Senzori si traductoare - mec.upt.romec.upt.ro/dolga/ST_8.pdf · Prof. dr. ing. Valer DOLGA 2...
Transcript of 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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 3
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.
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 4
Masurarea fortei de prehensare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 5
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 6
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 7
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 8
Recunoasterea unei piese
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 9
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 =
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 10
Polizare, slefuire, taiere
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 11
Montaj robotizat
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 12
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 13
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 14
Terminologia pentru un traductorTER
120 Ω, 300 Ω, 600 Ω.
Rozeta pentrutorsiune
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 15
εσ ⋅= E
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 16
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 17
Sfert de punte
Semi punte
Punte completa
[V] kNU10 = U i6-
e ε⋅⋅⋅⋅⋅41
BlPRU Si ⋅⋅⋅⋅= 02⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
= ∑∑
0
1
j
iN μ
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 18
FACTORI PERTURBATORI
Temperaturamediului
Parametriigeometrici
Influenţa efectuluitermoelectric şi areacţiilor chimice
Rezistenţaconductoarelor de
legătură
• rezistenţa devaloare constantă
• rezistenţavariabilădependentă de
Rezistenţaelectrică de izolaţie
a traductorului
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 19
te dldldl −=( ) ( ) εααααρ ⋅+Δ⋅−⋅+Δ⋅−= KTKT
RdR
tet
( )[ ]TfKK ,10 ε−⋅=
Evitarea erorilor de măsurare datorate câmpului termic
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 20
Infuenţa grosimii stratului de adezivasupra deformaţiei măsurate
Eliminarea erorilor datorate variaţiei rezistenţelorconductoarelor de legătură prin cablarea cu trei (a) şi
respectiv cinci conductoare (b)
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 21
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 22
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 23
[ ] [ ] [ ] [ ]{ }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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 24
[ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ]( ) [ ] [ ][ ] [ ]( ) [ ] [ ]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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 25
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=
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 26
•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=
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 27
•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
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
++
⋅+−⋅=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−−
⋅+⋅−=
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 28
•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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 29
•Bară inel circular
3
3
1
1
24
12
21312
21312
R
EaeK
eR
EaeP
eR
EaeP
i
e
⋅⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⋅
=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⋅+⋅=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⋅−⋅=
ππ
πε
πε
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 30
•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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 31
•Bară de secţiune circulară solicitată la răsucire
LGdK
GdM
32
8
412
31
π
μεεπ
ε
=
−=
=
316
dM
WM t
p
t
πτ ==
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 32
•Placa plană circulară încastrată
( ) ( )( ) ( )
( ) 22
3
222
2
1
222
2
1
13168
13
38
13
REhK
rREh
p
rREh
p
⋅−⋅=
−⋅−⋅
=
−⋅−⋅
=
μπ
με
με
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 33
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 34
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 35
Structuri elastice complexe
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 36
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 37
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
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 38
( )21112 MM
hLaMM Fz
aT +⋅−
−=
z
FzaTFz
aT WEM⋅
= 11ε
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 39
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 .
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 40
Constructia senzorului
Contacte intermediare
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 41
Elemente auxiliare mecanice pentru aplicarea forţelor
Prof. dr. ing. Valer DOLGA 42
Sisteme de protecţie la supraîncărcare