Pomiary przesuniecia liniowego i katowego, predkosci obrotowej, sily i naprezen, temperatury

1. Pomiary przesuniecia liniowego i katowego, predkosci obrotowej, sily i naprezen, temperatury Marcin Sobotka 2007/2008

2. Czujnik rezystancyjny Potencjometr to najbardziej znany z czujnik�w przesuniecia. Szczotka , czyli styk slizgowy wykonuje ruch prostoliniowy, obrotowy lub srubowy przez co przyjmuje polozenie przesuniecia mierzonego. Najczesciej potencjometr zbudowany jest z cienkiego, izolowanego drutu oporowego nawinietego na izolacyjnej plytce lub precie. (na rys. r�zne typy potencjometr�w obrotowych)

3. Schemat potencjometrycznego pomiaru przesuniecia Jezeli potencjometr bedzie wykonany tak jak na schemacie- czyli bedzie nawiniety na karkasie o stalym przekroju, to rezystancja przypadajaca na jednostke dlugosc bedzie stala. Napiecie na styku slizgowym bedzie sie zmieniac proporcjonalnie do zajmowanej przez niego pozycji. U wy= Uz * x/l Zaleznosc ta jest sluszna tylko, gdy potencjometr nie jest obciazony.

4. Przykladowy czujnik rezystancyjny Typ E/R-1/1 (do zastosowania w wodzie)

5. Czujnik indukcyjnosciowy Czujnik indukcyjnosci ma bardzo szerokie zastosowanie. Przetwarza przesuniecie liniowe lub katowe jego czesci ruchomej na zmiane indukcyjnosci wlasnej lub wzajemnej cewek czujnika. Najprostszy czujnik indukcyjnosciowy zbudowany jest z cewki ( powietrznej lub nawinietej na ferromagnetycznym rdzeniu) i ruchomego rdzenia ferromagnetycznego.

6. R�zne rodzaje czujnik�w wraz z charakterystykami a) solenoidalny b) o zmiennej dlugosci szczeliny c) o zmiennej powierzchni szczeliny

7. Czujniki transformatorowe Wczesniej opisane czujniki wykorzystywaly zmiany indukcyjnosci wlasnej. Czujniki transformatorowe wykorzystuja zaleznosc indukcyjnosci wzajemnej od przesuniecia rdzenia. Czujnik indukcyjnosciowe stosuje sie do pomiar�w przesuniec w zakresie od setnych czesci, nawet do kilkudziesieciu milimetr�w. Najwieksza dokladnosc osiagaja czujniki transformatorowe. Pozwalaja uzyskac dokladnosc nawet do tysiecznych czesci milimetra.

8. Czujniki pojemnosciowe Czujnikiem takim jest kondensator, w kt�rym pojemnosc moze zmieniac sie na skutek przesuniecia kt�regos z element�w. C= E*Eo* S/d Er- przenikalnosc wzgledna Eo- przenikalnosc dielektryczna pr�zni Zmiana pojemnosci wystepuje gdy zmieniamy jeden z element�w wzoru. Zmianom tym w takim razie moze ulegac powierzchnia czynna lub odleglosc miedzy okladzinami lub przenikalnosc wzgledna dielektryka.

9. Schematy czujnika pojemnosciowego a) plaski o zmiennej odleglosci miedzy okladzinami b) obrotowy o zmiennej powierzchni okladzin c) plaski o zmiennej przenikalnosci wzglednej

10. Czujniki ultradzwiekowe Czujniki ultradzwiekowe dzialaja na zasadzie radaru -emituja wiazke promieniowania (fal ultradzwiekowych), kt�ra po odbiciu od obiektu jest odbierana przez ten sam przyrzad. W czujnikach odleglosci mierzy sie czas miedzy wyslaniem i odbiorem impulsu drgan ultradzwiekowych. Czujniki ultradzwiekowe sa stosowane do wykrywania obiekt�w, detekcji poziom�w cieczy przezroczystych i nieprzezroczystych przede wszystkim w srodowiskach gdzie ze wzgledu na znaczne zabrudzenie nie jest mozliwe zastosowanie czujnik�w optycznych. Zasada pomiaru tych czujnik�w opiera sie na pomiarze czasu uplywajacego miedzy wyslanym sygnalem ultradzwiekowym a odebranym echem odbitym od przeszkody. Czas ten jest proporcjonalny do odleglosci wykrywanego obiektu

11. Czujniki optoelektroniczne Czujniki optoelektroniczne sa elementami automatyki, kt�rych dzialanie opiera sie na zasadzie wysylania wiazki promieni swietlnych przez nadajnik i odbieraniu jej przez odbiornik. Czujniki te reaguja na obiekty, kt�re przecinaja wiazke swiatla pomiedzy nadajnikiem a odbiornikiem lub na wiazke odbita od obiektu. Stosowane sa m.in. do kontroli polozenia ruchomych czesci maszyn, identyfikacji obiekt�w znajdujacych sie w zasiegu dzialania czujnik�w, np. przesuwajace sie tasmy transportowe, okreslenie poziomu cieczy i material�w sypkich.

12. Pomiary predkosci obrotowej 1) Pradnice tachometryczne to male maszyny elektryczne przeznaczone do pomiaru predkosci obrotowej lub przetwarzania ruchu obrotowego na wielkosc elektryczna. Ze wzgledu na zasade dzialania pradnice tachometryczne moga byc wykonywane jako maszyny pradu stalego lub zmiennego (indukcyjne i synchroniczne). Zmiana kierunku wirowania powoduje w przypadku pradu stalego zmiane biegunowosci, a w przypadku pradu przemiennego zmiane fazy napiecia wyjsciowego.

13. Pradnice tachometryczne moga byc stosowane : do pomiaru predkosci obrotowej do pomiaru liczby obrot�w lub drogi jako zr�dlo napiecia sterujacego w ukladach regulacji i sterowania

14. Pradnica tachometryczna pradu stalego Sklada sie z czesci nieruchomej zwanej stojanem i z czesci ruchomej, zwanej wirnikiem. Wirnik sluzy do wytwarzania pradu elektrycznego. Wiruje on w polu magnetycznym wytwarzanym przez magnes staly lub uzwojenie stojana zasilane zewnetrznym zr�dlem pradu stalego. Napiecie elektryczne jest odbierane z komutatora znajdujacego sie na osi wirnika przy pomocy szczotek grafitowych, umieszczonych na stojanie.

15. Budowa pradnicy tachometrycznej pradu stalego Budowa pradnicy tachometrycznej pradu stalego: a) ze wzbudzeniem elektromagnetycznym ; b) ze wzbudzeniem magnesem trwalym; 1 � uzwojenie wzbudzenia, 2 � magnes trwaly , 3 � nabiegunniki , 4 � wirnik , 5 � komutator , 6 � szczotki

16. Enkodery Enkoder to urzadzenie przetwarzajace przesuniecie i pozycje katowa na sygnal elektryczny. Enkodery powszechnie wykorzystuje sie we wszelkiego rodzaju maszynach i liniach produkcyjnych do precyzyjnego pomiaru predkosci, przesuniecia, odleglosci czy przebytej drogi. Stosujac enkoder mozna zmierzyc obr�t dokonany przez dany element � czesc maszyny albo poddawany obr�bce detal, ilosc wykonanych obrot�w, jak tez za posrednictwem przekladni mechanicznych r�wniez przebyta odleglosc w ruchu postepowym.

17. Enkodery absolutne Zasada dzialania opiera sie na przyporzadkowaniu odpowiednim wartosciom kata, kodowanych wartosci liczbowych. Na walku napedowym znajduje sie tarcza kodowa, kt�ra zawiera w formie kodu wartosci liczbowe odpowiadajace przesunieciom katowym. Pozwala to na zadawanie wartosci absolutnych w dowolnym momencie, bez koniecznosci por�wnywania z punktem odniesienia Enkoder absolutny pozwala okreslic dokladna informacje o pozycji po ponownym uruchomieniu, gdy zaniklo napiecie zasilania systemu lub enkodera. Jezeli po zaniku zasilania mial miejsce jakikolwiek ruch mechaniczny, faktyczna pozycja mechaniczna jest odczytana natychmiast po odzyskaniu zasilania. Dostepne sa dwa rodzaje enkoder�w absolutnych: jednoobrotowe i wieloobrotowe. W enkoderze jednoobrotowym, dzielony jest jeden obr�t walu na odpowiednia ilosc krok�w i pomiar wielkosci powtarza sie po jednym obrocie. W enkoderze wieloobrotowym pomiar wielkosci jest wynikiem pozycji katowej i liczby obrot�w walu. Enkoder absolutny

18. Pomiary sil i naprezen 1) Dynamometr- to przyrzad do pomiaru wartosci dzialajacej sily. Zasada jego dzialania najczesciej opiera sie na prawie Hooke'a, kt�re m�wi, ze odksztalcenie elementu sprezystego jest proporcjonalne do wartosci dzialajacej sily. W zaleznosci od konstrukcji rozr�znia sie dynamometry mechaniczne, hydrauliczne i elektromechaniczne. (na rysunku dynamometr sprezynowy)

19. Przetworniki piezoelektryczne 2) Piezoelektryczne przetworniki to elementy techniczne, w kt�rych wykorzystuje sie odwrotne zjawisko piezoelektryczne dla bezposredniego przetworzenia energii mechanicznej w energie elektryczna (lub proste zjawisko piezoelektryczne dla przeciwnej zamiany).

20. Tensometry rezystancyjne 3) Tensometr rezystancyjny sluzy do pomiaru odksztalcen mechanicznych. W tensometrze tym rezystancja zalezy od odksztalcenia mechanicznego. Drut poddany dzialaniu sily F odksztalca sie zwiekszajac dlugosc o delta l i zmniejszajac przekr�j o delta S. Jezeli rezystancja drutu o rezystywnosci p wynosi ---? To pod dzialaniem sily F, pod wplywem zwiekszania dlugosci l i zmniejszaniu przekroju S rezystancja zwieksza sie o delta R. Zmiana rezystancji moze nastapic podczas zmiany rezystywnosci. Jednak taka zmiana jest pomijalna dla metali i ma znaczenie tylko w tensometrach p�lprzewodnikowych, kt�re zbudowane sa z krzemu lub germanu (tensometry te maja czulosc ok.. 100 razy wieksza niz metaliczne).