Marci tensomentrice

Printre traductoarele pentru măsurarea deformaţiilor şi tensiunilor mecanice un loc important îl ocupă traductoarele rezistive de tip tensometru. Acestea sunt traductoare analogice directe care oferă informaţii despre starea de deformare a unui corp solid, reprezentând o soluţie standard, unanim acceptată pentru măsurarea deformaţiilor, a stărilor de tensiune mecanică, a forţelor şi a cuplurilor de forţe. Există două tipuri principiale de tensometre: cu fir metalic şi cu semiconductor.

Tensometrul cu fir metalic se obţine prin lipirea pe un suport izolant a unui fir metalic cu rezistivitate mare, fir care constituie elementul activ al tensometrului. El se aşează în zig-zag astfel încât o parte cât mai mare din lungimea sa să fie orientată în aceeaşi direcţie. O structură asemănătoare se poate obţine prin corodarea unei folii metalice depuse pe un suport izolator. În cazul tensometrului semiconductor elementul activ este constituit dintr-un filament semiconductor lipit pe o folie izolantă.

Datorită aspectului şi dimensiunilor lor aceste tipuri de traductoare mai poartă şi denumirea sugesivă de mărci tensometrice. Marca tensometrică se lipeşte cu ajutorul unor răşini sau cimenturi speciale pe corpul a cărui deformare se doreşte a fi măsurată. Deformarea corpului (o măsură a tensiunilor mecanice) se transmite mărcii tensometrice care o converteşte în semnal electric. Dacă se urmăreşte determinarea atât a mărimii cât şi a direcţiei efortului unitar nu este suficientă o structură simplă de marcă tensometrică. În acest caz se lucrează cu rozete tensometrice.

La tensometrul cu fir metalic factorii principali care determină variaţia rezistenţei firului sunt dimensiunile geometrice care se modifică odată cu producerea deformării, iar dintre acestea pondere determinantă o are variaţia lungimii firului deoarece dimensiunile transversale sunt foarte mici şi variaţiile lor sunt neglijabile.

Mărimile cele mai importante prin intermediul cărora sunt caracterizate performanţele tensometrelor sunt: sensibilitatea, coeficientul de temperatură al rezistivităţii şi liniaritatea.

Traductoare

Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de amasura valorile parametrului reglat si de a converti acest parametru (marime) într-omarime fizica ce este compatibila cu marimea de intrare în elementul urmator alsistemului. Traductoarele se compun din elementul sensibil si elementul traductor.

Traductoarele inductive sunt realizate din bobine înfăşurate pe un miezferomagnetic, miez care poate avea, constructiv, un întrefier,δ, variabil.Principiul de măsură se bazează pe mo dificarea lungimii δ a întrefierului subacţiunea mărimii de intrare.

Fig 1 Fig 2

Principiul de funcţionare a unui traductor inductiv de forţă este prezentat în figura1. Constatăm că, sub acţiunea forţei, se modifică întrefierul δ ,ceea ce conduce lavarierea lui Lx .Cum fluxul magnetic este proporţional cu intensitatea curentului ce trece prin bobina se poate determina si valoare curentului ce trece prin bobina atunci cand intrefierul variaza.

Functionarea traductoarelor induc-tive are la baza variatia geometriei circuitului (cuplajului) magnetic în functie de masurând, care se traduce într-o variatie de inductivitate proprie sau mutualaPentru cazul deplasarilor liniare mici (< 2 mm), uzual se folosesc traductoare inductive cu întrefier variabil (cu armatura mobila). Una din aceste variante este prezentata în figura 3

Fig 3

Circuitul magnetic se realizeaza dintr-o oala de permaloy 1 si armatura mobila 2. Bobina 4 se fixeaza în piesa 1, tija 3 fiind fixata în armatura mobila 2. Prin l1 si l2 s-au notat lungimile medii ale liniilor de câmp magnetic, iar d este distanta dintre armatura mobila 2 si miezul magnetic 1.

La modificarea distantei d sub actiunea unei deplasari, practic se va modifica inductanta L a bobinei ce depinzde de d. Deoarece, ca si în cazul traductoarelor rezistive este dificil a se masura variatiile de inductanta, practic se masoara caderea de tensiune pe rezistenta R.

În cazul în care sectiunile circuitului magnetic se aleg într-un anumit mod, caderea de tensiune pe rezistenta R este aproximativ egala cu marimea de iesire e si este data de relatia:

(3.7)

unde: U - tensiune de alimentare alternativa stabilizata;

RL- rezistenta electrica a bobinei;

m, mrp - permeabilitatea magnetica absoluta si relativa a permaloyului;

N - numar de spire;

S - sectiunea circuitului magnetic.

Pentru cazul deplasarilor mai mari de 2 mm în mod obisnuit se utilizeaza traductoare inductive diferentiale cunoscute si sub denumirea de transformatoare diferentiale. În cazul unor deplasari de pâna la 4 mm se utilizeaza traductorul inductiv diferential cu întrefier variabil, iar pentru deplasari de ordinul centimetrilor se utilizeaza traductoare inductive diferentiale, cu miez magnetic mobil. Acestea se realizeaza constructiv prin bobinarea a doua înfasurari primare si doua secundare identice pe cele doua carcase izolante ce se monteaza pe un tub din material nemagnetic ( plastic, textolit, alama, s.a.) în interiorul caruia se poate deplasa liber un miez magnetic ce se executa obisnuit din fier moale. Practic reprezinta doua transformatoare identice montate pe aceeasi carcasa ce arata constructiv ca în figura 3.7., unde: 1 - bobine primare; 2 - bobine secundare; 3 - miez magnetic; 4 - tija; 5 - distantier; 6 - capace.

Pentru reducerea perturbatiilor de natura electromagnetica, întreg ansamblul se ecraneaza.

Functionarea traductorului prezentat se bazeaza pe principiul variatiei cuplajului magnetic între primarul si secundarul celor doua transformatoare identice la deplasarea miezului magnetic.

Se recomanda ca pentru o buna reproductibilitate tensiunea de alimentare primara sa fie alternativa stabilizata, iar tensiunea secundara sa fie redresata si stabilizata.

Înfasurarile primare ale celor doua transformatoare se leaga în serie aditional, iar cele secundare în opozitie, astfel ca, în pozitia centrala a miezului magnet

Traductoarele cu miez mobil (fig 3) sunt des utilizate în convertirea deplasărilor mecanice într-o mărime electrică, de obicei o tensiune alternativă. Ele constau dintr-obobină cu miez mobil, mărimea de intrare acţionând asupra acestui miez.

Fig 4

Fig 4

Traductoarele generatoare funcţionează pe principiul transformării mărimii demăsurat neelectrice (temperatură, poziţie, viteză, debit, presiune, acceleraţie, radiaţiiforţă, etc.) într-o mărime electrică (tensiune, curent, sarcină electrică). Tahogeneratoarele sunt traductoare de turatie si ele sunt microgeneratoare de curent continuu sau alternativ care genereaza tensiuni electrice proportionale cu viteza de rotatie a arborelui cu care sunt cuplate. Exista tohogeneratoare de c.c. si de c.a. Tahogeneratoarele consuma o putere de 1¸50 W care este neglijabila la puteri mari de antrenare, dar la puteri mici apar erori de masurare a turatiei.

Generatoare de curent continuu

Daca un rotor se invarte intre doi poli magnetici stationari, curentul din rotorcircula intr-o directie pe parcursul unei jumatati de rotatie si in cealalta peparcursul celeilalte jumatati. Pentru a produce o trecere constanta, intr-o singuradirectie a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesara furnizarea unuimijloc prin care curentul rezultat sa aiba acelasi sens pe parcursul intregii rotatii.

La masinile mai vechi aceasta este realizata cu ajutorul unor placute colectoare, uninel de metal impartit in doua, montat pe axul rotorului. Cele doua jumatati suntizolate si sunt bornele bobinei. Perii fixe de metal sau carbon sunt tinute peplacutele colectoare in timp ce acestea se rotesc, conectand electric bobina la fireexterioare. In timp ce rotorul se invarte, fiecare perie intra in contact alternativ cu

placutele colectoare, schimbandu-si pozitia in momentul cand curentul din bobinaisi schimba sensul. Astfel circuitul exterior la care generatorul este conectat estealimentat cu un curent continuu. Generatoarele de curent continuu sunt de obiceifolosite la tensiuni mici pentru a evita scanteile dintre perii si placute care rezultala tensiuni mari. Cel mai mare potential obtinut in general de astfel de generatoareeste de 1500 de volti. In unele masini mai noi aceasta inversare se face folosinddispozitive electronice de mare putere, cum ar fi de exemplu diode redresoare.

Generatoare cu current alternative

La noile constructii de automobile, ca urmarea cresterii puteri receptoarelor si consumatorilor introdusi, a pornirilor si opririrol dese in circulaia intensa din orase, a rezultat po de o parte necesitatea incarcarii bateriilor la turatii de mers in gol alemotoarelor, iar pe de alta parte necesita cresterii limitei turatiei maxime a generatoarelor (ca urmare a cresterii raportului de transmisie de la motor la generator), cerinte carora dinamurile nu le mai pot face fata. Din aceste cauze, ele au inceput sa fie inlocuite in scara tot mai larga cu altenatoare. Alternatoarele pentru automobile sunt generatoare sincrone prevazute cu redresoare statice, care folosesc de obicei diode de siliciu, si ca urmare nu mai necesita colectoare cu lamele ca in cazul dinamurilor. Ele au rolul de a alimenta cu curent electric consumatorii (receptoarele) si de a incarca bateria de acumulatoare.

Traductoare de turaţiePrincipale aparate care permit masurarea pe cale electrica a turatiilor şi vitezelor unghiulare sunt: tahometrul cu curenti turbionari, tahogeneratorul, tahometrul cu impulsuri.Tahometrele cu curenti turbionari (fig. 5) se construiesc pentru intervalelargi de masurare: 20¸10.000 rot/min. Constau dintr-un dispozitiv mobil formatdin unul sau doi magneti permanenti 1 ce se pot roti in interiorul unui tamburde aluminiu sau cupru 2. Tamburul este solidar cu un ac indicator si se poateroti la randul sau pe două lagăre fiind insă menţinut in pozitia initială datoritaunui arc spiral 3. Arcul spiral are capatul interior fix si capatul exterior solidarcu tamburul. Arborele a carui turatie se masoara pune in miscare de rotorul.Liniile de camp magnetic produse de magnetii permanenti taie tamburul in carevor fi induse t.e.m. proportionale cu turatia n.Între curentii indusi în tambur si fluxul magnetilor permanenti apare o interactiune care se manifesta prin aparitia unui cuplu activ:M k n a = × 1

unde: n este viteza de turatie unghiulara (turatia).

Fig 5

Fig 6 Schema constructive a tahometrului cu curenti turbinari