Tenzometrické měřidlo TENZ 2145C
Tenzometrické měřidlo typ TENZ 2145C je elektronický přístroj, který převádí signál z tenzometrického můstku na unifikovaný napěťový signál, měří tento signál AD převodníkem a zobrazuje výslednou hodnotu na dvouřádkovém LCD displeji. Přístroj je vybaven čtyřmi ovládacími tlačítky, rozhraním RS232 pro připojení přístroje k počítači a akumulátory včetně dobíjecího adaptéru.
Tenzometrický snímač se připojuje čtyřpólovým konektorem typu XLR. Síťový adaptér pro dobíjení (12V/500mA) se připojuje přes napájecí konektor typu K3716A. Sériové rozhraní se připojuje přes devítipólový konektor typu Canon.
Přístroj je vybaven funkcemi monitorování stavu akumulátoru, signalizací vadného snímače, funkcí nulování měřené hodnoty (tárování), možností ukládat až 70 měřených hodnot do paměti včetně prohlížení a mazání těchto hodnot. Napájení přístroje zajišťuje 6 ks Ni-Mh akumulátorů s napětím 1,2V. Přístroj je umístěn v plastové skříňce.
Součástí přístroje je komunikační kabel pro linku RS232 a základní software pro systém Windows, který umožňuje čtení naměřených dat z paměti počítače a jejich uložení na disk počítače v textovém formátu.
2. Technický popis
a) Řídicí mikropočítač a rozhraní RS232
Jádrem přístrojeje jednočipový mikropočítač, který řídí veškerou jeho činnost. Konfigurační konstanty jsou uloženy v paměti EEPROM, která uchovává uložené hodnoty i při vypnutém napájení. Přístroj lze přes rozhraní RS232 (konektor Canon 9) připojit k počítači a pomocí obslužného programu nastavit všechny konfigurační konstanty. Tato činnost je určena pouze pro výrobce nebo servisního technika. Mezi základní parametry patří zesílení měřicího zesilovače (1, 2, 4 ,8 nebo 16), režim měření (unipolární/ bipolární), jednotky měřeného signálu (1 znak), poloha desetinné tečky (0 až 4), multiplikační konstanta pro kladný rozsah, multiplikační konstanta pro záporný rozsah a jmenovitá hodnota (maximální měřená hodnota).
b) Tenzometrický snímač
Tenzometrický snímač se k měřiči připojuje čtyřmi vodiči přes čtyřpólový konektor typu XLR. Snímač je napájen napětím 5V přes dvojici rezistorů 470W. Při použití polovodičových tenzometrů s jmenovitým odporem 120W protéká snímačem proud přibližně 4,7mA.
Osazení špiček konektoru XRL je následující:
1: napájení snímače +I
2: napájení snímače –I
3: výstup snímače +U
4: výstup snímače –U
Přístroj dokáže rozpoznat některé případy poškození tenzometrického snímače a tento stav signalizuje zobrazením textu „E-snímač“ na spodním řádku LCD displeje.
Tenzometrický snímač je vždy konstruován na určitou maximální hodnotu zatěžovací síly, která se nastavuje pomocí parametru „Jmenovitá hodnota“. Snímač většinou bez problémů vydrží přetížení o několik desítek procent, ale není vhodné jej opakovaně přetěžovat.
c) Rozsah a jednotky měření
Měřicí převodník má rozsah 16 bitů. Tomu odpovídá rozsah 0 až 65536 měřených dílků v unipolárním módu nebo –32767 až 32768 dílků v bipolárním módu. Měřený rozsah lze upravit několika způsoby. Volba desetinné tečky nám v podstatě na měřeném rozsahu nic nemění, ale je zobrazena na zvoleném desetinném místě. Pokud budeme mít unipolární mód měření a zvolíme desetinnou tečku na druhém místě, tak bude rozsah měření od 0 do 655,36.
Dále lze nastavit zesílení měřicího zesilovače v rozsahu 1,2,4,8 nebo 16. Je důležité zvolit takovou hodnotu zesílení, aby zobrazená hodnota byla větší než skutečná hodnota. Souladu mezi skutečnou a zobrazenou hodnotou síly pak dosáhneme tzv. normalizací měřeného signálu, kdy násobíme každou měřenou hodnotu multiplikační konstantou s hodnotou menší než 1. Pro přístroj TENZ 2145C jsou použity dvě multiplikační konstanty. Jedna pro kladný rozsah měření a druhá pro záporný rozsah měření.
Dalším volitelným parametrem jsou jednotky měření. V podstatě lze zvolit libovolný text o délce 1 znaku (např. g, T, N).
d) Normalizace měřeného signálu
Zobrazená hodnota měřené síly musí odpovídat skutečné hodnotě síly. Pokud je převodní charakteristika tenzometrického snímače lineární, tak můžeme použít multiplikační metodu, v případě nelineární charakteristiky je vhodnější linearizační metoda.
Multiplikační metoda normalizace spočívá v násobení měřené hodnoty vhodnou konstantou. Tato konstanta by měla být menší než 1, aby nebyly vynechávány některé hodnoty výsledné síly. (Pokud by multiplikační konstanta měla hodnotu 2, tak budou na displeji zobrazeny pouze sudé hodnoty, při konstantě 10 pak budou zobrazeny pouze násobky 10). Prakticky se normalizace provádí pomocí kalibračního software, kdy musí být zadány hodnoty zobrazené síly a měřené síly. Multiplikační konstanta se pak vypočítá dle vztahu:
Multiplikační konstanta = Zobrazená síla (Displej) / Měřená síla
Linearizační metoda normalizace využívá numerické metody, kdy je převodní charakteristika snímače nahrazena křivkou, která aproximuje skutečnou převodní charakteristiku. Prakticky se tato normalizace provádí opět pomocí kalibračního software, kdy musí být zadány alespoň tři dvojice hodnot – zobrazené a měřené síly a to pokud možno v pravidelných intervalech od nulové až do jmenovité hodnoty síly. Program pak vypočítá tři konstanty polynomu 2. řádu, což je v podstatě rovnice paraboly. Pro výpočet těchto konstant je použita metoda nejmenších čtverců, která minimalizuje odchylky křivky v zadaných bodech.
Linearizační metoda je náročnější na výpočet, ale v případě nelineární převodní charakteristiky snímače umožňuje dosáhnout vyrovnané přesnosti měření v celém měřicím rozsahu.
e) Napájecí zdroj měřiče síly
Pro napájení měřiče síly je použit 6 akumulátorů typu AA s napětím 1,2V a kapacitou 2000mAh. Při průměrném proudovém odběru měřiče 20mA (vypnuté podsvětlení displeje) je délka provozu akumulátoru na jedno nabití přibližně 100 hodin. Při zapnutém podsvětlení displeje se doba provozu zkrátí na 10 hodin. Pokud dojde k poklesu napětí akumulátoru pod hodnotu 5,3V, tak je na displeji zobrazen text „AkuVybit“
Nabíjení akumulátoru se provádí při vypnutém přístroji i podsvětlení. Po připojení nabíjecího zdroje (síťový adaptér 12V) je na horním řádku displeje zobrazen text nápis „Nabíjení“. Na spodním řádku pak bude po 5 minutách zobrazena aktuální hodnota napětí akumulátoru, která se bude v 5 minutovém intervalu aktualizovat. V průběhu nabíjení svítí červená dioda pod napájecím konektorem (Zdroj).
Průběh nabíjení je monitorován mikroprocesorem a po úplném nabití akumulátoru je nabíjecí proud automaticky snížen na tzv. udržovací hodnotu, na kterou může být akumulátor připojen i několik hodin bez ohrožení jeho životnosti.
Doba nabíjení akumulátoru je maximálně 12 hodin v závislosti na stavu akumulátoru. Po dosažení napětí plně nabitého akumulátoru je na spodním řádku zobrazen nápis „AkuNabit“ a je rozsvícena zelená svítivá dioda.
Pokud se výrazně sníží doba provozu akumulátoru, tak je vhodné je vyměnit. Lze použít libovolné typy NiMH nebo NiCd akumulátoru s kapacitou 1000 až 2000mAh. Všechny akumulátory by měly být stejného typu. Nabíjecí obvody nabíjí akumulátor vždy do úplného nabití a pak se nabíjecí proud omezí na udržovací hodnotu, takže nehrozí poškození akumulátoru v důsledku jeho přebití. V případě použití akumulátoru s nižší kapacitou se provozní doba i doba nabíjení sníží, pro akumulátor s vyšší kapacitou se obě doby prodlouží.
Akumulátory jsou umístěny ve spodní části přístroje pod plastovou krytkou.
3. Obsluha přístroje
Po zapnutí přístroje posuvným vypínačem do polohy + je na horním řádku displeje zobrazen text „**TEN2145C“ a na dolním řádku je zobrazen text „.aterm.cz, což je odkaz na internetové stránky výrobce. Po 3 sekundách následuje nulování měřené hodnoty, kdy je na dolním řádku zobrazen text „Nulování.“. Po vynulování tento text zmizí a probíhá již standardní měření, na horním řádku zobrazena hodnota měřené síly.
Přepínačem LED lze zapnut podsvětlení displeje, které zlepší čitelnost displeje při horším osvětlení. Podsvětlení ovšem výrazně zkrátí dobu provozu akumulátoru.
Tlačítka jsou vybavena indikačními diodami LED, které jsou rozsvíceny ihned po stisku příslušného tlačítka. Požadovaná akce je provedena až po puštění tlačítka, přičemž dioda tlačítka svítí až do ukončení dané akce.
Tlačítkem „Nula“ lze kdykoliv provést nulování měřené hodnoty. Tlačítkem „Ulož“ můžeme měřenou hodnotu uložit do paměti přístroje. Uložená hodnota je současně zobrazena ve spodním řádku displeje. Paměť má kapacitu pro 70 měřených hodnot. Po jejím zaplnění je na spodním řádku displeje zobrazen text „Zaplněno“ a požadavek na uložení hodnoty není akceptován. Pro opětovné ukládání do paměti od první pozice paměti je nutné uložená data vymazat. Po stisku tlačítka „Vymaž“ je na displeji zobrazen dotaz „Vymazat?“. Pokud není v průběhu 3 sekund stisknuto tlačítko „Potvrď“, tak text zmizí a pokračuje měření. Jinak po stisku tlačítka „Potvrď“ jsou postupně vymazány všechny uložené hodnoty od první do aktuální pozice paměti. Na horním řádku displeje je zobrazen text „Data:xxx“ kde xxx je pořadové číslo pozice mazané paměti a na dolním řádku je zobrazen text „Mazání..“.
Prohlížení uložených dat je možné po stisku tlačítka „Čtení“. Na horním řádku displeje je zobrazen text „Data:xxx“ kde xxx je pořadové číslo čtené hodnoty na dolním řádku je zobrazena uložená hodnota. Tlačítky se šipkami lze listovat pamětí nahoru i dolů. Po stisku tlačítka „Měření“ je prohlížení ukončeno a přístroj se vrací do běžné režimu měření.
Pro přenos uložených dat do počítače je nutné dodržet následující postup: vypnout přístroj, připojit datový kabel k počítači k lince COM1 (COM2), stisknout libovolné tlačítko na přístroji a zapnout vypínač přístroje. Na dolním řádku displeje je zobrazen text „*RS232*“. Pak spustíme program TENZ2145C.EXE. V případě, kdy program nalezne přístroj na jednom ze sériových portů, tak je zobrazeno tlačítko „Data“, kterým můžeme zobrazit okno pro čtení a archivaci dat. V horní levé části okna je uveden počet uložených dat a v případě, že tento počet je větší než nula, tak jsou zobrazena dvě tlačítka. První tlačítko umožňuje čtení dat od 1 do počtu dat a druhé tlačítko umožňuje čtení všech dat v paměti. Čtení všech dat je možné i pokud je počet uložených dat nulový. V průběhu čtení je na displeji přístroje zobrazováno pořadové číslo čtených dat.
4. Bezpečnostní opatření
Zařízení je napájeno z akumulátoru bezpečným napětím a proto nehrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem. Pro nabíjení akumulátoru musí být použit dodaný síťový adaptér, který splňuje podmínky ČSN 351330 - transformátor v bezpečnostním provedení.
5. Technické parametry
| Napájecí napětí: | 7,2V/2000mA |
| Odběr proudu: | max. 20mA bez podsvětlení, 200mA s podsvětlením |
| Nabíjecí adaptér: | 12V/500mA |
| Doba dobíjení: | max.12hodin |
| Vstup: |
tenzometrický můstek - čtyřvodičově |
| Proud tenzometru: | 4,7 mA |
| Rozsah displeje: | –32767 až 32768 dílků |
| Jednotky měření: | kN |
| Rozsah měření: |
-100,00 až +100,00 kN |
| Provozní teplota: | 0 až 40 ° |
| Rozměry: |
95 x 200 x 45 mm (š x v x h) |
| Krytí přístroje: | IP50 |
| Pracovní prostředí: | základní dle ČSN 33 0300 čl. 3.1.1 |