja zmanjˇsuje. Za maksimalno natanˇcnost je treba ˇze pri naˇcrtovanju vezja
upoˇstevati, kakˇsne temperature se bodo merile in kakˇsna elektriˇcna moˇc bo dovedena
na NTK tipalo (manj je boljˇse) [2].
Proizvajalec vse podatke o NTK tipalu poda za okolje, kjer je medij mirujoˇc zrak.
V tekoˇcini se spremeni faktor disipacije, kar premakne napetostno/tokovno krivuljo gor
7
proti veˇcjim vrednostim napetosti in toka (v vakuumu se krivulja pomakne navzdol).
Iz napetostno/tokovne karakteristike je torej moˇzno ugotoviti tudi, v kakˇsnem mediju
se nahaja tipalo (lahko se meri pretok plinov ali tekoˇcin, za merjenje vakuma, itd.).
Pomemben podatek za NTK tipala je tudi toplotna ˇcasovna konstanta τa . Na njo v
glavnem vplivajo:
• dizajn tipala (oblika, material tipala in ohiˇsja. . . ),
• naˇcin pritrditve na medij (povrˇsinsko, potopljeno. . . ),
• medij (voda, zrak, vakum. . . ).
Kadar NTK tipalo s temperaturo T1 potopimo v medij (zrak, voda) s temperaturo T2 ,
lahko spremembo njegove temperature kot funkcijo ˇcasa opiˇsemo z enaˇcbo:
t
T (t) = T2 + (T1 − T2 ) · e− τa
(2.7)
Na sliki 2.3 lahko vidimo, da ˇcasovna konstanta τa oznaˇcuje ˇcas, po katerem se temperatura NTK tipala dvigne za 63,2 % razlike obeh temperatur.
Slika 2.3: Graf temperature v odvisnosti od ˇcasa [2].
Toplotna kapaciteta NTK tipala C iz enaˇcbe 2.2 ima enoto mJ/K in nam pove,
koliko toplote je potrebno, da se njegova temperatura dvigne za 1 K:
C=
∆H
∆T
(2.8)
Zvezo med toplotno kapaciteto, faktorjem disipacije in ˇcasovno konstanto opisuje enaˇcba:
C = δ · τa
(2.9)
2.2
8
NTK tipalo TS 08/06
V tej diplomski nalogi se bomo osredotoˇcili na NTK tipala TS 08/06 proizvajalca Epcos,
ki se vgrajujejo v hladilne aparate Gorenje. Proizvajalec je NTK tipalo TS 08/06 razvil
prav za ta namen, saj je ulito v trdno plastiˇcno maso (vidno na sliki 2.4), ki je odporna
na hladno in vlaˇzno okolico v hladilnih aparatih.
Slika 2.4: NTK tipalo Epcos TS 08/06.
Lastnosti NTK tipala morajo biti v skladu z zahtevami podjetja Gorenje, d.d. in morajo
biti znotraj dovoljenih toleranc. Doloˇcene so tudi dimenzije NTK tipala, ki so vidne na
sliki 2.5.
Slika 2.5: Dimenzije NTK tipala (v mm).
Lastnosti tipala so s strani proizvajalca podane v obliki tabele (tabela 2.1, celotna
tabela v prilogi 9.3). Podatki v tabeli so dobljeni na podlagi natanˇcnih meritev in
izraˇcunov, ki jih opravi proizvajalec. Za vsako temperaturo, v obmoˇcju od −40°C do
+80°C v razmaku po 1°C, so podane tri upornosti, in sicer Rcent, Rmin in Rmax. Te
9
tri vrednosti oznaˇcujejo spodnjo (Rmin) in zgornjo (Rmax ) mejo dovoljenega intervala
upornosti pri dani temperaturi. Vrednost Rcent je upornost, ki bi jo imelo idealno
izdelano tipalo (oziroma tipalo s tolerancami ±0) pri dani temperaturi. Na sliki 2.6 je
grafiˇcno prikazana karakteristika (oziroma R-T krivulja) NTK tipala.
V tabeli 2.1 sta pri vsaki temperaturi podana tudi podatka ∆T [°C] (absolutni
pogreˇsek temperature) in δR [%] (relativni pogreˇsek upornosti). Slednji doloˇca vrednost
Rmin in Rmax, kar pokaˇze naslednji izraˇcun:
Rmin25 = Rcent25 · (100% − δR25 ) = 5,00kΩ · (100% − 1%) = 4,95kΩ
(2.10)
Rmax25 = Rcent25 · (100% + δR25 ) = 5,00kΩ · (100% + 1%) = 5,05kΩ
(2.11)
kjer je:
Rmin25
Rcent25
Rmax25
δR25
spodnja meja upornosti pri 25°C
upornosti pri 25°C
zgornja meja upornosti pri 25°C
relativni pogreˇsek upornosti pri 25°C
Za izraˇcun upornosti pri temperaturi, ki v tabeli ni podana, proizvajalec priporoˇca,
da neznano upornost dobimo z linearno interpolacijo [10, 11] med sosednjima toˇckama
karakteristike. Za izraˇcun upornost pri temperaturi 24,5°C potrebujemo podatke pri 24
in 25°C, ki tvorita dve toˇcki karakteristike:
• P 1 = (T24 , Rcent24 ) = (24°C, 5,23 kΩ)
• P 2 = (T25 , Rcent25 ) = (25°C, 5,00 kΩ)
Pri linearni interpolaciji predpostavimo, da je sprememba upornosti med toˇckama P 1
in P 2 linearna [3]. Upornost pri temperaturi 24,5°C izraˇcunamo po enaˇcbi:
R24,5 = Rcent24 + (T24,5 − T24 ) ·
Rcent25 − Rcent24
= 5,12kΩ
T25 − T24
kjer je:
R24,5
T24,5
neznana upornosti pri 24,5°C
temperatura 24,5°C, pri kateri ˇzelimo izraˇcunati
neznano upornost
(2.12)
Tabela 2.1: Delna karakteristika tipala TS 08/06.
R-T data for TS 08/06
B25/100 = 3980 K ±1,0 %
R25 = 5,00 kΩ ±1,0 %
T [°C] Rmin [kΩ] Rcent [kΩ] Rmax [kΩ] δR [%]
−27
−26
−25
−24
−23
−22
−21
−20
−19
−18
−17
−16
−15
−14
−13
−12
−11
−10
−9
−8
−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
72,19
67,92
63,93
60,20
56,72
53,46
50,40
47,55
44,87
42,36
40,00
37,80
35,72
33,78
31,95
30,23
28,62
27,10
25,67
24,33
23,07
21,87
20,75
19,69
18,70
17,76
16,87
16,03
15,24
14,49
13,79
13,11
12,48
11,89
11,32
10,79
10,28
9,80
74,92
70,45
66,27
62,37
58,72
55,31
52,12
49,14
46,34
43,72
41,27
38,97
36,81
34,79
32,89
31,10
29,43
27,85
26,37
24,98
23,66
22,43
21,27
20,17
19,14
18,10
17,25
16,38
15,57
14,80
14,07
13,38
12,73
12,11
11,53
10,98
10,46
9,97
77,74
73,06
68,68
64,60
60,79
57,22
53,89
50,77
47,86
45,12
42,57
40,18
37,93
35,82
33,85
31,99
30,25
28,62
27,08
25,63
24,28
23,00
21,79
20,66
19,59
18,59
17,64
16,75
15,90
15,11
14,36
13,65
12,98
12,34
11,74
11,18
10,64
10,14
3,77
3,71
3,64
3,58
3,52
3,46
3,40
3,33
3,27
3,21
3,15
3,10
3,04
2,98
2,92
2,86
2,81
2,75
2,69
2,64
2,58
2,53
2,47
2,42
2,36
2,31
2,26
2,21
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
1,75
1,70
∆T [°C]
0,60
0,59
0,59
0,58
0,58
0,57
0,56
0,56
0,55
0,55
0,54
0,53
0,53
0,52
0,51
0,51
0,50
0,49
0,49
0,48
0,47
0,47
0,46
0,45
0,45
0,44
0,43
0,43
0,42
0,41
0,40
0,40
0,39
0,38
0,37
0,37
0,36
0,35
10
11
200
Rmax
Rcent
Rmin
190
180
170
160
150
140
130
Upornost [kΩ]
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Temperatura [°C]
40
Slika 2.6: Graf karakteristike tipala.
50
60
70
80
3
12
UPORABLJENA OPREMA
Za izvedbo te diplomske naloge smo lahko uporabili le obstojeˇco opremo v podjetju
Gorenje, d.d., saj zaradi ekonomskih razmer nakup nove, namenske opreme ni priˇsel v
poˇstev. Za merjenje NTK karakteristik tipal je treba tipalo postaviti v temperaturno
nadzorovano okolje ter z merilno opremo izmeriti upornost tipala.
Temperaturno regulirano okolje smo dosegeli z uporabo temperaturne kopeli podjetja
Hart Scientific, za merjenje upornosti pa merilni pretvornik ISKRA, ki izmerjeno
upornost pretvori v enosmerno napetost. Ta napetost se nato izmeri z merilno kartico
podjetja National Instruments. Vse skupaj nadzoruje aplikacija, izdelana v programskem
paketu LabVIEW, prav tako podjetja National Instruments. Vsa zgoraj navedena
oprema je last Gorenja, d.d. in je na kratko opisana v sledeˇcih podpoglavjih.
Za namene te diplomske naloge smo izvedli dodatno meritev karakteristike NTK
tipala tudi v temperaturni komori podjetja Weisstechnik. Ta komora se od temperaturne
kopeli Hart Scientific razlikuje v mediju za prenos temperature. V slednji je medij
posebno olje, medtem ko je v prvi medij zrak. Z meritvijo smo ˇzeleli preveriti, kakˇsen
vpliv (ˇce sploh) ima medij na meritev karakteristike tipala.
3.1
Temperaturna kalibracijska kopel HS 7103
Temperaturna kalibracijska kopel Hart Scientific 7103 Micro-Bath (na sliki 3.1) je
prenosni inˇstrument za temperaturne kalibracije. Uporablja se za kalibracijo in testiranje
termoˇclenov, uporovnih termometrov ali NTK tipal. Kljub majhnim dimenzijam je
naprava dovolj natanˇcna za uporabo v laboratoriju. Pri sobni temperaturi 23°C je moˇzno
temperaturo nastaviti v obmoˇcju od −40°C do +125°C. Loˇcljivost prikaza temperature
je 0,01 stopinje in je lahko v enotah °C ali °F [5].
Temperatura je regulirana s pomoˇcjo hibridnega mikroprocesorja, ki uporablja
natanˇcne platinaste uporovne termometre ter spreminja temperaturo s pomoˇcjo
Peltierjevih elementov2 . Natanˇcne karakteristike temperaturne kopeli so podane v
tabeli 3.1.
2
Peltierjevi elementi za svoje delovanje izkoriˇsˇcajo Peltierjev pojav. Gre za termoelektriˇcni pojav,
pri katerem se ustvarja temperaturna razlika z elektriˇcno napetostjo. Elektriˇcni tok steˇce skozi dvoje
razliˇcnih kovin ali polprevodnikov (tipa n in tipa p), ki se stikata v dveh spojih, pri tem pa zraven teˇce
toplotni tok od enega stika proti drugemu, kar ima za posledico hlajenje enega in segrevanje drugega
stika.
13
Slika 3.1: Temperaturna kopel Hart Scientific 7103.
Tabela 3.1: Karakteristike temperaturne kopeli [5].
Lastnost
Vrednost
Obmoˇcje delovanja
Toˇcnost temperature
Resolucija
−40 do +125°C
±0,25°C
±0,01°C
Stabilnost temperature
ˇ segrevanja
Cas
ˇ ohlajanja
Cas
±0,03°C pri -25°C (olje 5010)
±0,05°C pri 125°C (olje 5010)
25°C do 100°C: 35 minut
25°C do −25°C: 45 minut
Velikost naprave
Teˇza
64 mm (premer) x 139 mm (globina)
Velikost odprtine: 48 mm (premer)
ˇ x V x G)
23 x 34 x 26 cm (S
10 kg s tekoˇcino
Temperaturni aktuator
Peltierjevi elementi, ventilator
Napajanje
94 – 234 VAC (±10 %), 50/60 Hz, 400 W
Velikost kopeli
Kot medij za prenos toplote se uporablja specialno olje. Magnetni meˇsalec skrbi za
meˇsanje olja, s ˇcimer se doseˇze enakomerna temperatura po vsej posodi [5].
3.2
14
Merilna kartica NI USB-6008
Merilna kartica USB-6008 (na sliki 3.2) je vstopni, nizkocenovni, merilni inˇstrument
v ponudbi naprav za zajemanje podatkov (DAQ – angl. data acquisition) podjetja
National Instruments. Naprava, povezljiva preko USB vodila, je dovolj enostavna za
izvedbo hitrih meritev, vendar hkrati tudi dovolj raznolika za bolj kompleksne meritve.
Slika 3.2: Merilna kartica NI USB-6008 [6].
Merilna kartica ima 8 analognih vhodnih kanalov, 2 analogna izhodna kanala,
12 digitalnih vhodno/izhodnih kanalov in en 32-bitni ˇstevec. Napaja se preko USB
podatkovnega kabla, ki povezuje merilno kartico z osebnim raˇcunalnikom. Natanˇcne
specifikacije kartice so v tabeli 3.2, njene dimenzije pa so razvidne iz slike 3.3. Za
izvedbo diplomske naloge smo potrebovali samo analogne vhode, zato se bomo pri
nadaljnjem opisu kartice osredotoˇcili na njih. Ostale lastnosti kartice (analogni izhodi,
digitalni vhodi/izhodi) so podrobno opisane v tehniˇcni dokumentaciji [6] in v prilogi
9.5 – tehniˇcne specifikacije USB-6008.
Merilno kartico je moˇzno dobiti tudi v izvedbi brez ohiˇsja, v obliki tiskanega vezja.
Takˇsna izvedba je primerna za uporabo v vgradnih sistemih (angl. embedded systems).
Tabela 3.2: USB-6008 specifikacije za analogne vhode [6].
Lastnost
Vrednost
Tip A/D pretvorbe
Sukcesivno aproksimativni
Analogni vhodi
8 (4 diferencialno)
Loˇcljivost
11-bitna (12-bitna diferencialno)
Maksimalna hitrost vzorˇcenja
10 kS/s (skupna vsem kanalom)
Vhodno obmoˇcje
±10 V
Vhodno obmoˇcje (diferencialno)
Delovna napetost
±20 V, ±10 V, ±5 V, ±4 V,
±2,5 V, ±2 V, ±1,25 V, ±1 V
±10 V
Vhodna impedanca
144 kΩ
Prenapetostna zaˇsˇcita
±35 V
Slika 3.3: Dimenzije merilne kartice USB-6008 [6].
15
16
Na analogne vhodne kanale je moˇzno merjeno napetost prikljuˇciti na dva naˇcina:
• Single-ended: meri potencial napetosti glede na potencial GND
• Diferencialno: meri razliko prikljuˇcenih potencialov med dvema terminaloma
Pri izbiri naˇcina prikljuˇcitve vhodne napetosti je treba upoˇstevati tudi bitno natanˇcnost.
Pri single-ended meritvah je natanˇcnost 11-bitna, medtem ko je pri diferencialnih
meritvah 12-bitna. Slaba stran diferencialne meritve je v tem, da za priklop potrebuje
dva terminala, kar pomeni, da je ˇstevilo hkratnih diferencialnih meritev, ki jih je moˇzno
opraviti s to merilno kartico, polovica ˇstevila analognih vhodnih terminalov – 4. Dva
analogna vhodna terminala torej tvorita en vhodni kanal za diferencialno meritev. V
tabeli 3.3 so podrobno razloˇzeni analogni vhodni terminali, glede na tip priklopa.
Tabela 3.3: USB-6008 analogni terminali [6].
Signal
Modul
Terminal Single-Ended
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
GND
AI 0
AI 4
GND
AI 1
AI 5
GND
AI 2
AI 6
GND
AI 3
AI 7
GND
AO 0
AO 1
GND
Differential
GND
AI 0+
AI 0−
GND
AI 1+
AI 1−
GND
AI 2+
AI 2−
GND
AI 3+
AI 3−
GND
AO 0
AO 1
GND
Absolutni pogreˇsek merilne kartice je pri diferencialnih meritvah odvisen od nastavljenega merilnega obmoˇcja. Za merilno obmoˇcje ±10 V znaˇsa absolutni pogreˇsek
∆U = ±7,73 mV (pri temperaturi okolice +25°C) [6].
3.3
17
Merilni pretvornik Iskra MI452
Merilni pretvornik Iskra MI452 (na sliki 3.4) meri upornost, prikljuˇceno na vhodne
terminale in jo pretvarja v bremensko neodvisno enosmerno napetost ali tok. Analogni
izhodni signal je proporcionalen z merjeno veliˇcino in primeren za krmiljenje analognih
ali digitalnih inˇstrumentov.
Slika 3.4: Merilni pretvornik Iskra MI452 [7].
Upornost na prikljuˇcnih sponkah je moˇzno meriti s tremi metodami oziroma naˇcini
priklopa: dvovodno, trivodno ali ˇstirivodno. V vseh treh primerih pretvornik meri
upornost po U-I metodi. Vsiljeni merilni tok zaradi Ohmovega zakona povzroˇci padec
napetosti na merjenem uporu. Iz slike 3.5 je razvidno, da je ta napetost dovedena na
programsko nastavljiv ojaˇcevalnik B, ki nato ojaˇcan signal poˇslje v A/D pretvornik, ki
ga pretvori v digitalno obliko. Mikroprocesor C obdelani signal posreduje na programsko
nastavljiv analogni izhod E. Pri nekaterih modelih je moˇzno preko komunikacijskega
modula D nastavljati pretvornik in zajemati podatke o izmerjeni upornosti.
Komunikacijski modul, analogni izhod in pomoˇzno napajanje so galvansko loˇceni od
ostalega sistema z loˇcilnim transformatorjem [7].
Slika 3.5: Blokovna shema merilnega pretvornika [7].
18
Merilni pretvornik je na voljo v veˇcih izvedbah in z razliˇcnimi funkcijami. Dimenzije
ˇ
pretvornika so 45 x 75 x 105 mm (SxVxG).
Pri naroˇcilu je treba navesti merilni doseg,
tip izhodne veliˇcine in njen razpon, obliko izhodne karakteristike, merilno metodo, vrsto
komunikacije in vrsto pomoˇznega napajanja. Vse te moˇznosti so podrobno prikazane v
tabeli 3.4 (s krepko pisavo so oznaˇcene lastnosti merilnega pretvornika, ki je uporabljen
v tej diplomski nalogi.).
Tabela 3.4: Moˇznosti merilnega pretvornika [7].
Lastnost
Vrednost
Merilni doseg
od 0–10 Ω do 0–50 kΩ
od 0–100 Ω do 0–500 kΩ (200 kΩ)
Vrsta izhodnega signala
Tok
Napetost
Zaˇcetna vrednost izhodnega
signala
od 0 do 20 mA - tokovni izhod
od 0 do 10 V - napetostni izhod
Konˇcna vrednost izhodnega
signala
od 1 do 20 mA - tokovni izhod
od 1 do 10 V - napetostni izhod
Oblika izhodne karakteristike
Linearna
Lomljena 1. . . 5 (ˇst. lomnih toˇck)
Tip prikljuˇcitve
Dvovodni
Trivodni
ˇ
Stirivodni
Vrsta komunikacije
RS 232
RS 485
Brez komunikacije
Vrsta pomoˇznega napajanja
Univerzalno
AC pomoˇ
zno napajanje)
Vrednost pomoˇznega napajanja
(samo za AC napajanje
57, 100, 110, 230, 400, 500 V
Merilni pretvornik spada v razred toˇcnosti r = 0,5 in je podan za analogni izhod.
Nanaˇsa se na konˇcno vrednost vhodne veliˇcine oziroma merilnega obmoˇcja [7].
ˇ podatke o izmerjeni upornosti dobivamo preko serijske komunikacije, spada
Ce
merilni pretvornik v razred toˇcnosti r = 0,2. Toˇcnost se izboljˇsa, saj odpade D/A
pretvorba signala na analognem izhodu.
3.4
19
Temperaturna komora Weisstechnik
V temperaturni komori Weisstechnik SB1/300/40 (na sliki 3.6) je moˇzno ustvariti
okolje z ˇzeljeno temperaturo in relativno vlaˇznostjo zraka. Temperaturo zraka je moˇzno
nastaviti v obmoˇcju od −40°C do +180°C oziroma +10°C do +95°C, v kolikor ˇzelimo
regulirati tudi relativno vlaˇznost zraka, ki je lahko med 10 % in 98 %. Specifikacije
naprave so podane v table 3.5 in veljajo pri sobni temperaturi +25°C.
Slika 3.6: Temperaturna komora Weiss.
Napravo se upravlja s pomoˇcjo krmilne konzole Prodicon Plus (na sliki 3.7). Preko
te konzole se nastavljajo vsi parametri posamezne meritve (npr. ali se regulira tudi
vlaga) in vnaˇsajo ˇzeljene vrednosti temperature in vlage. Na ekranu se prikazuje graf
temperature v odvisnosti od ˇcasa, trenutna in ˇzeljena temperatura komore, ˇcas meritve
in reˇzim delovanja (roˇcni, programiran). V napravo je moˇzno programirati 125 toˇck.
Slika 3.7: Krmilna konzola temperaturne komore.
Tabela 3.5: Specifikacije temperaturne komore SB1/300/40 [8].
Lastnost
Razpon temperatur
Toˇcnost temperature
Razpon vlaˇznosti
Toˇcnost vlaˇznosti
Povpreˇcna hitrost
spreminjanja temperature
Vrednost
brez klime: −40°C do +180°C
s klimo:
+10°C do +95°C
±1°C
10 % do 98 % RH
±3 %
Hlajenje: 3,1 K/min
Segrevanje: 3,0 K/min
Sevanje vroˇcine v prostor
Povpreˇcno: 2,5 kW
Maksimalno: 4,2 kW
Glasnost naprave na razdalji 1 meter
60 dB(A)
Volumen komore
Dimenzije komore
Zunanje dimenzije
Teˇza
300 litrov
ˇ x V x G)
54 x 68 x 82 cm (S
ˇ x V x G)
80 x 170 x 122 cm (S
330 kg
Napajanje
Prikljuˇcna moˇc
380(400) V/3Ph + N + PE/50Hz
4,8 kVA
20
3.5
21
LabVIEW 2009
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) je grafiˇcni programski jezik, s katerim je moˇzno na enostaven naˇcin razvijati aplikacije za opravljanje
meritev (angl. data acquisition), krmiljenje ter nadziranje strojne opreme ali analiziranje
podatkov. LabVIEW (logotip je na sliki 3.8) omogoˇca enostavno integracijo velike
koliˇcine razliˇcne strojne opreme in nudi na stotine vgrajenih knjiˇznic za napredno
analizo in predstavitev podatkov. LabVIEW ˇze veˇc kot 20 let razvija podjetje National
Instruments, ki poleg programske opreme izdeluje tudi strojno opremo, ki je kompatibilna s programom LabVIEW. Zaradi enostavne uporabe je pogost v mnogih
industrijskih panogah, akademskih ustanovah in razvojnih laboratorijih [9].
Slika 3.8: Logotip LabVIEW [10].
V LabVIEW se programira v grafiˇcnem programskem jeziku oziroma “G” programskem jeziku, kot ga imenujejo avtorji programa. Ta programski jezik se od ostalih
obiˇcajnih, tekstovnih, programskih jezikov razlikuje predvsem po naˇcinu programiranja
in pretoku podatkov. Vsaka LabVIEW aplikacija je sestavljena iz dveh delov, in sicer
iz ˇcelne ploˇsˇce (angl. front panel ) (primer na sliki 3.9 in 3.10) in blokovne sheme (angl.
block diagram).
Na ˇcelni ploˇsˇci se ustvari uporabniˇski vmesnik, kjer so kontrole za vnos podatkov in
prikazovalniki podatkov. Ti elementi so veˇcinoma izvori in ponori podatkov za aplikacijo.
Vsak element na ˇcelni ploˇsˇci ima svoj predstavitveni blok na blokovni shemi.
Pravo grafiˇcno programiranje poteka s sestavljanjem in povezovanjem blokov v
blokovne sheme, kjer so posamezne funkcije in metode predstavljene v obliki ikone
oziroma bloka. Vsak blok ima lahko vhodne (po navadi na levi strani) in izhodne (po
navadi na desni strani bloka) terminale, na katere se prikljuˇcijo vodniki, po katerih
teˇcejo podatki. Pretok podatkov (angl. data flow ) je ena izmed posebnosti grafiˇcnega
programiranja. Podatki teˇcejo iz leve proti desni in morajo izvirati in ponirati v bloku
oziroma povedano drugaˇce: vsak vodnik se mora zaˇceti in zakljuˇciti z blokom. Barva
vodnikov in blokov oznaˇcuje tip podatkov, ki teˇce po njih. Tabela 3.6 prikazuje veˇcino
podatkovnih tipov, ki se pojavljajo v LabVIEW. Poseben podatkovni tip je polje (angl.
array), ki lahko vsebuje poljubno koliˇcino elementov, v poljubnem ˇstevilu dimenzij.
Pri tem morajo biti vsi elementi polja istega podatkovnega tipa. Vodnik polja, ki je
22
obarvan v podatkovni tip elementov polja, s svojo debelino nakazuje na ˇstevilo dimenzij
polja. Podatkovnemu tipu polje je precej podoben tip gruˇca (angl. cluster ), le da so
lahko elementi gruˇce razliˇcnih podatkovnih tipov [9, 10].
Tabela 3.6: Podatkovni tipi v LabVIEW [10].
Kontrola
Vodnik
Indikator
Angl. ime podatkovnega tipa
Single-precision, floating-point numeric
Double-precision, floating-point numeric
Complex SGL, floating-point numeric
Complex DBL, floating-point numeric
8-bit signed integer numeric
8-bit unsigned integer numeric
h64. 64i-bit time stamp
Enumerated type
Boolean
String
A matrix of complex elements
A matrix of real elements
Cluster
Cluster
Error cluster
Object cluster
Path
Dynamic
Waveform
Digital Waveform
Digital
Reference number
Variant
Picture
23
Prava prednost programskega paketa LabVIEW je v tem, da nam v kombinaciji
z ustrezno strojno opremo omogoˇca enostavno izgradnjo virtualnih inˇstrumentov.
Veliko jih je ˇze pripravljenih in vkljuˇcenih v programske knjiˇznice (na primer osciloskop
na sliki 3.9), najveˇckrat pa se izdela namenski uporabniˇski vmesnik, ki je prirejen dani
meritvi (primer na sliki 3.10).
Slika 3.9: Virtualni osciloskop, izdelan v LabVIEW.
Slika 3.10: Virtualni inˇstrument za nadzor temperature.
3.6
24
Merilni pogreˇ
ski inˇ
strumentov
Merjenje je objektivna ugotovitev fizikalne veliˇcine. Vsaka meritev je osnovana na
toˇcnem primerjalnem postopku, ki je ustrezno prirejen merjeni veliˇcini. Eksperimentalne
poti, da bi priˇsli do povsem toˇcne meritve katerekoli veliˇcine, ni. Za izvedbo meritve
se uporablja doloˇcena merilna razporeditev merilne opreme, inˇstrumentov, priprav ali
naprav.
Merilnega pogreˇska, ki je razlika med izmerjeno in pravo vrednostjo, ne moremo
doloˇciti, saj prave vrednosti ne poznamo. Odstopanje izmerjene vrednosti od resniˇcne
ugotovimo s poznavanjem toˇcnosti uporabljenega merilnega inˇstrumenta.
Vsak merilni inˇstrument izmeri dano veliˇcino le do neke konˇcne toˇcnosti, ki jo doloˇca
ˇ merilne inˇstrumente uporabljamo v mejah merilnega obmoˇcja
njegov razred toˇcnost. Ce
in pod referenˇcnimi pogoji, smejo imeti brezhibni inˇstrumenti merilni pogreˇsek, ki ne
preseˇze vrednosti, doloˇcene z njihovim razredom toˇcnosti. Ta je lahko podan na merilni
doseg inˇstrumenta ali na vsakokratno izmerjeno vrednost – to je treba upoˇstevati pri
izraˇcunu merilnega pogreˇska [1, 3, 4]:
1. Razred toˇcnosti je podan na merilni doseg (XD ) in podaja najveˇcji absolutni
pogreˇsek merjenja, ki ga lahko priˇcakujemo, v obliki odstotka merilnega dosega.
Na inˇstrumentu je oznaˇcen z r.
Absolutni pogreˇsek:
∆X = ±
r
· XD
100
(3.1)
Relativni pogreˇsek (v odstotkih):
δX = ±
∆X
r XD
·
· 100% = ±
· 100%
100 Xi
Xi
(3.2)
2. Razred toˇcnosti je podan na vsakokratno izmerjeno vrednost (Xi ) in podaja
najveˇcji absolutni pogreˇsek merjenja, ki ga lahko priˇcakujemo, v obliki odstotka
r
izmerjene vrednosti. Na inˇstrumentu je oznaˇcen z ○.
Absolutni pogreˇsek:
∆X = ±
r
· xi
100
(3.3)
Relativni pogreˇsek (v odstotkih):
δX = ±
r
∆X
· 100% = ±
· 100% = ±r%
xi
100
(3.4)
4
25
ZASNOVA MERITVE
Osnovni cilj meritve je, da avtomatsko izmeri in zabeleˇzi upornost tipala pri razliˇcnih
prednastavljenih temperaturah.
Na sliki 4.1 je prikazan naˇcin vezave opreme. NTK tipalo, ki mu ˇzelimo izmeriti
karakteristiko, potopimo v temperaturno kopel Hart Scientific HS 7103 (prikazana
v preˇcnem prerezu na sliki 4.1), v kateri ustvarimo okolje z regulirano temperaturo.
Temperaturno kopel je treba prikljuˇciti na serijski vhod (angl. COM port) osebnega
raˇcunalnika, iz katerega dobiva ukaze in poˇsilja podatke o temperaturi.
Upornost NTK tipala merimo z merilnim pretvornikom ISKRA MI452, ki ima
merilno obmoˇcje 0–200 kΩ, izhodni signal je enosmerna napetost v razponu 0–10 V,
oblika izhodne karakteristike je linearna, priklop je ˇstirivodni, nima komunikacije in se
napaja z izmeniˇcno napetostjo 230 V, ki se prikljuˇci preko terminalov 13 in 14. NTK
tipalo priklopimo na merilni prevornik preko terminalov 1–2 in 3–4 (ˇstirivodno).
Enosmerno napetost na analognem izhodu merilnega pretvornika (terminala 15 in
16) merimo z merilno kartico NI USB-6008. Terminal 15, ki je pozitivni potencial,
poveˇzemo na analogni vhod AI0 merilne kartice. Terminal 16, ki je negativni potencial,
poveˇzemo na analogni vhod AI4 merilne kartice. Analogna vhoda AI0 in AI4 tvorita
vhodni kanal 0 (angl. input channel ) za diferencialno meritev napetosti (angl. differential
mode), ki meri napetost kot razliko potencialov z 12-bitno natanˇcnostjo. Merilna kartica
se napaja preko USB vodila, ki jo povezuje z osebnim raˇcunalnikom.
Za laˇzje rokovanje z vso potrebno opremo smo merilni pretvornik in merilno kartico
vgradili v kovinsko ohiˇsje. Tipalo se prikljuˇcita na vhodne sponke na prednji strani ohiˇsja,
napetost in USB kabel pa se prikljuˇci na zadnji strani ohiˇsja. Pri tem je priporoˇcljivo,
da sta osebni raˇcunalnik in merilno ohiˇsje prikljuˇcena na skupno ozemljitev, saj je
oklop USB kabla vezan na ozemljitev tako s strani osebnega raˇcunalnika kot s strani
kovinskega ohiˇsja. S tem se izognemo morebitnemu nastanku ˇsuma, ki se zaokruˇzejo
preko zanke razliˇcnih ozemljitev [11].
Osebni raˇcunalnik
(USB vhod)
∼230 V
Osebni raˇcunalnik
(serijski vhod)
Slika 4.1: Konceptualen prikaz vezave opreme pri dejanski izvedbi.
26
4.1
27
Optimalen poloˇ
zaj NTK tipala v temperaturni kopeli
Zaradi morebitnih velikih temperaturnih razlik med okolico in oljem v kopeli lahko pride
do neenakomerne razporeditve temperature olja. Temperaturna kopel ima magnetno
meˇsalo, ki skrbi za kroˇzenje olja in ˇcimbolj enakomerno razporeditev temperature, vendar
slednje pri viˇsjih temperaturnih razlikah ne deluje dovolj dobro. Iz tega razloga je
postavitev tipala v kopeli izredno pomembna za doseganjem natanˇcnih meritev. Tipalo
mora biti spuˇsˇceno navpiˇcno v kopel toˇcno 170 mm od zgornjega roba odprtine, tako kot
je prikazano na sliki 4.2. Priporoˇceno je tudi, da se ga pritrdi tako, da se med meritvijo
ne bo premikalo in da se odprtina na vrhu kopeli pokrije z izolativnim materialom.
Slednje pripomore k hitrejˇsi stabilizaciji temperature in zmanjˇsa temperaturno razliko
med oljem in okolico.
Slika 4.2: Optimalen poloˇzaj tipala v temperaturni kopeli.
5
28
RAZVOJ APLIKACIJE V LABVIEW
Namen konˇcne LabVIEW aplikacije je avtomatiziran postopek meritve NTK karakteristike brez potrebe po ˇcloveˇskem nadzoru ali posredovanju. Pred zaˇcetkom meritve se
nastavijo ˇzeljeni parametri meritve (temperaturni profil oziroma ˇstevilo izmerjenih toˇck,
natanˇcnost in trajanje stabilizirane temperature). Po konˇcani avtomatski meritvi se
izmerjeni podatki izvozijo v tekstovno datoteko in sliko grafa izmerjenih podatkov.
Za izvedbo te naloge mora izdelana LabVIEW aplikacija krmiliti temperaturno kopel.
Temperaturo kopeli mora spreminjati v skladu z izbranim temperaturnim profilom, ki
je zapisan v tekstovni datoteki (primer na sliki 5.1), ki jo pripravi uporabnik.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Temp
-30.00
-27.00
-24.00
-21.00
-18.00
-15.00
-12.00
-9.00
-6.00
-3.00
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
Slika 5.1: Primer tekstovne datoteke s temperaturnim profilom.
Meritev ene toˇcke karakteristike se izvede, ko je temperatura v kopeli stabilna
oziroma so zadoˇsˇceni parametri meritve (natanˇcnost in trajanje). Po zajemu podatkov
mora dobljeno vrednost oziroma napetost skalirati v skladu s specifikacijami merilnega
pretvornika, da dobimo upornost tipala. Po izmerjeni eni toˇcki karakteristike se
avtomatsko nastavi nova temperatura v skladu s temperaturnim profilom in postopek
se ponovi.
5.1
29
Komunikacija s temperaturno kopeljo
Komunikacija s temperaturno kopeljo poteka preko protokola RS-2323 . Na sliki 5.2
je prikazana vezava komunikacijskega kabla z DB-9 konektorjem, kot jo priporoˇca
proizvajalec. Za uporabo v industrijskem okolju proizvajalec zagotavlja delovanje pri
dolˇzini kabla 1 meter ali manj [5].
Slika 5.2: Priporoˇcena vezava RS-232 kabla [5].
Pred uporabo serijske komunikacije je treba na temperaturni kopeli roˇcno nastaviti
parametre komunikacije. Tabela 5.1 prikazuje nastavljive parametre. Vrednosti, ki so
napisane s krepko pisavo, so uporabljene za izvedbo te diplomske naloge.
Tabela 5.1: Nastavljivi parametri serijske komunikacije [5].
Ime parametra
Zaloga vrednosti
Kratek opis
Baud rate
300, 600, 1200
2400, 4800, 9600
Hitrost prenosa
Sample period
0–30
Moˇznost poˇsiljanja trenutne temperature v nastavljenem intervalu [s]
Duplex mode
HALF, FULL
Potrjevanje prejetih ukazov z odmevom
Linefeed
ON, OFF
Vsak prenos se konˇca z znakom Linefeed
(LF, ASCII 10)
V kolikor se parametri serijske povezave ujemajo na obeh napravah (temperaturna
kopel in osebni raˇcunalnik), se vzpostavi serijska komunikacija. V primeru, da je
parameter Sample period nastavljen na vrednost razliˇcno od 0, zaˇcne temperaturna kopel
3
RS-232 je standard za serijsko komunikacijo.
30
takoj poˇsiljati podatke o temperaturi v nastavljenem intervalu. Serijska komunikacija
uporablja 8 podatkovnih bitov, 1 stop bit in je brez paritete. Vsi ukazi se prenaˇsajo kot
ASCII4 znakovni nizi, vsak izmed njih pa se mora zakljuˇcevati z znakom \r oziroma
carriage-return (CR, ASCII 13) [12].
Oddaljen nadzor temperaturne kopeli omogoˇca popolnoma enake moˇznosti kot roˇcni
nadzor preko konzole na napravi [5]. Za potrebe te diplomske naloge so uporabljeni
ukazi za odˇcitavanje in nastavljanje temperature (tabela 5.2).
Tabela 5.2: Ukazi za komunikacijo s temperaturno kopeljo [6].
Ukaz
Odgovor
Opis
t
s
s=26.00
u
u=c/f
po
t: 21.24 C
set: 25.00 C
Vrne trenutno temperaturo
Vrne trenutno ˇzeljeno temperaturo
Nastavi novo ˇzeljeno temperaturo
Vrne enoto temperature [C, F]
Nastavi enoto temperature
Vrne trenutno moˇc ogrevanja oziroma hlajenja
u: C
po: 42.0
Komunikacija poteka tako, da LabVIEW aplikacija vsako sekundo poˇslje ukaze
temperaturni kopeli, le-ta pa vrne odgovor ali izvede ustrezno akcijo.
Serijska komunikacija v LabVIEW se vzpostavi z blokom VISA Configure Serial
Port, ki mora imeti nastavljene vse potrebne parametre (na sliki 5.3). Izhoda iz tega
bloka sta referenca za vzpostavljeno serijsko povezavo in gruˇca napak, v kateri se
nahajajo podatki o napakah (v kolikor se pojavijo).
Omenjena signala sta vhod in izhod iz vseh nadaljnih blokov, ki izvajajo funkcije
na serijski komunikaciji (npr. pisanje in branje). Na sliki 5.4 je prikazano poˇsiljanje
znakovnega niza t\r s\r temperaturni kopeli. Poslani znakovni niz vsebuje dva ukaza,
na katera temperaturna kopel nato kot odgovor poˇslje znakovni niz s trenutno in nastavljeno temperaturo (primer: t = 14.86 C\r s = 20.00 C\r). Branje odgovora iz
serijske komunikacije in pretvorba prejetega niza v ˇstevilˇcni vrednosti prikazuje slika
5.5. Kadar ˇzelimo nastaviti novo ˇzeljeno temperaturo, se izvrˇsi koda na sliki 5.6.
4
ASCII je ameriˇski standardni 7-bitni nabor znakov za izmenjavo informacij. Obsega 128 znakov.
Slika 5.3: Blok diagram inicializacije serijske komunikacije v LabVIEW.
Slika 5.4: Poˇsiljanje znakovnega niza t\r s\r preko serijske povezave.
Slika 5.5: Branje podatkov in pretvorba iz znakovnega niza v ˇstevilsko vrednost.
31
32
Slika 5.6: Poˇsiljanje znakovnega niza s=26.41\r.
Na slikah 5.3, 5.4, 5.5 in 5.6 so bili prikazani glavni deli kode, ki skrbijo za serijsko
komunikacijo s temperaturno kopeljo. Vse skupaj deluje kot logiˇcna enota programa,
zato je smiselno to kodo zdruˇziti.
Grafiˇcno kodo, ki skrbi za serijsko komunikacijo, smo shranili kot nov blok (na
sliki 5.7). Novo nastali blok opravlja popolnoma enako funkcijo kot grafiˇcna koda iz
prejˇsnjih slik. S tem smo zmanjˇsali velikost blokovne sheme in poveˇcali preglednost
kode. Takˇsen naˇcin modularnega programiranje omogoˇca tudi hitrejˇse odpravljanje
morebitnih logiˇcnih napak v programu.
Slika 5.7: Blok, ki skrbi za serijsko komunikacijo s temperaturno kopeljo.
5.2
33
Merjenje upornosti
Merjenje upornosti poteka tako, da izmerimo izhodno enosmerno napetost merilnega
pretvornika in jo linearno skaliramo tako, da dobimo upornost. Slika 5.8 prikazuje
blokovno shemo, ki skrbi za izvajanje meritve napetosti, in pretvarjanje le-te v upornost.
Slika 5.8: Zajemanje, skaliranje, povpreˇcenje in beleˇzenje podatkov iz merilne kartice.
Komunikacija z merilno kartico poteka v bloku DAQ Assistant. Ob postavitvi na
blokovno shemo se pojavi okno (slika 5.9), kjer izberemo tip meritve (v naˇsem primeru
je to zajem podatkov → analogni vhod → napetost). V naslednjem oknu (slika 5.10)
Slika 5.9: Nastavitev zajemanja podatkov – izbira tipa meritve.
34
se nam prikaˇze seznam prikljuˇcenih naprav za zajem podatkov, ki podpirajo izbrano
meritev ter pod vsako napravo seznam vhodnih kanalov oziroma terminalov, na katere
pride prikljuˇcen vhodni signal. V naˇsem primeru gre za diferencialno meritev napetosti,
izberemo vhodni kanal 0 (ai0 na sliki 5.10), kar pomeni, da sta vhodna terminala AI0
in AI4 (glej tabelo 3.3 v poglavju 3.2).
Slika 5.10: Nastavitev zajemanja podatkov – izbira naprave in vhodnega kanala.
Za izbrano meritev napetosti nato v naslednjem oknu (na sliki 5.11) nastavimo ˇse
naslednje parametre:
• Obmoˇcje vhodnega signala (angl. Signal Input Range): 0–10 V
• Enota skaliranega signala (angl. Scaled Units): Volts
• Naˇcin pridobivanja (angl. Acquisition Mode): N Samples
ˇ
• Stevilo
vzorcev (angl. Sample to Read ): 1000
• Hitrost v Hz (angl. Rate): 1000 Hz
• Naˇcin priklopa (angl. Terminal Configuration): Differential
• Skaliranje (angl. Custom Scaling): /
Vsa naknadna konfiguracija bloka DAQ Assistant se odvija v istem oknu. Lahko se
dodajajo dodatne meritve, spreminjajo ˇze obstojeˇce. . . Pri tem je treba biti pozoren,
saj se pri naknadnem dodajanju ali spreminjanju meritev, lahko spremeni tudi izhodni
signal bloka, kar lahko pripelje do napak pri izvajanju programa.
35
Slika 5.11: Nastavitev zajemanja podatkov – konfiguracija meritve.
Nastavljena meritev upornosti poteka tako, da se v 1 sekundi izvede 1000 meritev
(odtipkov) izhodne napetosti merilnega pretvornika. Rezultat vseh meritev dobimo v
blokovno shemo kot podatkovni tip Dynamic data, ki ga nato pretvorimo v polje, ki
vsebuje 1000 elementov podatkovnega tipa Double. Dobljene elemente skaliramo iz
napetosti v upornost z blokom Linear Evaluation. Ta vhodno polje skalira po enaˇcbi:
Y [i] = X[i] · scale + offset
(5.1)
kjer je:
Y [i]
X[i]
scale
offset
scale =
Skalirano polje
Vhodno polje
Faktor skaliranja, izraˇcunan po enaˇcbi 5.2
Premik, ki je enak 0
RM AX
200. 000Ω
Ω
=
= 20. 000
UM AX
10V
V
kjer je:
RM AX
UM AX
Zgornja meja merilnega obmoˇcja upornosti
Zgornja meja merilnega obmoˇcja napetosti
(5.2)
36
Rezultat skaliranja po enaˇcbi 5.1 je polje, ki vsebuje 1000 odtipkov upornosti. Iz slike
5.11 je razvidno, da je moˇzno merjeni signal skalirati kar sproti pri zajemanju podatkov
(v bloku DAQ Assistant), vendar je zaradi boljˇse preglednosti kode skaliranje opravljeno
v blokovni shemi (slika 5.8).
Pri merjenju konstantne upornosti (npr. upor 100 kΩ ±5 %) je distribucija posameznih
odtipkov znotraj dobljenega skaliranega polja vidna na sliki 5.12 (odtipki so oznaˇceni
z zeleno barvo). Iz slike je razvidno, da je merilna kartica v 1000 meritvah upornosti
Slika 5.12: Distribucija odtipkov znotraj ene meritve upornosti.
izmerila 5 razliˇcnih vrednosti upornosti. Teh 5 izmerjenih vrednosti se med sabo
razlikuje za 1 kvant 12-bitne A/D pretvorbe izhodne napetosti merilnega pretvornika.
Vrednost enega kvanta pri 12-bitni A/D pretvorbi je:
kvant =
10V
.
= 0,00244140625V = 2,5mV
212
(5.3)
ˇ dobljeno napetost glede na enaˇcbo 5.1 skaliramo v upornost, ki jo meri merilni
Ce
pretvornik, dobimo vrednost enega kvanta:
kvantR = (
10V
1
.
) · 20. 000 = 48,828125Ω = 50Ω
12
2
A
(5.4)
Iz polja 1000 odtipkov upornosti dobimo izmerjeno upornost tako, da nad poljem
izvedemo povpreˇcenje mediana, ki je oznaˇceno z rdeˇco ˇcrto na sliki 5.12.
37
ˇ
Mediana je srednja vrednost nekega zaporedja ˇstevil. Stevila,
razvrˇsˇcena po velikosti,
razdeli na dve enaki polovici po ˇstevilu elementov. Prednost mediane pred aritmetiˇcno
sredino je ta, da posamezna ˇstevila, ki ekstremno odstopajo od ostalih, manj vplivajo
na njeno vrednost [3].
ˇ bi za povpreˇcenje uporabili aritmetiˇcno sredino (modra ˇcrta na sliki 5.12), bi pri
Ce
10 zaporednih meritvah konstantne upornosti (torej, 10 · 1000 = 10. 000 odtipkov v 10
sekundah) dobili 10 med sabo razliˇcnih povpreˇcnih vrednosti. Razliko med aritmetiˇcno
sredino in mediano pri 10 zaporednih meritvah konstantne upornosti prikazuje slika
5.13, iz katere je razvidno, da ima na gibanje aritmetiˇcne sredine (modra ˇcrta) velik
vpliv distribucija odtipkov, medtem ko je povpreˇcje mediana (rdeˇca ˇcrta) skozi vseh 10
meritev konstantna.
Slika 5.13: Gibanje mediane (rdeˇca ˇcrta) in aritmetiˇcnega povpreˇcja (modra ˇcrta) pri
10 zaporednih meritvah konstantne upornosti.
Iz trenutne temperature in izmerjene upornosti (mediana odtipkov) se nato ustvari
enodimenzionalno polje oblike (trenutna temperatura, izmerjena upornost), ki
se nato doda v dvodimenzionalno polje (kot nova vrstica tabele), kjer so shranjene
vrednosti prejˇsnjih meritev.
5.3
38
Avtomatsko merjenje upornosti
AvtoMerNTK je ime konˇcne aplikacije, izdelane v LabVIEW, ki nadzoruje in krmili
celotno meritev. Na sliki 5.14 je vidna poenostavljena5 blokovna shema aplikacije.
Sestavljena je iz ˇstirih veˇcjih modulov (naloge so razvidne iz imena):
• Serijska komunikacija s temperaturno kopeljo,
• Vodenje in nadzor aplikacije,
• Zajemanje podatkov iz merilne kartice,
• Zapis izmerjenih podatkov v tekstovno datoteko.
Slika 5.14: Poenostavljena visokonivojska blokovna shema aplikacije AvtoMerNTK.
Natanˇcno delovanje aplikacije prikazuje diagram poteka na sliki 5.15, iz katerega
je razvidno, da ima aplikacija dve glavni veji, ki teˇceta vzporedno. Prva veja skrbi za
5
Odstranjene so vse dodatne povezave in bloki, ki sluˇzijo za pravilno delovanje aplikacije in niso
pomembni za razumevanje delovanja aplikacije.
Slika 5.15: Diagram poteka LabVIEW aplikacije AvtoMerNTK.
39
40
serijsko komunikacijo, druga pa za vodenje in izvajanje meritve. Slednjo je moˇzno izvajati
na dva naˇcina: v roˇcnem naˇcinu je treba ukaz za vnaˇsanje nove ˇzeljene temperatura in
izvajanje meritve upornosti potrditi roˇcno, v avtomatskem naˇcinu za to skrbi aplikacija.
Na sliki 5.16 je viden uporabniˇski vmesnik aplikacije AvtoMerNTK med izvajanjem
meritve v avtomatskem naˇcinu vodenja. Zavihek “Graf temperatur” prikazuje graf
Slika 5.16: LabVIEW aplikacija AvtoMerNTK – graf temperatur.
trenutne (rdeˇca) in ˇzeljene (rumena) temperature kopeli v odvisnosti od ˇcasa. Na levi
strani uporabniˇskega vmesnika so nahajajo informacije o meritvi in kontroli (gumbi), s
katerimi upravljamo aplikacijo. Z gumbom “Naˇcin vodenja” izbiramo med roˇcnim ali
avtomatskim naˇcinom delovanja meritve. Kadar smo v roˇcnem naˇcinu, imamo na voljo
kontrolo za roˇcno izvedbo meritve ene toˇcke karakteristike. V avtomatskem naˇcinu pa
ˇ
se nam prikazuje informacija o poteku in trajanju avtomatske meritve. Cisto
na dnu se
prikazuje ˇcas trajanja stabilizirane temperature – ta ˇcas meri, kako dolgo je trenutna
temperatura znotraj dovoljenega intervala okoli ˇzeljene temperature.
41
Ta pogoj nastavimo v zavihku “Avtomatsko vodenje”, ki ga prikazuje slika 5.17. Za
vsako avtomatsko meritev nastavimo ˇzeljeno natanˇcnost stabilizirane temperature in
njeno trajanje. Ko sta izpolnjena oba pogoja se izvede meritev ene toˇcke karakteristike.
Ta dva pogoja imata velik vpliv na trajanje celotne meritve. Strogo nastavljeni pogoji o
dovoljenem nihanju temperature ter trajanju le-te podaljˇsajo meritev, vendar poveˇcajo
natanˇcnost. Na trajanje celotne meritve ima velik vpliv tudi izbrani temperaturni profil,
Slika 5.17: LabVIEW aplikacija AvtoMerNTK – avtomatsko vodenje.
ki ga je potrebno pripraviti pred priˇcetkom avtomatske meritve. Temperaturni profil
zapiˇsemo v tekstovno datoteko, podobno kot je prikazano na sliki 5.1 v poglavju 5.
Vsebina izbranega profila se prikazuje v tabelariˇcni in grafiˇcni obliki, prav tako pa se
prikazuje potek meritve.
Avtomatska meritev poteka tako, da se nastavi ˇzeljena temperatura v skladu z
izbranim temperaturnim profilom. Ko trenutna temperatura ustreza nastavljenim
pogojem o natanˇcnosti in trajanju, se izvede meritev ene toˇcke karakteristike. Zatem se,
glede na temperaturni profil, nastavi nova ˇzeljena temperatura. Na sliki 5.16 vidimo,
42
da je trenutna temperatura kopeli −15,00°C, ˇzeljena pa −15,00°C. Pogoji (vidni na
sliki 5.17) o stabilnosti temperature so izpolnjeni ˇze 2 minuti in 59 sekund, kar pomeni,
da se bo ˇcez 1 sekundo izvedla meritev ene toˇcke karakteristike, takoj zatem pa se bo
nastavila nova ˇzeljena temperatura −12,00°C.
Podatki o izmerjenih toˇckah karakteristike se sproti izpisujejo in izrisujejo v zavihku
“Izmerjeni podatki” (slika 5.18). Shranita se temperatura in upornost NTK tipala pri
tej temperaturi. Upornost je dobljena po postopku opisanem v poglavju 5.2.
Slika 5.18: LabVIEW aplikacija AvtoMerNTK – izmerjeni podatki.
Avtomatska meritev se konˇca, ko se izmeri upornost pri zadnji temperaturi izbranega
temperaturnega profila. Po koncu avtomatske meritve aplikacija preklopi v roˇcni naˇcin,
ˇzeljena temperatura pa se nastavi na +25,00°C. Slednje je narejeno zato, da se kopeli
ne obremenjuje po nepotrebnem, v primeru, da se avtomatska meritev zakljuˇci s
temperaturo npr. −30 ali +80°C. Izklop kopeli preko serijske komunikacije ni moˇzen.
Izmerjene podatke je moˇzno po koncu programa izvoziti, kar izberemo z gumbom
“Izvoz v txt datoteko ob koncu programa”. Po pritisku gumba “STOP” se pojavi okno, v
43
katerem izbreremo lokacijo in ime datoteke (slika 5.19). Ime mora imeti konˇcnico .txt.
Zatem se pojavi ˇse okno (slika 5.20), kjer imamo moˇznost vnesti opombe v izvoˇzeno
datoteko in moˇznost izvoza slike grafa (shrani se kot .bmp slika z istim imenom kot
tekstovna datoteka). Na sliki 5.21 je primer izvoˇzene tekstovne datoteke.
Slika 5.19: Izvoz podatkov – izbira mape in imena tekstovne datoteke.
Slika 5.20: Izvoz podatkov – moˇznost opomb in izvoza slike grafa.
1
2
3
4
5
Meritev karakteristike
Datum
8.04.2010 11:32
Opombe
Tipalo TS 08/06
Trajanje avtomatske meritve 01:56:40
Trajanje celotne meritve
01:59:09
6
7
-30,000
88853,000
Slika 5.21: Primer izvoˇzene tekstovne datoteke – samo prvih 7 vrstic.
6
44
IZVEDBA MERITVE
NTK tipala, ki so predmet meritve, se uporabljajo v hladilnih aparatih, kjer merijo
temperaturo zraka v doloˇcenem delu aparata. Temperaturna kopel, ki jo uporabljajo
za merjenje karakteristike tipal, pa ima kot medij za prenos temperature posebno olje.
V drugem poglavju smo ugotovili, da ima lahko medij, v katerem je NTK tipalo vpliv
na njegovo natanˇcnost oziroma na izmerjeno upornost – gre za vpliv medija na faktor
disipacije, ki ga opisuje enaˇcba 2.6. Slednja vpliva na napetostno/tokovno karakteristiko
NTK tipala, kar lahko povzroˇci, da izmerjena upornost ne ustreza temperaturi okolice
glede na podano R-T karakteristiko. Iz tega razloga smo poleg meritve karakteristike
v temperaturni kopeli opravili tudi kontrolno meritev v temperaturni komori, ki ima
za medij zrak. S primerjavo obeh meritev smo ugotovili, kakˇsen vpliv ima medij na
izmerjeno karakteristiko. Pri obeh meritvah smo uporabili isto NTK tipalo.
Obe meritvi karakteristike smo izvedli v temperaturnem obmoˇcju od −30°C do
+15°C, v razmaku po 3°C. V tem temperaturnem obmoˇcju je delovno obmoˇcje NTK
tipala oziroma hladilnih aparatov, v katere se NTK tipala vgrajujejo.
6.1
Meritev karakteristike v temperaturni kopeli
Po priklopu opreme zaˇzenemo LabVIEW aplikacijo, ki mora takoj po priˇcetku na grafu
prikazati trenutno temperaturo olja v kopeli. Temperaturo lahko preverimo tako, da
pogledamo na LED prikazovalnik na kopeli – temperaturi se morata ujemati. V primeru
napake oziroma nepravilnega delovanja preverimo nastavitve serijske komunikacije na
kopeli.
Pred priˇcetkom avtomatske meritve je treba pripraviti temperaturni profil, po
katerem bo potekala avtomatska meritev. Shranimo ga v tekstovno datoteko, kot
je prikazana na sliki 5.1 v poglavju 5. V zavihku “Avtomatsko vodenje” naloˇzimo
temperaturni profil in preverimo parametra meritve ter ju po potrebi nastavimo na
novi vrednosti. Pri tej meritvi sta bila parametra nastavljena na:
• Dovoljeno nihanje stabilizirane temperature: ±0,05°C
• Minimalni ˇcas stabilizirane temperature: 3 minute
Za izvedbo avtomatske meritve karakteristike izberemo avtomatski naˇcin delovanja.
Takoj zatem se mora ˇzeljena temperatura nastaviti na prvo vrednost iz naloˇzenega
45
profila. Ko bodo izpolnjeni pogoji o nihanju in trajanju stabilizirane temperature, se bo
izvedla meritev prve toˇcke karakterstike. Potek meritve je sedaj popolnoma avtomatski.
Celotna meritev je trajala 5 ur in 25 minut in je potekala pri sobni temperaturi
+23°C. V tem ˇcasu je aplikacija izvedla 16 meritev toˇck karakteristike. Rezultati meritve
so v tabeli 6.1.
Tabela 6.1: Izmerjeni podatki NTK tipala v temperaturni kopeli.
Temperatura [°C]
Izmerjena upornost [kΩ]
−30,00
−27,00
−24,00
−21,00
−18,00
−15,00
−12,00
−9,00
−6,00
−3,00
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00
15,00
88,853
73,990
61,774
51,798
43,552
36,629
31,030
26,347
22,479
19,119
16,269
14,029
12,095
10,466
9,041
7,819
Za primerjavo smo izmerili tudi karakteristiko pokvarjenega tipala. Na sliki 6.1 sta
poleg centralne karakteristike (s spodnjo in zgornjo mejo), podane s strani proizvajalca,
prikazani karakteristiki delujoˇcega in pokvarjenega tipala. Iz slednje lahko sklepamo, da
pokvarjeno tipalo odstopa predvsem v parametru B25/100 (enaˇcba 2.1 v poglavju 2), ki
vpliva na strmino karakteristike (slika 2.1 v poglavju 2). Manjˇsa strmina karakteristike
pokvarjenega tipala namiguje na to, da ima pokvarjeno tipalo manjˇso vrednost parametra
B25/100 .
46
100
Pokvarjeno tipalo
Delujoˇce tipalo
Epcos Rcent
Epcos Rmin, Rmax
bc
90
bc
80
bc
bc
bc
70
bc
Upornost [kΩ]
60
bc
bc
bcbc
bc
50
bcbc
bc
40
bcbc
bc
30
bc
bc
bc
bc
bc
20
bc
bc
bc
bc
bcbc
bcbc
bc
bc
bc
bc
10
bc
bc
bc
bc
0
-30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3
Temperatura [°C]
0
3
6
9
12
15
Slika 6.1: Primerjava izmerjenih karakteristik NTK tipala v temperaturni kopeli s
podano karakteristiko proizvajalca.
6.2
47
Meritev karakteristike v temperaturni komori
Za kontrolo meritve smo izmerili karakteristiko istega NTK tipala tudi v temperaturni
komori SB1/300/40, podjetja WeissTechnik. Komora se nahaja v Laboratoriju za
meritve na Fakulteti za elektrotehniko, raˇcunalniˇstvo in informatiko. NTK tipalo je
bilo pozicionirano na sredini komore.
Meritev smo opravili roˇcno, tako da smo na krmilni konzoli nastavili ˇzeljeno temperaturo, poˇcakali, da se je temperatura zraka v komori izenaˇcila z ˇzeljeno in stabilizira ter
nato v LabVIEW aplikaciji izmerili upornost tipala. Dobljeni rezultati so predstavljeni
v tabeli 6.2 in na sliki 6.2. Meritev je potekala pri sobni temperaturi +22°C in relativni
vlaˇznosti 22 %. Regulacija vlage v komori je bila izklopljena.
Tabela 6.2: Izmerjeni podatki NTK tipala v temperaturni komori.
Temperatura [°C]
Izmerjena upornost [kΩ]
−30,00
−27,00
−24,00
−21,00
−18,00
−15,00
−12,00
−9,00
−6,00
−3,00
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00
15,00
89,872
74,092
61,672
51,492
43,246
36,324
30,725
26,042
22,173
18,814
16,167
13,927
11,993
10,364
8,939
7,717
48
100
Izmerjena karakteristika
Epcos Rcent
Epcos Rmin, Rmax
90
bc
bc
80
bc
bc
70
bc
bc
Upornost [kΩ]
60
bc
bc
50
bc
bc
40
bc
bc
30
bc
bc
bcbc
bcbc
20
bcbc
bcbc
bcbc
bc
bc
10
bc
bcbc
0
-30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3
Temperatura [°C]
0
3
6
9
12
15
Slika 6.2: Primerjava izmerjene karakteristike NTK tipala v temperaturni komori s
podano karakteristiko proizvajalca.
6.3
49
Primerjava meritev in merilni pogreˇ
sek
V tabeli 6.3 so prikazana procentualna odstopanja izmerjenih upornosti tipala od podane
upornost Rcent (v tabeli 2.1 v poglavju 2.2). Na sliki 6.3 je vidna primerjava odstopanj
obeh meritev.
Tabela 6.3: Izmerjeni podatki NTK tipala v temperaturni kopeli.
Odstopanje od Rcent [%]
Temperatura [°C]
−30,00
−27,00
−24,00
−21,00
−18,00
−15,00
−12,00
−9,00
−6,00
−3,00
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00
15,00
±δR [%]
3,97
3,77
3,58
3,40
3,21
3,04
2,86
2,69
2,53
2,36
2,21
2,05
1,90
1,75
1,60
1,46
Kopel
Komora
−0,540
−1,105
−1,119
−1,205
−1,084
−1,320
−1,206
−1,244
−1,146
−1,703
−1,300
−1,016
−0,966
−0,918
−1,303
−1,857
−1,668
−1,241
−0,956
−0,618
−0,384
−0,492
−0,225
−0,087
0,218
−0,110
−0,678
−0,291
−0,124
0,057
−0,177
−0,560
4
Meritev v kopeli
Meritev v komori
Epcos ±∆R
Odstopanje [%]
3
2
1
bc
0
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
-1
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
bc
-2
-3
-4
-30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3
Temperatura [°C]
0
3
6
9
Slika 6.3: Grafiˇcna primerjava odstopanja izmerjenih karakteristik.
12
15
50
Merilni pogreˇsek celotne meritve je odvisen od nastavljene temperature kopeli, pri
kateri merimo upornost tipala. Za izvedeno meritev je prikazan izraˇcun relativnega
pogreˇska meritve pri temperaturi −30 in +15°C.
Temperaturna kopel ima absolutni pogreˇsek ∆T = ±0,25°C. Za izraˇcun relativnega
ˇ bi za izraˇcun
pogreˇska bomo temperature pretvorili iz stopinj Celzija v kelvine (K). Ce
uporabili stopinje Celzija, potem bi bila pri temperaturi 0°C relativna napaka nedefinirana (zaradi deljenja z 0). Absolutni pogreˇsek v kelvinih je ∆T = ±0,25K – s pomoˇcjo
tega podatka lahko relativni pogreˇsek kopeli za temperaturi −30 in +15°C oziroma
243,15K in 288,15K izraˇcunamo po enaˇcbah:
δT−30 =
∆T
0,25K
· 100% = ±
· 100% = ±0,10%
T
243,15K
(6.1)
δT+15 =
∆T
0,25K
· 100% = ±
· 100% = ±0,09%
T
288,15K
(6.2)
Merilni pretvornik MI452 spada v razred toˇcnosti 0,5. Absolutni pogreˇsek za merilno
obmoˇcje (MO) 0–200 kΩ izraˇcunamo po enaˇcbi 6.3. Izraˇcun relativnega pogreˇska
merilnega pretvornika pri temperaturah −30 in +15°C se izraˇcuna glede na izmerjeno
vrednost upornosti pri teh temperaturah, vendar ker je v naˇsem primeru pri merjenju
upornosti ˇse en posrednik, bomo izraˇcunali relativni pogreˇsek glede na upornost Rcent:
∆K = ±
r
0,5
· MO = ±
· 200kΩ = ±1kΩ
100
100
(6.3)
δK−30 =
1kΩ
∆K
· 100% = ±
· 100% = ±1,11%
Rcent−30
90,36kΩ
(6.4)
δK+15 =
∆K
1kΩ
· 100% = ±
· 100% = ±12,72%
Rcent+15
7,86kΩ
(6.5)
kjer je:
Rcent−30 = izmerjena upornost tipala pri −30°C v temperaturni kopeli
Rcent+15 = izmerjena upornost tipala pri +15°C v temperaturni kopeli
Merilna kartica USB-6008 ima za merilno obmoˇcje 0-10 V absolutni pogreˇsek
∆U = ±7,73mV. Za izraˇcun relativnega pogreˇska za temperaturi −30 in +15°C potrebujemo vrednost merjene veliˇcine, vendar je ta v primeru pretvornika v drugi enoti –
upornosti. Za potrebe izraˇcuna pogreˇska bomo, za dani temperaturi, podani upornosti
Rcent skalirali v napetost. Izraˇcun relativnega pogreˇska merilne kartice je torej:
δU−30 =
7,73mV
∆U
· 100% = ±
· 100% = ±0,17%
U (R)−30
4518mV
(6.6)
δU+15 =
7,73mV
∆U
· 100% =
· 100% = ±1,97%
U (R)+15
393mV
51
(6.7)
kjer je:
U (R)−30 =
U (R)+15 =
R(−30)
20.000
R(+15)
20.000
=
=
90,36kΩ
= 4518mV
20.000
7,86kΩ
= 393mV
20.000
Relativni pogreˇsek celotne meritve za doloˇceno temperaturo dobimo tako, da
seˇstejemo relativne pogreˇske vseh merilnih naprav:
δM−30 = δT−30 + δK−30 + δU−30 = ±(0,10 + 1,11 + 0,17) = ±1,38%
(6.8)
δM+15 = δT+15 + δK+15 + δU+15 = ±(0,09 + 12,72 + 1,97) = ±14,78%
(6.9)
V tabeli 6.4 so prikazani relativni pogreˇski za vse naprave in celotno meritev pri vseh
temperaturah meritve.
Tabela 6.4: Relativni pogreˇski naprav in meritve.
Relativni pogreˇ
ski
Kopel
Temperatura [°C]
−30,00
−27,00
−24,00
−21,00
−18,00
−15,00
−12,00
−9,00
−6,00
−3,00
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00
15,00
MI452
±δT [%] ±δK [%]
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
1,11
1,33
1,60
1,92
2,29
2,72
3,22
3,79
4,46
5,22
6,11
7,11
8,26
9,56
11,04
12,72
USB-6008
Meritev
±δU [%]
±δM [%]
0,17
0,21
0,25
0,30
0,35
0,42
0,50
0,59
0,69
0,81
0,94
1,10
1,28
1,48
1,71
1,97
1,38
1,64
1,95
2,32
2,74
3,24
3,82
4,47
5,24
6,12
7,14
8,30
9,63
11,13
12,84
14,78
Izraˇcunani relativni pogreˇski so maksimalni moˇzni relativni pogreˇski, ki se zgodijo
v najslabˇsem primeru (t.i. worst-case scenario). Prav lahko se zgodi, da en relativni
pogreˇsek zmanjˇsa vpliv drugega relativnega pogreˇska. Na sliki 6.4 so prikazani relativni
52
pogreˇski posameznih naprav iz tabele 6.4 in relativni pogreˇsek NTK tipala. Rdeˇca ˇcrta
na sliki 6.4 prikazuje najveˇcji moˇzni relativni pogreˇsek, ki se lahko zgodi kot posledica
merilne opreme, skrajna siva ˇcrta pa najveˇcji moˇzni relativni pogreˇsek, ki se lahko zgodi
kot posledica merilne opreme in NTK tipala. Vidimo lahko, da pri viˇsjih temperaturah
najveˇcji deleˇz relativnega pogreˇska prispeva merilni pretvornik.
20
15
Relativni
Relativni
Relativni
Relativni
pogreˇsek
pogreˇsek
pogreˇsek
pogreˇsek
merilnega pretvornika δK
temperaturne kopeli δT
merilne kartice δU
NTK tipala δR
+δR
10
Relativni pogreˇsek [%]
+δK
5
+δU
0
−δU
δM
-5
−δK
-10
-15
−δR
-20
-30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3 0
Temperatura [°C]
3
6
9
12 15
Slika 6.4: Grafiˇcni prikaz relativnih pogreˇskov meritve.
Skupni relativni pogreˇsek meritve δM bi precej zmanjˇsali, ˇce bi uporabili merilni
pretvornik, ki podpira serijsko komunikacijo. S tem se odpravi potreba po merilni kartici,
hkrati pa se izboljˇsa razred toˇcnosti merilnega pretvornika iz r = 0,5 na r = 0,2. Novi
absolutni pogreˇsek merilnega pretvornika sedaj glede na enaˇcbo 6.3 znaˇsa ∆K = ±0,4kΩ.
V tabeli 6.5 so prikazani relativni pogreˇski, ki bi jih imela meritev s takˇsno konfiguracijo
merilne opreme. Izraˇcunano je tudi absolutno izboljˇsanje relativnega pogreˇska, ki ga
doseˇzemo. Vidimo lahko, da je izboljˇsava glede na trenutno konfiguracijo precejˇsnja. Na
sliki 6.5 so prikazani izraˇcunani relativni pogreˇski predlagane merilne opreme in NTK
53
tipala. Dovoljeno obmoˇcje najveˇcjega moˇznega relativnega pogreˇska, ki ga iznaˇcuje siva
ˇcrta, je sedaj precej bolj enakomeren po celotnem temperaturnem obmoˇcju ter znaˇsa
okoli ±5 %.
Tabela 6.5: Relativni pogreˇski predlaganih naprav in meritve.
Relativni pogreˇ
ski
Kopel
Temperatura [°C]
−30,00
−27,00
−24,00
−21,00
−18,00
−15,00
−12,00
−9,00
−6,00
−3,00
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00
15,00
Relativni pogreˇsek [%]
10
5
MI452
Meritev
±δT [%] ±δK [%] ±δM [%] Izboljˇ
sanje [%]
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,10
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,44
0,53
0,64
0,77
0,91
1,09
1,29
1,52
1,78
2,09
2,44
2,84
3,30
3,82
4,42
5,09
0,55
0,64
0,74
0,87
1,01
1,18
1,38
1,61
1,88
2,18
2,53
2,93
3,39
3,91
4,50
5,17
0,83
1,00
1,21
1,45
1,73
2,06
2,44
2,86
3,36
3,94
4,61
5,37
6,24
7,22
8,34
9,61
Relativni pogreˇsek merilnega pretvornika δK
Relativni pogreˇsek temperaturne kopeli δT
Relativni pogreˇsek NTK tipala δR
+δR
+δK
0
δT δM
−δK
-5
−δR
-10
-30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3 0
Temperatura [°C]
3
6
9
12 15
Slika 6.5: Grafiˇcni prikaz relativnih pogreˇskov predlagane meritve.
7
54
SKLEP
V diplomskem delu smo predstavili izdelano reˇsitev avtomatizacije meritve NTK
uporovnih tipal v podjetju Gorenje, d.d. V LabVIEW smo ustvarili aplikacijo z imenom
“AvtoMerNTK”, ki z uporabo obstojeˇce opreme v podjetju omogoˇca, da se karakteristiko
tipala avtomatsko izmeri glede na izbrani temperaturni profil in nastavitve meritve.
Toˇcnost izmerjene karakteristike v obmoˇcju od −30 do +15°C je dobra, saj nas
karakteristika tipala za to obmoˇcje tudi najbolj zanima. Njihova uporaba v hladilnih
aparatih redko zahteva merjenje temperature izven tega temperaturnega obmoˇcja.
Izkazalo se je, da medij (olje v temperaturni kopeli) na nataˇcnost izmerjene karakteristike
ne vpliva bistveno, kar potrjuje tudi meritev karakteristike v zraˇcni komori (kjer je
medij zrak).
Relativni pogreˇsek celotne meritve se z veˇcanjem temperature poveˇcuje, predvsem
na raˇcun relativnega pogreˇska merilnega pretvornika. Vzrok za takˇsno veˇcanje pogreˇska
je v tem, da se upornost tipala v tem temperaturnem obmoˇcju giblje v spodnji polovici
merilnega obmoˇcja merilnega pretvornika. Manjˇsi vpliv na toˇcnost meritve ima merilna
kartica, vendar se tudi ta z naraˇsˇcanjem temperature poveˇcuje. 12-bitna natanˇcnost
zajemanja enosmerne napetosti iz merilnega pretvornika MI452 je premalo za zanesljive
meritve karakteristike tipala pri viˇsjih temperaturah (nad 15°C). Vpliv relativnega
pogreˇska temperaturne kopeli je zanemarljiv.
V kolikor bi ˇzeleli zanesljive meritve karakteristike tudi pri viˇsjih temperaturah
oziroma bi ˇzeleli izboljˇsati toˇcnost meritve, bi bilo treba meritev upornosti izvesti z
merilnim pretvornikom, ki podpira serijsko komunikacijo. S takˇsno konfiguracijo merilne
opreme bi zmanjˇsali relativni pogreˇsek meritve za dve tretjini.
Nadaljnjo izboljˇsavo bi lahko dosegli ˇse s spreminjanjem merilnega obmoˇcja merilnega
pretvornika. Pri modelih s serijsko komunikacijo so ti programsko nastavljivi – s tem bi
lahko dosegli manjˇsi absolutni pogreˇsek in poslediˇcno tudi manjˇsi relativni pogreˇsek
pretvornika.
Rezultat diplomskega dela je zmanjˇsal ˇcas celotne meritve karakteristike, sprostil
ˇcloveˇski kader in poveˇcal toˇcnost ter ponovljivost meritve. Sluˇzi lahko kot osnova za
nadaljnje delo na vhodni kontroli, kjer je cilj zagotoviti ustrezno kakovost vgrajenih
NTK tipal v hladilne aparate.
8
55
VIRI
[1] M. Hill, J. Turner, Instrumentation for Engineers and Scientists, Oxford University
Press, New York, 1999.
[2] Epcos NTC thermistors, General technical information
http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Sensors/
TemperatureMeasurement/PDF/PDF__General__technical__information,property=
Data__en.pdf;/PDF_General_technical_information.pdf
[3] I. N. Bronˇstejn, G. Musiol, H. M¨
uhlig, K. A. Semendjajev, Matematiˇcni priroˇcnik,
2. predelana in dopolnjena izdaja, Tehniˇska zaloˇzba Slovenije, Ljubljana, 1997.
[4] Franc Bergelj, Meritve 1. del, 4. izdaja, Zaloˇzba FE in FRI, Ljubljana, 2002.
[5] HS 7103 User guide
ftp://ftp.hartscientific.com/manuals/7103.pdf
[6] NI USB-6008/6009 User Guide and Specifications
http://www.ni.com/pdf/manuals/371303l.pdf
[7] Tehniˇcna dokumentacija za MI 452
http://www.iskra-mis.si/mma_bin.php/$fId/20071221111766/$fName/Mi452sl-MIS.
pdf
[8] Weiss technik, Operating Instructions, Cold-Heat-Climate-Testchamber, Type SB1/300/40
[9] J. Kring, J. Travis, LabVIEW for Everyone, 3. izdaja, Prentice Hall, Indiana, 2006
[10] LabVIEW 2009 Help
http://zone.ni.com/reference/en-XX/help/371361F-01/
[11] USB developer documents
http://www.usb.org/developers/docs/
[12] The Extended ASCII chart
http://www.cdrummond.qc.ca/cegep/informat/Professeurs/Alain/files/ascii.
htm
9
56
PRILOGE
9.1
Seznam slik
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
4.1
4.2
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
Vpliv parametra B na strmino R-T krivulje [2]. . . . . . . . . . . . . .
Primer napetostno/tokovne karakteristike tipala [2]. . . . . . . . . . . .
Graf temperature v odvisnosti od ˇcasa [2]. . . . . . . . . . . . . . . . .
NTK tipalo Epcos TS 08/06. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dimenzije NTK tipala (v mm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Graf karakteristike tipala. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperaturna kopel Hart Scientific 7103. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Merilna kartica NI USB-6008 [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dimenzije merilne kartice USB-6008 [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Merilni pretvornik Iskra MI452 [7]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Blokovna shema merilnega pretvornika [7]. . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperaturna komora Weiss. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Krmilna konzola temperaturne komore. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Logotip LabVIEW [10]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Virtualni osciloskop, izdelan v LabVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . .
Virtualni inˇstrument za nadzor temperature. . . . . . . . . . . . . . . .
Konceptualen prikaz vezave opreme pri dejanski izvedbi. . . . . . . . .
Optimalen poloˇzaj tipala v temperaturni kopeli. . . . . . . . . . . . . .
Primer tekstovne datoteke s temperaturnim profilom. . . . . . . . . . .
Priporoˇcena vezava RS-232 kabla [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Blok diagram inicializacije serijske komunikacije v LabVIEW. . . . . .
Poˇsiljanje znakovnega niza t\r s\r preko serijske povezave. . . . . . .
Branje podatkov in pretvorba iz znakovnega niza v ˇstevilsko vrednost. .
Poˇsiljanje znakovnega niza s=26.41\r. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Blok, ki skrbi za serijsko komunikacijo s temperaturno kopeljo. . . . . .
Zajemanje, skaliranje, povpreˇcenje in beleˇzenje podatkov iz merilne kartice.
Nastavitev zajemanja podatkov – izbira tipa meritve. . . . . . . . . . .
Nastavitev zajemanja podatkov – izbira naprave in vhodnega kanala. .
Nastavitev zajemanja podatkov – konfiguracija meritve. . . . . . . . . .
Distribucija odtipkov znotraj ene meritve upornosti. . . . . . . . . . . .
4
6
7
8
8
11
13
14
15
17
17
19
20
21
23
23
26
27
28
29
31
31
31
32
32
33
33
34
35
36
57
5.13 Gibanje mediane (rdeˇca ˇcrta) in aritmetiˇcnega povpreˇcja (modra ˇcrta)
pri 10 zaporednih meritvah konstantne upornosti. . . . . . . . . . . . .
5.14 Poenostavljena visokonivojska blokovna shema aplikacije AvtoMerNTK.
5.15 Diagram poteka LabVIEW aplikacije AvtoMerNTK. . . . . . . . . . . .
5.16 LabVIEW aplikacija AvtoMerNTK – graf temperatur. . . . . . . . . .
5.17 LabVIEW aplikacija AvtoMerNTK – avtomatsko vodenje. . . . . . . .
5.18 LabVIEW aplikacija AvtoMerNTK – izmerjeni podatki. . . . . . . . . .
5.19 Izvoz podatkov – izbira mape in imena tekstovne datoteke. . . . . . . .
5.20 Izvoz podatkov – moˇznost opomb in izvoza slike grafa. . . . . . . . . .
5.21 Primer izvoˇzene tekstovne datoteke – samo prvih 7 vrstic. . . . . . . .
6.1 Primerjava izmerjenih karakteristik NTK tipala v temperaturni kopeli s
podano karakteristiko proizvajalca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Primerjava izmerjene karakteristike NTK tipala v temperaturni komori s
podano karakteristiko proizvajalca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 Grafiˇcna primerjava odstopanja izmerjenih karakteristik. . . . . . . . .
6.4 Grafiˇcni prikaz relativnih pogreˇskov meritve. . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Grafiˇcni prikaz relativnih pogreˇskov predlagane meritve. . . . . . . . .
9.2
2.1
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
5.1
5.2
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
37
38
39
40
41
42
43
43
43
46
48
49
52
53
Seznam tabel
Delna karakteristika tipala TS 08/06. . . . . . . . . .
Karakteristike temperaturne kopeli [5]. . . . . . . . .
USB-6008 specifikacije za analogne vhode [6]. . . . .
USB-6008 analogni terminali [6]. . . . . . . . . . . . .
Moˇznosti merilnega pretvornika [7]. . . . . . . . . . .
Specifikacije temperaturne komore SB1/300/40 [8]. .
Podatkovni tipi v LabVIEW [10]. . . . . . . . . . . .
Nastavljivi parametri serijske komunikacije [5]. . . . .
Ukazi za komunikacijo s temperaturno kopeljo [6]. . .
Izmerjeni podatki NTK tipala v temperaturni kopeli.
Izmerjeni podatki NTK tipala v temperaturni komori.
Izmerjeni podatki NTK tipala v temperaturni kopeli.
Relativni pogreˇski naprav in meritve. . . . . . . . . .
Relativni pogreˇski predlaganih naprav in meritve. . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
10
13
15
16
18
20
22
29
30
45
47
49
51
53
9.3
Karakteristika tipala TS 08/06
R-T data for TS 08/06
B25/100 = 3980 K ±1,0 %
R25 = 5,00 kΩ ±1,0 %
T [°C] Rmin [kΩ] Rcent [kΩ] Rmax [kΩ]
−40
−39
−38
−37
−36
−35
−34
−33
−32
−31
−30
−29
−28
−27
−26
−25
−24
−23
−22
−21
−20
−19
−18
−17
−16
−15
−14
−13
−12
−11
−10
−9
−8
−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
166,30
155,50
145,50
136,20
127,50
119,50
112,00
105,10
98,57
92,54
86,91
81,66
76,76
72,19
67,92
63,93
60,20
56,72
53,46
50,40
47,55
44,87
42,36
40,00
37,80
35,72
33,78
31,95
30,23
28,62
27,10
25,67
24,33
23,07
21,87
20,75
19,69
18,70
17,76
16,87
174,10
162,70
152,10
142,30
133,10
124,70
116,80
109,40
102,60
96,28
90,36
84,85
79,71
74,92
70,45
66,27
62,37
58,72
55,31
52,12
49,14
46,34
43,72
41,27
38,97
36,81
34,79
32,89
31,10
29,43
27,85
26,37
24,98
23,66
22,43
21,27
20,17
19,14
18,10
17,25
182,20
170,10
158,90
148,60
138,90
130,00
121,70
114,00
106,80
100,20
93,95
88,16
82,77
77,74
73,06
68,68
64,60
60,79
57,22
53,89
50,77
47,86
45,12
42,57
40,18
37,93
35,82
33,85
31,99
30,25
28,62
27,08
25,63
24,28
23,00
21,79
20,66
19,59
18,59
17,64
∆R [%]
∆T [°C]
4,65
4,58
4,51
4,44
4,37
4,30
4,23
4,17
4,10
4,03
3,97
3,90
3,84
3,77
3,71
3,64
3,58
3,52
3,46
3,40
3,33
3,27
3,21
3,15
3,10
3,04
2,98
2,92
2,86
2,81
2,75
2,69
2,64
2,58
2,53
2,47
2,42
2,36
2,31
2,26
0,67
0,66
0,66
0,65
0,65
0,64
0,64
0,63
0,63
0,62
0,61
0,61
0,60
0,60
0,59
0,59
0,58
0,58
0,57
0,56
0,56
0,55
0,55
0,54
0,53
0,53
0,52
0,51
0,51
0,50
0,49
0,49
0,48
0,47
0,47
0,46
0,45
0,45
0,44
0,43
58
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
16,03
15,24
14,49
13,79
13,11
12,48
11,89
11,32
10,79
10,28
9,80
9,34
8,91
8,80
8,12
7,75
7,40
7,07
6,76
6,46
6,17
5,90
5,65
5,40
5,17
4,74
4,53
4,34
4,15
3,98
3,81
3,65
3,50
3,36
3,22
3,09
2,96
2,84
2,73
2,62
16,38
15,57
14,80
14,07
13,38
12,73
12,11
11,53
10,98
10,46
9,97
9,50
9,06
8,64
8,24
7,86
7,51
7,17
6,85
6,54
6,25
5,97
5,71
5,46
5,23
4,79
4,58
4,39
4,20
4,03
3,86
3,70
3,55
3,40
3,26
3,13
3,01
2,89
2,77
2,66
16,75
15,90
15,11
14,36
13,65
12,98
12,34
11,74
11,18
10,64
10,14
9,66
9,20
8,77
8,36
7,98
7,61
7,26
6,94
6,62
6,33
6,04
5,78
5,52
5,28
4,84
4,63
4,44
4,25
4,08
3,91
3,75
3,60
3,45
3,31
3,18
3,05
2,93
2,82
2,71
∆R [%]
∆T [°C]
2,21
2,15
2,10
2,05
2,00
1,95
1,90
1,85
1,80
1,75
1,70
1,65
1,60
1,55
1,51
1,46
1,41
1,36
1,32
1,27
1,23
1,18
1,13
1,09
1,04
1,04
1,09
1,13
1,18
1,22
1,26
1,30
1,35
1,39
1,43
1,47
1,52
1,56
1,60
1,64
0,43
0,42
0,41
0,40
0,40
0,39
0,38
0,37
0,37
0,36
0,35
0,34
0,34
0,33
0,32
0,31
0,30
0,30
0,29
0,28
0,27
0,26
0,25
0,24
0,24
0,24
0,25
0,26
0,27
0,29
0,30
0,31
0,32
0,33
0,35
0,36
0,37
0,38
0,40
0,41
59
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
2,52
2,42
2,32
2,23
2,14
2,06
1,98
1,91
1,83
1,76
1,70
1,64
1,57
1,52
1,46
1,41
1,36
1,31
1,26
1,22
1,17
1,13
1,09
1,05
1,02
0,98
0,95
0,91
0,88
0,85
0,82
0,80
0,77
0,75
0,72
0,70
0,67
0,65
0,63
0,61
2,56
2,46
2,36
2,27
2,18
2,10
2,02
1,94
1,87
1,80
1,73
1,67
1,61
1,55
1,49
1,44
1,39
1,34
1,29
1,24
1,20
1,16
1,12
1,08
1,04
1,01
0,97
0,94
0,91
0,88
0,85
0,82
0,79
0,77
0,74
0,72
0,69
0,67
0,65
0,63
2,60
2,50
2,40
2,31
2,22
2,14
2,06
1,98
1,91
1,84
1,77
1,71
1,64
1,58
1,53
1,47
1,42
1,37
1,32
1,27
1,23
1,19
1,15
1,11
1,07
1,03
1,00
0,96
0,93
0,90
0,87
0,84
0,82
0,79
0,76
0,74
0,72
0,69
0,67
0,65
∆R [%]
∆T [°C]
1,68
1,72
1,76
1,80
1,84
1,88
1,92
1,96
2,00
2,04
2,08
2,11
2,15
2,19
2,23
2,27
2,30
2,34
2,38
2,41
2,45
2,49
2,52
2,56
2,60
2,63
2,67
2,70
2,74
2,77
2,81
2,84
2,88
2,91
2,85
2,98
3,01
3,05
3,08
3,11
0,42
0,44
0,45
0,46
0,47
0,49
0,50
0,51
0,53
0,54
0,55
0,57
0,58
0,59
0,61
0,62
0,64
0,65
0,66
0,68
0,69
0,71
0,72
0,74
0,75
0,77
0,78
0,80
0,81
0,83
0,84
0,86
0,87
0,89
0,90
0,92
0,93
0,95
0,96
0,98
60
9.4
61
Tehniˇ
cne specifikacije MI452
MI452
Programbilni pretvornik upornosti
LASTNOSTI
•
•
•
•
•
•
Merjenje upornosti
Programsko nastavljiva vhod in izhod
Nizka poraba
AC/DC ali AC pomožno napajanje
Razred 0,5
Serijska komunikacija RS232/RS485 (opcija) (zelo
visoka hitrost prenosa do 115.200 bit/s,
MODBUS protokol)
• Ohišje za montažo na DIN nosilno tračnico
• Skladnost z EN 60770-1: 1999
NAMEN UPORABE
Merilni pretvornik MI452 meri upornost na vhodnih
terminalih in jo pretvarja v bremensko neodvisen DC tok ali
napetost. Analogni izhodni signal je proporcionalen merjeni
veličini in je primeren za krmiljenje analognih ali digitalnih
instrumentov.
Slika 1: Programabilni pretvornik za merjenje upornosti MI452
OPIS
Merjenje upornosti na priključnih sponkah je možno z tremi
metodami, dvovodno, trivodno ali štirivodno. V vseh
primerih pretvornik meri upornost po U-I metodi. Vsiljen
merilni tok povzroči padec napetosti na merjenem uporu, le
ta je dovedena na programsko nastavljiv ojačevalnik B, po
A/D pretvorbi ga obdela še mikroprocesor C. Izhodni signal
iz mikroprocesorja je nato pripeljan na programsko
nastavljiv analogni izhod E. Preko komunikacije D je
omogočeno nastavljanje pretvornika in posredovanje
podatkov o merjeni upornosti.
Komunikacija, analogni izhod in pomožno napajanje so
galvansko ločeni od ostalega sistema z ločilnim
transformatorjem.
Slika 2: Blokovna shema pretvornika
NASTAVLJANJE PRETVORNIKA
Vhodne in izhodne veličine nastavite1) s programom MiQen
preko komunikacije RS232 ali RS485. Pred tem je potrebno
nastaviti še pravilen položaj kratkostičnikov na izhodnem
modulu2), ki je odvisen od vrednosti in vrste izhodne veličine
(0…10 V, 0…5 mA in 0…20 mA). Znotraj teh območij je
mogoče nastaviti linearno ali lomljeno izhodno karakteristiko z
največ 5 lomnimi točkami.
1)
2)
– Programiranje pretvornika ni mogoče pri verzijah brez komunikacije
– Samo pooblaščene osebe
IZVEDBE
Možne so naslednje izvedbe merilnih pretvornikov (Tabela 1).
Fiksne nastavitve
Programabilni
Vhod [Ω]
Merilna napetost
Izhod
<2,2 V
5 mA
20 mA
10 V
Komunikacija
Lomljena karakteristika
na analognem izhodu
RS232 ali RS485
Programsko nastavljiva
preko komunikacije
RS232 , RS485
ali
brez komunikacije
Potrebno definirati ob
naročilu
Pomožno napajanje
Univerzalno ali
10 do 50 k
AC:
100 do 500 k
100, 1 k, 2 k, 5 k, 10 k,
20 k, 50 k3)
<2,2 V
5 k, 10 k, 50 k,
100 k, 200 k, 500 k3)
<2,2 V
1 mA
5 mA
10 mA
20 mA
4...20 mA
1V
10 V
ostala območja po
naročilu
57 V
100 V
230 V
400 V
500 V
Univerzalno ali
AC:
57 V
100 V
230 V
400 V
500 V
Tabela 1: Izvedbe merilnih pretvornikov MI452
3)
– Ostala območja po naročilu, merilni tok sovpada z dosegom.
Prirejeni so za pritrditev na standardno nosilno tračnico 35 x 15 mm (po DIN EN 50022).
Stran 1
Izhodni doseg je mogoče naknadno spreminjati s pomočjo
ustrezne programske opreme, vendar se lahko pojavi dodatni
pogrešek (Glej Formulo 1 in 2).
TEHNIČNI PODATKI
SPLOŠNO:
•
Merjena veličina:
•
Merilni princip:
VHOD:
•
Merilna metoda:
•
•
•
4)
62
upornost
mikroprocesorsko vzorčenje
dvovodna priključitev
trivodna priključitev
štirivodna priključitev
Dve izvedbi vhodov4) z programabilnim območjem:
Mejni vrednosti merilnih obsegov:
Merilni tok:
0...10 Ω do 0...50 kΩ
< 2,2 V
0...100 Ω do 0...500 kΩ
< 2,2 V
Lead resistance:
< 10 Ω per lead
Lastna poraba:
< 0.5 VA
– Specificirati ob naročilu
ANALOGNI IZHOD:
Programsko nastavljiv DC tokovni izhod:
•
Tokovni izhod, IOutN (končna vrednost tok. izhoda):
Obsegi tok. Izhodov5):
0…±1 mA do 0…±20 mA ali,
0...±5 mA do 0...±20 mA
•
Napetostna obremenljivost:
15 V
15 V
•
Bremenska upornost:
RBmax.[kΩ]=
IOutN [mA]
5)
– odvisen od nastavljenih kratkostičnikov na izhodnem modulu
Programsko nastavljiv DC napetostni izhod:
•
Napetostni izhod, UOutN (končna vrednost nap. izhoda):
Obsegi nap. izhodov:
0…1 V do 0…10 V
•
Tokovna obremenljivost:
20mA
UOutN [V]
•
Bremenska upornost:
RBmax.[kΩ]=
20 mA
Splošno:
•
Nastavitveni čas:
programabilen od 0,5s do 60s
•
Valovitost izhodnega signala:
< 1 % p.p.
•
Največja vrednost izhodnega signala: omejena na 125 %
RAZRED TOČNOSTI:
•
Referenčna vrednost:
•
Razred:
Analogni izhod 7):
Komunikacija:
končna vrednost vhodne veličine
upornost
upornost
7)
0,5 c
0,5
– Za izračun pogreška glej poglavje Pogrešek (za analogne izhode), na
tej strani.
Referenčni pogoji:
•
Temperatura okolice:
15…30 °C
•
Vhod:
0…100 % RN
Vplivne veličine:
•
Temperaturni vpliv:
±0.15% / 10K °C
•
Dolgoročna stabilnost:
±0.15%
•
Vpliv zaporedne motnje 1Vac za območja
od 300V to 1V:
<0.25%
•
Vpliv zaporedne motnje 100mVac za območja
1V to 100mV:
<0.25%
Pogrešek (za analogne izhode):
Za izračun pogreška analognih izhodov pri lomljenih
karakteristikah in linearnih lečah, pomnožimo razred
točnosti z korekcijskim faktorjem (c).
Korekcijski faktor c (uporabi višjo vrednost):
Linearna karakteristika
y0
ye
c=
x0
1−
xe
1−
Formula 1:
ali c = 1
Bent characteristic
xb − 1 ≤ x ≤ xb
Formula 2:
b
– number of break points (1 to 5)
c=
yb − yb − 1 xe
⋅
ali c = 1
xb − xb − 1 ye
Slika 4: Primeri linearnih in lomljenih karakteristik
Slika 3: Časovni odziv izhoda
N – Število drsečih oken
t – Čas vzorčenja
Analogni izhod je od ostalih tokokrogov električno izoliran .
Lahko je kratko sklenjen ali odprtih sponk.
Stran 2
NAPAJANJE:
Pomožna AC/DC napetost (univerzalno napajanje):
•
Nazivna napetost (Ur):
24…300 V DC
40…276 V AC
•
Frekvenčni obseg:
40…70 Hz
•
Poraba:
< 3 VA
Pomožna AC napetost
Nazivne napetosti (Ur)
Nominalno območje
delovanja
57,74 V
100 V
230 V
400 V 6)
500 V 6)
80…120 % Ur
– do 300 V instalacijska kategorija III, od 300 do 500 V instalacijska
kategorija II – glej poglavje Varnost
Tabela 2: Standardne AC napetosti za pomožno napajanje
Frekvenčni obseg:
45…65 Hz
Poraba:
< 3 VA
KOMUNIKACIJA (OPCIJA):
RS232
•
Tip priključitve:
direktna
•
Signalni nivoji:
RS232
•
Največja dolžina kabla:
15 m
•
Priključki:
vijačni
•
Izolacija:
3,7 kV ef., 1 minuto
med priključki in ostalimi tokokrogi,
razen med priključki in izhodnim tokokrogom,
2 kV ef. 1 minuto
•
Oblika prenosa:
asinhroni
•
Protokol:
MODBUS RTU
•
Hitrost prenosa:
1.200 to 115.200 bits/s
•
RS232 priključki:
•
•
MI452
9 polni D konektor
(PC)
25 polni D
konektor (PC)
Rx (21)
Tx (3)
Tx (2)
GND (5)
GND (7)
Rx (2)
Rx (3)
(22)
Tx (23)
Tabela 3. RS232 priključki
Slika 5: Povezava MI452 z PC preko RS232 komunikacije
RS485
•
Tip priključitve:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
RS485
A (21)
DATA +
C (22)
NC 8)
B (23)
DATA -
Tabela 4: RS485 priključki
8)
– NC – neuporabljena
Slika 6: Povezava MI452 preko RS485 komunikacijske linije
6)
MI452
63
mrežna
(do 32 priključitev na vodilo)
Signalni nivoji:
RS485
Povezava:
parica
Največja dolžina kabla:
1000 m
Priključki:
vijačni
Izolacija:
3,7 kV ef., 1 minuto
med priključki in ostalimi tokokrogi,
razen med priključki in izhodnim tokokrogom,
2 kV ef. 1 minuto
Oblika prenosa:
asinhroni
Protokol:
MODBUS RTU
Hitrost prenosa:
1.200 to 115.200 bits/s
RS485 priključki
OHIŠJE:
•
Material ohišja:
PC/ABS
negorljivost - samougasljivost, ustreza UL 94 V-0
•
Zaščita ohišja:
IP 50 (IP 20 za priključne sponke)
v skladu z EN 60529: 1989
•
Montaža:
na nosilno tračnico, 35 x 15 mm
v skladu z DIN EN 50022: 1978
•
Masa pretvornika:
pribl. 300 g
PRIKLJUČKI:
•
Največji presek:
≤ 4,0 mm2 en vodnik
2 x 2,5 mm2 dva vodnika
VARNOST:
•
Zaščita:
zaščitni razred II
300 V ef., instalacijska kategorija III
500 V ef., instalacijska kategorija II
stopnja onesnaženja 2
•
Preizkusna napetost:
3,7 kV ef.
v skladu z EN 61010-1: 1990
POGOJI OKOLJA:
•
Klimatski razred:
2
v skladu z EN 60688: 1992
•
Temperaturno območje delovanja:
-10 do +55 °C
•
Temperaturno območje skladiščenja:
-40 do +70 °C
•
Povprečna letna vlaga:
≤ 75% r.h.
USTREZNOST SMERNICAM ZA
OZNAČEVANJE CE:
Odredba o električni opremi, ki je namenjena za uporabo
znotraj določenih napetostnih mej URLRS 53/00
(Smernica o nizki napetosti 73/23/EEC):
EN 61010-1: 1993 in EN 61010-A3: 1995
Varnostne zahteve za električne naprave za merjenje,
kontrolo in laboratorijsko uporabo, Del 1: Splošne zahteve
Pravilnik o elektromagnetni združljivosti (EMC)
URLRS 61/00
(Smernica o elektromagnetni združljivosti 89/336/EEC):
EN 61326-1: 1997
Zahteve o elektromagnetni združljivosti za električne
naprave za merjenje, kontrolo in laboratorijsko uporabo:
Del 1: Splošne zahteve
Komentar: Priporočljiva je, da v primeru, ko so pričakovana
močna HF elektromagnetna polja v prostoru, kjer bo
pretvornik uporabljen, 5 mA za analogen izhod, saj bo tako
vpliv polja na pretvornik najmanjši.
Stran 3
OZNAČEVANJE
64
Merilni pretvornik z linearno karakteristiko:
Ena nalepka na sprednji strani ohišja (Slika 7a):
Merilni pretvornik z lomljeno karakteristiko:
Ena nalepka na sprednji strani ohišja ter dodatna nalepka
na zgornji strani ohišja (Slika 7b):
Slika 7a:Primer nalepke za pretvornik z linearno karakteristiko
Slika 7b: Primer nalepk za pretvornik z lomljeno karakteristiko
PRIKLJUČITEV
Tip priključitve lahko določite ob naročilu, ali pa ga poljubno nastavite preko komunikacije s programom MiQen.
Oznake priključnih kontaktov se nahajajo na čelni plošči pretvornika.
Slika 8a: Priključna shema za štirivodno priključitev
Slika 8b: Priključna shema za trivodno priključitev
Slika 9c: Priključna shema za dvovodno priključitev
Za merjenje upornosti manjše od 1 kΩ z dvovodno priključitvijo, je priporočljivo, da so kontakti 1 in 2 ter 3 in 5 kratko
zvezani.
DIMENZIJSKA RISBA
Slika 5: Dimenzijska risba ohišja pretvornika (vse mere so v mm)
Stran 4
9.5
65
Tehniˇ
cne specifikacije USB-6008
Low-Cost, Bus-Powered Multifunction DAQ for USB –
12- or 14-Bit, up to 48 kS/s, 8 Analog Inputs
NI USB-6008, NI USB-6009
• 8 analog inputs at 12 or 14 bits,
up to 48 kS/s
• 2 analog outputs at 12 bits,
software-timed
• 12 TTL/CMOS digital I/O lines
• 32-bit, 5 MHz counter
• Digital triggering
• Bus-powered
• 1-year warranty
Recommended Software
•
•
•
•
Other Compatible Software
• C#, Visual Basic .NET
• ANSI C/C++
Operating Systems
•
•
•
•
•
LabVIEW
LabVIEW SignalExpress
LabWindows™/CVI
Measurement Studio
Windows Vista (32- and 64-bit)/XP/2000
Mac OS X1
Linux®1
Windows Mobile1
Windows CE1
Measurement Services
Software (included)
• NI-DAQmx driver software
• Measurement & Automation
Explorer configuration utility
• LabVIEW SignalExpress LE
1You
need to download NI-DAQmx
Base for these operating systems.
Product
USB-6009
USB-6008
1 SE
Bus
USB
USB
Analog
Inputs1
8 SE/4 DI
8 SE/4 DI
= single ended, DI = differential
Input
Resolution
(bits)
14
12
Max
Sampling Rate
(kS/s)
48
10
Input
Range
(V)
±1 to ±20
±1 to ±20
Analog
Outputs
2
2
Output
Resolution
(bits)
12
12
Output
Rate
(Hz)
150
150
Output
Range
(V)
0 to 5
0 to 5
Digital
I/O
Lines
12
12
32-Bit
Counter
1
1
Trigger
Digital
Digital
2Software-timed
Overview and Applications
With recent bandwidth improvements and new innovations from
National Instruments, USB has evolved into a core bus of choice for
measurement applications. The NI USB-6008 and USB-6009 are lowcost entry points to NI flagship data acquisition (DAQ) devices. With
plug-and-play USB connectivity, these modules are simple enough for
quick measurements but versatile enough for more complex
measurement applications.
The USB-6008 and USB-6009 are ideal for a number of applications
where low cost, small form factor, and simplicity are essential.
Examples include:
• Data logging – quick and easy environmental or voltage data logging
• Academic lab use – student ownership of DAQ hardware for
completely interactive lab-based courses (Academic pricing available.
Visit ni.com/academic for details.)
• OEM applications as I/O for embedded systems
Recommended Software
National Instruments measurement services software, built around
NI-DAQmx driver software, includes intuitive application programming
interfaces, configuration tools, I/O assistants, and other tools
designed to reduce system setup, configuration, and development time.
National Instruments recommends using the latest version of NI-DAQmx
driver software for application development in NI LabVIEW, LabVIEW
SignalExpress, LabWindows/CVI, and Measurement Studio software.
To obtain the latest version of NI-DAQmx, visit
ni.com/support/daq/versions.
NI measurement services software speeds up your development with
features including:
• A guide to create fast and accurate measurements with no
programming using the DAQ Assistant.
• Automatic code generation to create your application in LabVIEW.
• LabWindows/CVI; LabVIEW SignalExpress; and C#, Visual Studio .NET,
ANSI C/C++, or Visual Basic using Measurement Studio.
• Multithreaded streaming technology for 1,000 times
performance improvements.
• Automatic timing, triggering, and synchronization routing
to make advanced applications easy.
• More than 3,000 free software downloads available at
ni.com/zone to jump-start your project.
• Software configuration of all digital I/O features without
hardware switches/jumpers.
• Single programming interface for analog input, analog output,
digital I/O, and counters on hundreds of multifunction DAQ hardware
devices. M Series devices are compatible with the following versions
(or later) of NI application software – LabVIEW, LabWindows/CVI, or
Measurement Studio versions 7.x; and LabVIEW SignalExpress 2.x.
66
Low-Cost, Bus-Powered Multifunction DAQ for USB – 12- or 14-Bit, up to 48 kS/s, 8 Analog Inputs
Every M Series data acquisition device also includes a copy of
LabVIEW SignalExpress LE data-logging software, so you can quickly
acquire, analyze, and present data without programming. The NI-DAQmx
Base driver software is provided for use with Linux, Mac OS X,
Windows Mobile, and Windows CE operating systems.
Recommended Accessories
The USB-6008 and USB-6009 have removable screw terminals for easy
signal connectivity. For extra flexibility when handling multiple wiring
configurations, NI offers the USB-600x Connectivity Kit, which includes
two extra sets of screw terminals, extra labels, and a screwdriver.
In addition, the USB-600x Prototyping Kit provides space for adding
more circuitry to the inputs of the USB-6008 or USB-6009.
Information for Student Ownership
To supplement simulation, measurement, and automation theory courses
with practical experiments, NI has developed the USB-6008 and USB-6009
student kits, which include the LabVIEW Student Edition and a ready-to-run
data logger application. These kits are exclusively for students, giving them
a powerful, low-cost, hands-on learning tool. Visit ni.com/academic for
more details.
Information for OEM Customers
For information on special configurations and pricing, call (800) 813 3693
(U.S. only) or visit ni.com/oem. Go to the Ordering Information section
for part numbers.
NI USB DAQ for OEMs
Shorten your time to market by integrating world-class National
Instruments OEM measurement products into your embedded system
design. Board-only versions of NI USB DAQ devices are available for
OEM applications, with competitive quantity pricing and available
software customization. The NI OEM Elite Program offers free 30-day
trial kits for qualified customers. Visit ni.com/oem for more information.
Ordering Information
NI USB-60081 ........................................................................779051-01
NI USB-60091 ........................................................................779026-01
NI USB-6008 OEM ................................................................193132-02
NI USB-6009 OEM ................................................................193132-01
NI USB-6008 Student Kit1,2 ..................................................779320-22
NI USB-6009 Student Kit1,2 ..................................................779321-22
NI USB-600x Connectivity Kit ..............................................779371-01
NI USB-600x Prototyping Kit ................................................779511-01
1 Includes
NI-DAQmx software, LabVIEW SignalExpress LE, and a USB cable.
2 Includes
LabVIEW Student Edition.
BUY NOW!
For complete product specifications, pricing, and accessory
information, call 800 813 3693 (U.S. only) or go to ni.com/usb.
BUY ONLINE at ni.com or CALL 800 813 3693 (U.S.)
2
67
Specifications
Typical at 25 °C unless otherwise noted.
Analog Input
Absolute accuracy, single-ended
Range
±10
Typical at 25 ˚C (mV)
14.7
Maximum (0 to 55 ˚C) (mV)
138
Absolute accuracy at full scale, differential1
Range
±20
±10
±5
±4
±2.5
±2
±1.25
±1
Typical at 25 ˚C (mV)
14.7
7.73
4.28
3.59
2.56
2.21
1.70
1.53
Maximum (0 to 55 ˚C) (mV)
138
84.8
58.4
53.1
45.1
42.5
38.9
37.5
Number of channels............................ 8 single-ended/4 differential
Type of ADC ........................................ Successive approximation
ADC resolution (bits)
Module
USB-6008
USB-6009
Differential
12
14
Single-Ended
11
13
Maximum sampling rate (system dependent)
Module
USB-6008
USB-6009
Maximum Sampling Rate (kS/s)
10
48
Input range, single-ended................... ±10 V
Input range, differential...................... ±20, ±10, ±5, ±4, ±2.5, ±2,
±1.25, ±1 V
Maximum working voltage ................. ±10 V
Overvoltage protection ....................... ±35 V
FIFO buffer size ................................... 512 B
Timing resolution ................................ 41.67 ns (24 MHz timebase)
Timing accuracy .................................. 100 ppm of actual sample rate
Input impedance ................................. 144 kΩ
Trigger source...................................... Software or external digital trigger
System noise....................................... 5 m Vrms (±10 V range)
Analog Output
Absolute accuracy (no load) ............... 7 mV typical, 36.4 mV maximum
at full scale
Number of channels............................ 2
Type of DAC ........................................ Successive approximation
DAC resolution.................................... 12 bits
Maximum update rate ........................ 150 Hz, software-timed
1 Input
Output range .......................................
Output impedance...............................
Output current drive............................
Power-on state....................................
Slew rate.............................................
Short-circuit current............................
0 to +5 V
50 Ω
5 mA
0V
1 V/µs
50 mA
Digital I/O
Number of channels............................ 12 total
8 (P0.<0..7>)
4 (P1.<0..3>)
Direction control ................................. Each channel individually
programmable as input or output
Output driver type
USB-6008........................................ Open-drain
USB-6009........................................ Each channel individually
programmable as push-pull or
open-drain
Compatibility ....................................... CMOS, TTL, LVTTL
Internal pull-up resistor ...................... 4.7 kΩ to +5 V
Power-on state.................................... Input (high impedance)
Absolute maximum voltage range...... -0.5 to +5.8 V
Digital logic levels
Level
Input low voltage
Input high voltage
Input leakage current
Output low voltage (I = 8.5 mA)
Output high voltage (push-pull, I = -8.5 mA)
Output high voltage (open-drain, I = -0.6 mA, nominal)
Output high voltage (open-drain, I = -8.5 mA,
with external pull-up resistor)
Min
-0.3
2.0
–
–
2.0
2.0
Max
0.8
5.8
50
0.8
3.5
5.0
Units
V
V
µA
V
V
V
2.0
–
V
Counter
Number of counters ............................
Resolution ...........................................
Counter measurements.......................
Pull-up resistor....................................
Maximum input frequency..................
Minimum high pulse width.................
Minimum low pulse width..................
Input high voltage ...............................
Input low voltage ................................
1
32 bits
Edge counting (falling edge)
4.7 kΩ to 5 V
5 MHz
100 ns
100 ns
2.0 V
0.8 V
Power available at I/O connector
+5 V output (200 mA maximum) ......... +5 V typical
+4.85 V minimum
+2.5 V output (1 mA maximum) .......... +2.5 V typical
+2.5 V output accuracy ....................... 0.25% max
Voltage reference temperature drift... 50 ppm/°C max
voltages may not exceed the working voltage range.
3
68
Physical Characteristics
Safety and Compliance
If you need to clean the module, wipe it with a dry towel.
Dimensions (without connectors) ....... 6.35 by 8.51 by 2.31 cm
(2.50 by 3.35 by 0.91 in.)
Dimensions (with connectors) ............ 8.18 by 8.51 by 2.31 cm
(3.22 by 3.35 by 0.91 in.)
Weight (without connectors) .............. 59 g (2.1 oz)
Weight (with connectors) ................... 84 g (3 oz)
I/O connectors..................................... USB series B receptacle
(2) 16-position (screw-terminal)
plug headers
Screw-terminal wiring ........................ 16 to 28 AWG
Screw-terminal torque........................ 0.22 to 0.25 N•m
(2.0 to 2.2 lb•in.)
Safety
Power Requirement
USB (4.10 to 5.25 VDC)....................... 80 mA typical
500 mA maximum
USB suspend....................................... 300 µA typical
500 µA maximum
Environmental
The USB-6008 and USB-6009 are intended for indoor use only.
Operating environment
Ambient temperature range ........... 0 to 55 °C (tested in accordance
with IEC-60068-2-1
and IEC-60068-2-2)
Relative humidity range ................. 10 to 90%, noncondensing
(tested in accordance
with IEC-60068-2-56)
Storage environment
Ambient temperature range ........... -40 to 85 °C (tested in
accordance with IEC-60068-2-1
and IEC-60068-2-2)
Relative humidity range ................. 5 to 90%, noncondensing
(tested in accordance
with IEC-60068-2-56)
Maximum altitude............................... 2,000 m
(at 25 °C ambient temperature)
Pollution degree.................................. 2
This product is designed to meet the requirements of the following
standards of safety for electrical equipment for measurement, control,
and laboratory use:
• IEC 61010-1, EN 61010-1
• UL 61010-1, CSA 61010-1
Note: For UL and other safety certifications, refer to the product label
or visit ni.com/certification, search by model number or product line,
and click the appropriate link in the Certification column.
Electromagnetic Compatibility
This product is designed to meet the requirements of the following
standards of EMC for electrical equipment for measurement, control,
and laboratory use:
• EN 61326 EMC requirements; Minimum Immunity
• EN 55011 Emissions; Group 1, Class A
• CE, C-Tick, ICES, and FCC Part 15 Emissions; Class A
Note: For EMC compliance, operate this device according to
product documentation.
CE Compliance
This product meets the essential requirements of applicable European
Directives, as amended for CE marking, as follows:
• 2006/95/EC; Low-Voltage Directive (safety)
• 2004/108/EC; Electromagnetic Compatibility Directive (EMC)
Note: Refer to the Declaration of Conformity (DoC) for this product for
any additional regulatory compliance information. To obtain the DoC for
this product, visit ni.com/certification, search by model number or
product line, and click the appropriate link in the Certification column.
Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE)
EU Customers: At the end of their life cycle, all products must be
sent to a WEEE recycling center. For more information about WEEE
recycling centers and National Instruments WEEE initiatives, visit
ni.com/environment/weee.htm.
4
9.6
9.7
69
Kratek ˇ
zivljenjepis
Ime in priimek
Peter Mohorko
Naslov
Migojnice 128/a
3302 Griˇze
GSM
e-mail
031 253 003
peter.mohorko1@uni-mb.si
Rojstni datum
18. april 1986
ˇ
Solanje
2005–2010 – FERI, Maribor
2001–2005 – Tehniˇcna gimnazija Lava, Celje
Razno
• Sklep o diplomskem delu
• Izjava o ustreznosti diplomskega dela – Vojko Matko
• Izjava o ustreznosti diplomskega dela – Karl Gotlih
• Izjava o istovetnosti tiskane in elektronske verzije zakljuˇcnega dela in objavi
osebnih podatkov avtorja
70
ˇ
Stevilka:
E-2591
Datum in kraj: 29. 03. 2010, Maribor
Na osnovi 330. ˇclena Statuta Univerze v Mariboru (Ur. l. RS, ˇst. 90/2008)
SKLEP O DIPLOMSKEM DELU
ˇstudentu univerzitetnega ˇstudijskega programa
1. Petru
Mohorku,
ELEKTROTEHNIKA, smer MEHATRONIKA, se dovoljuje izdelati diplomsko
delo pri predmetu Meritve.
2. MENTOR FERI: izred. prof. dr. Vojko Matko
MENTOR FS:
izred. prof. dr. Karl Gotlih
SOMENTOR:
Peter Mrak, univ. dipl. inˇ
z. el
Gorenje, d.d.
3. Naslov diplomskega dela:
VERIFIKACIJA KARAKTERISTIK NTK UPOROVNIH TIPAL Z
AVTOMATIZIRANIMI MERITVAMI
4. Naslov diplomskega dela v angleˇ
skem jeziku:
VERIFICATION OF NTC RESISTOR PROBE CHARACTERISTIC
WITH AUTOMATED MEASUREMENTS
5. Diplomsko delo je potrebno izdelati skladno z “Navodili za izdelavo diplomskega
dela” in ga oddati v ˇstirih izvodih (en vezan izvod in tri nevezane izvode) ter en
izvod elektronske verzije do 29. 03. 2011 v referatu za ˇstudentske zadeve.
71
IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA
Podpisani mentor Vojko Matko izjavljam, da je ˇstudent Peter Mohorko izdelal
diplomsko delo z naslovom: Verifikacija karakteristik NTK uporovnih tipal z
avtomatiziranimi meritvami v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili
o pripravi diplomskega dela in mojimi navodili.
72
IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA
Podpisani mentor Karl Gotlih izjavljam, da je ˇstudent Peter Mohorko izdelal
diplomsko delo z naslovom: Verifikacija karakteristik NTK uporovnih tipal z
avtomatiziranimi meritvami v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili
o pripravi diplomskega dela in mojimi navodili.
73
UNIVERZA V MARIBORU
Fakulteta za elektrotehniko, raˇcunalniˇstvo in informatiko
ˇ
IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUCNEGA
DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV AVTORJA
Ime in priimek avtorja:
Peter Mohorko
Vpisna ˇstevilka:
93625895
ˇ
Studijski
program:
FERI-E UNI MEHATRONIKA
Naslov zakljuˇcnega dela:
Verifikacija karakteristik NTK uporovnih tipal
z avtomatiziranimi meritvami
Mentor:
Vojko Matko, Karl Gotlih
Somentor:
Peter Mrak
Podpisani Peter Mohorko izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo
diplomskega dela v Digitalno knjiˇznico Univerze v Mariboru. Diplomsko delo sem izdelal
sam ob pomoˇci mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. ˇclena Zakona o avtorskih in sorodnih
pravicah (Ur. 1. RS, ˇst. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj navedeno diplomsko delo objavi
na portalu Digitalne knjiˇznice Univerze v Mariboru.
Tiskana verzija diplomskega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal v Digitalno
knjiˇznico Univerze v Mariboru. Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov,
vezanih na zakljuˇcek ˇstudija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum zagovora, naslov
zakljuˇcnega dela) na spletnih straneh in v publikacijah UM.
Kraj in datum:
Maribor, 08.06.2010
Podpis avtorja:

Polno besedilo - Univerza v Mariboru

Transcription

Similar documents

TERMOELEMENT TIP MTC190

Integral-V UltraMaXX navodila za montažo

Koordinatna merilna roka.sxw

Predavanja in izdelava ergonomske ocene delovnega mes

Uporaba programskegaokolja LabVIEW pri fizikalnih merjenjih

Kabelska temperaturna tipala

Integral-MK UltraMaXX navodila za montažo

NIDays 2014 - Program 12.11.2014 - Ljubljana

MTC500 ravni termoelement

ELEKTRIČNA ALUMINIJASTA GRELNA MREŽA