4. 1 Automaten 1 Het eerste onderdeel is de snelheidsmeter, deze meet de snelheid van het voertuig. Als deze te hoog is geeft hij een signaal af naar de foto­camera. De fotocamera is het tweede onderdeel, deze fotografeert het voertuig



Dovnload 105.18 Kb.
Datum17.08.2016
Grootte105.18 Kb.

Hoofdstuk 4 Meten en regelen

■■

4 Meten en regelen

■■

4.1 Automaten

1 Het eerste onderdeel is de snelheidsmeter, deze meet de snelheid van het voertuig. Als deze te hoog is geeft hij een signaal af naar de foto­camera.
De fotocamera is het tweede onderdeel, deze fotografeert het voertuig. Aan de hand van het kenteken kan de politie de bestuurder een bekeuring geven.

2 1 Als voorbeeld nemen we de automatische buitenverlichting.

1. Een lichtsensor meet de hoeveelheid licht, dit is het waarnemen.

2. De hoeveelheid licht wordt vergeleken met een ingestelde waarde, dit is het verwerken.

3. Als de hoeveelheid licht te klein is dan gaat er een signaal naar de schakelaar van de buitenverlichting, deze gaat aan, dit is het uitvoeren.


2 De actuator (uitvoerder) bestaat uit het schakelgedeelte dat de buitenverlichting aandoet.
3 Bij een stuursysteem ontstaat na waarneming en verwerking een actie, bijvoorbeeld een
licht- of geluidssignaal.
Bij een regelsysteem beïnvloedt de actie de waarneming, er is sprake van terugkoppeling.

Een voorbeeld is de centrale verwarming.

De thermostaat meet de temperatuur. Is de temperatuur te laag, dan slaat de ketel aan en wordt het warmer in huis. Door de actie (ketel aan) wordt de waarneming (temperatuurmeting) dus beïnvloed.
4 i-Puls
5 1 Je spieren trekken samen.
2 Een automatisch proces bestaat uit de volgende drie stappen: Waarnemen, verwerken en uitvoeren.
3 Waarnemen: warmtegevoelige sensoren in de huid.
Verwerken: Het signaal van de huidsensoren wordt door zenuwen naar het ruggenmerg en de hersenen gestuurd. Deze vergelijken het signaal met bekende, veilige waarden.
Uitvoeren: Als het signaal boven een ingestelde waarde komt, dan wordt een signaal naar de spieren gestuurd, deze trekken dan samen.

4 Het blokschema ziet er als volgt uit:

6 1 Een sensor om te controleren of je er genoeg geld euro hebt ingegooid en een sensor die het nummer registreert.


2 Een sensor die het gewicht en de maat van de munt controleert en een sensor die op de drukknoppen reageert.
3 Deze zorgt ervoor dat de favoriete reep naar buiten komt.
4 Het blokschema ziet er als volgt uit:

7 1 Dit is een regelsysteem omdat er terugkoppeling plaatsvindt. Als de temperatuur te hoog wordt schakelt de koelkast in, als de temperatuur te laag wordt dan schakelt de koelkast uit.


2 Tot op een halve graad kan de temperatuur worden ingesteld, dus de temperatuur kan fluctueren tussen 7,5 °C en 8,5 °C.
3 Het blokschema ziet er als volgt uit:

8 pulsje


9 1 Een afstandbediening is een stuursysteem. Als je een knopje indrukt dan volgt er een actie maar geen terugkoppeling.
2 Een elektronische koortsthermometer is een meetsysteem. Er wordt alleen maar gemeten.
3 Een inbraakalarm is een stuursysteem, op een signaal van een sensor volgt een actie. Er gaat bijvoorbeeld een sirene loeien en lampen gaan knipperen.
10 1 De sensor in je oog is het netvlies, dit signaleert het licht.
2 Dit is een regelsysteem, de hoeveelheid licht die op het netvlies valt wordt automatisch bijgeregeld.
Bij weinig licht wordt de pupil groter, bij meer licht wordt hij kleiner.

11 1 Dit is een stuursysteem want er volgt een actie op het signaal van de klok: de wekker gaat af. Er vindt geen terugkoppeling plaats.
2


121 Een rookmelder is een stuursysteem want er volgt een actie op het signaal van de sensor. Er vindt geen terugkoppeling plaats.
2 Je zou bij teveel rook automatisch kunnen laten blussen. Dit is terugkoppeling.
13 1 Deze regelautomaat kan je vergelijken met de centrale verwarming.
2 Er zal een temperatuursensor nodig zijn.
3 De actuator is het verwarmingselement.
4 Dit is een regelsysteem want er vindt terugkoppeling plaats.
14 1 Achtereenvolgens:
Tekstbord:stuursysteem,
Flitspaal: stuursysteem en
Drempelautomaat: regelsysteem.
Deze laatste omdat door het verhogen van de drempel de snelheid van het verkeer wordt verminderd.
2 Motorrijders kunnen door dit systeem vallen. Daarom is het voor hen gevaarlijk als de hoogte alleen op automobilisten is afgesteld.

■■

4.2 Meten met computers

15 1 Nee, hoewel leugendetectors wel een aanwijzing kunnen geven is er nooit een hard bewijs voor de schuld van de verdachte.
Bij de vraag of ze schuldig zijn aan een misdrijf zal de ene verdachte zweten, z’n bloeddruk zal stijgen en de hartslag zal toenemen. Een andere verdachte zal hier veel minder last van hebben.

2 Er is ook een verband tussen de huidtemperatuur, de vochtigheid van de huid, de bloeddruk en de hartslag. Een toename van de vochtigheid van de huid bijvoorbeeld hoeft namelijk niet altijd te wijzen op een toename van stress. De oorzaak kan ook zijn dat het in de kamer warmer is geworden.
16 Je hebt nodig: een sensor, de juiste software en een interface.
17 Het is een continu signaal omdat het signaal alle waarden moet kunnen aannemen tussen bepaalde grenzen.
Je wilt immers alle verschillende geluidssterktes kunnen horen en niet alleen zacht en hard.

18 1010binair = 10decimaal. Je kunt dat als volgt berekenen:



binair

1

0

1

0

decimaal

8

4

2

1

De bovenste rij geeft de binaire waarde aan.
De onderste rij de overeenkomstige decimale waarde.
20 = 1, 21 = 2, 22 = 4, 23 = 8
Je kan nu aflezen dat
1010binair gelijk is aan
2  +  8 = 10 in het decimale stelsel.
19 1 Een 8-bits AD-omzetter kan een spanning verdelen in 28 = 256 stappen.

8 bits kunnen een getal bevatten van 0000 0000binair = 0 tot en met 1111 1111binair = 255, dat zijn 256 getallen.
Als je
5 V deelt door 256 dan krijg je ongeveer 0,020 V.
2 Bij een AD-omzetter met meer bits is het aantal stappen groter en is de stapgrootte kleiner. Je zegt dan ook wel dat de resolutie groter is geworden. Het bereik van 5 V wordt dan opgedeeld in een groter aantal stapjes.
20 1 1. Je kunt de computer lange tijd laten meten zonder dat je er zelf bij bent.

2. Je kunt snelle metingen doen die anders niet mogelijk waren.


3. De metingen staan netjes geordend in de computer.
4. Je kunt de metingen direct met de computer verwerken, zoals het tekenen van een grafiek.
2 Metingen op plaatsen waar mensen niet of moeilijk kunnen komen: in de ruimte, op de zeebodem, in het binnenste van een kernreactor. Metingen die zo snel moeten gebeuren of zo lang duren dat ze onmogelijk door mensen gedaan kunnen worden.
21 1 100b = 22 = 4
2 111 001b = 20 + 23 + 24 + 25 = 1 + 8 + 16 + 32 = 57
3 1 000 000b = 26 = 64 Zitten er op jouw rekenmachine binaire getallen?
22 1 2 = 21 = 10b
2 34 = 32 + 2 = 25 + 21 = 100 010b
3 184 = 128 + 32 + 16 + 8 = 10 111 000b
23 i-Puls
24 1 Je kan maximaal 1111 1111 1111b = 212 - 1 = 4095 auto’s tellen.
Truc: 1111 1111 1111 + 1 = 1 0000 0000 0000 en dit is 2
12. Dus is 1111 1111 1111b = 212-1.
2 1000 = 0011 1110 1000b , als een cijfer van dit getal één is dan brandt die LED.
c 14 bits
214 = 16384 is groter dan 10000
2
13 = 8192 is kleiner dan 10000
25 pulsje
26 practicum
27 Als de AD-omzetter het getal N aangeeft, betekent dat dat je tussen stap N en N+1 zit.
Als de stapgrootte bijvoorbeeld 1,0 V wordt de volgende stap pas gezet wanneer de spanning met 1,0 V is gestegen. Is de spanning bij een bepaalde stap N bijvoorbeeld 87,0 V dan geldt die stap N ook voor 87,9 V. Pas bij 88,0 V wordt de stap één opgehoogd: N+1
.
28 1 Het aantal stappen van een 8-bits omzetter is 28 = 256. De resolutie is = 0,0059 V.
2 Één stapje komt overeen met 1,5/256 = 0,0059 V
0,846/0,0059 = 144,384. Je zit dus tussen 144 en 145. Afronden naar beneden geeft het getal 144.
Deze waarde binair 144 = 1001 0000
b.
3 Het aantal stappen moet dan minstens 2500 zijn.
De AD-omzetter moet dan minimaal 12-bits zijn, immers 2
12 = 4096 en 211 = 2048.
4 De verhouding van de spanningen = verhouding getallen.
226,1/250,0 = 0,9044, dit getal vermenigvuldigd met 4096 geeft: 0,9044
 × 4096 = 3704,4224, afgerond naar beneden is dat 3704.

Binair is dit: 3704 = 1110 0111 1000b.


29 Een 4-bits AD-omzetter heeft een resolutie van
2
4 = 16 stapjes. Dus 12 V wordt verdeeld in 16 stapjes. 12 V/16 = 0,75 V.
30 De resolutie is 5 V/16 = 0,3125 V.
3,2/5 = 0,64
0,64 × 16 = 10,24 afgerond 10
3,3/5 = 0,66
0,66 × 16 = 10,56 afgerond 10
Het is dus niet mogelijk onderscheid te maken tussen deze twee spanningen.


■■

4.3 IJken

31 Omdat de maat in de eenheid el werd gemeten en vrouwen in het algemeen kortere armen hebben. De hoeveelheid stof die je verkocht was dan minder.
32 Een sensor zet een waarde van een fysische grootheid (bijvoorbeeld temperatuur) om in een spanning. IJken zorgt ervoor dat de juiste spanning wordt gekoppeld aan de juiste waarde van de grootheid.

33 Omdat het bij een koortsthermometer belangrijk is om tot op 0,1 °C nauwkeurig te kunnen meten. Bij een oventhermometer is dat niet belangrijk.
34 1 Je bepaalt de helling (van een raaklijn aan) de ijkgrafiek. Je krijgt dan de spanningsverandering per eenheid van de gemeten grootheid.
2 Je kunt dat zien omdat de grafiek niet over het hele gebied een rechte lijn is.
35 1 Om er voor te zorgen dat de consument (of de verkoper) niet benadeeld wordt.

2 Je legt een standaardgewicht op de weegschaal, controleert het gewicht en corrigeert de aanwijzing van de weegschaal zonodig.
Je kunt dit doen voor kleine en grote gewichten.

36 1 Je moet minstens twee metingen uitvoeren om een goede ijkgrafiek te maken.

Liever drie, ter controle.
2 Dat is de spanningsverandering per graad Celsius.
Hier is dat
2 V/40 °C = 0,05 V/°C.
3 Deze sensor is niet geschikt als oventhermometer omdat hij maar kan meten tot 100 °C. De oven in de keuken kan tot circa 250 °C worden verhit.
De sensor is wel geschikt voor een koortsthermometer, want je kunt een verschil van 0,1
°C meten (5 mV is makkelijk te meten).
37 1


2 Bij een windsnelheid van 7,5 m/s is de afgegeven spanning 2,3 V.
0,375 is de gevoeligheid; zie vraag c.
3 De gevoeligheid van de sensor is

3,0 V/8 m/s = 0,375 V/(m/s) = 0,4 V/(m/s).


38 practicum
39 practicum
40 1 De gevoeligheid van de sensor is:





2

(Eigenlijk niet lineair maar exponentieel dalend.)
3 25 °C in 0,9 V komt overeen met 139 °C in 5 V. 139 °C in 16 stappen (4-bits) geeft 8,7 °C per stap.
4 De computer tekent de grafiek in hoogstens 4 trapjes.


(Zie a: toenemende tijdsduur per stap.)
41 1 Het bereik is van -50 °C tot 125 °C.
2 Het lineaire gedeelte ligt tussen 0 en 75 °C.
3 De gevoeligheid is:
4 De spanning wordt verdeeld in 24 = 16 stapjes.

5 Het decimale getal is: afgerond naar beneden is dat 9. Dat is binair 1001.
Gebruik niet de bij c berekende gevoeligheid, want de sensor is niet over het gehele bereik lineair.

42 1 Het bereik is van 0 tot 6,0 tesla (een heel sterk veld)..

2 De gevoeligheid is:

3 De spanning is:

4 Tussen 0 en 0,5 tesla.
43 1 Het bereik wordt verdeeld in 28 = 256 stapjes.
2 Het kleinste onderscheiden temperatuurstapje is dan:

3 Dat is:100 °C = 42 °C

4 Het decimale getal is:
Dit getal, afgerond naar beneden, is binair:
106 = 0110 1010b.

44 1 De spanning is:

2 Het decimale getal wordt:
Dit getal, afgerond naar beneden, is binair:
5 = 0101
b.
3 Bij een 8-bits AD-omzetter wordt het:

Dit getal, afgerond naar beneden, is binair:
92 = 0101 1100
b.

4 Bij een 4-bits AD-omzetter:
Bij een 8-bits AD-omzetter:


45 1 analoog,

2 digitaal

Je kunt het beste de digitale meter gebruiken omdat de resolutie groter is.


46 1 De gevoeligheid van A is:
Van B:


2 A kun je gebruiken als buitenthermometer. Het bereik is groot, van negatief tot positief en de gevoeligheid is klein.
B kan je gebruiken als koortsthermometer. Het bereik is klein, rond de 37
°C en de gevoeligheid is groot.

■■

4.4 Het systeembord

47 In de uitgeademde lucht zit een bepaald percentage alcoholdamp. Bij een vaste hoeveelheid lucht die je door het pijpje blaast krijg je een vaste hoeveelheid alcoholdamp bij dezelfde concentratie in de adem.
Deze meet je en het apparaat berekent vervolgens het percentage alcoholdamp.

48 1 Bij de sensoren horen de kleuren zwart, rood en geel. De in- en uitgangen van de verwerkers zijn blauw. Zwart is de aardverbinding, de spanning hiervan is per definitie 0 volt, rood is de 5 V-draad, hiermee wordt de sensor gevoed en geel is de draad waarvan het analoge of discrete signaal van de sensor afkomt. Bij een analoog signaal kan dat variëren tussen 0 en 5 V, bij een discreet signaal is het, afgerond, òf 0 V òf 5 V.
2 De ingangen van de verwerkers zitten links, de uitgangen rechts. Je werkt dus van links naar rechts.
3 De variabele spanning op het systeembord is instelbaar tussen 0 en 5 V en dient om een analoog signaal af te geven.
Het relais is een elektrisch bediende schakelaar.
Met behulp van een spoeltje dat magnetisch wordt als er een stroom door loopt, wordt een zwaardere schakelaar omgezet. Je kunt met een kleine stroom een grote stroom of spanning aan of uit zetten.
Het relais op het systeembord kun je gebruiken om apparaten die niet op het systeembord zitten, aan en uit te zetten.

Als voorbeeld uit de praktijk: in een auto wordt het startrelais gebruikt om de startmotor aan te zetten. Door de startmotor kan een hele grote stroom van honderden ampères lopen. Het relais kan deze stroom aan of uitzetten. Als je het sleuteltje in het contactslot omdraait dan wordt het spoeltje van het relais bekrachtigd. Het relais schakelt op zijn beurt de startmotor in.

49 1 Het beste is het verschil te zien aan de hand van een zogenaamde waarheidstabel.
In zo’n waarheidstabel noemen we de ingangen A en B en de uitgang uit.
Een laag signaal wordt aangegeven met 0 en een hoog signaal met 1.




En-poort

A

B

uit

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1




Of-poort

A

B

uit

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1


Het verschil: Een En-poort geeft alleen maar een hoog uitgangssignaal als allebei de ingangen hoog zijn, een Of-poort als één of beide ingangen hoog zijn.
2 De transistor wordt niet beschreven.
50 practicum
51 De comparator, deze vergelijkt de gemeten hoeveelheid alcohol met een ingestelde waarde.
521 De microfoon, de comparator en de LED.




2






53 practicum
54 1 De comparator en de invertor.
b




Lichtsensor (analoog) moet eerst op de comparator worden aangesloten.

Op de sensoringang wordt de lichtsensor aangesloten.


55 1



De toeter gaat als een deur open is of open geweest is.
2 De toeter gaat nog want de uitgang van de geheugencel is nog hoog.
3 De pulsenteller is hier voor nodig.
4 Je zet de pulsgenerator op 1 Hz, sluit de uitgang van de geheugencel aan op de ingang aan/uit van de pulsenteller. Uitgang 8 van de pulsenteller sluit je aan op de set van een tweede geheugencel. De zoemer verbind je met de uitgang van de 2e geheugencel.
56 practicum

■■

4.5 Automaten bouwen

57 1 In ieder geval de En-poort en de comparator.
Afhankelijk van de sensoren ook nog de invertor.
b Als één van de sensoren niet werkt, als de verwerkers niet werken, als de machine lek is of als de kraan zelf stuk is.
58 -

59 Simuleren voordat je gaat bouwen is beter. Je kunt alle situaties onmiddellijk uitproberen. Je kunt testen of er een denkfout in het ontwerp zit.
60 practicum
61 practicum
62 1 1. Probleemanalyse
Het slot van een kast (zoemer) gaat open als je voldoende hard fluit èn op de bovenste knop van het systeembord drukt.

2. Het blokschema is:







2


63 1 Het blokschema is:

2



3 Het bereik is minstens van 0°C tot 90 °C.
4 De gevoeligheid is 5 V/90 °C = 0,056 V/°C.

5 , afgerond naar beneden geeft dit 167 = 1010 0111b
64 1

2 LED “1”, “2” en “4” branden.
65 Het geluid van de zoemer wordt weer opgevangen door de microfoon. Deze geeft daardoor weer een hoog signaal af aan de zoemer die daardoor aan blijft.
66


Je ontwerpt de schakeling in de 5 stappen:

1 Als de stroom van de diepvries een bepaalde tijd is uitgevallen dan bestaat de kans dat de producten bedorven zijn. Je wilt weten of de temperatuur enige tijd boven eenbepaalde waarde is geweest.



2 Het blokschema is;

3 We simuleren een te hoge temperatuur door de ingang van de comparator te verbinden met de variabele spanningsbron. Door de spanning te verhogen en daarna te verlagen kan worden nagegaan of eerst de zoemer korte tijd gaat en of de LED blijft branden.

De uitgang van de comparator wordt verbonden met de zoemer en met de set van de geheugencel. De uitgang van de geheugencel wordt verbonden met de LED.

4 Zie schema.


De uitgang van de temperatuursensor wordt verbonden met de ingang van comparator.

5 Controleer of het schema goed is en ga na of er nog verbeteringen mogelijk zijn.



67 Schakeling C.
Er moet aan twee voorwaarden tegelijk voldaan zijn, dus is er zeker een En-poort nodig.
Boven mag de kraan alleen open als de machine nog niet vol water staat, dus als B laag is. Vandaar de invertor.


■■

Voorbeeldproefwerk

1 1 Dit is een continue sensor.
2 Het bereik is van 0 tot 400 lux.

3 De gevoeligheid is
De sensor in deze vraag is lineair. Die in jouw practicum is dat misschien niet.

4 Bij 200 lux is de spanning 3,75 V.
Het getal dat de AD-omzetter aangeeft is dan:

. Dit wordt afgerond 12.
Binair is dit 1100
b, Led “4” en Led “8” branden.
2 Een voorbeeld van een meetsysteem is een elektronische thermometer.
Een voorbeeld van een regelsysteem is de thermostaat van de centrale verwarming.

Een elektronische thermometer meet alleen maar de temperatuur en geeft deze weer op een display, een thermostaat zorgt er bovendien voor dat de temperatuur constant blijft, bij een te hoge temperatuur slaat de brander van de CV af, bij een te lage aan. Dit noemen we terugkoppeling.

Een regelsysteem beïnvloedt op zijn beurt de waarneming; een meetsysteem niet.


3 1 Dit is een regelsysteem want er vindt terugkoppeling plaats. De temperatuur wordt constant gehouden.
2 In een oven zit een temperatuursensor.
3 Dit is een analoge sensor.
4 Als de temperatuur te hoog wordt dan schakelt de oven uit, als hij te laag wordt dan schakelt hij aan.

5

4 1 Je hebt nodig: lichtsensor (variabele spanning), drukknop, En-poort, invertor, comparator,

geheugencel, LED, zoemer.
2
3

5 1 Nodig zijn: thermometer, voltmeter, vrieskist, bakje water.


De tuinder legt de sensor en de thermometer in de vrieskist bij een temperatuur onder 0 °C en meet de bijbehorende spanning. Daarna meet hij de spanning bij een hogere temperatuur met de sensor en de thermometer in het bakje water.
Aan de hand van de gemeten temperaturen en spanningen kan de tuinder de sensorkarakteristiek bepalen. Als de sensor lineair is kan hij hiermee volstaan; anders moet hij meer metingen doen en deze uitzetten in een diagram.

2


3


Bij een temperatuur boven nul is de uitgang van de invertor laag.

Bij een temperatuur onder nul wordt het uitgangssignaal van de invertor hoog: het geheugen wordt geset en het relais schakelt de sproeiers in. Tegelijkertijd wordt de teller gereset.

Zodra de temperatuur weer boven nul komt wordt de teller niet meer gereset en begint met tellen. Na vijf tellen (4 + 1) wordt het geheugen gereset en schakelt het relais de sproeiers uit.
Op het systeembord ziet het er zó uit:




U

itwerkingen bij Pulsar-Natuurkunde 2e vwo bovenbouw deel 1 © 2007 Wolters-Noordhof bv.








De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina