Adatgy˝ ujt˝o ´es adatfeldolgoz´o rendszer

Az adatgy˝ujt´est sz´am´ıt´og´ep vez´erli. A DTA berendez´esb˝ol kil´ep˝o fesz¨ults´egek egy csa-tornav´alt´o (un. multiplexer) bemenet´ere ker¨ulnek, ahonnan a sz´am´ıt´og´ep ´altal vez´erelt sorrendben, egym´as ut´an, egy digit´alis voltm´er˝o m´eri meg az ´ert´ek¨uket. A multiplexer, a bemenet´ere jut´o fesz¨ults´eget n´eh´any tized mikrovoltn´al kisebb zajjal tov´abb´ıtja a di-git´alis voltm´er˝oh¨oz, ´es ez kicsi hib´anak sz´am´ıt. A multiplexer l´eptet´es´et, a didi-git´alis

DVM M jég elektronika

I f t

ellenállás h mér

réz, vagy alu. tömb f t test

ki be

burkolat T (ponthegesztés)

H vezet paszta

7.11. ´abra. M˝uj´eg referencia

voltm´er˝o m´er´esi rendj´enek vez´erl´es´et, ´es az adatok ´atv´etel´et, a sz´am´ıt´og´epbe helyezett szabv´anyos, un. IEEE-488 interfacefel¨ugyeli. Az adatok feldolgoz´as´at, megjelen´ıt´es´et ´es t´arol´as´at a C : \DTA\dta.exe nev˝u program v´egzi. Az adatokat aC :\ADATOK nev˝u katal´ogusba lehet elmenteni. A m´er´esek eredm´eny´et ´abr´an jelen´ıtj¨uk meg. Az ´abr´akat kinyomtathatjuk a sz´am´ıt´og´ephez csatlakoztatott nyomtat´oval.

7.4. A m´ er´ es menete

A feladatok elv´egz´ese sor´an az al´abbi m´er´esi l´ep´eseket kell v´egrehajtani:

1. El˝ok´esz´ıt´es

A v´ızh˝ut´est a laborvezet˝o ind´ıtja el! A laborvezet˝ovel egy¨utt kapcsoljuk be az

¨osszes k´esz¨ul´eket: a m˝uj´eg t´apfesz¨ults´eg´et, h˝ofokszab´alyz´ot, digit´alis voltm´er˝ot, a csatornav´alt´ot, ´es a sz´am´ıt´og´epet! Figyelj¨unk arra, hogy a k´alyhaszab´alyz´o f˝u-t´eskapcsol´oja m´eg ne legyen felkapcsolva! Ha a szab´alyz´on a program ´all´asa 0

oC-n´al nagyobb ´ert´eket mutat, akkor a hat´arh˝om´ers´eklet helipotj´at csavarjuk a

0-as ´ert´ekre, ´es a sebess´eg kapcsol´ot leggyorsabb ´all´0-asba ´all´ıtva, kapcsoljuk a m´od kapcsol´ot h˝ul ´all´asba! Ekkor a be´ep´ıtett l´eptet˝omotor a program helipotj´at 0-as

´ert´ekre tekeri. Ekkor ´all´ıtsuk a m´od kapcsol´ot ´alland´o ´all´asba. A program-´all´as helipotj´at egy bels˝o motor mozgatja, ez´ert azt k´ezzel soha ne ´all´ıtsuk!

M´erj¨uk meg a minta t¨omeg´et, ´es helyezz¨uk a mintatart´oba!

Ind´ıtsuk el a sz´am´ıt´og´epen, m´er˝ohelyt˝ol f¨ugg˝oen, a (D)TA41, vagy a (D)TA42 nev˝u programot. A programban a n´ev megad´as´at k¨ovet˝oen a M´er´es men¨upontot v´alasztjuk, ahol a m´er´esi eredm´enyek felrajzol´as´ahoz meg kell adnunk a tengelyek l´ept´ek´et. Indul´askor v´alasszuk a k¨ovetkez˝o ´ert´ekeket. Az x tengely (id˝o) kezd˝o ´es v´eg´ert´eke legyen 0´es30 perc. A baloldaliytengely (ez a ∆T =T−Tk h˝om´ers´eklet k¨ul¨onbs´eg) kezd˝o ´es v´eg´ert´eke legyen -20 ^oC ´es +20 ^oC. A jobboldali y tengely (h˝om´ers´eklet) kezd˝o ´es v´eg´ert´eke legyen0´es400 ^oC Az adat´abr´azol´as param´etere-inek elfogad´asa ut´an az Ind´ıt´asgomb megnyom´as´aval a m´er´es elindul, az ´abr´azol´as

´es adatgy˝ujt´es ind´ıt´as´ahoz azonban m´eg az Igen gomb megnyom´asa is sz¨uks´eges.

2. Gyors felf˝ut´es

Most elkezdhetj¨uk a minta olvad´asi g¨orb´ej´enek gyors m´er´es´et! Az els˝o felf˝ut´esre az´ert van sz¨uks´eg, hogy a minta megolvadva sz´etter¨ulj¨on a mintatart´o lapj´an ´es ezzel a mintatart´o ´es a minta k¨oz¨otti lehet˝o legjobb h˝okontaktus alakuljon ki. Ezt az els˝o gyors felf˝ut´est minden minta eset´en el kell v´egezni, amelyet egy´uttal t´aj´e-koztat´o jelleg˝u m´er´esnek is tekinthet¨unk, amelyb˝ol hozz´avet˝olegesen meghat´aroz-hatjuk a f´azis´atalakul´as param´etereit. A termoelemek ´altal szolg´altatott adatokb´ol a program a mintatart´o, a k´alyha ´es a kett˝o k¨ul¨onbs´eg´enek ^oC-ban sz´am´ıtott ´ert´e-k´et adja meg. ´All´ıtsunk be a k´alyhaszab´alyz´on a hat´argombbal 400^oC-ot, hacsak a laborvezet˝o nem javasol m´as ´ert´eket. A f˝ut´esi sebess´eget 10 ^oC/perc-re ´all´ıtsuk!

A programban a v´arakoz´asi id˝o (ez az egyes m´er´esek k¨oz¨ott eltelt id˝ot jelenti) le-gyen 3 sec. Ek¨ozben a termoelem referenciapontj´anak (m˝uj´eg) h˝om´ers´eklete el´eri az egyens´ulyi h˝om´ers´eklet´et, amit az jelez, hogy a piros jelz˝ol´ampa kialszik. Ha ez megt¨ort´ent, akkor a k´alyhaszab´alyz´on a f˝ut´es kapcsol´ot kapcsoljuk be, ´es a m´od kapcsol´ot´all´ıtsukf˝ut´all´asba. Ezzel elind´ıtottuk a szab´alyozott f˝ut´esi folyamatot. A felf˝ut´es k¨ozben figyelj¨uk meg, hogy a sz´am´ıt´og´ep k´eperny˝oj´en hogyan jelennek meg az adatok! Ha sz¨uks´eges menet k¨ozben is v´altoztathatunk az ´abr´azol´as param´ete-rein. Ha a f´azis´atalakul´as teljesen lezajlott, vagyis a T(t) f¨uggv´eny ism´et line´aris, a ∆T(t) f¨uggv´eny k¨ozel ´alland´o, akkor a k´alyhaszab´alyz´on a h˝om´ers´ekletet ´alland´o

´ert´eken tart´o ´alland´ouzemm´odot ´all´ıtsuk be! Ments¨uk el a m´er´esi adatokat.¨ 3. Lass´u h˝ut´es

All´ıtsunk a k´alyhaszab´alyz´on´ 5 ^oC/perc sebess´eget! A programhat´art ´all´ıtsuk 50

oC-ra! A k´alyhaszab´alyz´on am´od kapcsol´ot´all´ıtsukh˝ul´all´asba, ekkor elindul a sza-b´alyozott h˝ul´es. Az ´ıgy be´all´ıtott param´eterek biztos´ıtj´ak, hogy a f´azis´atalakul´as

el´er´ese el˝ott a k´alyha h˝om´ers´eklete line´arisan v´altozzon, s ekkorra m´ar a minta-tart´o h˝om´ers´ekletv´altoz´asa is line´aris legyen! Erre az´ert van sz¨uks´eg, mert a m´er´es ki´ert´ekel´es´et ezen felt´etelek teljes¨ul´ese eset´en tudjuk csak elv´egezni, hiszen a hasz-n´alt kifejez´eseket ilyen felt´etelez´essel sz´am´ıtottuk ki. Ha a f´azis´atalakul´as teljesen v´egbement, ´all´ıtsuk a k´alyhaszab´alyz´on a m´od kapcsol´ot ´alland´o helyzetbe, ekkor nem h˝ul tov´abb a k´alyha. Ments¨uk el a m´er´esi adatokat.

4. Lass´u f˝ut´es

Ha a minta is el´erte a k´alyha h˝om´ers´eklet´et, azaz be´allt a rendszerben a h˝om´ers´ek-leti egyens´uly, elkezdhetj¨uk a f˝ut´esi g¨orbe m´er´es´et. ´All´ıtsuk a hat´art jelz˝ohelipotot az olvad´aspont f¨ol´e 80 ^oC-kal! A f˝ut´esi sebess´eg legyen 5 ^oC/perc. A k´alyhasza-b´alyz´on a m´od kapcsol´ot ´all´ıtsuk f˝ut ´all´asba, ekkor elindul a szab´alyozott f˝ut´es.

Ha a f´azis´atalakul´as teljesen lezajlott, akkor a k´alyhaszab´alyz´ot ´all´ıtsuk ´alland´o uzemm´odba! Ments¨uk el a m´er´esi adatokat.¨

10 15 20 25

-10 -5

256.9 C

Tm

(t)-Tk

(t)

t(min)

250 300

T m

(t) T

k (t)

T(C)

7.12. ´abra. Egy val´odi minta felf˝ut´es sor´an m´ert g¨orb´ei

5. Visszah˝ut´es

All´ıtsuk le a m´er˝oprogramot. A´ programhat´art ´all´ıtsuk 0 ^oC-ra ´es h˝uts¨uk le a rendszert 10 ^oC/perc-cel.

Megjegyezz¨uk, hogy a laborvezet˝o a fentiekt˝ol elt´er˝o h˝okezel´esi sort is el˝o´ırhat.

A m´er´esvez´erl˝o program olyan, hogy k¨oz¨os ´abr´ara rajzolja a k´alyhaTk, a mintaTm ´es a k¨ul¨onbs´egi h˝om´ers´ekletTm−Tkv´altoz´as´at az id˝o f¨uggv´eny´eben. P´eldak´ent, a7.12. ´abra egy felf˝ut´esi g¨orb´et mutat ilyen ´abr´azol´asban. A 7.13 ´abr´an ugyanennek a mint´anak a leh˝ul´esi g¨orb´eje l´athat´o.

7.13. ´abra. Egy val´odi minta h˝ul´es sor´an m´ert g¨orb´ei

7.5. Elm´ elet

Fel´ırjuk a minta ´es a mintatart´o h˝om´ers´eklet-v´altoz´as´at le´ır´o differenci´alegyenleteket.

A minta Tm(t) h˝om´ers´eklete az´ert v´altozik, mert a mintatart´ob´ol h˝ot vesz fel, vagy a mintatart´onak h˝ot ad ´at, valamint a f´azis´atalakul´as alatt a mint´ab´ol h˝o szabadul fel, vagy a mint´aban h˝o nyel˝odik el.

wdTm

dt = dHm

dt −k (Tm−T). (7.6)

Itt T(t) a mintatart´o h˝om´ers´eklet´et, Qf(t) pedig az a minta f´azis´atalakul´asi h˝oj´et jel¨oli.

A mintatart´oT(t) h˝om´ers´eklet´et a mint´aval ´es a k¨ornyezettel fenn´all´o h˝ocsere hat´a-rozza meg:

vdT

dt =−k(T −T_m)−h (T −T_k). (7.7) Itt Tk(t) a mintatart´ot k¨or¨ulvev˝o t¨ombnek, azaz a k¨ornyezetnek a h˝om´ers´eklete, k a mintatart´o ´es a minta, h pedig a mintatart´o ´es a k¨ornyezet k¨oz¨otti h˝o´atad´asi t´enyez˝ok.