Snímače II

1. Snímače II Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM

3. Snímače II Náplň výuky Snímače rychlosti Mechanické otáčkoměry Magnetické otáčkoměry Elektrodynamické otáčkoměry Impulzní snímače otáček Stroboskopický otáčkoměr Snímače zrychlení

4. Rychlost je vektorová veličina definovaná jako přírůstek dráhy Δs v časovémintervalu Δt, lze ji proto stanovit derivací signálů snímačů polohy. • Podle použitého principu rozdělujeme tyto snímače do čtyř skupin: • mechanické otáčkoměry • spojité indukční otáčkoměry – magnetické, elektrodynamické – • stejnosměrné, střídavé • impulzní otáčkoměry – kontaktní, optoelektronické, indukční, pneumatické • stroboskopické otáčkoměry • Nejběžnějším z nich je odstředivý otáčkoměr. Odstředivá síla je úměrná okamžité rychlosti, výchylka je vzhledem k setrvačné hmotě systému úměrná střední hodnotě rychlosti. Jejich měření bylo založeno na principu Wattova regulátoru. Snímače rychlosti Obr. 1: Schéma odstředivého otáčkoměru

5. Elektromagnetický otáčkoměr se skládá z permanentního magnetu 1, který je uchycen na hřídeli 2, spojeným s mechanickou soustavou. Permanentní magnet se otáčí uvnitř kovového válcového hrníčku 3 (nejčastěji hliníkového) spojeného s ručkou 5. V hrníčku se indukují vířivé proudy, vyvolávající moment, kterým je hrníček natáčen. Ručka se ustálí v poloze, kde moment systému je v rovnováze s direktivním momentem spirálové pružiny 4, spojené s kovovým hrníčkem. Magnetické otáčkoměry Obr. 3: Základní princip rychloměru Obr. 2: Elektromagnetický otáčkoměr

6. Nejdůležitější skupinou otáčkoměrů • podle indukčního zákona U = B.l.v generují napětí přímo úměrné otáčivé • rychlosti ω • Dle funkce se dělí na: • - generátory stejnosměrné (tachodynama) • generátory střídavé (tachoalternátory) • Tachodynamo – tvořeno permanentním magnetem, v jehož magnetickém poli se otáčí rotor s vinutím vyvedeným na komutátor. Ze sběračů komutátoru odebíráme stejnosměrné napětí. Elektrodynamické otáčkoměry Obr. 4: Princip tachodynama

7. Tachodynamo – stejnosměrný stroj. Magnetický obvod je upraven tak, aby ve vzduchové mezeře bylo dosaženo homogenního magnetického toku Φ. Kotva je vyrobena jako samonosná bez feromagnetika z důvodů vyloučení hystereze a minimálního momentu setrvačnosti. Dalším důvodem tohoto provedení kotvy je její indukčnost, neboť při rychlých změnách otáček by se projevila výrazněji indukčnost kotvy a způsobovala by zpoždění v narůstání napětí se změnou otáček. Tachodynamo 1 – permanentní magnet 2 – feromagnetický prstenec s póly 3 – vinutí 4 – elektricky a magneticky nevodivý hrníček 5 – komutátor 6 – drátkové sběrací ústrojí Obr. 5: Tachodynamo

8. Tachoalternátor – střídavý stroj, tudíž má střídavé výstupní napětí. Neobsahuje komutátor. Stator je tvořen vícepólovým vinutím a rotor je tvořen několika pólovým i dvojicem i permanentních magnetů. U tachoalternátoru pro snímání malé úhlové rychlosti bývá až dvanáct • pólových dvojic. Stator je složen z plechů s drážkami pro vinutí. Vzduchová mezera je poměrně velká, aby se při zkratu nezeslabily magnety rotoru. Výstupní napětí se pohybuje v rozmezí 10 až 100 V. Pouze v nezatíženém stavu je závislost mezi výstupním napětím a úhlovou rychlostí lineární. Tachoalternátor Obr. 6: Elektromag. snímač otáček s rotujícím feromagnetikem Obr. 7: Tachoalternátor s bubínkovým rotorem

9. Impulsní snímače otáček udávají počtem impulsů úhel natočení měřeného hřídele. Stanovíme-li počet impulsů za jednotku času, získáme střední hodnotu úhlové rychlosti. • Každý snímač se skládá • - ze snímacího kotouče s dělením (otvory, zuby apod.) • z vlastního snímacího prvku, který snímá značky na kotouči s převádí je • na elektrický signál • z vyhodnocovacího zařízení, které impulsy tvaruje a zpracovává na • výstupní signál, který může být analogový nebo číslicový. • elektromagneticýsnímač otáček, jehož výstupem jsou „U“ pulsy • indukované v cívce Impulzní snímače otáček Obr. 9: Elektromagnetický snímač otáček s otevřeným magnetickým obvodem Obr. 8: Kontaktní snímač otáček

10. Impulsní snímače otáček • K detekci polohy lze využít kontaktní spínač (jazýčkové relé) • Indukčnostní snímač (rotuje feromagnetický výstupek) • Optoelektrický a pneumatický spínač • Snímač s vysazování oscilací rezonančního obvodu průchodem rotující clonky mezerou cívky vlivem vířivých proudů • indukční snímač s rotujícím permanentním magnetem nebo • feromagnetickými výstupky , jehož výstupem jsou napěťové pulzy • indukované v cívce Impulzní snímače otáček Obr. 10: Snímač s vysazováním oscilací vlivem vířivých proudů Obr. 9: Pneumatický a fotoelektrický snímač otáček

11. Funkčně založen na setrvačnosti zrakového vjemu a tím spojování oddělených fází pohybu na vjem spojitého pohybu. • 1) měřený rotující předmět se značkou nutnou pro měření • 2) clona s štěrbinami a regulovanými otáčkami • Princip: • - otáčky kotouče 2 se regulují dokud se značka na měřeném kotouči zdánlivě nezastaví v jednom okénku • - to je tehdy, otočí-li se měřený kotouč jednou či vícekrát • za pootočení clony o jeden výřez • vztah pro výpočet: np= k . p . nc1 • p = počet štěrbin na cloně • k = počet otáček měřeného předmětu (celé číslo) • nc1= rychlost otáčení clony • zvětšujeme rychlost nC, • dokud se značka znovu nezastaví: Stroboskopický otáčkoměr Obr. 11: Stroboskopický snímač otáček

12. Činnost snímačů zrychleni je založena na vyhodnocovaní setrvačných účinků těles při urychlování nebo zpomalování jejich pohybu. Využívá se přitom Newtonův zákon • Při známé hmotnosti tělesa m je sila F měřítkem zrychleni a. Podle realizace nehybného bodu, vůči němuž se stanovuji parametry kmitů tělesa M • Rozlišujeme dvě skupiny snímačů • relativní (pevný bod B vně snímače) • absolutní (uvnitř snímače se za určitých dynamických podmínek vytvoří • nehybný bod – tzv. seismická hmota). Snímače zrychlení

13. Obecný fyzikální model snímače kmitání je tvořen hmotnosti snímače m, pružinou s tuhosti k, jejíž koncový bod má v klidovém stavu souřadnici l0, a tlumičem, vyvozujícím silu úměrnou rychlosti pohybu s konstantou úměrnosti b. • Pouzdro s těmito prvky je pevně spojeno s tělesem M, přičemž se stanovuji parametry jeho kmitů. Předpokládejme, že kmitající těleso M koná vzhledem k fiktivnímu pevnému bodu (na obr. 12 označen B) harmonicky kmitavý pohyb, popsány vztahem: Snímače zrychlení Po uvolněni hmoty m snímače a nahrazeni účinků vazeb silami lze s použitím d´Alembertova principu (obr. 3.75) napsat rovnici silové rovnováhy společnou pro absolutní i relativní snímač ve tvaru: Obr. 12: Obecný model snímače kmitů Obr. 13: Silové účinky působící na hmotu snímače

14. Ze silových snímačů se používají snímače tenzometrické (obr. 14) a piezoelektrické s tlakovým nebo smykovým namáháním piezoelektrického krystalu (vzhledem k malé hmotnosti vysoká rezonanční frekvence). • U základního tlakového provedení (obr. 15) se sériově řazenými krystaly (pozice 4) orientovanými souhlasnými náboji k sobě, jsou indukovány na povrchových vodivých vrstvách náboje snímané elektrodami (5 – jeden pól). Krystaly jsou na základně pouzdra (1) spojeného s kmitajícím tělesem stlačovány seismickou hmotou (2) staticky předepnuté matici (3). Druhy pól (6) je spojen s pouzdrem. Snímače zrychlení Obr. 15: Piezoelektrický tlakový snímač zrychlení Obr. 14: Tenzometrický snímač zrychlení

15. Dále se užívají snímače indukční elektrodynamické, indukčnostní (obr. 16) nebo nově v protinárazovém automobilovém systému „air-bag“ snímač kapacitní, jehož princip je zřejmý z obr. 17. Snímače zrychlení Obr. 16 :Indukčnostní snímač zrychlení Obr. 17 : Kapacitní snímač zrychlení

16. Kontrolní otázky: Tachodynamo? Neobsahuje komutátor. Založeny na využití principu Ohmova zákona. c) Tvořeno permanentním magnetem, v jehož magnetickém poli se otáčí rotor s vinutím vyvedeným na komutátor. 2. Tachoalternátor? Střídavý stroj, tudíž má střídavé výstupní napětí. Neobsahuje komutátor. Měřená veličina je výstupní stejnosměrné napětí. Pracuje jako napěťový dělič s dělícím poměrem určeným měřenou polohou 3. Snímače zrychlení? Činnost snímačů zrychleni je založena na vyhodnocovaní setrvačných účinků těles při urychlování nebo zpomalování jejich pohybu. Měřený rotující předmět se značkou nutnou pro měření bitech c) Součástí snímače je clona s štěrbinami a regulovanými otáčkami

17. Kontrolní otázky – řešení Tachodynamo? Neobsahuje komutátor. Založeny na využití principu Ohmova zákona. c) Tvořeno permanentním magnetem, v jehož magnetickém poli se otáčí rotor s vinutím vyvedeným na komutátor. 2. Tachoalternátor? Střídavý stroj, tudíž má střídavé výstupní napětí. Neobsahuje komutátor. Měřená veličina je výstupní stejnosměrné napětí. Pracuje jako napěťový dělič s dělícím poměrem určeným měřenou polohou 3. Snímače zrychlení? Činnost snímačů zrychleni je založena na vyhodnocovaní setrvačných účinků těles při urychlování nebo zpomalování jejich pohybu. Měřený rotující předmět se značkou nutnou pro měření bitech c) Součástí snímače je clona s štěrbinami a regulovanými otáčkami

18. Seznam obrázků: Obr. 1: Schéma odstředivého otáčkoměru [online]. [vid. 23.8.2013]. Dostupný z: http://www.palba.cz/viewtopic.php?t=3344 Obr. 2: Elektromagnetický otáčkoměr [online]. [vid. 23.8.2013]. Dostupný z: http://www.strojar.com/upload/skripta/notime/Technicka_mereni_(OCR).pd Obr. 3: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0 Obr. 4: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 5: Tachodynamo[online]. [vid. 23.8.2013]. Dostupný z: http://www.strojar.com/upload/skripta/notime/Technicka_mereni_(OCR).pd Obr. 6: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 7:CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 8: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6

19. Seznam obrázků: Obr. 9: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 10:CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 11: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 12: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 13: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 14:CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 15: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 16: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 17: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6

20. Seznam použité literatury: [1] Automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupný z: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf [2] CHLEBNÝ, J. a kol., Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 [3] NĚMEC, Z., Prostředky automatického řízení (Elektrické), Skripta, VUT, Brno, 2002 [4] JENČÍK, J., VOLF,J., a kol., Technická měření, Skripta, ČVUT, 2003 [5] GARZINOVÁ, R., Prvky řídících systémů, Skripta, VŠB - TU Ostrava, 2012

21. Děkuji za pozornost 