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 Sandqvist Tel. 790 44 87 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: 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
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 det blockdiagram som används i läroboken för att beskriva givare. Tillämpa detta blockdiagram på givaren i figuren till höger (figuren är från läroboken). Det vill säga du ska kort beskriva vad följande block och begrepp innebär för just denna givare. Givarens typ, användningsområde? Instorhet? Utstorhet? Avkänd storhet? Avkännare? Givarelement? Aktiv eller passiv givare? Matning? Lämplig signalbehandling till givaren?
. (p) Figuren visar en kodlinjal med en åttabitskod. a) Vad kallas koden? b) Vilka fördelar har denna kod vid användning i positionsgivare? c) Vilka nackdelar har koden? 3. (p) Figuren visar en kraftgivare. a) Vad kallas givarelementet? F Cylinder b) Vad borde ha stått i stället för de två frågetecknen i figuren? c) Vilken typ av elektrisk utrustning behövs för att avläsa givarelementet? Platta? Kula? Ledningar 3
4. (3p) Figuren visar en givare i två olika utföranden. a) Vad kallas givaren? b) Namnge, beskriv, delarna 1, och 3. 1 3 3 1 1 1) ) 3) 3 Figuren nedan illustrerar begreppet Base Strain Sensitivity. c) För vilken av de två utförandena av givaren i den översta figuren kan detta vara ett problem. Motivera svaret. 1) ) 3) 4
5. (p) En krock-kudde utlöses med hjälp av en signal från accelerometern i figuren ovan. a) I figuren ovan visas två st RESISTORS vilken är anledningen till att de är två? Är det någon skillnad mellan dem? b) Antag att resistorerna ingår i Whetstonebryggan i figuren till höger, ange lämpliga positioner att placera dem i? 6. (3p) Figuren till höger visar en experimentkoppling. En töjningsgivare utgör tillsammans med tre fasta resistorer en Whetstonebrygga som matas med spänningen 9V. De tre resistorerna har samma värde som givaren har då den är opåverkad. Bryggans obalansspänning förstärks med en OPförstärkare (med en av de kopplingar som är kända från kursen). OP-förstärkaren matas med två egna 9V-batterier. 9 V töjningsgivare R 1 R 9 V 9 V OP-förstärkarens resistorer är uppmätta till R 1 = 100 Ω och R = 46330 Ω. Töjningsgivaren har givarfaktorn k =,04. Antag att töjningsgivaren utsätts för töjningen ε = - 130 µ hur stor blir då utspänningen på OPförstärkarens utgång? Ange spänningens belopp och tecken! 5
7. (3p) En vinkelgivare består av en vridbar magnet som befinner sig ovanför två magnetoresistiva givarelement A, och B, som bildar vinkeln 45 med varandra. Givarelementen är utformade som Whetstonebryggor. a) Vid ett tillfälle var obalansspänningarna från bryggorna U A = -0,487 V och U B = -0,115 V. Vilken vridningsvinkel α =? [ ] hade då magneten? (vi utgår från att obalanspänningen från A är 0 mv när magneten har vridningsvinkeln α = 0 ). b) Antag att matningsspänningen till givarelementen (whetstonebryggorna) av misstag skulle halveras. Hur skulle detta påverka utsignalen från givarelementen och det beräknade vinkelvärdet? 8. (p) Två diagram ur boken illustrerar två skilda användningsområden för ett vanligt givarelement. a) Vilket givarelement gäller det? Svar: I I U b) Vilken är mätstorheten? Svar: c) Vilken är mätstorheten? Svar: U 6
9. (p) Termostapel med inbyggd termistor ( Fuji MIR-100 ) Temperatur kan mätas med strålningstermometrar. Värmestrålningen får värma upp ena änden på en termostapel (med tre seriekopplade termoelement) varefter strålningskällans temperatur i princip kan beräknas ur termoemken. För att veta termoelementets referenstemperatur så finns det en inbyggd termistor vid termoelementets kalla ände. a) Vid ett tillfälle var omgivningstemperaturen 4 C. Samma temperatur gäller då för termoelementets kalla ände och för termistorn. Vilket resistansvärde har då termistorn? För termistorn gäller termistorekvationen med konstanterna R 5 = 50000 [Ω] och β = 3840 [K]. b) Antag att man uppmätter 4,35 mv från termostapeln. Hur stor är då temperaturen vid termostapelns varma ände? Termoelementen i termostapeln är av typ K, se standardtabellen nedan. Tabell: Termospänning i mv för temperaturer mellan 0 C +79 C ϑ REF = 0 C Termoelement typ K, NiCr NiAl [ C] 0 1 3 4 5 6 7 8 9 0 0,00 0,03 0,07 0,11 0,15 0,19 0,3 0,7 0,31 0,35 +10 0,39 0,43 0,47 0,51 0,55 0,59 0,64 0,68 0,7 0,76 +0 0,80 0,83 0,87 0,91 0,95 0,99 1,03 1,07 1,1 1,16 +30 1,0 1,4 1,8 1,3 1,36 1,40 1,45 1,49 1,53 1,57 +40 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 7
10. (p) v [m/s] 10 8 6 4 0 4 6 8 10 1 14 16 18 0 4 6 8 30 3 34 36 Ett fordon körs enligt ovanstående hastighetsprofil. a) Hur långt kommer fordonet på de 36 sekunderna? s =? [m] t [s] 11. (3p) En liten stegmotor med beteckningen SST34D uppvisar enligt fabrikanten följande samband mellan Moment [mnm] (torque) och stegfrekvens [PPS, Hz] (frequency). Stegvinkel 1,8 Spänning,1 V Ström 0,4 A Resistans 5,3 Ω Induktans 6,0 mh Rotorns tröghetsmoment 7 g cm a) Antag att motorn ska startas för att direkt köra med 450 varv/min. Hur stort friktionsmoment kan då motorn övervinna och ändå starta? b) Hur gör man för att motorn ska kunna köra med 900 varv/min? c) Hur lång tid skulle det ta att accelerera motorn till 1350 varv/min om man har tillgång till ett accelererande moment 15 mnm? d) Hur många steg görs under denna accelerationsfas? 8
1. (3p) Man gjorde ett tomgångsprov med en PMSM-motor. Motor-axeln roterades med 1000 varv/min i en svarv ( dvs. som generator ). Mellan två klämmor uppmättes en 90V växelspänning ( effektivvärde ). a) Beräkna motorns spänningskonstant K E [V/varv/min] och momentkonstant K T [Nm/A]? Antag nu i stället att motorn matas med 5A växelström ( effektivvärde ) från ett matningsdon. b) Gör en beräkning av axeleffekt och moment vid varvtalet 000 varv/min? c) Gör en beräkning av axeleffekt och moment vid varvtalet 500 varv/min (motorströmmen är densamma, 5A )? Lycka till! 9