Examinator: William Sandqvist Tel

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Examinator: William Sandqvist Tel"

Ulla Magnusson
för 5 år sedan
Visningar:

Institutionen för Tillämpad IT Omtentamen i Givare och Ställdon ( Även omtentamen Mekatronik-komponenter 6B3212 ) Kurskod: 6B2267 (Ten1 2p) Datum: 18/4 2006 Tid: 13.00-17.

1 Institutionen för Tillämpad IT Omtentamen i Givare och Ställdon ( Även omtentamen Mekatronik-komponenter 6B3212 ) Kurskod: 6B2267 (Ten1 2p) Datum: 18/ Tid: Examinator: William Sandqvist Tel Tentamensinformation Hjälpmedel: Formelblad har bifogats tentamen. Miniräknare: Miniräknare tillåten Omfång: Tentamen består av 12 uppgifter om totalt 30p. Poängkrav: För godkänt krävs 15 p. Joker: Ingen JOKER vid omtentamen. 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) "Fönster" Instorhet Givare/Sensor Mekanisk miljöanpassning Avkänd storhet Avkännare Givarelement Inre signalbehandling Utstorhet Utsignal Platta Spolar F Cylinder Kula Kärna Ledningar 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 Avkänd storhet? Avkännare? Givarelement? Aktiv eller passiv givare? Denna givare har ingen inre signalbehandling, men vilken signalbehandling krävs i allmänhet utanför givaren? 2

2. (3p) Ur fabrikantens datablad: Kübler Linjärgivare med magnetskala är en givare för att mäta linjära rörelser med hög noggrannhet, exempelvis i träbearbetningsmaskiner, svarvar, traverser, mm.

3 2. (3p) Ur fabrikantens datablad: Kübler Linjärgivare med magnetskala är en givare för att mäta linjära rörelser med hög noggrannhet, exempelvis i träbearbetningsmaskiner, svarvar, traverser, mm. Givaren är helt okänslig för spån, olja, damm och vatten och kan därmed användas i besvärliga miljöer, den är tät och har inga rörliga delar. Givarhuset monteras för att läsa på en magnetskala av typ självhäftande tejp. Tejpen kapas efter önskad mätsträcka (max 90 meter). Givaren har upplösningen 0,4 mm. Om mottagaren (PLC-systemet) har multipliceringsfunktion, fås upplösningen 0,1 mm. (Ledning: Givaren liknar en av kursens laborationer). a) Vilken typ av givarelement finns förmodligen i givarhuset? b) Hur ser den magnetiska tejpen ut, rita en skiss som visar magnetpolernas placering och utbredning (måttsätt?). c) Upplösningen kan tydligen ökas (fyra ggr) med något som här kallas för multipliceringsfunktion. Beskriv hur detta i så fall går till. Rita en skiss (måttsätt?). 3. (2p) Figurerna visar två olika resistiva givare, med likartat användningsområden. Bilderna har tagits från läroboken. Vad kallas givarna. Vad används de till, och vad är skillnaden mellan dem. 3

4 4. (2p) Figuren visar en Givare med strömslingeutgång. a) Vad är fördelen med strömslinga? b) Vid opåverkad givare är signalen från strömslingan 4 ma. Varför inte 0 ma? c) Vilket värde ska R B ha om man önskar läsa av givaren med skalfaktorn 1V/mA? R B =? [Ω] 2-tråds ma strömslinga Givare med signalomformare P1 P2 +12V V R B 5. (2p) E R TOT R B x U U [V] x 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 En potentiometer med totala resistansen R TOT = 10 kω ansluts till ett mätinstrument som har den inre resistansen R B = 1 kω. Detta är en alldeles för låg belastningsresistans, så instrumentet belastar potentiometergivaren så att linjäriteten förloras. Diagrammet visar det ideala sambandet mellan U och x. Skissa ( grovt ) i diagrammet hur avvikelsen från den ideala kurvan blir. Antag att E = 10 V och att 0 < x < 1. 4

5 6. (3p) Figuren visar två sätt att ansluta en töjningsgivare till en mätbrygga. a) Vilka fördelar har den mer komplicerade figuren till höger? b) Antag att temperaturen på det föremål som givaren är klistrad på varierar. Hur undviker man att detta ger utslag på mätinstrumentet? c) Är det någon av de två kopplingarna som är att föredraga i detta fall ( när temperaturen på det föremål givaren är klistrad på varierar )? 7. (2p) Trådlindade potentiometrar kan lindas med olika olinjära funktioner. SCB50 är en sådan trådlindad sin/cos-potentiometer för vinkelmätning. Axeln kan vridas obegränsat antal varv. a) Antag att man matar en sådan potentiometer från ett spänningsaggregat med med ±15 V likspänningar. Vilken vridningsvinkel (i grader) har potentiometern när spänningarna är Vsin = -7,5 V och Vcos = +13 V? b) Nämn någon annan givare som också använder ett sin/cos-par som utstorhet? 5

6 8. (2p) 500 k Ω 1 k Ω ϑ 1 =? ϑ 2 =27 C 0,93 V Temperaturen ϑ =? mäts med ett termoelement av typ K och en operationsförstärkare. På 1 operationsförstärkarens utgång läser man av 0,93 V. Operationsförstärkaren befinner sig i rumstemperaturϑ 2 = 27 C (uppmätt med en inomhustermometer). Hur stor är mättemperaturen ϑ =? [ C] 1 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 0,23 0,27 0,31 0, ,39 0,43 0,47 0,51 0,55 0,59 0,64 0,68 0,72 0, ,80 0,83 0,87 0,91 0,95 0,99 1,03 1,07 1,12 1, ,20 1,24 1,28 1,32 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, ,02 2,06 2,10 2,15 2,19 2,23 2,27 2,31 2,35 2, ,44 2,48 2,52 2,56 2,60 2,64 2,69 2,73 2,77 2, ,85 2,89 2,93 2,98 3,02 3,06 3,10 3,14 3,18 3,23 9. (3p) En piezoelektrisk givare uppges av fabrikanten ha kapacitansen 40 pf, med anslutningskabel. Givarkonstanten är 4,0 pc/n. Isolationsresistansen för givare med kabel är Ω. Givaren skall användas tillsammans med en förstärkare med inresistansen Ω och inkapacitansen 60 pf. a) Hur snabbt måste man läsa av givaren? Vilken tidkonstant har givaren tillsammans med förstärkaren? Hur många procent av givarsignalen läcker bort inom en tidkonstant? b) Vilken spänningsförstärkning ska ställas in om 10 N belastning ska ge utspänningen 10 V omedelbart efter det att lasten pålagts? 6

7 10. (3p) varvtal varv/minut Varvtalsprofil tid sek En servomotor ( av PMDC-typ ) ska köras enligt ovanstående varvtalsprofil. Motorn har följande data: K E = 0,03 [V/rpm] K T = 0,287 [Nm/A] J = 10-3 [Kg m 2 ] ( motorns inklusive den aktuella lastens tröghetsmoment ) R = liten, räkna för enkelhets skull med = 0 Motorn ska drivas av en servoförstärkare. a) Vilken högsta spänning U max måste denna kunna leverera? U max =? [V] b) Vilken högsta ström I max måste denna kunna leverera? I max =? [A] c) Hur många varv N vrids motorn under de 20 sekunderna? N =? 7

En typisk skärmpolsmotor för 220V 50 Hz har P el = 7 W, och levererar momentet M = 2,45 10-3 Nm till fläkten vid varvtalet n = 2400 varv/minut. a) Beräkna motorns verkningsgrad η =?

8 11. (3p) Skärmpolmotor PABST EM2513LN BLDC motor PABST BG2012 Frysskåp med automatisk avfrostning är beroende av god luftcirkulation. Traditionellt använder man en fläkt med en skärmpolsmotor, men eftersom en sådan har urusel verkningsgrad vill man numera byta till BLDC motorer. En typisk skärmpolsmotor för 220V 50 Hz har P el = 7 W, och levererar momentet M = 2, Nm till fläkten vid varvtalet n = 2400 varv/minut. a) Beräkna motorns verkningsgrad η =? [%] Man byter till en BLDC-motor med inbyggd drivelektronik och som har samma yttermått. Uteffekten och varvtalet till fläktbladet är desamma. Den nya fläktmotorn är energisnålare och förbrukar därför bara 35% av den effekt som en skärmpolmotor förbrukar. Inuti fläktens hölje finns elektronik som omvandlar 220 V växelspänningen till 24 V likspänning och som driver motorlindningarna. Vi här på skiljer på elektroniken och själva BLDC-motorn. Elektroniken arbetar med verkningsgraden 75 %. b) Vilken ineffekt får BLDC-motorn från elektroniken? P elbldc =? [W] Vilken verkningsgrad arbetar själva BLDC-motorn med? η BLDC =? [%] c) Vilket tomgångsvarvtal skulle BLDC-motorn få vid vid 24 V? Beräkna nu motorns spänningskonstant K B =? [V/krpm] d) Beräkna motorns momentkonstant K T =? [mnm/a] Beräkna motorlindningarnas resistans R =? [Ω] 8

9 12. (2p) En PMSM-motor drivs runt av svarv med varvtalet 2000 varv/minut. Motorn är obelastad. För att ta fram motorns spänningskonstant mäter man generatorspänningen med en Scopemeter mellan två av motorns tre anslutningsledningar. Scopemeterns skärm visar en sinusformad spänning med ACV 224 V (effektivvärde, RMS) och frekvensen 100 Hz. Motorn ansluts sedan till en lämplig servoförstärkare och belastas mekaniskt. a) Beräkna axeleffekt och axelmoment då motorströmmen är 5 A och varvtalet 2000 varv/min. P =? [W] M =? [Nm] b) Om servoförstärkarens strömgräns nu vrids ner till 3 A så sjunker varvtalet till 1500 varv/min. Beräkna axeleffekt och axelmoment för detta driftfall. P =? [W] M =? [Nm] Lycka till! 9

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