RELAZIONE DI SISTEMI LABORATORIO DINAMO TACHIMETRICA

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1 RELAZIONE DI SISTEMI LABORATORIO DINAMO TACHIMETRICA RELAZIONE SVOLTA DAGLI ALUNNI : Michele Parrella, Marco Vigano, Andrea Borghetti, Claudio Mariani RELAZIONE N : 2 ANNO SCOLASTICO: 2005/2006 DATA SVOLGIMENTO DELLA PROVA: 19/12/2005 DOCENTI RESPONSABILI: I.T.P. Giuseppe Rizzaro, doc. teorico Dante Bezzi. ASSISTENTE DI LABORATORIO: Giacomo Mingirulli. LUOGO SVOLGIMENTO PROVA: Laboratorio di sistemi. TRASDUTTORI DI VELOCITA : I trasduttori di velocità sono elementi che trasformano una grandezza meccanica: in questo caso velocità angolare in una grandezza elettrica che può essere: 1) Una tensione continua direttamente proporzionale al numero di giri fornita da una dinamo tachimetrica ( DT ); 2) Una serie di impulsi ad ampiezza costante e frequenza proporzionale alla velocità angolare o ai numero dei giri.questi impulsi sono ottenuti sia con trasduttori fotoelettrici che con trasduttori magnetici o generatori tachimetrici ( piccoli alternatori ). DINAMO TACHIMETRICA : Questo tipo di trasduttore è una dinamo a magnete permanente con comportamento analogo alla dinamo con eccitazione costante.

2 Queste macchine per poter essere usate nei servomeccanismi devono essere caratterizzate da bassi valori del momento di inerzia e devono fornire in uscita una tensione lineare in funzione della velocità di rotazione (V = f ( ng )). caratteristiche di una dinamo tachimetrica al variare dei carichi V giri/min R (infinita) R2<R1 R3<R2 R4<R3 Il grafico riporta teoricamente la caratteristica della tensione di uscita in funzione del numero di giri in base al carico. Vediamo ora quali sono i parametri che caratterizzano maggiormente la dinamo tachimetrica: a) non ci sono problemi di sfasamento fra tensione erogata e corrente generata non che di forma d onda; b) a velocità nulla,anche la tensione di uscita è nulla. ELEMENTI DI DISTURBO: Gli elementi di disturbo della dinamo sono: a) CARICO:questo è forse l elemento che maggiormente influenza la linearità della caratteristica V= f (ng) essa agisce sul gradiente. Modificando la tensione in uscita a parità di numero di giri, e sia sulla linearità vera e propria della curva in uscita, (per bassi valori della resistenza di carico, la caratteristica tende a una curva). b) EFFETTI SMAGNETIZZANTI:questi possono alterare il gradiente o la costante della dinamo. Per evitare tali effetti devono evitare accidentali cortocircuiti sui morsetti della dinamo. Un altro effetto smagnetizzante è dovuto all invecchiamento dei materiali o al basso valore della f.e.m. coercitiva intrinseco del materiale magnetico impiegato. La relazione che lega la tensione indotta al numero di giri si può indicare come e=kd*n dove e è uguale alla tensione generata dalla dinamo, n è uguale al numero di giri al minuto e Kd è uguale alla 2

3 costante della dinamo (Kd = MΦ) MΦ = momento, il cui valore è considerato costante in quanto la dinamo è a magnete permanente, tale valore è espresso in volt su giro o volt su mille giri. ELEMENTO FOTOELETTRICO: L intero elemento fotoelettrico si trova all interno di un piccolo integrato. Lo schema di funzionamento del rilevatore fotoelettrico è dato come in figura e si basa su un principio molto semplice: FASCIO LUMINOSO Schema del rilevatore fotoelettrico DIODO CHE EMETTE FASCIO LUMINOSO B C TRANSISTOR B=BASE C=COLLETTORE E=EMETTITORE E se un dischetto forato (schematizzato a pagina 5) lungo la sua circonferenza viene fatto girare in modo che i fori periferici interrompano il passaggio della luce un certo numero di volte ogni giro, si ottiene in uscita del fototransistor una serie di impulsi direttamente proporzionali alla velocità di rotazione del motore. La relazione che lega la frequenza al numero di giri è: f = (nt *ng)/60 oppure ng = (60*f)/nt nt =numero di tacche; ng =numero di giri Nel caso nt sia pari a 60, la frequenza degli impulsi è uguale al numero di giri del motore; nel nostro caso l unità di studio DTS6 è previsto con nt =60. FUNZIONAMENTO DEL TRANSISTOR:Quando il fascio luminoso sensibilizza la base B,chiude il circuito ed il segnale passa dal collettore C all emettitore E. ELEMENTO AD EFFETTO HALL: Questo sensore fornisce informazioni analoghe a quelle del rilevatore fotoelettrico, cioè fornisce u n treno di impulsi con frequenza proporzionale al numero di giri del motore. Funziona secondo l effetto hall (effetto di tipo induttivo) e rileva una differenza con variazione di flusso magnetico. Il flusso magnetico è fornito da un magnete permanente; la variazione del flusso è dovuta dalla vicinanza o meno di un blocco di ferro. La relazione è uguale a: ng =(60*f)/nt 3

4 N.B. Nel nostro caso è prevista con nt =6, pertanto la frequenza misurata va moltiplicata per un fattore =10 per avere il numero di giri effettivi del motore. ELENCO DELLE APPARECCHIATURE E DELLE STRUMENTAZIONI DI MISURA NECESSARI PER LA REALIZZAZIONE DEGLI ESPERIMENTI PROPOSTI. APPARECCHIATURE ESPERIMENTI ESP.1 ESP.2 ESP.3 ESP.4 ESP.5 ESP.6 UNITA DTS 6/1 * * * * * * UNITA DTS 6/2 * * * * * * DVM(MULIMETRO DIGITALE) * * * * * * OSCILLOSCOPIO * * * * * * GEN. FUNZIONI * * * FREQUENZIMETRO * * * DVM ( ADDIZIONALE ) * * * * * * REGISTRATORE X / Y * MASTER BOARD ( MB-1A ) * * * * * * UNIT DTS 6/1 e UNIT DTS 6/2: (viste dall alto) 4

5 UNIT DTS - 6/2 MOTOR GROUP UNIT S - 6/1 VEL TY TRANSDUCER FOTOEL OUT R1 10 K R2 1 K X 1 X10 X100 Vin. Vin. AMP. GAIN _ 12 V +12 V TRA VELO CER MPUT Vp M_ DT _ P1 P2 P3 MAGNETIC OUT R3 500 TACH. LOAD Vp ADJUST Voff. ADJUST Vref ADJUST Voff. _ AMP. + + _ Vref. COMP. FREQ. VOLT CONVERT. UNIT DTS 6/2: (vista dal davanti) ESPERIMENTO 1: OBIETTIVO: studio delle caratteristiche di funzionamento e del collegamento di un rilevatore fotoelettrico come trasduttore di velocità 5

6 Apparecchiatura richiesta: vedere tabella a pagina precedente PROCEDURA DELL ESPERIMENTO Prima di procedere col rilievo delle caratteristiche occorre tarare i circuiti elettronici nel seguente modo: 1.1 montare il circuito come in figura alimentare il circuito 1.3 ruotare il potenziometro P1 fino ad ottenere 1V in uscita dalla dinamo tachimetrica 1.4 scollegare il canale 2 dell oscilloscopio dall uscita del comparatore e collegarlo all uscita del dispositivo fotoelettrico 1.5 visualizzare sullo schermo dell oscilloscopio la forma di onde del segnale sul canale selezionare il guadagno *100 dell amplificatore e ruotare il potenziometro P2 in modo da visualizzare sul canale 1 il segnale amplificato 1.7 scollegare il canale 2 del dispositivo fotoelettrico e collegarlo all uscita del comparatore 1.8 ruotare P3 in modo da ottenere sul canale 2 dell oscilloscopio un onda quadra proporzionale al segnale d ingresso 1.9 la taratura dei circuiti per rilevare le forme d onda in modo corretto è finita, spegnere l alimentatore N.B.:I 2 segnali dei 2 canali devono essere uguali.la taratura consiste nel trovare il valore medio offset dove le onde quadre dei 2 segnali non devono uscire dalle 2 linee rette che rappresentano il valore massimo ed il valore minimo, come rappresentato nella figura 0.1 Figura 0.1 VALORE MASSIMO OFFSET VALORE MINIMO 6

7 Figura CARATTERISTICA DEL RILEVATORE FOTOELETTRICO: 2.1 Utilizzare il circuito di figura 1.1 collegando il canale 1 dell oscilloscopio all uscita del rivelatore fotoelettrico, ed il canale 2 all uscita dell amplificatore 2.2 Ruotare P1 in senso orario in modo da portare la tensione all uscita di Vp a 1 V leggere sul frequenzimetro la frequenza misurata e riportare il valore in tabella 1.1 N.B. Il rivelatore ha 60 tacche il che equivale a una corrispondenza diretta tra le frequenze indicate e il numero dei giri 2.3 Ripetere la prova per tutti i valori di Vp della tabella Tabella 1.1 Vp (V) 1 1,3 2,6 3,9 5,2 6,5 7, Freq. (Hz) RPM (g/min)

8 2.4 Riportare la tensione Vp a zero ANALISI DEI RISULTATI: Come indicato nella parte teorica la frequenza indicata è pari al numero di giri in quanto (per n t = 60): ng = (60 * freq)/ n t = freq Completare la tabella 1.1 con il numero di giri del motore, dopo di che si riporta in figura la caratteristica V= f(ng) cioè tensione applicata al motore in funzione del numero di giri rilevati al suo asse CARATTERISTICA DEL RILEVATORE FOTOELETTRICO Vp rpm OSSERVAZIONI:In uscita dall amplificatore abbiamo un segnale quadrato,e dal comparatore un segnale quadrato proporzionale al segnale d ingresso 8

9 ESPERIMENTO 2: OBIETTIVO: studio del convertitore frequenza-tensione accoppiato con il rivelatore fotoelettrico PROCEDURA DELL ESPERIMENTO 1 Rilievo della caratteristica del convertitore frequenza-tensione 1.1 Montare il circuito sottostante FREQUENZ. GENERAT. FUNZIONI TTL OUT FREQ. VOLT CONVERTER DVM 1.2 Alimentare il circuito 1.3 Impostare una frequenza di 10 Hz sul generatore di frequenza utilizzando l uscita TTL oppure 5 Vpp 1.4 Riportare in tabella 2.1 il valore della tensione misurata sul voltmetro 1.5 Riportare i passi 1.3 e 1.4 per i valori di frequenza riportati in tabella 2.1 Tabella 2.1 Freq. (Hz) V out FVC (mv) K= V out /freq (V/Hz) 1,2 1,15 1,12 1,09 1,08 1,074 1,079 1,075 1, Spegnere l alimentatore OSSERVAZIONI:ttl out è un segnale digitale già prefissato sullo strumento (generatore funzioni ) e ha un valore di 5 V Il generatore di funzioni può generare diverse forme d onda:sinusoidale, quadrata e a dente di sega 9

10 Il freq. volt converter serve a convertire una frequenza in una tensione CARATTERISTICA DEL CONVERTITORE FREQUENZA-TENSIONE f (Hz) V (mv) 2 TARATURA DEI CIRCUITI ELETTRONICI: Ripetere la procedura riportata nell esperimento 1 a pag.6 3 COLLEGAMENTO DEL RILEVATORE FOTO ELETTRICO AL CONVERTITORE: 3.1 Collegare il circuito di figura Alimentare il circuito figura

11 3.3 Portare P3 circa nella posizione centrale e P2 a 12, Ruotare P1 in modo da ottenere su Vp una tensione di 1 V Riportare in tabella 2.2 i dati rilevati dalla strumentazione 3.5 Ripetere la misura per tutte le tensioni Vp indicate 3.6 Spegnere l alimentazione tabella 2.2 Vp ( V ) RPM Vout 0,54 0,72 1,53 2,35 3,15 3,96 4,73 5,41 5,98 K * RPM 23,38 23,04 44,064 52,17 46,777 29,304 21, ,094 6,608 ANALISI DEI RISULTATI: Calcolare il coefficiente K di tabella 2.2 in base alla seguente formula: K=1/n Vout /Freq. =. ( V / freq. ) 2.1 Il coefficiente K moltiplicato per la frequenza in ingresso fornisce la tensione in uscita del convertitore Vout /Freq. = K * f ing. = K * N =.( V ) 2.2 In base alla formula 2.2 completare la tabella 2.2 Confrontare il valore misurato di Vout con il valore teorico calcolato con la formula 2.2 ESPERIMENTO 3: (Questo esperimento non siamo riusciti a svolgerlo per problemi alle apparecchiature,comunque vi sono riportate qui sotto tutte le procedure per svolgerlo) OBIETTIVO: studio del funzionamento e del collegamento di un rilevatore ad effetto Hall come trasduttore di velocità Apparecchiature richieste: vedi tabella apparecchiature PROCEDURA DELL ESPERIMENTO 11

12 1 TARATURA DEI CIRCUITI ELETTRONICI: Ripetere la procedura riportata nell esperimento 1 a pag.6 2 CARATTERISTICA DEL RILEVATORE AD EFFETTO HALL: 2.1 Montare il seguente circuito 2.2 Alimentare il circuito 2.3 Ruotare P1 in modo da ottenere su Vp una tensione di 1 V Riportare in tabella 3.1 i dati rilevati dalla strumentazione tabella 3.1 figura 3.1 Vp (V) 1 1,3 2,6 3,9 5,2 6,5 7, Freq. (Hz) RPM (g/min) 2.4 Ripetere le misure per le varie tensioni Vp indicate in tabella

13 2.5 Spegnere l alimentazione ANALISI DEI RISULTATI: Completare la tabella 3.1 sapendo che: ng = (60 * freq)/ n t = (60 * freq)/6 = 10 freq. Dopo di che riportare in figura la caratteristica tensione applicata numero di giri del motore ESPERIMENTO 4: (Questo esperimento non siamo riusciti a svolgerlo per problemi alle apparecchiature,comunque vi sono riportate qui sotto tutte le procedure per svolgerlo) OBIETTIVO: studio del convertitore frequenza tensione accoppiato con il rilevatore ad effetto Hall Apparecchiature richieste: vedi tabella apparecchiature PROCEDURA DELL ESPERIMENTO: 1 RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DEL CONVERTITORE FREQUENZA TENSIONE: Ripetere la procedura riportata nell esperimento 2 a pag.8 2 TARATURA DEI CIRCUITI ELETTRONICI: Ripetere la procedura riportata nell esperimento 1 a pag.6 3 COLLEGAMENTO DEL RILEVATORE AD EFFETTO HALL AL CONVERTITORE: 3.1 Collegare il circuito di figura

14 Figura Alimentare il circuito 3.2 Ruotare P1 in modo da ottenere su Vp una tensione di 1 V Riportare in tabella 4.1 i dati rilevati dalla strumentazione 3.3 Ripetere la misura per tutte le tensioni Vp indicate 3.4 Spegnere l alimentatore Vp ( V ) RPM Vout K * RPM Tabella 4.1 ANALISI DEI RISULTATI: Calcolare il coefficiente K di tabella 4.1 in base alla seguente formula: 14

15 K=1/n Vout /Freq. =. ( V / freq. ) 4.1 Il coefficiente K moltiplicato per la frequenza in ingresso fornisce la tensione in uscita del convertitore Vout /Freq. = K * f ing. = K * N =.( V ) 4.2 In base alla formula 4.2 completare la tabella 4.1 Confrontare il valore misurato di Vout con il valore teorico calcolato con la formula 4.2 ESPERIMENTO 5: OBIETTIVO: determinazione per punti della caratteristica d uscita della dinamo tachimetrica Apparecchiature richieste: vedi tabella apparecchiature PROCEDURA DELL ESPERIMENTO: 1 TARATURA DEI CIRCUITI ELETTRONICI: Ripetere la procedura riportata nell esperimento 1 a pag.6 2 CARATTERISTICA A VUOTO: 2.1 Utilizziamo il circuito di figura Alimentiamo il circuito Figura

16 tabella 5.1 RPM VOULTAGE OUT PUT TACH. DIN ( V ) 0,41 0,82 1,25 1,68 2,07 2,56 3,94 3,36 3,57 4,27 4,52 4, Ruotare il potenziometro P1 in modo da leggere sul frequenzimetro 500 Hz ( equivalenti a 500 giri del motore ) 2.4 Riportare in tabella 5.1 il valore della tensione misurata dal voltmetro 2.5 Ripetere il passo 2.3 e 2.4 per i valori riportati in tabella Spegnere l alimentatore 3 CARATTERISTICA SOTTO CARICO: 16

17 3.1 Montare il circuito di figura 5.1 e collegare sull uscita della dinamo tachimetrica la resistenza R3 da 500 Ohm 3.2 Ruotare il potenziometro P1 completamente in senso antiorario 3.3 Alimentare il circuito 3.4 Ruotare il potenziometro P1 in modo da leggere sul frequenzimetro 500 Hz ( pari al numero di giri del motore ) 3.5 Riportare in tabella 5.2 il valore della tensione misurata dal voltmetro 3.6 Ripetere i passi 3.3 e 3.5 per i valori riportati in tabella 5.2 RPM OUT PUT VOLTAGE LOAD R=500 Ω 0,27 0,58 0,87 1,18 1,48 1,83 2,12 2,44 2,76 3,07 3,37 3,54 DIN. TACHIM. LOAD R=1 K Ω 0,32 0,67 1,04 1,37 1,72 2,13 2,47 2,82 3,2 3,57 3,92 4,12 ( V ) LOAD R=10 K Ω 0,38 0,78 1,2 1,6 1,98 2,44 2,84 3,25 3,68 4,12 4,52 4,75 Tabella Ruotare il potenziometro P1 completamente in senso antiorario 3.8 Scollegare la resistenza R3 dall uscita della dinamo tachimetrica e collegare la R2 pari a 1 K Ω 3.9 Ripetere i punti 3.3 e 3.7 con tale valore di carico 3.10 Scollegare la resistenza R2 e collegare la R Ripetere i punti 3.3 e 3.7 con tale valore di carico 3.12 Spegnere l alimentazione ANALISI DEI RISULTATI: Riportare in figura 5.2 la caratteristica di uscita della dinamo tachimetrica usando i dati riportati in tabella 5.1 figura

18 CARATTERISTICA DI USCITA DELLA DINAMO Vout (V) 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, rmp Riportare in figura 5.3 la caratteristica di uscita della dinamo tachimetrica usando i dati riportati in tabella 5.2 Figura

19 Caratteristica sotto carico dinamo tachimetrica V 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 R=500 ohm R=1 Kohm R=10 Kohm RPM Rilevare sulle figure 5.2 e 5.3 il coefficiente angolare della retta ( curva della dinamo tachimetrica ) approssimando i punti della caratteristica OSSERVAZIONI:In questa prova notiamo che la dinamo tachimetrica più viene posta sotto carico,più il numero dei giri a parità di tensione diminuisce (es. con la R=500 Ohm con 3 V il numero di giri è 5000,con la R=10 KOhm con 3 V il numero Di giri è 4000).Fino ad un Volt il numero di giri rimane invariato con qualsiasi carico 19

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