A. Purczyński

Badania modelowe zestyków

1. Zakres tematyczny

  • budowa interfejsu pomiarowego do badań układów stykowych;
  • rezystancja zestykowa w funkcji siły docisku;
  • wpływ materiału i kształtu powierzchni na parametry zestyku;
  • analiza modelu probabilistycznego zestyku.

2. Cel ćwiczenia:

  1. Poznanie budowy interfejsu pomiarowego.
  2. Zapoznanie się z zasadą działania interfejsu.
  3. Oprogramowanie interfejsu.
  4. Wykonanie badań układów stykowych z automatyczną rejestracją pomiarów.

3. Zakres ćwiczenia:

  1. Wykonanie testów rejestracji pomiarów.
  2. Przeprowadzenie pomiarów na danym układzie zestykowym.
  3. Opracowanie wyników badań.
  4. Sprawozdanie z badań i analizy wyników.

4. Wprowadzenie

Schemat układu badawczego przedstawia rysunek VIII_12.1. Multimetr przedstawia informacje mierzone na 32 liniach danych. Oprócz cyfr z pola odczytu są to informacje o znaku wartości mierzonej, położeniu przecinka i mnożniku zakresu. Komputer PC pozwala na odczytanie przez standardowy port równoległy tylko 5 linii danych.


Rys. 1. Przepływ danych w układzie badawczym

Poza pięcioma liniami wejściowymi port równoległy ma 12 linii wyjściowych, które można programowo ustawiać. Zadaniem interfejsu jest w tej sytuacji zwielokrotnienie liczby możliwych do odczytania danych. Problem odczytu 32 linii danych za pomocą 5 linii wejściowych został rozwiązany za pomocą zespołu czterech multiplekserów.

Interfejs zbudowano z pięciu układów scalonych TTL. Łącze równoległe komputera obsługuje także sygnały wejściowe i wyjściowe w standardzie TTL. W tym standardzie jest również są również wykonane łącza multimetru cyfrowego. Wymaga to zasilania stabilizowanym napięciem 5 V (5%. Prąd pobierany przez interfejs ma wartość ok. 120 mA. Napięcie zasilające VCC=+5 V jest doprowadzone z linii 22 i 23 gniazda I1 do 24 nóżki każdego z czterech układów typu 74150 i 14 nóżki układu typu 74LSO4 (rys. 2).


Rys. 2. Schemat ideowy interfejsu

Kondensatory C1 i C2 służą do odfiltrowania zakłóceń napięcia zasilającego interfejs. Masa jest doprowadzona z linii 29,30 i 32 gniazda I1 do 12 nóżki każdego z układów 74150 i do nóżki 7 układu 74LSO4. Interfejs jest podłączony z jednej strony do miernika G-1211.010 za pomocą dwóch złączy 38 stykowych oznaczonych I1 i I2, a z drugiej strony do komputera przez 25 stykowe złącze typu Centronix.

Przez złącze I1 są doprowadzone sygnały wyjściowe cyfr z multimetru, masa układu i napięcie zasilające interfejs +5 V, pochodzące z zasilacza stabilizowanego zasilającego część cyfrową multimetru.

Przez złącze I2 wyprowadzone są sygnały informujące o położeniu przecinka, zakresie pomiarowym i znaku napięcia mierzonego.

Wszystkie sygnały wyjściowe multimetru są podłączone do wejść danych w czterech multiplekserach 74150. Układy te spełniają funkcje komutatora programowanego.

Multiplekser stanowi sieć logiczną realizującą przepływ sygnałów z jednego z wejść na wyjście. Przepływ sygnałów z każdego wejścia można zablokować po przyłożeniu odpowiedniego napięcia sygnału logicznego na wejściu strobowania. Układy scalone 74150 mają 16 wejść danych oznaczonych od E0 do E15, cztery wejścia adresowe oznaczone literami A, B, C, D, jedno wejście strobowania - oznaczone literą G oraz jedno wyjście danych, oznaczone literą W. Wybrane wejście jest określone przez poziomy logiczne na wejściach adresowanych w kodzie dwójkowym. Sygnał W na wyjściu jest zanegowanym stanem aktualnie wybranego - wg adresu, wejścia.

Przepływ sygnałów z wejść na wyjście może być zablokowany przyłożeniem wysokiego poziomu napięcia sygnału na wejście G. W wykorzystywanym w ćwiczeniu interfejsie nie jest to wykorzystywane i do wejścia strobowania stale jest przyłożony niski stan logiczny, uzyskany przez zwarcie wejść strobujących do masy.

Do wejść adresowych multiplekserów, poprzez bufory, wykonane na czterech negatorach układu UCY 74LSO4, są doprowadzone sygnały do portu równoległego komputera. Wejścia adresowe multiplekserów są podłączone do czterech wyjść portu równoległego poprzez zestaw negatorów U5A, U5B, U5D i U5F, zastosowany w celu zmniejszenia obciążenia liniii wyjściowych portu komputera. Wyjścia te odpowiadają czterem najbardziej znaczącym bitom rejestru bazowego portu centronix. Do odczytu danych wykorzystano 4 z 5 linii wejściowych oraz 4 z 12 linii wyjściowych złącza równoległego komputera. Było to podyktowane reprezentacją danych na wyjściu multimetru w kodzie BCD (dwójkowo-dziesiętnym), w którym wykorzystuje się cztery linie dla kazdej z cyfr i eliminuje konieczność składania cyfr z poszczególnych bitów. Każdy z multiplekserów transmituje jedną linię danych z aktualnie wskazanego adresem wejścia. Znacznie upraszcza to procedury odczytujące w programie obsługującym interfejs.

Wyjścia danych z multiplekserów są podłączone do wejść portu równoległego wg schematu:

U1 - 13
U2 - 12
U3 - 10
U4 - negator USC-11

Zastosowanie negatora jest konieczne, gdyż linia danych jest zanegowana wewnątrz portu równoległego. Stan wyjść multiplekserów można odczytać z drugiego rejestru portu równoległego. Wykorzystywane są tam cztery najbardziej znaczące bity.

5. Oprogramowanie

Program obsługujący interfejs (INFS_PRG) napisany jest w Turbo Pascalu. Służy on wyłącznie do rejestracji pomiarów. Dane są przekazywane z multimetru do komputera przez port równoległy. Identyfikacją portów równoległych zainstalowanych w systemie zajmuje się procedura oparta na programie przedstawionym na przykładowym wydruku:

program Adresy_interfejsow_rownoleglych;
var
	i, n:	integer;
	adr:	string[16];

function hex(x, lpoz: integer):string;
	const  
CyfHex: array[0..15] of char='0123456789ABCDF';
var
	h: string;
	k: integer;
begin
	h:='';
	for k:=1 to lpoz do
		begin
			h:=CyfHex[x mod 16]+h;
			x:=x div 16;
		end;
		hex:=h;
end; {function HEX}

BEGIN
	writeln('Adresy portów równoległych:');
	for i:=0 to 3 do
		begin
			adr:='                ';   {16 odstępów}
			n:=i+1;
			adr:=hex(memW[$40:8+2*i],3)+'h';
			if adr='000h' then adr:='Niezainstalowany';
			writeln('LPT',n:0,' = ',adr);
		end; {FOR}
END.

W końcowej fazie opracowania znajduje się wersja oprogramowania przeznaczona dla systemów WINDOWS 9x, NT, 2000, XP.

6. Sposób wykonania pomiarów

Pomiary mogą być wykonane na trzy sposoby:

  1. Wielkość skorelowana zależna jest zmieniana ze stałym krokiem (np. badania charakterystyki zmian rezystancji zestykowej w funkcji siły docisku).
  2. Wielkość skorelowana zależna jest zmieniana z różnym krokiem (program umożliwia wtedy wpisanie odpowiednich wartości).
  3. Badania rozproszenia (rozkładu) wartości mierzonej przy zachowaniu pełnej kontroli warunków (np. pomiary rezystancji zestykowej przy ustalonej sile docisku).


Rys. 3. Stanowisko do badań

Badane są zestyki punktowe, liniowe i płaszczyznowe, wykonane z miedzi, żelaza, aluminium i mosiądzu.

7. Materiały pomocnicze i uwagi końcowe

Otrzymane wyniki należy opracować statystycznie, przenosząc je do odpowiednich programów np. arkusza kalkulacyjnego. Jest to ułatwione przez tekstowy sposób zapisu wyników w plikach tworzonych w programie INFS_PRG. Do sprawdzenia przyjętego modelu rozkładu pomierzonych wartości mogą być przydatne siatki funkcyjne.

Siatki rozkładów do wykorzystania przy opracowaniu wyników
Siatka rozkładu logarytmicznie normalnego Siatka rozkładu normalnego Siatka rozkładu Weibulla Siatka rozkładu wykładniczego

Sposób posługiwania się siatkami rozkładów do opracowania wyników badań pokazano w [1, 2, 3].

Literatura

  1. Praca zbiorowa: Laboratorium aparatów elektrycznych, skrypt PP nr 1294, ss185 - 211
  2. Sz. Firkowicz: Statystyczne badanie wyrobów, WNT Warszawa 1970
  3. J. Maksymiuk: Niezawodność maszyn i urządzeń elektrycznych, Ofic. Wyd. Pol. Warsz. 2003