KYBERNETIKKLABORATORIET FAG: Industriell IT DATO: 08.14 OPPG.NR.: LV4. LabVIEW LabVIEW Temperaturmålinger BNC-2120 Lampe/sensor-system u y I denne oppgaven skal vi teste et lampe/sensor-system som vist ovenfor. Målsettingen er å bestemme forsterkning, K, og tidskonstant, T, for dette systemet. BNC-2120 skal brukes for innhenting av signalene / generering av signalene til / fra LabVIEW. En viktig del av oppgaven er å gjøre seg kjent med LabVIEW DAQ mx og Measurement & Automation Explorer. Systemet består av en liten elektrisk pære som har max. effekt på ca 1.1W når spenningen over den er 6V. Pæren er koblet til styrespenningen gjennom en Darlingtontransistor. På lampen er det 8V limt en temperatursensor. Styrespenning 1K Temp. sensor Darlingtontransistor med Base Emitterspenning på 1.3V Lampe
Kurven til høyre viser sammenhengen mellom styrespenning og effekt til lampen. Vi ser at når styrespenningen er større enn ca 2V, er kurven tilnærmet lineær. Siden effekten er tilnærmet proporsjonal med styrespenningen, kan vi bruke styrespenningen som pådrag, u, til lampen. Temperatursensoren er et K-type termoelement. Dette gir ut en liten spenning, y. BNC-2120 har en egen kanal for termoelementmåling, se neste punkt. 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Effekt W 0 5 Styrespenning 10 Lampe/sensor-system u y Eff Litt om temperaturmåling på BNC-2120. Det er mulig å måle temperaturer med testboksen BNC-2120. Kanal ACH0(AI0) og ACH1(AI1) har en bryter plassert rett ovenfor BNC kontakten for enten å velge BNC kontakten for måling av analoge signaler, eller temperatur referanse (AHC0) og termoelement kontakt (ACH1) for tilkobling av termoelementer. Temperatur referansen er en integrert krets som gir ut en spenning som er proporsjonal med temperaturen til sensoren etter forholdet: C = Volts x 100 Sensoren har en nøyaktighet på ± 1,5 C. Til termoelement kontakten kan et hvilken som helst type termoelement kobles til via en to pins miniatyr hankontakt. For mer informasjon om termoelementer se National Instruments hjemmesider: Application Note 43, Measuring Temperature with Thermocouples. 2
Oppg. 1: Temperatur måling vha. den integrerte kretsen på BNC2120 I denne øvelsen skal det lages en VI som måler referansetemperaturen på BNC2120 med en DAQ kanal som skal lages og konfigureres. (DAQ = Data Acquisition (datainnsamlning)): 1. Start med å lage en ny VI. 2. Fra Controls paletten, velg I/O / DAQ mx Global Channel. Start her Global channel Et bilde som under skal komme fram. Her har vi laget en global channel TempRef.. Dersom denne ikke eksisterer kan man lage en. Ellers kan kanalen editeres. Popup menyen gir mulighet for new channel eller edit channel (DAQ assistent) 3
For å lage en new channel velger vi: -Velg Analog Input. -Velg Voltage -Velg Physical dev 6024E og ai0 (Analog input 0) -Kall kanalen TempRef (er denne i bruk velg Tempref1, 2 el.) Nederste delen av vinduet vi får opp ser slik ut. Siden temperaturen i grader celsius er 100x spenningen er det nok å velge input range 0-1V. Ikke bruk skalering Når du trykker OK har du laget en ny DAQmx channel. Hvis du nå senere ønsker å bruke samme kanalen igjen er det bare å velge navnet TempRef. NB! Kanal 0 på BNC-2120 er en temperatur referanse som gir ut en spenning. For å få denne vist som temperatur må formelen C = Volts x 100 brukes. Kanal 1 brukes hvis et termoelement skal kobles til. Under konfigurering velges det aktuelle termoelementet 4
Gå til Block Diagram og plasser en DAQmx read block. Functions/measurement I/O/NI-DAQmx/DAQmx read DAQmx read 5
Blokkdiagrammet skal se ut som vist under. Konverter fra spenning til grader En måling hvert 100 ms DAQmx read er konfigurert til et sample fra en kanal softwarekontrollert Kjør og test Frontpanelet er som vist under. 6
Oppg. 2: Programmet MAX ( Measurement & Automation Explorer) (Eget program for å lage virtuelle kanaler og teste kort uten å gå veien om LabVIEW.) Lage nye og endre eksisterende kanaler: Start opp MAX fra startmenyen. Høyreklikk på Data Neighborhood og velg Create New Merk NI-DAQmx Global Channel og trykk på Next Det bildet som nå dukker opp skal være kjent fra forrige øvelse! Velg avbryt. Klikk på pila foran Data Neighborhood. Velg så NI-DAQmx Global Channels Den kanalen dere lagde i forrige øvelse skal nå komme fram. Klikk på kanalen. Data som ble lagt inn skal nå vises i høyre vindu. Fra dette er det mulig å gjøre endringer på tidligere innlagte data og test på kanalen. Test av DAQ-kort: Velg Devices and Interfaces. Det kortet som er montert i maskinen skal komme fram. Merkes kortet vil man i høyre vindu få opp litt info om det. Velg nå Test Panels fra menylinja over. Et testvindu for kortet skal dukke opp. Velg Analog Input, Channel 0. Start et forløp. Sammenlign med resultatet fra øvelse 1. Velg Digital I/O. Endre noen av Input verdiene til Output. Sjekk samtidig lysdiodene på tilkoblingsboksen BNC-2120. Oppg. 3: Generering av kommunikasjonskanaler i MAX For å kunne kommunisere med lampe/sensor-systemet fra LabVIEW, må vi opprette en kanal, y, for innhenting av data fra temperatursensoren, og en kanal, u, for generering av styrespenningen til lampen ( dere kan selvsagt bruke egne navn for disse kanalene). 3.1 Kanal for termospenningen, y Fra MAX velges: Create task / Acquire Signal / Analog Input / Thermocouple / Dev_ (PCI-6024E) Signalet må være koblet til ai1, så du velger denne. Deretter spesifiseres: Thermocouple Type: K CJC Value : 25 (romtemperatur : Cold Junction Constant) 1 sample (On Demand) 3.2 Kanal for styrespenningen, u Fra MAX velges: Create task / Generate Signal / Analog Output / Voltage / Dev_(PCI-6024E) Deretter velges den kanal som er koblet til styrespenningen, f.eks. ao0. Videre: Max 8V (Signal Output Range) Min 0V 1 sample (On Demand) 7
Oppg. 4: Sprangrespons for lampe/sensor Dere skal i denne oppgaven ta opp sprangresponsen for lampe/sensor - systemet: Vi lar styrespenningen, u, være et sprang ( momentan endring opp eller ned ) og studerer responsen : måleverdier fra temperatursensoren, y. Vi kan da lese av parametre for systemet ( for eksempel forsterkning, K, og tidskonstant, T). Nedenfor er vist et eksempel på et program som genererer en Spenning, AO[V], til en motor og leser måleverdier for motorhastigheten. Spenningen og hastigheten tegnes kontinuerlig i en Waveform Chart. Lag et tilsvarende program som genererer en styrespenning, u, til lampen. Legg inn begrensninger slik at denne ikke overstiger 8V!!! ( Da går lyspæra!! ). Programmet skal samtidig lese måleverdiene fra temperatursensoren, y. Styrespenning [V], og temperaturen [ C], skal vises kontinuerlig i Waveform Chart. Det er ikke nødvendig å lagre data til fil. Kjør programmet og ta opp en sprangrespons. Dere vil se at systemet er av første orden og har en respons som vist på neste side. Les av tidskonstanten, T, og forsterkningen, K, som forklart på neste side Lagring til fil. Skal ikke være med i denne lab.-oppgaven 8
Analyse av sprangrespons for et system. Inngangssignal: u. Utgangssignal, y. Begge signalene er i Volt. Samplingstid ( tid mellom hvert målepunkt ) : TS = 100 ms = 0,1 s 6.3V y u nt Beregning av forsterkning, K: K =, der y = endring i y, u = endring i u. Og y har nådd sin endelige verdi. Avlest : y = 10V, u = 4V K = 10V/4V = 2,5 Beregning av Tidskonstant, T: T = tiden fra spranget inntreffer til y har nådd 63% av sin endelige verdi. Avlest: Endelig verdi for y : 10V. 63% av 10V = 6.3V. Antall samples fra spranget til 63%-verdien : nt 50 Samplingstid: TS = 0,1s Tidskonstanten, T = 50 x 0,1s = 5s 9
Et eksempel som gir jevnere temperaturkurve: 10