Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. •...
Transcript of Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. •...
Senzori si traductoare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA,
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
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
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
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
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:
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.
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 11
mel liBF ⋅⋅=
• B este inducţia magnetică a magnetului permanent;
• i este curentul
• lm este lungimea poluluimagnetic
vlBe m ⋅⋅=
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 12
Excitaţie prin electromagnet în mod intermitent (a) şi continuu (b)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 13
Modalităţi de fixare a coardei
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.
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
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)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 17
Cristalul de cuarţ în stare nesolicitată (a) şi în stare solicitată (b, c)
xxxx FdQ ⋅=
yxyy FdQ ⋅=
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 ⋅⋅−=
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 19
Efectul piezoelectric de forfecare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 20
Conectarea în pachet a elementelor piezoelectrice
Forme pentru elementele piezoelectrice
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 22
a
ae
aa
a CQ
kC
kC
Qu −≈
⋅+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅
−=
111
mkf ⋅
⋅=
π21
0 ( ) 05.0....3.0 f⋅
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).
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 24
Principiul de funcţionare a senzorilor magnetoanizotropici