Thrust Meter Error Analysis

Abstract

This study examines measurement error of a device which measures model rocket motor thrust. This measurement device is designed as a personal project, and it will be used to test performance and consistency of model rocket motors. The main objective is to use theoretical analysis to calculate how accurate results this device is capable of measuring, and how error sources are distributed between different components. This device uses very accurate force sensor, and secondary objective is to verify if measurement device is accurate enough to use that sensor to its full potential.

Thesis is started by giving an overview of the device, and then detailed description how the analog circuitry works. This is used as a basis to investigate what error sources the system contains, and how those affect measurement accuracy. These error sources were used to calculate total error for different components of the system, and those were combined to get system total error.

Measurement device total error was found out to be 0.06 % when sensor is under full load. Force sensor total error was calculated to be 0.05 %, and when compared to device total error, it is producing most of the error and rest of the device is not degrading its performance. These results will be used later with real testing to verify that device performs as calculated.

Työn aiheena oli tutkia pienoismalliraketin moottorin työntövoimaa mittaavan mittalaitteen mittavirhettä. Mittalaite on suunniteltu henkilökohtaisena projektina ja sitä tullaan käyttämään pienoisrakettimoottorien suorituskyvyn ja tasalaatuisuuden testauksessa. Päätavoitteena oli käyttää teoreettista analyysia laskemaan, kuinka tarkkoja tuloksia mittalaite kykenee mittaamaan ja kuinka virheet jakautuvat eri komponenttien kesken. Laite käyttää erittäin tarkkaa voima-anturia, ja seuraava tavoite on varmistaa, onko laite riittävän tarkka hyödyntämään anturia kokonaan.

Työ aloitettiin esittämällä laitteen yleisrakenne, jonka jälkeen perehdyttiin tarkemmin sen analogisen piirin toimintaan. Tämän pohjalta lähdettiin tutkimaan, mitä virhelähteitä laitteesta löytyy, sekä millainen vaikutus niillä on mittaustarkkuuteen. Virhelähteitä käytettiin laskemaan kokonaisvirheet yksittäisille osille, jonka jälkeen ne yhdistettiin laitteen kokonaisvirheeksi.

Työn tuloksen mittalaitteen virheeksi paljastui 0,06 %, kun anturia rasitetaan täydellä kuormalla. Voima-anturin virheeksi laskettiin 0,05 %. Jos sitä verrataan laitteen kokonaisvirheeseen, niin anturi tuottaa suurimman osan tästä virheestä eikä muu piiri näin ollen huononna anturin tarkkuutta. Tuloksia tullaan käyttämään myöhemmin oikean testauksen kanssa varmistamaan, että laite toimii laskettujen arvojen mukaan.