Examinator: William Sandqvist Tel

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Examinator: William Sandqvist Tel"

Joakim Lundström
för 5 år sedan
Visningar:

Institutionen för Tillämpad IT Ordinarie tentamen i Givare och Ställdon Kurskod: 6B67 (Ten1 p) Datum: 0/1 005 Tid: 8.30-1.30 Examinator: William Sandqvist Tel.

1 Institutionen för Tillämpad IT Ordinarie tentamen i Givare och Ställdon Kurskod: 6B67 (Ten1 p) Datum: 0/1 005 Tid: Examinator: William Sandqvist Tel Tentamensinformation Hjälpmedel: Formelblad har bifogats tentamen. Miniräknare: Miniräknare tillåten Omfång: Tentamen består av 1 uppgifter om totalt 30p. Poängkrav: För godkänt krävs 15 p. Joker: Den som löst sitt häfte med inlämningsuppgifter i tid innan tentamensveckan får en JOKER vid detta tentamenstillfälle. På en valfri tentamensuppgift skriver man JOKER och kan då tillgodoräkna sig full poäng på den uppgiften. Utförande: Bladnr. och uppgiftsnr. skall anges på varje inlämnat skrivpapper Namn och personnummer skall anges på varje inlämnat skrivpapper. Skriv endast på en sida. Redovisade lösningar skall vara fullständiga och lätta att följa, egna antaganden skall motiveras. Lycka till Fullständiga lösningar anslås efter tentamenstidens slut 1

2 1. (3p) Givare/Sensor Mekanisk miljöanpassning "Fönster" Instorhet handling Avkänd storhet Avkännare Givarelement Inre signalbe- Utstorhet Utsignal Matning Spänning/Ström I figuren till vänster visas ett blockdiagram som används för att beskriva givare. Tillämpa detta blockdiagram på givaren i figuren till höger (figuren är hämtad ur läroboken). Det vill säga du ska kort beskriva vad följande block och storheter innebär för denna givare. Givarens namn/benämning? Instorhet? Utstorhet(er) (OBS! Det är faktiskt så att två olika elektriska utstorheter kan ge samma information!) Avkänd storhet? Avkännare? Givarelement? Aktiv eller passiv givare? Inre signalbehandling = Ingen!

3 . (3p) Figuren visar två olika kodlinjaler för avkodning av position. Vilken kod bär linjalen till vänster i figuren? Kod =? Kod =? b 3 b b 1 b 0 b 3 b b 1 b 0 Beskriv principen för hur givarelementen avkodas: Metodens nackdel: Metodens fördel: Linjalen till höger i figuren bär koden: Beskriv principen för hur givarelementen avkodas: Metodens nackdel: Metodens fördel: Under kodlinjalerna visas en kodskiva för avkodning av vinkelläge. Vilken kod bär denna skiva? 3. (p) Figurerna visar två olika resistiva givare, med helt olika användningsområden. Bilderna har tagits från läroboken. a) Givarens typ/benämning: Instorhet: b) Givarens typ/benämning: Instorhet: 3

4. (p) Figuren visar en OP-förstärkare i en vanlig standardkoppling. a) Vad brukar kopplingen kallas för? b) Vilken egenskap och vilket användningsområde har den? 5.

4 4. (p) Figuren visar en OP-förstärkare i en vanlig standardkoppling. a) Vad brukar kopplingen kallas för? b) Vilken egenskap och vilket användningsområde har den? 5. (p) En förskjutningsgivare av potentiometertyp ansluts till en OP-förstärkarkrets. OP-förstärkaren matas med ± 6 V (från ett 1V-batteri och en jord-krets som på laborationen). Op-förstärkarens inspänning är en konstant -1,V spänning från en spänningsreferens. Förskjutningsgivaren är ansluten till OP-förstärkaren som R. a) Beräkna det värde på R 1 som ger förstärkaren utspänningsområdet 0 +5 V för 0 < R < 10 kω. R 1 =? [kω] b) Förskjutningsgivaren har hög linjäritet. Finns det risk för att denna koppling försämrar linjäriteten? Motivera svaret. 4

5 6. (3p) För att mäta hydrauloljetrycket i en hydraultank klistrar man två töjningsgivare (Gages) på utsidan av ett trycksatt rör (Pressure tube). Töjningen i rörets vägg är proportionell mot vätsketrycket. a) I figuren ovan till höger visas en Whetstonebrygga med fyra resistorer. Två av dessa kan vara töjningsgivarna. Rita in i dessa på bästa sätt i bryggan. b) Antag att vätsketrycket töjer rörets utsida med ε = 0,3 %. Givarna har givarfaktorn k =,03. Bryggans matningsspänning är E = 10 V (stabiliserad spänning). Beräkna hur stor obalansspänningen blir? U ao =? [mv] c) När hydrauloljan blir varm, värms röret och detta påverkar givarnas resistans oberoende av vätsketrycket. Hur undviker man att denna temperaturpåverkan ger utslag på obalansspänningen? 5

7. (3p) V 1 +5V (sin) Kompassnål Gnd V (cos) Dinsmore tillverkar en kompass med elektrisk avläsning. En vätskedämpad kompassnåls position avkänns med fyra magnetoresistiva givare.

6 7. (3p) V 1 +5V (sin) Kompassnål Gnd V (cos) Dinsmore tillverkar en kompass med elektrisk avläsning. En vätskedämpad kompassnåls position avkänns med fyra magnetoresistiva givare. Matningsspänningen är 5V. Givaren har två utspänningar V 1 och V som varierar med sinus respektive cosinus av kompassnålens vinkel. Står man med kompassgivaren riktad mot norr ( 0 /360 ) uppmätter man (likspänningarna) V 1 =,5 V och V = 3, V (antag att dessa siffervärden är exakta). Se figuren. Om man vrider kompassgivaren till 149, så pekar den mot den heliga platsen Mecka. a) Beräkna vilka spänningar V 1 =? och V =? som man då avläser från givaren? b) Nämn någon annan givare som också använder ett sin/cos-par som utstorhet? ( Bäringen till Mecka från valfri position på jordklotet finner man på: ) 6

7 8. (p) Temperaturen ϑ i ett kullager i en pump övervakas med hjälp av ett termoelement av typ K. Pumpen 1 står utomhus, och termoelementet har skarvats med vanliga koppartrådar. Skarven är också utomhus. Skarvens temperatur ϑ mäts med ytterligare ett termoelement som går oskarvat till ett referenstemperaturskåp inomhus med temperaturen ϑ 3 = 7 C. Termoelementen mäter spänningarna e 1 =,47 mv och e = -0,48 mv. Tabell: Termospänning i mv för temperaturer mellan 0 C +79 C ϑ REF = 0 C Termoelement typ K, NiCr NiAl [ C] ,00 0,03 0,07 0,11 0,15 0,19 0,3 0,7 0,31 0, ,39 0,43 0,47 0,51 0,55 0,59 0,64 0,68 0,7 0, ,80 0,83 0,87 0,91 0,95 0,99 1,03 1,07 1,1 1, ,0 1,4 1,8 1,3 1,36 1,40 1,45 1,49 1,53 1, ,61 1,65 1,69 1,73 1,77 1,81 1,86 1,90 1,94 1,98 +50,0,06,10,15,19,3,7,31,35,39 +60,44,48,5,56,60,64,69,73,77,81 +70,85,89,93,98 3,0 3,06 3,10 3,14 3,18 3,3 a) Vilken temperatur har skarven ϑ =? [ C] b) Vilken temperatur har mätpunkten ϑ =? [ C] 1 7

8 9. (p) l$ s$ 3 Amplitudförhållande 0, D=0,1,4 1 0,6 0, f f 0 Figuren till vänster, från boken, visar en hemmabyggd seismisk givare. 1 är två stycken bladfjädrar som en seismisk massa är fästade vid. 3 är en dämpande vätska. Som givarelement används fyra töjningsgivare 4. Figuren till höger visar ett diagram över förhållandet mellan stommens vibrationsamplitud och givarelementens vibrationsamplitud vid sinusformad vibration, vid olika frekvenser. a) Antag att man inte fyllt på någon dämpvätska ( 3 ) och att man saluför givaren som en accelerometer. Markera på kurvan i diagrammet det frekvensområde där detta gäller. b) Kan man sälja givaren som en Inklinometer (dvs en givare som kan känna av lutningsvinkeln)? c) Antag att man fyller på en dämpvätska ( 3 ) som ger det seismiska systemet dämpfaktorn D = 0,7. Givaren saluförs nu som en vibrationsamplitudmätare. Markera på kurvan i diagrammet det frekvensområde där detta gäller. 8

9 10. (3p) s s [steg] Torque vs Speed 57L058B L/R Phase drive Torque (mnm) Pull in Pull out v v max 1 step a [steg/sek ] α [rad/sek ] v [steg/sek] ω [rad/sek] t ms t ms Speed (pps) En stegmotor Thomson Airpax 57L048B med stegvinkeln 7,5 körs 16 steg enligt hastighetsprofilen till vänster i figuren. (Stegen är markerade som punkter). a) Med vilken maxhastighet v [steg/sek] körs stegmotorn? Vilken vinkelhastighet ω [rad/sek] motsvarar detta? b) Med vilken acceleration a [steg/s ] accelereras (och bromsas) motorn? Vilken vinkelacceleration α [rad/s ] motsvarar detta? c) Rita in positionsprofilen s(t) i det tomma diagrammet ovan. Hur stor blir den totala vridningsvinkeln [ ]? d) Motorns rotor har tröghetsmomentet J = 3, Kg m. Utöver detta driver motorn ett svänghjul som man uppskattar har ett tröghetsmoment som är lika så stort som rotorns. ( Således totalt J ). Hur stort moment M acc [Nm] åtgår för att accelerera motorn med detta svänghjul? Accelerationen är den som beräknats i deluppgift b. e) Studera motorns moment/stegfrekvens-diagram. Bestäm grafiskt hur stort drivande moment som återstår för att övervinna eventuell friktion? M FR =? [Nm] 9

10 11. (p) Figuren visar en datorfläkt med en borstlös likströmsmotor, BLDC-motor. Motorn är i princip en tvåfasmotor, två transistorer används för att omväxlande strömsätta statorspolarna, så att det alltid är en av dem som är inkopplad till 1V-spänningen. (Du behöver inte förstå transistorkretsen för att kunna lösa uppgiften). Man önskar använda motorn i ett projekt, och vill därför mäta upp motorkonstanterna. Man undersöker rotormagneten med en kompass och finner att den är fyrpolig p = 4. Med en Scopemeter mäter man resistansen i en statorspole till R = 10 Ω. Vid drift av fläkten med matningsspänningen 1V förbrukar motorn 100 ma. Från Hallgivaren mäter man då pulser med frekvensen f = 400 Hz. (OBS! Motorn är nu inte obelastad, utan luftmotståndet belastar fläktvingarna med ett visst moment). a) Beräkna motorns spänningskonstant K B =? [V/rpm] b) Beräkna motorns momentkonstant K T =? [Nm/A] 10

11 1. (3p) En PMSM-motor har följande data: Momentkonstant: K T = 0,89 Nm/A Spänningskonstant: K E = 0,054 V/rpm Märkmoment: M N = 1, Nm Resistans (Phase - Phase) R = 15,5 Ω Induktans (Phase - Phase) L = 30 mh Poltal p = 6 Motorn matas från en Servoförstärkare som är ansluten enfasigt till 30V-nätet. Servoförstärkarens märkström är 1,5 A. a) Vilket blir det maximala möjliga varvtalet för motorn i tomgång? b) Vilken elektrisk frekvens har då trefasspänningen från servoförstärkaren? c) Kan motorn komma upp i 4000 varv/minut om den belastas med märkmoment? (Svaret måste motiveras med beräkningar.) Lycka till! 11

Relevanta dokument

Kurskod: 6B2267 (Ten1 2p) Examinator: William Sandqvist Tel

Kurskod: 6B2267 (Ten1 2p) Examinator: William Sandqvist Tel Institutionen för Tillämpad IT Omtentamen i Givare och Ställdon (även omtentamen Mekatronik-komponenter 6B31 med annan rättning) Kurskod: 6B67 (Ten1 p) Datum: 10/4 007 Tid: 13.00-17.00 Examinator: William