senzori si traductoare - mec.upt.romec.upt.ro/dolga/st_8.pdf · prof. dr. ing. valer dolga 2...

Senzori si traductoare

Prof. dr. ing. Valer DOLGA,

Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2

Cuprins 8Masurarea fortei de prehensareRecunoasterea unei piesePolizare, slefuireMontaj robotizatTraductor tensorezistiv


Introducere

• Forta - una din mǎrimile mecanice de bazǎ care fac obiectul culegeriide informaţii într-un sistem;

• Inţeleasǎ în sens generalizat, ca un torsor τ(), cu şase componente;

• Definitǎ în mod general şi sintetic, forţa este cauza deplasǎrilor şideformaţiilor unui corp sau a unui ansamblu de corpuri;

• Considerând conversia energeticǎ realizatǎ de traductor ca şi un criteriu de bazǎ, pentru mǎsurarea forţei se utilizeazǎ:

traductoare parametrice – tensorezistivi, cu coardǎ vibrantǎ, cu elemente nespecifice, etc.

traductoare generatoare – piezoelectrice, magnetostrictive etc.

Aplicatii diverse:

Operatii tehnologice controlate prin forta

Masurarea fortei de prehensare

Instruierea robotilor industriali

etc.


Masurarea fortei de prehensare


Recunoasterea unei piese


βαμα cos)cossin( ⋅−= NNFx

βαμα sin)cossin( ⋅−= NNFy

αμα sincos NNFz +=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛⋅

+++= f

zyx

zf

FFF

Fθθα cosarccos

222

x

y

FF

arctg=β

μθ arctgf =

αsin' rX A =

αcos' rZ A =


Polizare, slefuire, taiere


Montaj robotizat


Traductor tensorezistiv

( )μερρ

ρρ 21+⋅+

Δ=

Δ−

Δ+

Δ=

ΔSS

ll

RR

F F

ερρμ

ε121 ⋅

Δ+⋅+=

Δ= R

RK

Metal sau aliaj Nume cunoscute K Cupru (60 %), Nichel (40 %) Constantan, Cupron,

Copel + 2.1

Nichel (80 %), Crom (20 %) Nichrom, Tophet + 2.2 Nichel (75 %), Crom (20 %) + adaosuri

Karma, Evanohm, Chromel R

+ 2.1

Fier – Nichel – Molibden Isoelastic +3.5


Terminologia pentru un traductorTER

120 Ω, 300 Ω, 600 Ω.

Rozeta pentrutorsiune


εσ ⋅= E


Sfert de punte

Semi punte

Punte completa

[V] kNU10 = U i6-

e ε⋅⋅⋅⋅⋅41

BlPRU Si ⋅⋅⋅⋅= 02⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

= ∑∑

0

1

j

iN μ


FACTORI PERTURBATORI

Temperaturamediului

Parametriigeometrici

Influenţa efectuluitermoelectric şi areacţiilor chimice

Rezistenţaconductoarelor de

legătură

• rezistenţa devaloare constantă

• rezistenţavariabilădependentă de

Rezistenţaelectrică de izolaţie

a traductorului


te dldldl −=( ) ( ) εααααρ ⋅+Δ⋅−⋅+Δ⋅−= KTKT

RdR

tet

( )[ ]TfKK ,10 ε−⋅=

Evitarea erorilor de măsurare datorate câmpului termic


Infuenţa grosimii stratului de adezivasupra deformaţiei măsurate

Eliminarea erorilor datorate variaţiei rezistenţelorconductoarelor de legătură prin cablarea cu trei (a) şi

respectiv cinci conductoare (b)


iz

e

RR

RR+

=1

Se recomandă ca Riz >103 MΩ. Pentru o rezistenţă de izolaţiecuprinsă în intervalul [60 kΩ….6 GΩ], semnalul eroare variază între103 μm/m şi 10-2 μm/m

TE Δ⋅= β


Modelul matematic al elementuluisenzorial tensorezistiv

• Senzor tensometric

• Si – semnalele din puncte de masurare

[ ] [ ] [ ]( )PXfY ,=

[ ] [ ]zyxzyxT MMMFFFX ,,,,,=

[P] - -factorii perturbatori

[ ] [ ]nT YYYY ,....,, 21=

[ ] [ ] [ ]XY ⋅Ψ= Matricea de masurare


[ ] [ ] [ ] [ ]{ }Txnxnx MFBS 1661 ,⋅=

[B] - matrice de cuplare

[ ]⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

66

22

11

...00............0...00...0

B

BB

B Cazul ideal – matrice diagonala

[ ] [ ]{ } [ ] [ ] 1616, nxxnT

x SAMF ⋅=

[A] - matricea de decuplare

[ ] [ ] TT BBBA ⋅⋅=−1


[ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ]( ) [ ] [ ][ ] [ ]( ) [ ] [ ]ABAB

BABA

AABABBAB

T

T

⋅=⋅

⋅=⋅

=⋅⋅=⋅⋅

Pseudo-inversa [A] trebuie săverifice condiţiile Moore-Penrose

SA +...+SA+ SA = F nn i2i21i1i ⋅⋅⋅

1−⋅= MMK Numărul de condiţionare.

Valoarea singulară minimă a matricii de cuplarenormalizate1

min

max ≥=λλK

Sensibilitatea la perturbatii


Forma elementului elastic

Forma elementului elastic + locul de aplicare a TER:

• sarcina nominală;

• sensibilitate;

• liniaritate;

• histereză etc.

•Bara dreaptă solicitată axial

LEbhK

EbhN

=

−=

=

12

1

μεε

ε AF

=σ

Eσε =

NS m

11

ε=


•Bara de egală rezistenţă la încovoiere

3

312

21

6

6

LEbhK

EbhPL

=

−=

=

μεε

ε

26

hbLP

WM

z

i

⋅⋅

==σ dxEI

MMf

x z

ii∫⋅

=

fPK =

bb

Lx x=


•Bară dreaptă în consolă solicitatăla încovoiere

3

312

21

4

6

LEbhK

EbhPL

=

−=

=

μεε

ε

•Bară curbă (semi-inel)

3

3

1

1

6

2621

2621

REbhK

hRhR

hR

EbhP

hRhR

hR

EbhP

e

i

π

ε

ε

=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++

⋅+−⋅=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−−

⋅+⋅−=


•Bară cotită solicitată la încovoiere

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅

=

−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅−=

−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

332

12

1

12

1

324

16

16

el

dcc

EaK

ec

EaeP

ec

EaeP

ee

e

ii

i

μεε

ε

μεε

ε


•Bară inel circular

3

3

1

1

24

12

21312

21312

R

EaeK

eR

EaeP

eR

EaeP

i

e

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅

=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅+⋅=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅−⋅=

ππ

πε

πε


•Bară cotită încastrată la un capăt

( )

3

312

2123

LEbhK

EbhaLP

=

−=

−⋅=

μεε

ε

( )

3

312

21

2

223

LEbhK

EbhaLP

=

−=

−⋅=

μεε

ε

•Cadru plan solicitat la încovoiere


•Bară de secţiune circulară solicitată la răsucire

LGdK

GdM

32

8

412

31

π

μεεπ

ε

=

−=

=

316

dM

WM t

p

t

πτ ==


•Placa plană circulară încastrată

( ) ( )( ) ( )

( ) 22

3

222

2

1

222

2

1

13168

13

38

13

REhK

rREh

p

rREh

p

⋅−⋅=

−⋅−⋅

=

−⋅−⋅

=

μπ

με

με


Frecventa proprie a elementului elastic

mKf

π21

=• rigiditatea elementului elastic

• masa elementului elastic

ρππE

Lh

mLEbhf ⋅⋅== 23

3

89.41

89.41 Element elastic

tringhiular

ρππE

Lh

mLEbhf ⋅⋅=⋅= 23

3

41

41 Element elastic

dreptunghiular

Indice de calitate al materialului


Exemplu de element elastic si matriceade decuplare

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⋅

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

6

5

4

3

2

1

66

5351

4442

35

2422

1311

00000000000000000000000000

SSSSSS

aaa

aaa

aaaa

MMMFFF

z

y

x

z

y

x


Structuri elastice complexe


Calculul starii de solicitare

xy

z

1

23

45

67

8

910

1112

13

14

1516

17

1819

2021

2223

2425

xy

z

Cas de charge 1


( )21112 MM

hLaMM Fz

aT +⋅−

−=

z

FzaTFz

aT WEM⋅

= 11ε


Rigiditatea elementului elastic

Se impune determinarea condiţiilor, astfel încât diferenţa întrerigiditatea K a ansamblului şi rigiditatea iniţială a sistemului mecanicKSM să fie cât mai mică (de exemplu 0.1 %) , prin montarea elementuluielastic din componenţa senzorului de rigiditate KS .

SSM KKK +=SMS

SMS

KKKKK

+⋅

=

K = 1.001 KSM

KS = 0.001KSM

KS = 1000 KSM .


Constructia senzorului

Contacte intermediare


Elemente auxiliare mecanice pentru aplicarea forţelor


Sisteme de protecţie la supraîncărcare

senzori si traductoare - mec.upt.romec.upt.ro/dolga/st_8.pdf · prof. dr. ing. valer dolga 2...

Documents