Fizičko tehnička merenja
– Laboratorijski vežba – Ispitivanje i kalibracija servoakcelerometra
strana 1 od 4
VIVEŽBA
6.
ISPITIVANJE I KALIBRACIJA SERVOAKCELEROMETRA
Akcelerometar –
uređaj za merenje ubrzanja. Sastoji se od inercijalnog elementa, prigušivača koji
stvara silu viskoznog trenja (proporcionalna brzini) i elastične obruge. Merenjem pomeranja
inercijalnog
elementa određuje se inercijalna sila odnosno ubrzanje koje deluje na akcelerometar.
Postoji više različitih konstrukcija akcelerometara, od kojih je najčešće sa nelepljenim mernim
trakama. Komercijalno su dostupna gotova elektronska kola, u kojima je uz p
omoć mikromašinstva,
realizovan minijaturizovan akcelerometar. Servoakcelerometar zasniva svoj rad na postojanju
povratne sprege koja održava inercijalni element u ravnotežnom položaju kompenzujući uticaj
inercijalne sile. Time je otklonjen histerezis opruge i drugi uzroci nelinearnosti. Izlazni signal je
struja potrebna za poništavanje inercijalne sile. Međutim, odlikuje ih komplikovanija izrada, a time i
veća cena u odnosu na standardne akcelerometre. Integracijom ubrzanja može se odrediti brzina
tela, a
još jednom integracijom i položaj. U slučaju da je potrebno pratiti kretanje tela u dve (npr.
odžavanje pravca automobila prilikom iznenadnom kočenju regulisanjem kočione sile na svaki točak
ponaosob) ili tri (npr. pri letu aviona) dimenzije potrebno je koristi dva ili tri (neophodna
kompenzacija gravitacionog ubrzanja) akcelerometra. Granična frekvencija akcelerometra se
podešava masom inercijalnog elementa (manja masa, viša granična učestanost), pri čemu treba
voditi računa da je koeficijent prigušenja ok
o 0.7 kako bi amplitudsko–frekvencijska karakteristika
bila što ravnija.
6.1.
ZADATAK VEŽBE
a)
Izvršiti brzu kalibraciju akcelerometra pomeranjem iz horizontalnog u vertikalni položaj 90
.
Merenjem izlaznog napona odrediti osetljivost servoakcelerometra
S
u opsegu ubrzanja (0 do
g
),
osetljivost
S
u opsegu ubrzanja (0 do
g
), i srednju osetljivost
s
S
u opsegu
g
. Odrediti relativnu
razliku (
) /
[%]
s
S
S
S
.
a)
Metodom postupnog naginjanja akcelerometra za ugao
, pri čemu se akcelerometar podvrgava
ubrzanju ( )
sin
g
g
, snimiti dijagrame izlaznog napona u zavisnosti od ugla u opsegu od 0° do
360° ,
( )
i
U
f
. Uporediti dobijenu krivu sa odgovarajućom teorijskom krivom. Na osnovu
rezultata
dobijenih pri kalibraciji metodom naginjanja prikazati linearni dijagram
( ( ))
i
U
f g
i proceniti
maksimalnu nelinearnost.
b)
Pomeranjem akcelerometra duž date putanje snimiti dijagrame ubrzanja ( )
a t
, brzine ( )
v t
kao i
pređenog puta
( )
s t
. Odrediti relativnu grešku putanje određene inercijalnim metodom u odnosu na
stvarnu dužinu pređenog puta.
6.2.
TEORIJSKI OSNOVI
Akcelerometri se mogu podeliti na dve grupe:
a)
Akcelerome
tri a pokretnim inercijalnim elementom (tu spada većina vrsta).
b)
Sevoakcelerometri (akcelerometri sa praktično nepomičnim inercijalnim elementom).
a)
Ova grupe akcelerometra može se prikazati šematski na 6.1
. Kada se kućište akcelerome
tra
podvrgne konstantnom ubrzanju, na inercijalni element mase
m
deluje sila
F
ma
. Ova sila deluje na
oprugu krutosti
k
, čime se izaziva ugib opruge, tj. pomeranje inercijalnog elem
enta u odnosu na
kućište
/
/
x
F k
ma k
.
Ovo pomeranje se meri pomoću senzora pomeranja čiji je izlazni napon
i
U
srazmeran ubrzanju,
/
i
U
Cx
Cma k
.
Fizičko tehnička merenja
– Laboratorijski vežba – Ispitivanje i kalibracija servoakcelerometra
strana 2 od 4
Slika 6.1: Principijelna šema akcelerometra sa pokretnim inercilalnim elementom.
Principijelne prednosti akcelerometara sa pokretnim inercijalnim elementom su jednostavnost
konstrukcije i pristupa
č
na cena, dok su nedostaci: greške usled nelinearnosti opruge, meh
aničkog
histerezisa i unutrašnjih gubitaka, kao i u
ticaj suvog i dinamičkog trenja.
b)
Servoakcelerometri predstavljaju sisteme sa
jakom negativnom povratnom spregom
.
Pojednostavljena šema servoakcelerometra prikazana je na 6.2. Osnovni delovi su: (1) inercijalni
element
m
, (2) senzor linearnog (ili ugaonog) pomeranja inercijalnog elementa, (3) pojačavač signala
senzora pomeranja, (4) mehanizam koji deluje silom (ili momentom) koji
vraća pokretni element
u
početni položaj. Ovaj mehanizam se napaja strujom iz pojačavača. Izlazni signal servoakcelerometra je
struja pojačavača koja predstavlja linearnu funkciju ubrzanja. Kada je
negativna povretna sprega (tj.
pojačanje pojačavača) jaka, inercijalni element se
prak
tično ne pomera tokom ubrzanog kretanja.
Slika 6.2:
Uprošćena šema servoakcelerometra
.
Principijelne prednosti servoakcelerometra: Otklonjen uticaj nelinearnosti opruga, histerezisa i
trenja, jer se inercijalni element
praktično ne pomera
, o
setno bolja tačnost nego kod uobičajenih
akcelerometara (a). Otuda se koriste u avijaciji i drugim primenama gde su neohodne vrhunske
karakteristike instrumenata. Glavni nedostaci servoakcelerometra su složenost konstrukcije i visoka
cena.
6.3.
ŠEMATKSKI PRIKAZ APARATURE I UPUTSTVO ZA RAD
a) i b)
Aparaturu sačinjavaju (a) servoakcelerometar pričvršćen za obrtno postolje sa uglomerom, (b)
izvor za napajanje akcelerometra napona 27 V , (c
) pojačavač izlazn
og napona akcelerometra sa
regulacijom nule, (d) voltmetar za merenje izlaznog napona, 6.3.
