• Nem Talált Eredményt

A vezérlőprogram felépítése és fejlesztése 46

III. KÍSÉRLETI RÉSZ

III.2. A vezérlőprogram felépítése és fejlesztése 46

A műszer hatékonysága és pontossága annál nagyobb, minél több mérési pont alapján számolhatjuk ki a dielektromos tulajdonságokat, ezért arra törekedtem, hogy minél több diszkrét mérési pontot lehessen egy mérés során regisztrálni (több pont kvázi-folytonos mérésnek hat) úgy, hogy a mérési idő nem túl hosszú.

A fejlesztői munka során egyre átfogóbb és pontosabb méréseket lehetett elvégezni a megalkotott műszerrel. Ennek a fejlesztésnek a fontosabb lépéseit a következő III.2.1. táblázatban látható.

III.2.1. táblázat. A mérés fejlesztésének menete Év Frekv. Tart.

*a mérési frekvenciák száma szorozva a mért hőmérsékleti pontok számával

A végleges formában a megalkotott műszer képes 21x180 (3780 db) mérési pont regisztrálására és on-line kijelzésére. Mivel a mérés folyamán egy görbe megrajzolásához 180 pontot ment el a rendszer, ezért mondhatjuk, hogy a pontokra illesztett görbe lefedi a valóságot.

A megírt VI-szoftver felel a mérés szabályozásáért, az adatok gyűjtéséért, azok eltárolásáért és a megjelenítésért is. Az előbbi III.2.1. táblázatban látható, hogy az első mérések egy PID szabályzási algoritmus segítségével közelítették meg a beállított hőmérsékletértékeket. Mivel ez a program csak nagyon lassú mérést – és alacsony számú mérési pontot – tett lehetővé, ezért a folyamatos felfűtés melletti mérést valósítottam meg, amely egy másik probléma megoldását követelte; a stabil felfűtési sebesség biztosítását. A végleges folyamatos felfűtéssel megvalósított mérés folyamatábrája a következő III.2.1.

ábrán látható.

47

III.2.1. ábra. Az vezérlőprogram működési elve

A VI egyik fontos eleme a pontos hőmérsékletmérés és ez által a percenkénti 1 °C felfűtési sebesség biztosítása. Mivel az alkalmazott számítógép egymagú processzort tartalmaz, ezért nem tud paralel, több szálon szimultán futó folyamatokat kezelni, ezért a program csak egy hibaüzenetet ad, hogyha túl nagy a felfűtési sebesség. Az újabb verziójú PC-k már ezt a problémát kezelni tudják, ezért opcionálisan megoldható a pontos felfűtési sebesség szabályozása, ennek lehetősége kiépített. A felhasználás során az is előfordulhat, hogy hűteni kell a légtermosztátot a pontos felfűtés érdekében, ehhez egy mágnes-szeleppel vezérelt hálózati levegő beömlőnyílás van a légtermosztáton és ennek vezérlése szintén kiépített.

A program elvégzi az adatgyűjtést a két hőmérőről, a frekvencia analizátorról és eltárolja a kapott adatokat az eredeti Zplot file-ba és ASCII kódú szövegként egyaránt. (Így nem okoz gondot a későbbi értékelésnél egyszerűen MS Excel-ben az értékelés.)

A készülék kezelőpanelja úgy lett megalkotva, hogy az egyszerű és átlátható legyen, bárki, aki odaül méréseket végezni, egyértelműen tudja kezelni a virtuális műszert. A megalkotott virtuális műszer a mérésről on-line megjelenítéssel spektrum-képet ad. A megalkotott termodielektromos spektroszkóp használata egyszerű, mint virtuális műszerrel való mérés csak felügyeletet kíván, közvetlen beavatkozást a mérés folyamán nem. Egyedül a mintákat kell megfelelően előkészíteni és behelyezni a légtermosztátban lévő mérőcellába.

A megjelenített termodielektromos spektrumon a frekvencia tengely értékei nem valós frekvenciaértékek, hanem a mérőfrekvencia sorszáma. Erre ábrázolástechnikai problémák

48 miatt volt szükség, de a mentett adatok helyesen, frekvenciaértékekkel kerülnek mentésre. A III.2.2. ábrán a LabVIEW-ban megírt alkalmazás a VI kezelőpanele (front panel) látható.

III.2.2. ábra. A termodielektromos spektroszkóp VI kezelő panelja

A III.2.3. ábrán bemutatott huzalozási diagram egyszerű és átlátható a fejlesztőrendszer hierarchikus felépítése miatt. A bonyolult kapcsolásokat egy-egy ikon jelöli, mely tovább tartalmaz szintén egy blokk diagrammot és egy front panelt.

III.2.3. ábra. A termodielektromos spektroszkóp VI blokk diagramja

49

III.3. A készülék kalibrációja, fejlesztése

Kalibráció

A megbízható mérés érdekében a szenzorok és a méréstechnika paramétereinek kiválasztására, kalibrálására és fejlesztésére folyamatosan szükség van.

A Pt100 ellenállás hőmérő és a K-típusú hőelem jelkondicionálókon keresztül kapcsolódnak a DAQ kártyához. Megvizsgáltam ezeknek az egységeknek a válaszjelét a mérés hőmérséklettartományában (20 – 200 °C).

Az egységek kimenő jelét egy 0,1 °C pontosságú higanyos hőmérőre kalibráltam. A kalibráció eredményét a III.3.1. ábrán mutatom be. Mint az ábrán látható a mért pontok jól illeszkednek egy egyenesre, tehát a jelkondícionálókban megoldották az érzékelők linearizálását, így ezzel a vezérlőszoftverben már nem kell foglalkozni.

Pt100 ellenállás hőmérő

III.3.1. ábra. Hőmérők kalibráló görbéi

A hőmérők kalibrálása után meghatároztam a méréshez az optimális fűtőteljesítményt, hogy a mérés ne húzódjon el túlságosan hosszú ideig. A III.3.2. ábrán a légtér és a mérőkondenzátor hőmérsékletváltozását mutatom be 90 percig tartó fűtés során, különböző fűtőteljesítményeken.

50 A rövid mérési idő biztosítására a nagyobb fűtőteljesítmény alkalmasabb, de mivel a percenkénti 1 °C felfűtési sebesség a cél, a nagy fűtőteljesítmény csak magasabb hőmérsékleteken alkalmas, míg alacsony hőmérsékleten az alacsony fűtőteljesítményt kellene használni.

III.3.2. ábra. A légtermosztát felfűtési görbéi

A méréshez a továbbiakban egy lineáris felfűtést alkalmaztam, amit a fűtőteljesítmény folyamatos változtatásával értem el. Ugyanakkor azt is biztosítani kellett, hogy ne legyen túl nagy hőmérsékletkülönbség a mérőcella és a légtermosztát légtere között. Ezt a felfűtési idő hosszabbításával lehet elérni.

Egy kapacitív műcellán próbaméréseket végeztem a frekvencia analizátorral a mérési paraméterek kiválasztására 100-200-500-1000-1500 mV mérőfeszültséggel és 5-10-20-50 sec integrálási idővel. Az eredményeket ugyanazon a diagramon ábrázoltam (III.3.3. ábra) így az instabilitások jól látszanak.

51

1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07

1 10 100 1000 10000 100000

lg ω (Hz) lg|Z|

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

−θ

III.3.3. ábra. Az impedancia spektrumok Bode-diagramja (1 Hz – 100 kHz)

Az alacsony frekvenciás részen – 10 Hz alatt – látható instabilitás. Ezek a zavarok a 100 mV feszültséggel, 5 sec integrálási idővel felvett görbén vannak. A zavarok 200 mV mérőfeszültségen és 10 sec integrálási időnél teljesen eltűnnek, ezért ezt az értéket választottam a méréshez. A mérés stabilitása azért is garantált ebben az esetben, mert a kapacitív tulajdonságokra a magas frekvenciás rész a jellemző, ott pedig semmiféle zavar nem látható egyik mérési görbén sem.

Fázisszög (-)

52