senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. •...
TRANSCRIPT
![Page 1: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/1.jpg)
Senzori si traductoare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA,
![Page 2: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/2.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2
Cuprins 9• Masurarea fortei pe baza deplasarii• Masurarea momentului de torsiune• Senzori de forta cu coarda vibranta• Senzori de forta piezoelectrici
![Page 3: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/3.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 3
Masurarea fortei pe baza deplasarii •Universitatea Leuven (Belgia)
• 3 componente
•DG - dispozitiv de ghidare (1)
• element elastic (2) (silfon)
• traductoare inductive -diferentiale (3) (4 traductoare)
• flansa inferioara (4)
44321 zzzzcF zz
+++⋅−=
( )13 zzcM x −⋅= α ( )42 zzcM y −⋅= α
•cz este rigiditatea elementului elastic în direcţia z;
• cα este rigiditatea unghiulară a elementului elastic;
• zi (i = 1...4) sunt deplasările indicate de cele 4 traductoare inductive
![Page 4: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/4.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 4
• Charles Draper Laboratory;
• RCC (1- tijă centrală; 2 –flanşă inferioară; 3 – flanşasuperioară);
• piesa de referinta (4) feromagnetica;
• traductoare de pozitie “5”
Modelul IRCC
Poziţia traductoarelor
Echivalareamodelului
RCC
![Page 5: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/5.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 5
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅
−+⋅= L
lxxxcFx
2121
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅
−+⋅= L
lyyycFy
2122
lyycM x12
3−
⋅=
lyycM x12
3−
⋅=
lxxcM y12
4−
⋅=
Schema de prelucrare a informaţiei
![Page 6: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/6.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 6
Variantă pentru un senzor de forţă / moment:
1 – traductor inductiv; 2 – placă de referinţă; 3 – element elastic; 4 –
efector; 5 - carcasa
Variantă de senzor de proximitate cu mobilitate pe
verticală
![Page 7: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/7.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 7
Masurarea momentului de torsiune
• element elastic 1;
• traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3 .
• transformatorul rotativ (4,5) pentru alimentarea traductoarelor
• transformatorul (6,7) – preluare semnal
• doza 8 asigură conectările electrice necesare.
![Page 8: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/8.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 8
![Page 9: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/9.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 9
![Page 10: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/10.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 10
Senzori de forta cu coarda vibranta
Coarda metalica tensionata:
ρσ
⋅⋅
=l
f21
0
l este lungimea corzii,
σ este tensiunea în coardă
ρ masa pe unitatea de lungime a materialului coardei
Senzorii cu coardă vibrantă:
•precizie de pină la 0.1 % (dacă se asigură o stabilitate a frecvenţei de rezonanţă);
•histereză practic inexistentă;
•repetabilitate foarte bună;
•stabilitate pe termen lung şi invarianţă la modificarea temperaturii.
Pentru asigurarea stabilităţii în funcţionare şi a sensibilităţii maxime, trebuie să se asigure menţinerea în permanenţă la rezonanţă a coardei.
![Page 11: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/11.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 11
mel liBF ⋅⋅=
• B este inducţia magnetică a magnetului permanent;
• i este curentul
• lm este lungimea poluluimagnetic
vlBe m ⋅⋅=
![Page 12: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/12.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 12
Excitaţie prin electromagnet în mod intermitent (a) şi continuu (b)
![Page 13: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/13.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 13
Modalităţi de fixare a coardei
![Page 14: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/14.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 14
• Coarda “1”, inelul elastic “5” şi bara“2” formează un tot unitar fiind realizatedin aceeaşi bucată.
• Sistemele de excitaţie “3” şi “4” şitraductoarele “6” şi “7” conectate la circuitele de adaptare CA.
Senzorii cu coardăvibrantă permit măsurareastatică, sau variaţii lenteale forţelor pînă la 107 N.
![Page 15: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/15.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 15
Senzori de forta piezoelectrici
Materiale cristaline
• Cristale naturale(cuarţul – SiO2)• Cristale sintetice(sulfatul de litiu,fosfatul diacid deamoniu)
MATERIALEPIEZOELECTRICE
Materialepiezocereamice
• Titanatul debariu (BaTiO3)• Titanatul deplumb (PbTiO3)• Zirconatul deplumb (PbZiO3)• titanatul deplumb şi zirconiu -PZT
Polimeri
• Poliflorura deviniliden - PVDF
![Page 16: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/16.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 16
FUC
FQd ⋅
==
• constanta piezoelectrică saupiezomodulul
[C/N]
• Q este sarcina electrică rezultată pe feţele cristalului;
• F este forţa aplicată
• C este capacitatea electrică a cristalului considerat la tensiunea U.
Axele pentru un cristalpiezoelectric:
•trei axe electrice (OXi , i =1, 2, 3)
•trei axe neutre (OYj , j =1, 2, 3)
•axa optică (OZ)
![Page 17: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/17.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 17
Cristalul de cuarţ în stare nesolicitată (a) şi în stare solicitată (b, c)
xxxx FdQ ⋅=
yxyy FdQ ⋅=
![Page 18: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/18.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 18
Efectul transversal pe un element piezoelectric de formăparalelipipedică
lAC r ⋅⋅
=εε0
0
•ε0 este permitivitatea electrică a vidului;
•εr este permitivitatea relativa
•A este suprafaţa transverală a elementului;
•l este grosimea acestuia
yxxy FabdQ ⋅⋅−=
![Page 19: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/19.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 19
Efectul piezoelectric de forfecare
![Page 20: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/20.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 20
Conectarea în pachet a elementelor piezoelectrice
Forme pentru elementele piezoelectrice
![Page 21: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/21.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 21
Fig.4.15 Schema electrică de principiu a unui senzor piezoelectric
'00 CnC ⋅=
'0
0 nCCFdn
CQU
S
ij
+⋅⋅
==
( )SI CCRt
eUu +⋅−
⋅= 00
( ) 100[%] ⋅−≈Δτtu
![Page 22: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/22.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 22
a
ae
aa
a CQ
kC
kC
Qu −≈
⋅+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅
−=
111
mkf ⋅
⋅=
π21
0 ( ) 05.0....3.0 f⋅
![Page 23: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/23.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 23
Senzori magnetostrictivi
magnetostricţiune - variaţia dimensiunilor fizice ale unui material feromagnetic sub influenţa unui câmp magnetic exterior.
Fenomenul este reversibil.
llΔ
=λ
1 – stare nesolicitata
2 - solicitare de intindere
3 – solicitare la compresiune
Materialele specifice magnetostrictive:
•cobaltul (magnetostricţiune pozitivă);
•nichelul (magnetostricţiune negativă) şi o serie de aliaje ale acestora ( de ex. permalloy – magnetostricţiune pozitivă);
•Siferrit (Siemens) şi 7 (A, A2, B ) (Philips).
![Page 24: Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. • transformatorul rotativ ( 4,5 ) pentru alimentarea traductoarelor • transformatorul (6,7)](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022033122/5e0fe88f7d92117e791584fc/html5/thumbnails/24.jpg)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 24
Principiul de funcţionare a senzorilor magnetoanizotropici