facultatea de mecanică - prof. dr. ing. valer dolga,mec.upt.ro/dolga/st_10.pdf · senzori de forta...
Post on 26-Jun-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Senzori si traductoare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA,
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2
Cuprins 10
• Masurarea fortei pe baza deplasarii
• Masurarea momentului de torsiune
• Senzori de forta cu coarda vibranta
• Senzori de forta piezoelectrici
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)
4
4321 zzzzcF zz
+++−=
( )13 zzcM x −= ( )42 zzcM y −=
•cz este rigiditatea elementului elastic în direcţia z;
• c este rigiditatea unghiulară a elementului elastic;
• zi (i = 1...4) sunt deplasările indicate de cele 4 traductoare inductive
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 4
• Charles Draper Laboratory;
• RCC (1- tijă centrală; 2 –
flanşă inferioară; 3 – flanşa
superioară);
• piesa de referinta (4)
feromagnetica;
• traductoare de pozitie “5”
Modelul IRCC
Poziţia traductoarelor
Echivalarea
modelului
RCC
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 5
−+= L
l
xxxcFx
2121
−+= L
l
yyycFy
2122
l
yycM x
123
−=
l
yycM x
123
−=
l
xxcM y
124
−=
Schema de prelucrare a informaţiei
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
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.
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 8
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 9
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 10
Senzori de forta cu coarda vibranta
Coarda metalica tensionata:
=
lf
2
10
l este lungimea corzii,
este tensiunea în coardă
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.
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 11
mel liBF =
• B este inducţia magnetică a
magnetului permanent;
• i este curentul
• lm este lungimea polului
magnetic
vlBe m =
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 12
Modalităţi de fixare a coardei
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 13
• Coarda “1”, inelul elastic “5” şi bara
“2” formează un tot unitar fiind realizate
din aceeaşi bucată.
• Sistemele de excitaţie “3” şi “4” şi
traductoarele “6” şi “7” conectate la
circuitele de adaptare CA.
Senzorii cu coardă
vibrantă permit măsurarea
statică, sau variaţii lente
ale forţelor pînă la 107 N.
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 14
Senzori de forta piezoelectrici
Materiale cristaline
• Cristale naturale
(cuarţul – SiO2)
• Cristale sintetice
(sulfatul de litiu,
fosfatul diacid de
amoniu)
MATERIALE
PIEZOELECTRICE
Materiale
piezocereamice
• Titanatul de
bariu (BaTiO3)
• Titanatul de
plumb (PbTiO3)
• Zirconatul de
plumb (PbZiO3)
• titanatul de
plumb şi zirconiu -
PZT
Polimeri
• Poliflorura de
viniliden - PVDF
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 15
F
UC
F
Qd
==
• constanta piezoelectrică sau
piezomodulul
[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 cristal
piezoelectric:
•trei axe electrice (OXi , i =1, 2, 3)
•trei axe neutre (OYj , j =1, 2, 3)
•axa optică (OZ)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 16
Cristalul de cuarţ în stare nesolicitată (a) şi în stare solicitată (b, c)
xxxx FdQ =
yxyy FdQ =
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 17
Efectul transversal pe un element piezoelectric de formă
paralelipipedică
l
AC r
=0
0
•0 este permitivitatea electrică a vidului;
•r este permitivitatea relativa
•A este suprafaţa transverală a elementului;
•l este grosimea acestuia
yxxy Fa
bdQ −=
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 18
Efectul piezoelectric de forfecare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 19
Conectarea în pachet a
elementelor piezoelectrice
Forme pentru elementele piezoelectrice
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 20
Fig.4.15 Schema electrică de principiu a unui senzor piezoelectric
'
00 CnC =
'
0
0nCC
Fdn
C
QU
S
ij
+
==
( )SI CCR
t
eUu+
−
= 0
0
( ) 100[%] −
tu
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 21
a
a
e
a
a
aC
Q
kC
kC
Qu
−
+
+
−=
111
m
kf
=
2
10 ( ) 05.0....3.0 f
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 22
Senzori magnetostrictivi
magnetostricţiune - variaţia dimensiunilor fizice ale unui material
feromagnetic sub influenţa unui câmp magnetic exterior.
Fenomenul este reversibil.
l
l=
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).
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 23
Principiul de funcţionare a senzorilor magnetoanizotropici
top related