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小型のターンテーブル式実験装置を作ろう ロードセルの再較正
先回の課題に対して、ロードセルの再較正を実施しました。較正値には大きな狂いは無かったものの、少し修正が必要でした。
■ マイナス側（制動側）の較正
この小形ターンテーブル式実験装置の牽引力測定部は、「ロードセルの較正」（2023/9/29）にて較正作業を実施しています。今回も同様な方法で実施実施します。1円玉と10円玉、絹糸、紙製の重り籠、ベアリング付小型滑車、を使用します。絹糸にて引張状態でしか実施できないので、プラス側とマイナス側は別々実施する必要があるので、まず、マイナス側から実施しました。
始めに、滑車の位置を決めます。絹糸で引っ張る方向が、測定レバーの接線方向になるようにセットします。
そして、絹糸を掛けて重りを乗せる籠をつるします。
配線類は、絹糸と接触してはいないか、また、水平方向にセットされているか、などのチョックを実施します。
つぎに、1円玉と10円玉を用意します。1円玉は殆どが 1.0 グラムであり、10円玉は 4.5 グラムです。測定時には、籠ごとはかりの上にのせて重さを計測します。
これらの準備が出来たら、計測側の機器をセットします。
とは言っても動力測定時と同じ状態に、USBケーブルやパソコンをなどをセットします。パソコンでは、データ収集用に Excel と Python を稼働さえておきます。 但し、テーブルのモータ駆動は実施せず、テーブル上部のロック金具を外してテーブルが自由に回転できるようにしておきます。実際の測定の様子を下に示します。
測定は、
- 設定した硬貨と籠の重さをはかり、 Excel の蘭に記入します。
- 籠を取り付けた状態で、テーブルを手で回します。
- テーブルが回転している状態で、測定ボタンを押します。
- パソコン上でデータを確認します。
テーブルを回転させるのは、「動力特性測定のトライ」（2023/10/4）にて紹介しているように、回転するテーブルのエンコードパターンのパルスによって、測定の開始と終了が制御されているからです。要するに回転している事が条件なのです。
同じ重さで、２回ずつ測定し、重りを増やしていって較正作業を実施しました。
■ プラス側（駆動側）の較正
次に、プラス側（駆動側）の較正を実施します。方法はマイナス側と同じですが、こちら側に絹糸を引っ張る場合、新設したモータ駆動のためのパネルが邪魔となっています。そこで、このパネルを一時取り外してセットしました。下右の写真。
絹糸が、水平でかつ線路の中央部の接線方法に伸びていることを確認します。
測定は、前記と同様な手順で実施しました。
■ 測定結果
実施したデータを Excel 上で処理してグラフ化しました。右側のグラフは中央部を拡大表示したものです。
.
プロット点を直線近似して、その近似式を書き出しました。その結果は、
牽引力 y = 0.0000517397 x + 0.6589676066
でした。ちなみに、以前のデータは、
牽引力 y = 0.00005100 x + 1.40372481
です。 この式の係数を比較して見ましょう。
● 勾配の係数： 0.00005100 ⇒ 0.00005174 即ち、1.45％アップしている
● Y切片の値： 1.40372481 ⇒ 0.65896761 即ち、0.74 グラムも移動している。
所謂、計測器のドリフト現象が発生していると言えるでしょう。それも値の小さい領域ではその影響が大きいと判断されます。この較正値を値と実際の重りのおもささとの誤差を計算してグラフにしたのが右のグラフです。赤いプロット点が以前の較正値で、緑のプロット点が今回の較正値の場合です。
較正値（近似式）は、プラス側とマイナス側の全てのデータを含めた近似直線なので、中間部の歪がある特性でも直線近似されます。このためグラフの緑の点に示すように、実測データとは誤差が生じてしまうのですが、これはやむを得ません。特性の歪なのか、測定誤差なのか判断できないのです。
でも、赤い点（以前の近似式）よりは誤差が小さくなっています。ドリフト現象を修正していることが分かりますので、この近似式を新な較正値 とします。
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新しくロードセルの較正が実施出来たので、この値を使って測定データを見直すことにしましょう。
2024/9/28