Senzori si traductoare - mec.upt.ro · • traductoare inductive diferenţiale 2 şi 3. •...

of 24/24
Senzori si traductoare Prof. dr. ing. Valer DOLGA,
  • date post

    23-Sep-2019
  • Category

    Documents

  • view

    32
  • download

    2

Embed Size (px)

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 x 123

    −⋅=

    lyycM x 123

    −⋅=

    lxxcM 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:

    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 ⋅⋅= εε00

    •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

    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