KEUZE: Technische Automatisering

Overal Natuurkunde 4 havo
Uitwerkingen opdrachten
Keuzehoofdstuk Technische automatisering
Startopdracht
1
a De baby is zo klein dat hij/zij zichzelf nog niet goed warm kan houden. Ook bij het ademen heeft de
baby hulp nodig.
b De temperatuur, de hartslag en de ademhaling van de baby.
c Er moet minimaal een alarm aangaan, zodat de verpleging op tijd bij de baby kan zijn. De
temperatuur kun je automatisch constant houden.
TA.1 Automatische systemen
Startopdracht
3
a De bewolking heeft een kleur. Deze kleur geeft aan of er regen komt en hoeveel.
b Temperatuur, windrichting en windkracht.
c Satellieten meten met behulp van zichtbaar licht (overdag) en infrarood de bewolking. Met behulp
van infrarood kan de temperatuur van de bewolking goed gemeten worden en kan 24 uur per dag
gebruikt worden. Hoe witter de kleur van het infrarood beeld, des te kouder en hoger de bewolking.
Hoe zwarter de kleur, des te warmer en lager de bewolking. Met radar wordt neerslag
geregistreerd. Weerstations registreren temperatuur, windrichting en windkracht.
Opdrachten
A4
De volgende combinaties zijn juist: A4, B8, C6, D1, E2, F5, G9, H3, I7.
B5
a Als je van het licht in het donker komt, zal de pupil van je oog zich automatisch verwijden.
b
TA.1
B6
a Je hoeft zelf niet in te grijpen als de stroomsterkte te hoog wordt. Er is dus sprake van een
automatisch proces. (De dunne draad in de ‘stop’ zal zo warm worden dat deze smelt. De
stroomtoevoer wordt dan automatisch onderbroken.)
b
TA.2
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 1
c Dit is een regelsysteem, want de gemeten grootheid is beïnvloed!
B7
a Dit is een stuursysteem.
TA.3
b Dit is een regelsysteem, omdat de temperatuur voortdurend bijgeregeld moet worden.
TA.4
c Dit is een regelsysteem.
TA.5
d Dit is een stuursysteem.
TA.6
C8
a
TA.7
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 2
b De verwerker moet de sensorspanning vergelijken met de spanning die overeenkomt met een
bepaalde (minimale of maximale) waterhoogte.
c Sensoren geven een signaal door. Het gaat niet om de elektrische energie, maar om een fysische
grootheid die omgezet is in een spanning.
d De waarde van de spanning geeft informatie over de waterhoogte.
e De waterhoogte bedraagt dan 50 m. De spanning is recht evenredig met de waterhoogte. Voor de
sensorspanning geldt: U =
× 2,2 = 1,4 V.
f De waterhoogte bedraagt dan 176 m. De spanning is recht evenredig met de waterhoogte. De
sensorspanning is U =
× 2,2 = 4,8 V.
g
TA.8
h Dit is een stuursysteem, want er is wel een actie (alarm), maar die actie beïnvloedt de waterhoogte
niet. Er is dus geen terugkoppeling.
D9
a Bij een temperatuur onder 37,5 °C gaat de verwarming aan: de temperatuur stijgt. Bij 37,5 °C gaat
de verwarming uit, maar blijft nog even warmte afgeven: de lijn stijgt nog iets. Daarna daalt de
temperatuur geleidelijk: de lijn daalt. Bij 37,5 °C gaat de verwarming aan, maar het duurt even
voordat de couveuse op temperatuur is gekomen. De lijn daalt nog iets. Zie figuur TA.9: de lijn bij
Plaag. In werkelijkheid zijn de scherpe hoeken wat meer afgerond.
b Het lange stijgende deel:
het korte stijgende deel:
= 0,19 °C/s of
= 0,18 °C/s.
c De temperatuur zal sneller toenemen, omdat er meer warmte per seconde wordt toegevoerd. Het
dalen zal even snel blijven gaan. De regelsnelheid zal dus toenemen.
d De opgaande lijnstukken worden steiler en korter. De dalende lijnstukken blijven even steil. Zie
figuur TA.9: de lijn bij Phoog.
TA.9
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 3
TA.2 Sensoren
Startopdracht
10
a een meetsysteem
b onder andere temperatuur en vochtigheid
c thermometer, hygrometer
Opdrachten
A11
A3, B1, C2, D5, E4
B12
a B (6,7 · 10−3 V/°C), A (0,10 V/°C), C (0,13 V/°C); de steilheid neemt toe.
b C (15 °C), B (30 °C), A (40 °C)
B13
a
TA.10
b 50% tot 90%
c Gevoeligheid is steilheid lijn =
= 5,5 · 10−2 V/%
d De nauwkeurigheid geeft aan hoeveel de natuurkundige grootheid kan afwijken van de door de
sensor afgegeven waarde. De gevoeligheid geeft aan hoeveel de spanning verandert als de
natuurkundige grootheid verandert.
C14
a Bij belichten neemt RLDR af. In een serieschakeling staat over de kleinste weerstand de kleinste
spanning, dus ULDR neemt bij belichten ook af.
b Bij een grotere verlichtingssterkte neemt de spanning over de LDR af, de spanning over de ohmse
weerstand neemt toe. Door die spanning te meten krijg je een sensor die een hogere spanning
geeft bij meer licht.
c Een ijkkromme van een lichtsensor is de grafiek in het (spanning, verlichtingssterkte)-diagram. Dat
is figuur TA.15b van het leerboek niet.
d 2,5 V over R → ook 2,5 V over de LDR. Spanning gelijk verdeeld, dus weerstanden zijn gelijk →
RLDR = 20 k
e 190 lux
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 4
f
UR (V)
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
ULDR (V)
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
RLDR (k)
80
47
30
20
13
8,6
5,0
2,2
Verlichtingssterkte (lux)
40
95
140
190
250
310
360
500
g Zie laatste kolom van de tabel.
h
TA.11
TA.3 Verwerking
Startopdracht
15
Hoeveel treinen er op het spoor staan, hoe ver de treinen van elkaar af zijn, welke trein op welk spoor
aan moet komen en hoe laat en welke wissels je daarvoor moet omzetten.
Opdrachten
A16
teller, pulsgenerator
geheugencel
comparator
A17
a Continu signaal: een signaal dat alle mogelijke waarden aan kan nemen, vaak wel met een bepaald
minimum en/of maximum.
Discreet signaal: een signaal dat een aantal waarden aan kan nemen. Dat kunnen er best veel zijn.
b ‘Hoog’ betekent 4 à 5 V; ‘laag’ wil zeggen 0 à 1 V.
c ‘0’ betekent een laag signaal, ‘1’ een hoog signaal.
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 5
B18
a
b
c
d
e
f
discreet
continu of discreet
discreet
discreet
discreet
continu
B19
Het signaal voor de ingang van een invertor moet discreet zijn, dus hoog of laag. De uitgang van een
sensor geeft een continu signaal.
B20
S1
0
0
0
0
1
1
1
1
S2
0
0
1
1
0
0
1
1
S3
0
1
0
1
0
1
0
1
SEN,boven
0
0
0
0
0
0
1
1
SEN,onder
0
0
0
1
0
0
0
1
S4
0
0
0
1
0
0
1
1
B21
a
TA.12
b discreet
C22
a
TA.13
b
TA.14
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 6
C23
a
TA.15
b Neem een drukknop met een OF-poort in de schakeling op.
TA.4 Uitvoer
Startopdracht
24
Het aflezen van een digitale weegschaal is makkelijker dan het aflezen van een analoge weegschaal.
Een nadeel is dat de stapgrootte waarmee de gemeten waarde verspringt, altijd even groot is en je
niet nauwkeuriger dan deze stapgrootte kunt meten.
Opdrachten
A25
a Bit komt van ‘binary digit’ en kan slechts twee waarden (0 of 1) aannemen.
b Weergave die met een binaire code tot stand is gekomen.
c Weergave waarbij elke waarde (meestal tussen grenzen) mogelijk is.
A26
10101 ̂ 1 · 24 + 0 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 = 16 + 0 + 4 + 0 + 1 = 21
10 ̂ 1 · 21 + 0 · 20 = 2
75 = 64 + 8 + 2 + 1 = 1 · 26 + 0 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 1 · 20 ̂ 1001011
269 = 256 + 8 + 4 + 1 = 1 · 28 + 0 · 27 + 0 · 26 + 0 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 1 · 20 ̂
100001101
e 10 = 8 + 2 = 1 · 23 + 0 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20 ̂ 1010
a
b
c
d
B27
a
TA.16
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 7
b
TA.17
c
TA.18
d
TA.19
B28
a 1110 ̂ 1 · 23 + 1 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20 = 8 + 4 + 2 = (het decimale getal) 14
De stapgrootte is
= 0,3125 V
De spanning ligt tussen 14 × 0,3125V en 15 × 0,3125V
4,375 V ≤ U < 4,6875 V
b
= 11,008
Het getal 11 heeft de binaire code 1011.
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 8
B29
a Bij de 8-bits omzetter is het verlies aan informatie minder, omdat de spanning over een groter
aantal stappen verdeeld wordt (de stapgrootte is kleiner).
b Stapgrootte =
= 0,019 531 25 = 0,0195 V
= 117,76 → kleinste decimale getal is 117 ̂ (binair) 01110101
c 10101010 is decimaal 170.
Mogelijke spanning van 170 × naar 171 × de stapgrootte: 3,320 V ≤ U < 3,340 V.
C30
Bij het verlaten van het huis gebruik je een drukknop die verbonden is met de ‘set’ van een
geheugencel. Als je weer thuiskomt, moet het systeem uitgezet worden. Dat kan door een tweede
drukknop te verbinden met de ‘reset’ van de geheugencel. Een geluidssensor verbind je met een
comparator, ingesteld op de geluidssterkte van het belsignaal. Je moet én niet thuis zijn én de bel
moet gaan. De uitgang van de comparator en de uitgang van de geheugencel gaan dus naar de
ingangen van een EN-poort. De uitgang van deze poort is verbonden met de ingang ‘tel pulsen’ van
de teller. Zie figuur TA.20. Met de tweede drukknop reset je overigens ook meteen de teller.
TA.20
C31
70 × 60 × 44,1 · 103 × 16 = 3,0 · 109 putjes
TA.5 Systemen ontwerpen
Startopdracht
32
TA.21
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 9
Opdrachten
B33
a De pulsgenerator moet je instellen op 1 Hz. De pulsgenerator verbind je vervolgens met de ‘tel
pulsen’ van de teller.
b De frequentie van de pulsgenerator verhogen.
B34
a Als het ene signaal hoog is, is het andere signaal laag. Er ontstaat dan kortsluiting.
b Je kunt een OF-poort gebruiken.
C35
a v=
met Δx = 12 m en Δt =
s → v = 33 m/s (= 1,2 · 102 km/h)
b
TA.22
c De tijdsduur waarin de teller 32 pulsen telt, moet overeenkomen met een langere passeertijd van de
auto. De frequentie moet dus lager zijn.
C36
Je moet de comparator instellen op de referentiespanning die hoort bij 2 °C.
TA.23
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 10
C37
a
TA.24
b Voor de ´inhoud´ van het onderste gestippelde vak van figuur TA.25, zie figuur TA.24.
TA.25
© 2013 Noordhoff Uitgevers bv
UITWERKINGEN OPDRACHTEN 4 HAVO KEUZEHOOFDSTUK TECHNISCHE AUTOMATISERING 11