senzori za merenje pomeraja
TRANSCRIPT
MJERENJE POMAKAMJERENJE POMAKA
Pomak klipa Pomak klipa servomotraservomotra turbinskogturbinskog kola (HE)kola (HE)Pomak Pomak leptirastihleptirastih zatvarazatvaračča (HE)a (HE)PretvaraPretvaračči sile (i sile (loadload cellcell), tlaka (s dijafragmom)), tlaka (s dijafragmom)Kontrola dimenzija pri proizvodnji (debljina, Kontrola dimenzija pri proizvodnji (debljina, ……))Pozicija u hidrauliPozicija u hidrauliččkim cilindrimakim cilindrimaKontrola (nadzor) dimenzija, udaljenosti Kontrola (nadzor) dimenzija, udaljenosti ……Oscilacije osovineOscilacije osovineDeformacijeDeformacije
Područje primjene
MJERENJE POMAKAMJERENJE POMAKAMjerni principi
LVDTLVDT-- Linearni Varijabilni Diferencijalni TransformatorLinearni Varijabilni Diferencijalni TransformatorMagnetostriktivniMagnetostriktivni davadavaččiiKapacitivniKapacitivni davadavaččiiInduktivni davaInduktivni davaččiiFotoniFotoniččkiki davadavaččiiPotenciometarskiPotenciometarski davadavaččiiLaserski daljinomjeriLaserski daljinomjeriUltrazvuUltrazvuččni davani davaččiiRadarski davaRadarski davaččii
LVDT (1)
Linearni Varijabilni Diferencijalni Transformator
P – primar
S1 – sekundar 1
S2 – sekundar 2
Sastoji se od 3 zavojnice: P(primar) i Sastoji se od 3 zavojnice: P(primar) i S1S1, , S2S2 (sekundari)(sekundari)Amplituda induciranog napona ovisi o poloAmplituda induciranog napona ovisi o položžaju pomiaju pomiččne ne magnetske jezgre (armature)magnetske jezgre (armature)Sekundari su spojeni u Sekundari su spojeni u protuspojuprotuspoju –– kad je jezgra u kad je jezgra u ““sredinisredini”” (0(0--polopoložžaj) inducirani napon jednak je aj) inducirani napon jednak je U1U1++U2U2 = 0= 0Pomicanjem jezgre mijenja se Pomicanjem jezgre mijenja se međuinduktivitetmeđuinduktivitet P/P/S1S1odnosno P/odnosno P/S2S2 o o ččemu ovise inducirani naponi emu ovise inducirani naponi U1U1 i i U2U2
LVDT (2)
Konstrukcija
Armatura (feromagnetska jezgra)
Sekundarne zavojnice
Primarna zavojnica
Primarna zavojnica
Sekundarne zavojnice
TransformatorZone djelovanja
LVDT (3)
Fizikalne osnove
LVDT (4)
Princip rada
P
S1
S2
R
P – uzbudni napon(primar)
1-10 kHz, 0,5-10 Vrms
S1 – inducirani napon(sekundar 1)
S2 – inducirani napon (sekundar 2)
R – rezultantni napon(S1 – s2)
LVDT (5)
Izvedbe
Diferencijalni transformatori Pojačala
LVDT (6)
Prednosti i nedostaci
Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, ne zahtijeva odrizvedba, ne zahtijeva održžavanjeavanje–– nema fizinema fiziččkog kontakta dukog kontakta dužž osjetilnog elementaosjetilnog elementaVisoka toVisoka toččnost i ponovljivost nost i ponovljivost -- totoččnost je ograninost je ograniččena samo osjetljivoena samo osjetljivoššćću u elektronielektroniččkog sklopakog sklopaMoguMoguććnost korinost korišštenja pri vrlo visokim temperaturama, tlakovima, tenja pri vrlo visokim temperaturama, tlakovima, radijaciji, radijaciji, vodotijesnavodotijesna izvedbaizvedba
Nedostaci:Nedostaci:DinamiDinamiččka mjerenja ogranika mjerenja ograniččena rezonantnom frekvencijom ena rezonantnom frekvencijom LVDTLVDT(<1/10 (<1/10 ffrr))Jezgra mora biti u fiziJezgra mora biti u fiziččkom dodiru s mjernom povrkom dodiru s mjernom površšinominomOgraniOgraniččen mjerni opseg (< 500 mm)en mjerni opseg (< 500 mm)
MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (1)
Fizikalne osnoveMagnetostrikcija = svojstvo feromagnetskog materijala da mijenja
oblik pod utjecajem magnetskog polja (H)
Promjena duljine
H
H=0
Villari efekt:
- mehanički utjecaj na magnetostriktivnimaterijal izaziva promjenu magnetskih svojstava (permeabilnosti)
MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (2)
Fizikalne osnove
Widemanov efekt:
- mehaničko savijanje (torzija) dugeferomagnetske žice protjecane strujom na mjestu djelovanja aksijalnog magnetskog polja (permanentnimagnet)
Struja
StrujaFeromagnetski materijal
Pozicijapermanentnog
magneta
Savijanje valovoda
MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (3)
Princip rada
- pozicijski magnet se učvršćuje na pomični dio- valovod u zaštitnoj cijevi učvršćuje se na stacionarni dio- pick-up koristi Villarijev efekt za registraciju zvučnog vala
MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (4)
Princip rada
1. Kroz valovod se propušta strujni impuls
2. Istovremeno se starta mjerač vremena (timer)
3. Na mjestu pomičnog magneta nastaje zvučni val koji se širi valovodom
4. Kad zvučni val stigne do senzora (pick-up) zaustavlja se timer
5. Iz brzine širenja zvuka i vremena izračunava se pozicija magneta
- zvučni val širi se valovodom brzinom 2800 m/s- frekvencija generiranja strujnih impulsa je 1000 Hz
BESKONTAKTNI DAVAČIkapacitivni
sonda
aktivnisvitak
referentnisvitak
magnetske silnice
«meta» vodljivi
materijal
«meta»
čeloosjetnika
metalniili
nemetalni objekt
induktivni(električno polje) (magnetsko polje)
A 1C = e ----- → C ≈ -----
d d
KAPACITIVNI DAVAČI (1)
Princip rada
meta
dielektrička ploča
oscilator
izlaz«meta odsutna» «meta odsutna»«meta prisutna»
osjetnik čine dvije koncentrične elektrode – električno poljeobjekt u električnom polju mijenja kapacitet osjetnika → oscilacijeAmplituda oscilacija proporcionalna udaljenosti mete
ε
nazivna udaljenost dr %
“standardna meta”
“zaštita” – usmjerava električno polje
KAPACITIVNI DAVAČI (2)
Izvedbe
Način montaže
Prednosti i nedostaci
Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, izvedba, vodotijesnavodotijesna““osjeosjeććajuaju”” sve materijale (metale, izolatore, vodu, sve materijale (metale, izolatore, vodu, ……) ) Nema kontakta s metom Nema kontakta s metom –– nepotrebno odrnepotrebno održžavanjeavanjeVisoka osjetljivost (1V / 0.1 mm)Visoka osjetljivost (1V / 0.1 mm)
Nedostaci:Nedostaci:Minimalna veliMinimalna veliččina mete ina mete > 30 % promjera osjetilne zone> 30 % promjera osjetilne zoneMaksimalni mjerni opseg Maksimalni mjerni opseg < 40 % promjera osjetilne zone< 40 % promjera osjetilne zoneToToččnost ovisi o povrnost ovisi o površšini mete (zaobljenja, nagib, ini mete (zaobljenja, nagib, ……))Osjetljivi na promjenu temperature i vlage zraka (okoline)Osjetljivi na promjenu temperature i vlage zraka (okoline)
KAPACITIVNI DAVAČI (3)
INDUKTIVNI DAVAČI (1)
Princip rada
- u prigušnom materijalu se induciraju vrtložne struje → oduzima se energija oscilatornom krugu
INDUKTIVNI DAVAČI (2)
Princip radaEfektivna dubina:
f = frekvencijam = permeabilnosts = vodljivost
debljina mete > 3 d
Izvedbe
INDUKTIVNI DAVAČI (3)
Prednosti i nedostaci
Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, izvedba, vodotijesnavodotijesnaNema kontakta s metom Nema kontakta s metom –– nepotrebno odrnepotrebno održžavanjeavanjeVisoka toVisoka toččnost ( < 0,1 nost ( < 0,1 mmm)m)Brzi odzivBrzi odziv
Nedostaci:Nedostaci:““osjeosjeććajuaju”” samo vodljive materijale (vrtlosamo vodljive materijale (vrtložžne struje) ne struje) Debljina mete Debljina mete –– ne ne ““osjeosjeććajuaju”” tanke folije, metalizirane filmovetanke folije, metalizirane filmoveOgraniOgraniččeni mjerni opseg (< 30 mm)eni mjerni opseg (< 30 mm)Nelinearni odnos izlaznog signala i udaljenosti meteNelinearni odnos izlaznog signala i udaljenosti meteZahtijevaju kalibraciju pri puZahtijevaju kalibraciju pri pušštanju u pogontanju u pogon
INDUKTIVNI DAVAČI (4)
FOTONIČKI OSJETNICI (1)
Konstrukcija
Izvorsvijetla
Osjetnik svjetla
Odašiljačko vlakno
Prijemno vlakno
Sonda
Meta
d
FOTONIČKI OSJETNICI (2)
Princip rada
Raspored optičkih vlakna
presjek optičke sonde
D – promjer sonde
Odziv optičke sonde
udaljenost
izlazni napon
visoka refleksija meteniska refleksija mete
čelosignala
hrbatsignala
tjemesignala
d = 0 → nema refleksije Uiz = 0d < D → Uiz ~ dd > D → Uiz ~ 1/d2
Koncentrični- odašiljač
iznutra
Koncentrični- odašiljač
izvana
odašiljačko vlaknoprijemno vlakno
Polukružni Mješovit
D
FOTONIČKI OSJETNICI (3)
Prednosti i nedostaci
Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, izvedba, vodotijesnavodotijesnaNema kontakta s metom Nema kontakta s metom –– nepotrebno odrnepotrebno održžavanjeavanje
Nedostaci:Nedostaci:OneOneččiiššććenje mete enje mete –– potrebna potrebna rekalibracijarekalibracijaZahtijeva visoku refleksivnost povrZahtijeva visoku refleksivnost površšine meteine meteOsjetljivost na strano svjetlo (okolina)Osjetljivost na strano svjetlo (okolina)NarovaNarovaššenostenost povrpovrššine mora biti barem jedan red veliine mora biti barem jedan red veliččine manja od ine manja od razmaka odarazmaka odaššiljailjaččkog i prijemnog optikog i prijemnog optiččkog vlaknakog vlakna
LASERSKI OSJETNICI (1)
Metoda triangulacije - pozicija
mrtvazona
mjerni opseg
laser
poljefoto-dioda
laserska točka
- laser obasjava metu → laserska točka- polje foto dioda “vidi” lasersku točku - mjeri se kut između izlazne i reflektirane zrake → izračunava udaljenost
LASERSKI OSJETNICI (2)
Izvedbe
LASERSKI OSJETNICI (3)
Daljinomjeri
POTENCIOMETARSKI DAVAČI (1)
Davači s poteznom niti - konstrukcija
Precizni potenciometar(helikoidalni)
Potezna (mjerna) nit
Bubanj za namatanje
Povratnaopruga
POTENCIOMETARSKI DAVAČI (2)
Davači s poteznom niti – princip rada
Ponovljive pogreške:
- temperaturno rastezanje niti (mehaničko)- temperaturna promjena otpora (električka)- provjes- rastezanje niti (sila potezanja)- nelinearnost- histereza
POTENCIOMETARSKI DAVAČI (3)
Davači s poteznom niti – izvedbe i primjena
POTENCIOMETARSKI DAVAČI (4)
Davaći s poteznom niti - prednosti i nedostaci
Prednosti:Prednosti:Jeftina izvedba, jednostavna instalacijaJeftina izvedba, jednostavna instalacijaVeliki mjerni opseg (nekoliko metara)Veliki mjerni opseg (nekoliko metara)
Nedostaci:Nedostaci:Utjecaj temperature Utjecaj temperature OgraniOgraniččena preciznostena preciznostHabanje pokretnih dijelovaHabanje pokretnih dijelovaZahtijeva kalibriranjeZahtijeva kalibriranje
POTENCIOMETARSKI DAVAČI (5)
Linerani potenciometri
Duljina ugradnje Mehaničko produljenje
skupljen izvučen
Električko produljenje
skupljen izvučen
MJERNE LETVE (1)
Magnetske trake
Primjena:
- računalom upravljani alatni strojevi
- vrlo visoka preciznost(< 1 μm)
- visoki zahtjevi na održavanje