Praktikum esau 2009 - Elektrotehnički fakultet Podgorica

UNIVERZITET CRNE GORE
ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET
PREDMET:
ELEMENTI SISTEMA AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA
Laboratorijske vježbe
- praktikum -
Podgorica, 2008.

SADRŽAJ:
UVOD ..................................................................................................................................................3
1. Mjerenje linearnog pomjeraja primjenom otporničkih traka ...........................................................5
(a): Naponski razdjelnik sa mjernom trakom...................................................................................6
(b): Četvrt-mostni Vitstonov spoj sa mjernom trakom ....................................................................8
(c): Polu-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama ......................................................................9
(d): Puni-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama ....................................................................10
2. Linearno promjenljivi diferencijalni transformator .......................................................................16
(a): Promjenljiva svojstva LVDT-a................................................................................................17
(b): Diferencijalna svojstva LVDT-a .............................................................................................17
(c): Linearna mjerenja sa LVDT....................................................................................................18
3.Optički tahometar............................................................................................................................23
(a): Foto-transmisioni sistem .........................................................................................................24
(b): Foto-transmisioni sistem i Grey-binarni konvertor.................................................................25
(c): Karakteristika brzine motora ...................................................................................................26
4. D.C. tahogenerator .........................................................................................................................30
5. Četvoro-bitni optički enkoder ........................................................................................................33
(a): Gray-ova skala.........................................................................................................................34
(b): Enkoder sa binarnom skalom ..................................................................................................34
6. Prenos podataka .............................................................................................................................36
(a): Konvencionalni prenos podataka ............................................................................................37
(b): Strujna petlja za prenos podataka............................................................................................37
(c): Digitalni prenos podataka........................................................................................................39
(d): Prenos podataka uz pomoć optičkog vlakna ...........................................................................39
- 2 -

UVOD
Senzori mogu biti individualni ureñaji ili kompleksne skupine, ali bez obzira na
formu svi oni u osnovi imaju istu ulogu, a to je pretvaranje mjerene fizičke veličine
uglavnom u električni signal. Oni se odlikuju malim dimenzijama, izuzetnim tehničkim
karakteristikama i sposobnošću za obradu signala. Najčešće se koriste pri mjerenju kretanja,
brzine, ubrzanja, protoka fluida, nivoa tečnosti, sile, pritiska, temperature itd. Odabir
senzora zavisi od prirode veličina koje se mjere, ali i od drugih parametara kao što su
njihova cijena, pouzdanost i kvalitet informacija koje tražimo.
Uopšteno govoreći senzori se mogu podijeliti na one koji se koriste za dobijanje
informacija i one koji služe za kontrolu sistema. Prvi se koriste samo za obavještavanje dok
drugi dobijenu informaciju sprovode na kontrolni ureñaj koji upravlja sistemom.
Najpotpunija podjela temelji se na kompleksnosti senzorske informacije, na osnovu čega se
razlikuju tri osnovne grupe senzora:
- senzori blizine;
- mjerni senzori;
- senzori slike;
Senzori blizine imaju informacioni kapacitet od jednog bita jer je njihov izlazni
signal dvonivoski. Vrijednost izlaza zavisi od toga da li je udaljenost radnog predmeta
manja ili veća od zadane.
Mjerni senzori imaju električni izlazni signal koji je u stacionarnom stanju
proporcionalan mjerenoj fizičkoj veličini. Najčešće se prave kao otpornički, kapacitivni,
elektromagnetski, piezoelektrični ili optoelektronski.
Senzori slike daju informaciju u obliku slike koja se odnosi na strukturu, oblik ili
topologiju radnih predmeta. Za takvu informaciju tačnost ima manji značaj nego kod
mjernih senzora ali je kompleksnost znatno veća.
Signal koji se dobija na izlazu senzora najčešće se mijenja u veoma uskom opsegu i
ne odgovara standardizovanom signalu koji se koristi u upravljačkim konturama. Zato je
neophodno izvršiti kondicioniranje signala dobijenog sa izlaza senzora pomoću pasivnih i
aktivnih komponenti.
Aparatura “Senzori i instrumentacioni sistemi ” je namijenjena studentima radi
sticanja praktičnog znanja i lakšeg razumijevanja principa rada senzora. Izmeñu ostalog, ona
obuhvata i senzore za mjerenje i detekciju linearnog pomjeraja. U ovim vježbama je
obrañeno više vrsta senzora, i to u nekoliko spojeva, s ciljem dobijanja preciznijih i
vjerodostojnijih rezultata, uzimajući u obzir ekonomski aspekt.
- 3 -

Dio opreme za detekciju linearnog pomjeraja
Danas su senzori veoma rasprostranjeni. Posebno je njihova ekspanzija počela sa
razvojem računara i mikroprocesora kao i sa sniženjem cijene elektronskih ureñaja. Zato se
sve više pažnje poklanja ovim ureñajima.
Dio opreme za detekciju ugaonog pomjeraja
- 4 -

Student: _________________________
Broj indeksa:___________
LABORATORIJSKA VJEŽBA BR. 1
1. Mjerenje linearnog pomjeraja primjenom otporničkih traka
1. CILJ VJEŽBE
Ciljevi vježbe su:
-linearnim pomjeranjem odrediti performanse sistema,
-utvrditi poziciju mjernih traka u okviru mjernog sistema,
-objasniti upotrebu mjernih traka u sklopu naponskog razdjelnika kao i u četvrt, polu i
punom Vitstonovom mostnom spoju,
-odrediti relativnu osjetljivost za navedene slučajeve,
-odrediti grešku mjerenja za navedene slučajeve.
Vježba se sastoji iz četiri dijela:
(a): naponski razdjelnik sa mjernim trakama,
(b): četvrt-mostni Vitstonov spoj sa mjernom trakom,
(c): polu-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama,
(d): puni-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama.
2. APARATURA
1. Paket laboratorijske opreme: »Senzori i instrumentacioni sistemi«
3. TEORIJSKA OSNOVA LABORATORIJSKE VJEŽBE
Mjerne trake su dizajnirane i konstruisane tako da se njihov otpor mijenja sa silom koja deluje na
njih. Ovo svojstvo se koristi za mjerenje naprezanja kojem je neko tijelo izloženo.
Dva su osnovna razloga zašto koristimo ovaj senzor. Prvi je što se njegov otpor mijenja sa
promjenom naprezanja i posredno se može podešavati otpor sa podešavanjem naprezanja. Drugi
razlog je to što je uticaj spoljnih parametara sveden na minimum pa se na taj način povećava
pouzdanost mjerenja.
Mjerne trake se koriste u kombinaciji sa fiksnim otporima u različitim konfiguracijama
potenciometarskog i mostnog kola. Za odreñivanje osobina kola koristi se redno-paralelna veza
otpornika uz upotrebu opštih Kirhofovih zakona.
- 5 -

Slika 1. Mjerne trake
U ovom sistemu ugrañene su četiri mjerne trake nominalne otpornosti 120Ω, a izmeñu njih je
postavljena fleksibilna ploča. Sa obje strane ploče postavljene su po dvije trake. Kada se ploča
pomjera ulijevo dvije mjerne trake su izložene deformaciji istezanja i njihov otpor raste. Za razliku
od njih druge dvije trake su izložene deformaciji sabijanja i njihov otpor opada. Pomjeranje udesno
izaziva suprotni efekat.
4. ZADATAK I PRAKTIČNI DIO:
(a): Naponski razdjelnik sa mjernom trakom
Ovo kolo je prost naponski razdjelnik sa mjernom trakom otpornosti
otporom R i izvorom V in .
R
sg
, povezan u red sa fiksnim
Slika 2. Naponski razdjelnik sa mjernom trakom
Jednačina koja opisuje ovo kolo je:
Rsg
V
o
= V
in
Rsg + R
Cilj ove vježbe je da se odrede performanse naponskog razdjelnika sa mjernom trakom. Povezati
šemu kao na slici 3.
- 6 -

Slika 3. Šema povezivanja
Pomjerati linearni sklop udesno sve dok ne doñe do kraja opsega. Koristeći gornju jednačinu
provjeriti rezultat. Jednačina pokazuje da promjene otpora mjerne trake dovode do promjene
vrijednosti izlaznog napona. Okretanjem skale u suprotnom smjeru preko cijelog opsega zapaziti
promjene u očitavanju napona (ne popunjati tabelu!). Ove promjene su vrlo male i nije ih moguće
registrovati ovim sistemom. Zato koristimo sistem sa operacionim pojačavačem.
Naponski razdjelnik sa mjernom trakom prikazan je na slici 4. gdje je postavljen i operacioni
pojačavač koji ima funkciju pojačanja izlaznog signala.
Slika 4. Naponski razdjelnik sa pojačavačem
Sada je izlazni signal jednak razlici vrijednosti potencijala tačke izmeñu otpornika i potencijala
tačke R ef1 . Promjena na izlazu je jedino moguća u slučaju promjena na otporniku R sg .
Povezati novu šemu koja se dobija kada se izlaz sa mjerne trake priključi na operacioni pojačavač,
slika 5. Podesiti pojačanja k 1 i k 2 na maksimum.
- 7 -

Slika 5. Šema povezivanja
Početi mjerenje od nule i pomjerati skalu u koracima od po 1mm. Kada se izlaz sa mjerne trake
priključi na operacioni pojačavač i pojačanje postavi na 100, dobija se širi opseg promjena izlaznog
napona. Rezultate mjerenja upisati u tabelu 1.
Nacrtati grafik i odrediti zakonitost promjene napona u funkciji pomjeraja tj. V out (lijevo)=f(d) i
V out (desno)=f(d) gdje je d-pomjeraj.
Odrediti osjetljivost mjernog sistema koja je jednaka tgα , gdje je α ugao nagiba karakteristike
dobijene mjerenjem.
U kom opsegu je karakteristika linearna
Osim u ovoj, mjerne trake se koriste i u mostnim konfiguracijama kao što su četvrt, polu i punomostna
konfiguracija.
(b): Četvrt-mostni Vitstonov spoj sa mjernom trakom
Na slici 6. je prikazana četvrt-mostna konfiguracija:
Slika 6. Četvrt-mostna konfiguracija
Jedna grana se sastoji od mjerne trake redno povezane sa konstantnim otporom R 2 , a u drugoj grani
su dva fiksna otpora R 3 i R 4 . Povezati šemu kao na slici 7.
- 8 -

Slika 7. Šema povezivanja
Promjene otpora u grani sa mjernom trakom izazivaju promjenu izlaznog napona.
Ovaj sistem ima iste performanse kao i naponski razdjelnik samo što je jeftiniji. Postupak mjerenja
je identičan postupku opisanom u prethodnom dijelu. Rezultat mjerenja upisati u tabelu 2.
Nacrtati grafik i odrediti zakonitost promjene napona u funkciji pomjeraja tj. V out (lijevo)=f(d) i
V out (desno)=f(d) gdje je d-pomjeraj.
Odrediti osjetljivost mjernog sistema koja je jednaka tgα , gdje je α ugao nagiba karakteristike
dobijene mjerenjem.
U kom opsegu je karakteristika linearna
Uporediti ove rezultate sa rezultatima dobijenim pod (a). Ostale dvije konfiguracije imaju slične
osobine, samo što se kod njih zamjenjuju dva ili sva četiri otpornika sa mjernom trakom.
(c): Polu-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama
Kod ove konfiguracije dva otpornika su zamijenjena sa mjernim trakama. Jedna od ove dvije trake
je izložena deformaciji istezanja, a druga deformaciji kompresije.
Slika 8. Polu-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama
- 9 -

Strujno kolo dato je na slici 8. Način povezivanja za ovu vježbu prikazan je na slici 9.
Slika 9. Šema povezivanja
Postupak mjerenja je identičan postupku opisanom u prethodnom dijelu. Pomjerati obrtnu skalu u
koracima od po 1mm i rezultat mjerenja upisati u tabelu 3.
Nacrtati grafik i odrediti zakonitost promjene napona u funkciji pomjeraja tj. V out (lijevo)=f(d) i
V out (desno)=f(d) gdje je d-pomjeraj.
Odrediti osjetljivost mjernog sistema koja je jednaka tgα , gdje je α ugao nagiba karakteristike
dobijene mjerenjem.
U kom opsegu je karakteristika linearna
Uporediti ove rezultate sa rezultatima dobijenim u prethodnim mjerenjima.
(d): Puni-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama
U ovom slučaju sve fiksne otpore zamjenjujemo sa mjernim trakama i to dvije mjerne trake za
deformaciju istezanjem, a druge dvije za deformaciju kompresije (sabijanja). Oni se rasporeñeni
tako da kada se sklop pokreće izlazni napon iz jedne grane se povećava dok se izlazni napon iz
druge grane smanjuje. Razlika ova dva signala se dovodi na pojačavač, na čijem izlazu se dobija
ukupni mjerni signal.
Slika 10. Puni-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama
- 10 -

Povezati šemu tako da se dobije strujni krug prikazan na slici 10. Način povezivanja za ovu vježbu
prikazan je na slici 11.
Slika 11. Šema povezivanja
Postupak mjerenja je identičan postupku opisanom u prethodnom dijelu. Rezultat mjerenja upisati u
tabelu 4.
Nacrtati grafik i odrediti zakonitost promjene napona u funkciji pomjeraja tj. V out (lijevo)=f(d) i
V out (desno)=f(d) gdje je d-pomjeraj.
Odrediti osjetljivost mjernog sistema koja je jednaka tgα , gdje je α ugao nagiba karakteristike
dobijene mjerenjem.
U kom opsegu je karakteristika linearna
Uporediti dobijene rezultate sa rezultatima dobijenim u prethodnim mjerenjima.
- 11 -

5. IZJEŠTAJ
(a): Naponski razdjelnik sa mjernom trakom
Odrediti početnu vrijednost izlaznog napona(R sg =R=120Ω i V in =5V):
-pomoću formule _____________________________________
-sa realnog sistema ____________________________________
Pomjeraj
(mm)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
V out
(pomjeraj lijevo)
Tabela 1.
V out
(pomjeraj desno)
Grafik 1. V out (lijevo)=f(d) i V out (desno)=f(d)
Odrediti osjetljivost sistema:
_______________________________________________________________________________
Odrediti opseg linearnosti:
_______________________________________________________________________________
- 12 -

(b): Četvrt-mostni Vitstonov spoj sa mjernom trakom
Pomjeraj(mm)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
V out
(pomjeraj lijevo)
Tabela 2.
V out
(pomjeraj desno)
Grafik 2. V out (lijevo)=f(d) i V out (desno)=f(d)
Odrediti osjetljivost sistema:
________________________________________________________________________________
Odrediti opseg linearnosti:
________________________________________________________________________________
(c): Polu-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama
Pomjeraj(mm)
0
1
2
3
V out
(pomjeraj lijevo)
- 13 -
V out
(pomjeraj desno)

4
5
6
7
8
9
Tabela 3.
Grafik 3. V out (lijevo)=f(d) i V out (desno)=f(d)
Odrediti osjetljivost sistema:
________________________________________________________________________________
Odrediti opseg linearnosti:
________________________________________________________________________________
(d): Puni-mostni Vitstonov spoj sa mjernim trakama
Pomjeraj(mm)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
V out
(pomjeraj lijevo)
Tabela 4.
V out
(pomjeraj desno)
- 14 -

Odrediti osjetljivost sistema:
Grafik 4. V out (lijevo)=f(d) i V out (desno)=f(d)
________________________________________________________________________________
Odrediti opseg linearnosti:
________________________________________________________________________________
- 15 -

Student: _________________________
Broj indeksa:___________
LABORATORIJSKA VJEŽBA BR. 2
2. Linearno promjenljivi diferencijalni transformator
1. CILJ VJEŽBE
Ciljevi vježbe su:
-odrediti performanse LVDT-a mjerenjem linearnog pomjeranja,
-precizirati poziciju i priključivanje LVDT-a u opsegu sistema,
-razjasniti diferencijalno promjenjiva svojstva LVDT-a,
-objasniti sljedeće karakteristike: linearnost, pouzdanost, preciznost i osjetljivost sistema.
2. APARATURA
- Paket laboratorijske opreme: »Senzori za mjerenje i upravljanje - TQ«
- Osciloskop - Philips PM3211
3. TEORIJSKA OSNOVA LABORATORIJSKE VJEŽBE
Ovo je tronamotni transformator sastavljen iz jednog primarnog i dva sekundarna namotaja i
jezgrom od mekog gvožda koje se kreće izmeñu njih.
Slika 1. LVDT
Kako se jezgro linearno promjenljivog diferencijalnog transformatora kreće, magnetni fluks
izmeñu primarnog i jednog od dva sekundarna namotaja raste ili opada u zavisnosti da li
preklapanje sa sekundarom raste ili opada. Ove varijacije fluksa uzrokuju promjene na izlazu
jednog od sekundarnih namotaja. Ta mogućnost može se koristiti za prikladno uporeñivanje,
skaliranje i direktno mjerenje veličine.
- 16 -

4. ZADATAK I PRAKTIČNI DIO:
(a): Promjenljiva svojstva LVDT-a
Povezati šemu kao na slici 2. Okretati obrtnu skalu u koracima od po 1mm.
Slika 2. Šema povezivanja
Ovaj eksperiment zahtijeva osciloskop sa dva ulaza. Izmjeriti napon i frekvenciju primarnog
namotaja i zapisati očitavanja. Odrediti vrijednost amplitude izlaznog napona sa jednog
sekundarnog namotaja preko cijelog opsega i rezultat mjerenja zapisati u tabelu 1. Isto to uraditi i sa
drugim sekundarnim namotajem.
Na osnovu urañenih mjerenja nacrtati grafik zavisnosti izlaznog napona u funkciji pomjeraja. Oba
grafika nacrtati na istoj osi i uporediti dobijena rješenja.
(b): Diferencijalna svojstva LVDT-a
Ovdje treba prevezati sekundarni namotaj kao na slici 3.
Povezati šemu kao na slici 4.
Slika 3. LVDT sa prevezanim sekundarnim namotajem
- 17 -

Slika 4. Šema vezanja
Razmotriti promjenu izlaznog napona usljed pomjeraja od 1mm. Rezultate mjerenja upisati u tabelu
2.
Na osnovu urañenih mjerenja nacrtati grafik zavisnosti izlaznog napona u funkciji pomjeraja. Oba
grafika nacrtati na istoj osi i uporediti dobijena rješenja.
U kom intervalu amplituda izlaznog signala opada, a u kom raste
(c): Linearna mjerenja sa LVDT
Povezati šemu tako da se dobije strujno kolo kao na slici 5.
Slika 5.
Spojiti fazni detektor sa početnim stanjem nula stepeni. Način povezivanja šeme za ovu vježbu
prikazan je na slici 6.
- 18 -

Slika 6. Šema povezivanja
Okretati obrtnu skalu u koracima od po 1mm preko cijelog opsega sistema.
Ponoviti postupak za referencu 180˚ . Dobijene podatke unijeti u tabelu 3.
Na osnovu urañenih mjerenja nacrtati grafik zavisnosti izlaznog napona u funkciji pomjeraja.
Oba grafika nacrtati na istoj osi i uporediti dobijena rješenja.
Odrediti osjetljivost mjernog sistema koja je jednaka tgα , gdje je α ugao nagiba karakteristike
dobijene mjerenjem.
Da li je grafik linearan
- 19 -

5. IZVJEŠTAJ
(a): Promjenljiva svojstva LVDT-a
U=________V; f=_______Hz.
Pomjeraj(mm) V out (sek. 1) V out (sek. 2)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabela 1.
Grafik 1.
Za koju vrijednost pomjeraja naponi na sekundarima imaju istu vrijednost___________________
(b): Diferencijalna svojstva LVDT-a
Pomjeraj(mm)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabela 2.
V out
- 20 -

Grafik 2.
Amplituda izlaznog signala opada od ____do_____mm, dok raste u intervalu od ____do____mm.
(c): Linearna mjerenja sa LVDT
Pomjeraj(mm) V out (0˚ ) V out (180˚ )
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabela 3.
- 21 -

Grafik 3.
Odrediti osjetljivost sistema:
________________________________________________________________________________
Da li je sistem linearan
_______________________________________________________________
Za koju vrijednost pomjeraja naponi na sekundaru imaju vrijednost 0V_____________________
- 22 -

Student: _________________________
Broj indeksa:___________
LABORATORIJSKA VJEŽBA BR. 3
3.Optički tahometar
1. CILJ VJEŽBE
1. Proučiti opto-transmisioni senzor za mjerenje brzine.
2. Nacrtati odgovarajući grafik brzine u zavisnosti od ulaznog napona.
3. Identifikovati izvore greške i prigušenje signala.
2. APARATURA
- Paket laboratorijske opreme: »Senzori za mjerenje i upravljanje - TQ«
3. TEORIJKA OSNOVA LABORATORIJSKE VJEŽBE
Optički tahogenerator, uključen u ovaj sistem, sastoji se od signalne diode (LED) i fototranzistora,
postavljenih sa raznih strana diska.
Izgled enkodera
Serije proreza na disku predviñene su za 4-bitnu Gray-ovu skalu. U ovom slučaju koristi se samo
LSB ( Least Significant Bit ). Disk je montiran i povezan na osovini jednosmjernog motora
promjenljive brzine i slobodno rotira izmeñu diode i fototranzistora. Bijela tačka na rubu diska je
oznaka za početni položaj diska. Kada je disk u početnom položaju tada su sve diode isključene.
Slika 1.
- 23 -

Postavljena su četiri para LED-a i fototranzistora, po jedan par za svaki red koncentrisanih proreza.
Za ovaj eksperiment koristi se spoljašnji par LED/ fototranzistor. Serija proreza pri rubu diska
sastoji se od četiri proreza, koji su isti po veličini i obliku. Takoñe je i prostor izmeñu proreza iste
veličine kao i sam prorez. Kada se prorez na disku poklopi sa parom LED/ fototranzistor, svjetlost
proñe kroz disk i pada na fototranzistor, koji postaje provodan i izaziva sniženje izlaznog napona.
Usljed rotacije diska nivo svjetlosti, koja pada na fototranzistor, se mijenja što izaziva odgovarajuću
promjenu izlaznog napona. Poslije punog kruga, promjene napona će se ponavljati sa
odgovarajućom brzinom, što se može iskoristiti za mjerenje kao i za snimanje karakteristike brzine
diska.
4. ZADATAK I PRAKTIČNI DIO
(a): Foto-transmisioni sistem
Povezati šemu kao na slici 2. Sa G 0 LED-e dovesti signal na displej, gdje se očitava napon. Podesiti
vrijednost struje, koja protiče kroz diodu na srednji položaj (na 12 sati). Rotirati disk sve dok bijela
tačka na rubu diska ne doñe na početni položaj, kada su sve diode isključene. Pažljivo okretati disk
u smjeru kazaljke na satu, posmatrati samo G 0 LED-u i očitavati napon na displeju. Rezultate
očitavanja upisivati u tabelu 1.
Slika 2. Šema povezivanja
Pitanja:
• Koliko puta LED dioda G 0 promijeni stanje, dok disk izvrši jedan potpun obrtaj (360°)
• Koliki je izlazni napon kada je tranzistor u provodnom stanju
• Povećanje napona se javlja kada je svjetlost redukovana i tranzistor isključen. Koliki je tada
izlazni napon
- 24 -

(b): Foto-transmisioni sistem i Grey-binarni konvertor
U ovom dijelu vježbe koristi se alternativni izvor signala, za mjerenje frekvencije izlaza iz optičkog
tahometra. To je LSB četvoro-bitnog binarnog signala B 0 , dobijen uz pomoć Gray-binarnog
konvertora. Ovaj signal se mijenja sa promjenom položaja diska. Povezati šemu kao na slici 3.
Povezati B 0 sa displejom gdje se očitava napon. Ponoviti proceduru datu pod (a) samo sada
posmatrati B 0 , umjesto G 0 . Rezultate očitavanja upisati u tabelu 2.
Slika 3. Šema povezivanja
Pitanja:
1. Koliko puta LED Bo promijeni stanje, dok disk napravi pun krug
2. Kolika je vrijednost napona kada je Bo isključena
3. Kolika je vrijednost napona kada je Bo uključena
Odrediti frekvenciju izlaznog signala za datu brzinu rotacije, zatim rezultate mjerenja upisati u
tabelu 3.
Vrijednost frekvencije (f) u Hz se izračunava pomoću formule:
n
f = υ ⋅
60
gdje je υ -brzina, a n-broj pulseva pri jednom obrtaju.
Nacrtati grafik frekvencije izlaznog signala u zavisnosti od brzine rotacije opsega 0-2000 ob/min.
Koristeći grafik 1., moguće je pročitati vrijednost brzine za datu vrijednost frekvencije i obrnuto.
- 25 -

(c): Karakteristika brzine motora
U ovom dijelu koristiće se grafik dobijen u slučaju pod (b) da bi ispitali karakteristiku brzine
jednosmjernog motora. Postaviti prekidač motora u položaj (0). Povezati šemu kao na slici 4.
Slika 4. Šema povezivanja
Postaviti prekidač motora u položaj (1). Pomjeriti R ef2 do punog opsega u smjeru suprotnom od
kazaljke na satu. Zatim ga okretati u koracima definisanim u tabeli 4. Istovremeno očitavanje
napona i frekvencije vrši se prebacivanjem prekidača u dva položaja.
Vrijednost brzine u ob/min izračunavamo pomoću formule:
⋅ 60
υ = f
16
Nacrtati grafik brzine rotacije motora u zavisnosti od ulaznog napona.
Sa grafika 2. se može odrediti vrijednost brzine za bilo koju vrijednost napona napajanja. Dati
grafik je tipičan za sve motore. Opseg napona napajanja za koji je vrijednost brzine jednaka 0,
nazvan je ’’mrtva zona’’ motora.
- 26 -

5. IZVJEŠTAJ
a) Foto-transmisioni sistem
Položaj diska Prorez ili puni dio G 0 dioda
(uključena/ isključena)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tabela 1.
V out (v)
Odgovori:
1. disk izvrši jedan potpun obrtaj (360°), a G 0 LED-a promjeni stanje ____ puta.
2. izlazni napon je blizak _________V kada je tranzistor u provodnom stanju, zbog efekta
svijetlosti.
3. povećanje napona se javlja kada je svjetlost redukovana i tranzistor isključen. Tada izlazni
napon dostiže vrijednost oko _________V.
(b): Foto-transmisioni sistem i Grey-binarni konvertor
Položaj diska
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Prorez ili
puni dio
Tabela 2.
B 0 dioda
(uključena
/ isključena)
V out (v)
- 27 -

Odgovori:
1. disk izvrši jedan potpun obrtaj, pozicija 16 je ista kao pozicija 0 i Bo LED-a promijeni
stanje _______ puta.
2. kada je Bo LED-a isključena napon je blizak _________V
3. kada je Bo uključena napon se povećava do približno ________V.
Brzina(ob/min)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Tabela 3.
F(Hz)
Grafik 1. Grafik promjene frekvencije izlaznog signala u zavisnosti od brzine rotacije
(c): Karakteristika brzine motora
Ulazni napon
(V)
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
Frekvencija (Hz)
Brzina (ob/min)
- 28 -

1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Tabela 4.
Grafik 2. Grafik promjene brzine rotacije u zavisnosti od ulaznog napona.
- 29 -

Student: _________________________
Broj indeksa:___________
LABORATORIJSKA VJEŽBA BR. 4
1. CILJ VJEŽBE
4. D.C. tahogenerator
1. Objasniti ulogu tahogeneratora u sistemu za mjerenje brzine,
2. Kalibrisati tahogenerator i odrediti pouzdanost mjerenja,
3. Odrediti bilo kakva ograničenja mjernog sistema.
2. APARATURA
- Paket laboratorijske opreme: »Senzori za mjerenje i upravljanje - TQ«
3. TEORIJSKA OSNOVA LABORATORIJSKE VJEŽBE
Generatori jednosmjerne struje su mašine, koje na račun uložene mehaničke snage daju na izlazu
jednosmjerni napon. Proces pretvaranja mehaničke energije u električnu vrši se po principu elektromehaničke
konverzije energije.
Slika 1. DC tahogenerator
Jednosmjerni napon se dovodi na pobudni namotaj, koji je smješten na statoru, stvarajući magnetno
polje unutar mašine. Provodnici armature, koji su smješteni na rotoru, presijecaju magnetno polje i
u njima se indukuje elektromotorna sila. Kada se strujni krug zatvori preko četkica protiče struja u
spoljašnje kolo.
Za tahogenerator je specifično što daje na izlazu signal proporcionalan brzini. Taj signal je
jednosmjeran, što mu je glavna prednost. Nedostatak jednosmjernog tahogeneratora u poreñenju sa
naizmjeničnim je veća cijena izrade. Polaritet dobijenog napona zavisi od smjera rotacije i može se
lako mijenjati.
4. ZADATAK I PRAKTIČNI DIO
U ovoj vježbi koristiti podatke dobijene u prethodnoj. Povezati šemu kao na slici 2. Jedan kraj
tahogeneratora povezati na displej za pokazivanje napona, a drugi na nulu. Jednosmjerni motor
povezati na referentni napon R ef2 .
- 30 -

Slika 2. Šema povezivanja
Postaviti prekidač motora u položaj (1). Pomjerati referentni napon u smjeru kazaljke na satu,
održavajući frekvenciju na istoj vrijednosti kao u prethodnom slučaju. Podešavati frekvenciju što je
moguće tačnije. Rezultate mjerenja unijeti u tabelu 1.
U tabeli 1, vrijednosti frekvencije uzeti direktno iz rezultata dobijenih u vježbi 3.c.
Nacrtati grafik brzine rotacije u zavisnosti od izlaznog napona.
Da li je dobijena karakteristika linearna
- 31 -

5. IZVJEŠTAJ
Ulazni napon (V) Frekvencija (Hz) Izlazni napon (V)
-5.0
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Tabela 1.
Grafik 1. Grafik promjene brzine rotacije u zavisnosti od izlaznog napona
Da li je dobijena karakteristika linearna______________________________________________
- 32 -

Student: _________________________
Broj indeksa: ___________
LABORATORIJSKA VJEŽBA BR.5
5. Četvoro-bitni optički enkoder
1. CILJ VJEŽBE
1. Objasniti upotrebu ovog elementa u mjernom sistemu.
2. Odrediti broj bita na Gray-ovoj i binarnoj skali u zavisnosti od položaja obrtne ploče.
2. APARATURA
- Paket laboratorijske opreme: »Senzori za mjerenje i upravljanje - TQ«
3. TEORIJSKA OSNOVA LABORATORIJSKE VJEŽBE
Enkoder je vrsta digitalnog optičkog senzora. On sadrži kodirani disk sa informacijama smještenim
u serijama koncentričnih traka. Očitavanje traka vrše fototranzistori odreñujući ugaoni pomjeraj.
Slika 1. Četvoro-bitni optički enkoder
Tačnost mjerenja je odreñena brojem traka. Za svaki dodati bit rezolucija mjerenja se udvostručuje.
Za četvoro-bitni enkoder rezolucija je 22 .5 ili 16 jedinstvenih položaja. Uobičajene su dvije vrste
enkodera: sa binarnom i sa Gray-ovom skalom. Za svaki prelaz, sa jedne pozicije na sljedeću,
binarni izlazni signal se inkrementuje za jedan (ili dekrementuje ako se pomjera u suprotnom
smjeru), dajući jedinstvenu adresu bilo gdje na skali enkodera. Svaka promjena u adresi, bez obzira
da li je signal inkrementiran ili dekrementiran, prouzrokuje pokretanje.
- 33 -

4. ZADATAK I PRAKTIČNI DIO
(a): Gray-ova skala
Gray-ova skala je dizajnirana tako da svaka promjena položaja mijenja samo po jedan bit
informacije u vremenu, inkrementirajući ili dekrementirajući ga u zavisnosti od smjera okretanja.
Pozicija sistema je definisana jedinstvenom adresom.
Za ovu vježbu ne treba ništa povezivati jer je to već urañeno.
Četiri bita na ulazu dekodera su uzeta direktno sa fototranzistora kontrolisanog prorezima na disku.
Podesiti disk u položaju tako da su sve LED-e isključene. Podesiti prekidač za struju na maksimum.
Okretati disk i registrovati svaku promjenu.
Popuniti tabelu 1. sa proizvoljnom oznakom koja će označavati kada je neka od dioda uključena.
Svi pozicioni prelazi uključuju promjenu samo jednog bita informacije. Da li će biti inkrementiran
ili dekrementiran zavisi od smjera okretanja.
(b): Enkoder sa binarnom skalom
Vježba je ista kao u dijelu (a), samo umjesto Gray-ovog koda sada se koristi binarni kod. Četiri bita
Gray-ove skale se obrañuju u Gray-binarnom konvertoru dajući četvoro-bitni binarni broj, označen
LED-ma od B 0 do B 3 . Ovo je isti binarni broj koji bi se dobio da je disk kodiran za binarnu skalu.
Podesiti disk u položaju tako da su sve LED-e isključene. Podesiti struju na maksimalnu vrijednost.
Okretati disk i registrovati svaku promjenu.
Popuniti tabelu 2. sa proizvoljnom oznakom koja će označavati kada je neka od dioda uključena.
Svaki prelaz sa jedne pozicije na drugu, izlazni binarni signal inkrementuje ili dekrementuje za
jedan, u zavisnosti od pravca kretanja. Problem može nastati kada imamo prelaz sa pozicije 15 na
poziciju 0 i obrnuto. Tada se u isto vrijeme promjeni više od jednog bita informacije. U drugim
prelazima ovaj efekat postoji, ali u manjoj mjeri.
- 34 -

5. IZVJEŠTAJ
(a): Gray-ova skala
Poz 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
G 0
G 1
G 2
G 3
Tabela 1.
(b): Enkoder sa binarnom skalom
Poz 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
B 0
B 1
B 2
B 3
Tabela 2.
- 35 -

Student: _________________________
Broj indeksa:___________
LABORATORIJSKA VJEŽBA BR. 6
6. Prenos podataka
1. CILJ VJEŽBE
1. Odrediti izvore grešaka i gubitak signala kada se podaci šalju od izvora do prijemnika.
2. Smanjiti greške i gubitke signala upotrebom pretvarača i prenosa podataka u strujnoj petlji.
3. Predstaviti prenos podataka upotrebom optičkog vlakna.
2. APARATURA
- Paket laboratorijske opreme: »Senzori za mjerenje i upravljanje - TQ«
- Multimetar
3. TEORIJSKA OSNOVA LABORATORIJSKE VJEŽBE
Analogni prenos podataka karakteriše gubitak signala koji se inkrementira povećanjem rastojanja
izmeñu izvora i prijemnika. Značajnu smetnju prilikom prenosa signala čine šumovi, koji se mogu
smanjiti preko dizajna i šeme strujnog kruga koristeći oklopljene kablove i udaljavanjem izvora
šuma na primjer, ali se ne mogu eliminisati u potpunosti. Slabljenje signala se može minimizirati
pretvaranjem promjenljivih naponskih signala u promjenljive strujne signale. Osnovno svojstvo ove
petlje je da bilo koja vrijednost struje poslata duž kabla, biće primljena bez slabljenja. Strujni
signali korišteni u ovoj tehnici su u opsegu od 4 do 20 mA, sto iziskuje upotrebu naponsko-strujnog
konvertora za slanje signala. Kada su podaci primljeni, potrebno je izvršiti konverziju signala, ali
ovaj put iz strujnog u naponski.
Prednosti ovog sistema su:
1. Struja teče kroz kolo sve dok ne doñe do prekida u njemu. Svaki prekid se odmah uočava, što
nije slučaj sa naponskim signalom.
2. Signal sam obezbjeñuje snagu potrebnu za senzor.
Digitalni prenos se zasniva na konverziji analognog signala u digitalni. Zato što informacija sada
može biti kodirana u frekvenciju ili širinu impulsa, amplituda signala može biti održavana na nivou,
koji će uvjek biti iznad šuma. Ovo obezbjeñuje eliminisanje greške primljenog podatka. Za
eliminaciju šuma, koji je mnogo nižeg nivoa od signala može se iskoristiti filter.
Optička vlakna, gdje se signali prenose kao pulsirajuća svijetlost duž staklenih ili plastičnih vlakana,
su mogućnost prenosa digitalnih podataka.
- 36 -

4. ZADATAK I PRAKTIČNI DIO
(a): Konvencionalni prenos podataka
Simuliraće se prenos kontrolnog signala poslatog od izvora ka prijemnika, u ovom slučaju motoru.
Pretpostavlja se da je veza izmeñu izvora i prijemnika jedan dugačak kabal. Otpornost kabla je
prikazana jedinstvenom otpornošću vrijednosti R. U ovom eksperimentu koristi se promjenljivi
otpornik u naponsko-strujnom konvertoru. Postavi se prekidač motora na (0), R ef1 na minimum.
Važno je očitati napon, a promjenljivi otpornik u naponsko-strujnom konvertoru staviti na
minimum. Povezati jedan kraj provodnika na displeju za pokazivanje napona, a drugi kraj
provodnika ostavi se slobodan jer se koristi za mjerenje više od jedne tačke u kolu. Šema je
prikazana na slici 1.
Slika 1. Šema povezivanja
Postaviti prekidač motora na (1) i povećati referentni napon do maksimuma. Izmjeriti, ulazni i
izlazni napon. Ponoviti postupak za otpor podešen na srednju vrijednost i na maksimum. Rezultate
mjerenja upisati u tabelu 1.
Kako se mijenja primljeni napon u zavisnosti od promjene otpora
(b): Strujna petlja za prenos podataka
Prvo se izvrši konverzija signala preko naponsko-strujnog konvertora, pa onda priključi
promjenljivi otpor i na kraju se vrati naponski signal preko strujno-naponskog konvertora. Podesiti
prekidač motora na (0), R ef1 na minimum. Povezati šemu kao na slici 2. Procedura mjerenja je ista
kao pod (a).
- 37 -

Slika 2. Šema povezivanja
Rezultate mjerenja upisati u tabelu 2.
Sada treba ispitati uticaj konvertora (naponsko-strujnog i strujno-naponskog) za odreñeni naponski
nivo, na validnost mjerenja. Podesiti R ef1 na minimum. Mjerenje struje može se ostvariti putem
računara (ako posjeduje softver za mjerenje struje) ili uz pomoć ampermetra opsega do 25mA.
Rezultate mjerenja upisati u tabelu 3.
Nacrtati grafik izlaznog napona u zavisnosti od izlazne struje, zatim grafik izlazne struje u
zavisnosti od ulaznog napona i grafik izlaznog napona u zavisnosti od ulaznog napona.
- 38 -

(c): Digitalni prenos podataka
U ovoj vježbi priključiti naponsko-frekventni konvertor prije promjenljivog otpora. Sa
promjenljivog otpora povezati na frekventno-naponski konvertor. Podesiti prekidač motora na (0),
R ef1 na minimum i promjenljivi otpornik na minimum. Povezati šemu kao na slici 3. Postaviti
prekidač motora na (1). Povećavati R ef1 do maksimuma. Izmjeriti izlazni i ulazni napon na motoru.
Postupak mjerenja je isti kao u prethodnom slučaju. Rezultate mjerenja upisati u tabelu 4.
Slika 3. Šema povezivanja
Sada treba ispitati uticaj konvertora (naponsko-frekventnog i frekventno-naponskog), za odreñeni
naponski nivo, na validnost mjerenja. Podesit R ef1 na minimum.
U koracima kao sto je prikazano u tabeli 5, povećavati vrijednost R ef1. Naizmjenično mjerenje
frekvencije i napona se ostvaruje samo prebacivanjem prekidača iz jednog položaja u drugi.
Rezultate mjerenja zapisivati u tabelu 5.
Nacrtati grafik izlaznog napona u zavisnosti od ulazne frekvencije, zatim grafik izlazne frekvencije
u zavisnosti od ulaznog napona i grafik izlaznog napona u zavisnosti od ulaznog napona.
(d): Prenos podataka uz pomoć optičkog vlakna
U ovoj vježbi ispitivaće se efekti prenosa podataka, uz pomoć optičkog vlakna, na slabljenje signala.
Povezati šemu kao na slici 4. Ovaj dio vježbe je isti kao prethodni, samo umjesto promjenljivog
otpora ovdje koristimo optičko vlakno. Referentni napon se dovodi na naponsko-frekventni
konvertor. Prelaz sa naponsko-frekventnog konvertora na frekventno-naponski konvertor vrši se
preko optičkog vlakna. Ponoviti proceduru kao pod (c).
- 39 -

Slika 4. Šema povezivanja
Rezultate mjerenja unijeti u tabelu 6.
Iz tabele 6 odrediti maksimalna grešku izlaznog napona (uporeñivanjem ulaznog i odgovarajućeg
izlaznog napona).
- 40 -

5. IZVJEŠTAJ
(a): Konvencionalni prenos podataka
Očitavanje Za R min . Za R sr . Za R max
Na R ef1
Na motoru
Tabela 1.
Kako se mijenja primljeni napon u zavisnosti od promjene otpora
________________________________________________________________________________
(b): Strujna petlja za prenos podataka
Očitavanje Za R min . Za R sr . Za R max
Na R ef1
Na motoru
Tabela 2.
Iz tabele 2. se može vidjeti da se od nulte do srednje pozicije promjenljivog otpora, poslati i
primljeni signali neće mijenjati, dok se na motoru posle srednje pozicije otpora, napon
________________.
V in (v) V to I (mA) I to V (v)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Tabela 3.
Iz tabele 3. se može vidjeti da su poslati i primljeni signali ______________________________.
- 41 -

Grafik 1. Grafik promjene izlaznog napona u zavisnosti od izlazne struje
Grafik 2. Grafik promjene izlazne struje u zavisnosti od ulaznog napona
- 42 -

Grafik 3. Grafik promjene izlaznog napona u zavisnosti od ulaznog napona
(c): Digitalni prenos podataka
Očitavanje Za R min . Za R sr . Za R max
Na R ef1
Na motoru
Tabela 4.
Da li postoji gubljenja signala izmeñu izvora i prijemnika za različite vrijednosti otpora, i ako
postoji koliko iznosi_____________________________________________.
V in (v) V to F (Hz) F to V (V)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0 (4.96)
Tabela 5.
Iz tabele 5 odrediti maksimalna grešku izlaznog napona (uporeñivanjem ulaznog i odgovarajućeg
izlaznog napona).________________________.
- 43 -

Grafik 4. Grafik promjene izlaznog napona u zavisnosti od ulazne frekvencije
Grafik 5. Grafik promjene izlazne frekvencije u zavisnosti od ulaznog napona
- 44 -

Grafik 6. Grafik promjene izlaznog napona u zavisnosti od ulaznog napona
(d): Prenos podataka uz pomoć optičkog vlakna
Maksimalna greška izlaznog napona je:
V in (v) V to F (Hz) F to V (V)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0 (4.96)
Tabela 6.
________________________________________________________________________________
- 45 -