TRADUCTOARE PENTRU

MARIMI GEOMETRICE

TIPURI DE TRADUCTOARE PENTRU

MARIMI GEOMETRICE

1) Traductoare pentru deplasări liniare mici

a) traductoare inductive

b) traductoare capacitive

c) traductoare rezistive

2) Traductoare pentru deplasări unghiulare

a) traductoare rezistive

b) traductoare capacitive

c) traductoare inductive

cu miez feromagnetic mobil

cu element sensibil de tip selsin

- cu element sensibil de tip resolver

- cu element sensibil de tip inductosin circular

d) traductoare numerice absolute pentru deplasări unghiulare

e) traductoare numerice incrementale pentru deplasări unghiulare

3) Traductoare pentru deplasări liniare mari

a) Traductoare de deplasare cu laser

b) Traductoare de deplasare de tip Inductosin liniar

c) Rigle optice

Traductoare pentru deplasări liniare mici

Sunt în general de tip parametric

Domeniu de măsură 10 -2 mm – 10 cm

Traductoare inductive pentru deplasări liniare mici

Elemente sensibile inductive cu miez mobil

Unde , ,

)LjRR(Z2LL))x(LjRR(

)x(LRj2U

pi12

2222

P

p

d

2

)x(L)x(L)x(L 21

2

)x(L)x(L)x(L 21 12LLL

Transformator diferenţial liniar variabil

Performanţele specifice traductoarelor cu miez mobil:

- Lipsa frecărilor la deplasarea miezului, de unde rezultă o durată de viaţă foarte

mare, moment de inerţie redus, fiabilitate ridicată, robusteţe

- Rezoluţie şi reproductivitate foarte bune

- Insensibilitate la deplasările radiale ale miezului

- Posibilitatea protecţiei bobinei de medii corozive, ori medii cu presiuni sau

temperaturi înalte

- Asigurarea separării galvanice

Elemente sensibile inductive cu întrefier variabil

)x(K

K

S

)x(2

S

l

NL

02

1

a0

0

Fer0

m

2

m

1k kk

k

2

S

l

NL

La aceste elemente sensibile nu se pot asigura simultan condiţiile de liniaritate si

sensibilitate simultan motiv pentru care se adoptă soluţia de compromis:

x01 x02 )LL(RUKU 21apd

222 )LL(RZZ

4,01,0L

L

4,03,0maz

P

1

2S U

N

N)(kU

P

1

2P

1

20P

1

20SSies U

N

N)x(k2U

N

N)x(kU

N

N)x(kUUU

Caracteristicile elementelor sensibile inductive cu modificarea intrefierului:

- Domeniu de măsură de ordinul zecilor de microni

-Gabarit redus

- Rezoluţie foarte bună

- Principala sursă de erori o constituie modificările caracteristicilor magnetice ale

miezului prin îmbătrânire

Traductoare capacitive pentru deplasări liniare mici

Aceste traductoare folosesc ca elemente sensibile condensatoare plane la care se pot

modifica unul din următorii parametri: distanţa dintre armături, suprafaţa armăturilor, sau

permitivitatea dielectricului.

Elemente sensibile capacitive cu modificarea distanţei între armături

x

SC

0

2

SCS

1C

C

Sr

0

01

2

xUU

0

02

2

xUU

x

UU

0

d

Elemente sensibile capacitive cu modificarea suprafeţei

d

aCS

Elemente sensibile capacitive cu modificarea dielectricului

)d/Dln(

)xl(2

)d/Dln(

x2C d00

)(h

SC

01x0

10

Traductoare rezistive pentru deplasări liniare mici

XS

xRR

EI

)RR(IEU xx

xS

xSx

RR

RR)RR(

EI

1RR

)RR)(RR(

EU

xS

xxS

x

1)x1(mx

EU x

R

Rx x

SR

Rm

Traductoare pentru deplasări unghiulare

Problema măsurării deplasărilor unghiulare trebuie privită sub două forme:

a) măsurări de unghi în domeniul 0 - 360°

b) măsurări indirecte de deplasare liniară

Traductoare rezistive pentru deplasări unghiulare

Pot fi de două tipuri:

-Uniturn folosite pentru un domeniu sub 360°

-Multitură folosite cu reductoare pentru deplasări liniare mari

max

ax

UU

Traductoare capacitive pentru deplasări unghiulare

Traductoare inductive pentru deplasări unghiulare

Datorită bunelor performanţe, sunt cele mai folosite tipuri de traductoare pentru deplasări

unghiulare, existând numeroase elemente sensibile de tip inductiv.

Elemente sensibile inductive cu miez feromagnetic mobil

Transformatorul rotativ diferenţial variabil are un domeniu restrâns de măsură ±40°,

datorat neliniarităţii tensiunii de ieşire.

Performanţe similare cu ale TLDV cu deosebirea apariţiei frecărilor suplimentare în rotor,

dar datorită cuplului mic acestea se pot neglija.

Frecvenţa de alimentare între 400Hz – 2KHz

Elemente sensibile inductive de tip selsin

)tsin(Ee 11 )tsin()cos(Ee 22

Elemente sensibile inductive de tip resolver (selsin bifazat)

Resolverul conţine un stator cu două înfăşurări şi un rotor monofazat.

)tsin(UUr

)cos()tsin(UU S1S )sin()tsin(UU S2S

1S

2S

U

Utg

Resolver cu modulaţie de amplitudine

sinUcosUU 2S1Sr

)sincoscos)(sintsin(UUr

)sin()tsin(UUr

Resolver cu modulaţie de fază

)tsin(UU 1S )2

tsin(UU 2S

)sintcoscost(sinUUr

)sin()tsin(UU 1S )cos()tsin(UU 2S

)tsin(UUr

Adaptoare pentru resolvere

1k

k

p)ktkcos(A

2

A)(u

)tcos(A)(u 11

Elemente sensibile de tip inductosin circular

Inductosinul circular este echivalent unui selsin multipolar desfăşurat în plan cu un număr

foarte mare de poli. Este format din două discuri plane unul fix şi unul mobil, separate

printr-un interstiţiu de aer cu grosimea de 0,1.. 0,3 mm. Discul fix este inductor şi pe el

sunt dispuse două înfăşurări multipolare plane decalate între ele din punct de vedere

electric cu 90°. Rotorul este cuplat solitar cu obiectul de măsură şi conţine o singură

înfăşurare. Toate cele trei înfăşurări au acelaşi pas.

)psin()tsin(UUr )ptsin(UUr

p

k2

Caracteristicile inductosinului circular

Dacă numărul perechilor de poli de pe rotor p = 1000 la 360° electrice

corespund 0,36 ° mecanice, iar folosind divizarea electronică se pot obţine

precizii de ordinul 1 – 5 ˝.

Pot apare numeroase erori datorate:

Armonicilor superioare în cuplaj mutual dintre rotor şi stator

Interstiţiului dintre cele două discuri care nu se păstrează constant

Impreciziilor tehnologice de execuţie

Unui decalaj diferit de 90° între cele două înfăşurări ale statorului

Inegalităţilor amplitudinilor din înfăşurările statorului

Erorilor de montaj (în special la planeitate)

Traductoare numerice pentru deplasări unghiulare

Sunt singurele traductoare pur numerice întrucât nu necesită un convertor analog-digital

Traductoare numerice absolute pentru deplasări unghiulare

Se pot realiza discuri la care distanţa între liniile radiale să ajungă la 0,067˝

ceea ce corespunde unei rezoluţii de 1/108.

Pe un disc cu diametru de 150mm se pot citi până la 5000 biţi

Eroarea de histerezis provocată de diferenţa în nivel de tensiune între trecerea din zona

întunecoasă în zona transparentă şi trecerea inversă

Traductoare numerice incrementale pentru deplasări unghiulare

Generează un număr fix de impulsuri pentru fiecare cuantă de mişcare unghiulară. Pot

determina rotirea probei faţă de poziţia precedentă, dar nu pot da o indicaţie absolută cu

privire la poziţia unghiulară.

Traductoare pentru deplasări liniare mari

Pot fi cu măsurare directă cum este cazul celor de tip interferometru laser, de

tip riglă (inductosinul liniar, rigletele optice), sau cu măsurare indirectă prin

intermediul elementelor sensibile unghiulare de tip ciclic absolut (selsin) sau

numeric absolut (disc codat).

Traductoare de deplasare cu laser

T

t2sinAy1

T

t2sinAy2

21

p

d

T

t2sinA

d

T

t2sinAy

2121

p

ddcos

2

dd

T

t2sinA2y

kddk

dd21

21

Vom obţine maxime pentru

Vom obţine minime pentru

2)1k2(dd

2)1k2(

dd21

21

Caracteristicile traductoarelor interferometrice:

Precizie de măsură de ordinul λ/2

Efectuarea măsurătorilor fără contact în zone greu accesibile

Sensibilitatea pentru interferometre curente 0,1μm / m

Eroarea riglei interferometrice < 0,1μm / m

Neliniaritatea indicaţiilor < 0, 5 μm / m

Fiabilitate metrologică ridicată

Robusteţe mare

Inductosinul liniar

Este similar unui selsin multipolar desfăşurat în plan. Rotorul este o riglă a cărei lungime

trebuie să acopere domeniul de măsură, iar statorul este un cursor care se deplasează

deasupra riglei. Rigla are o singură înfăşurare, iar cursorul are două. Toate înfăşurările au

acelaşi pas. Distanţa între cele două înfăşurări ale cursorului este

2/n2d pp

)x

tsin(UKUp

tr

)xx(sin)tsin(UKU 0

p

tr

Sistem de măsurare pentru inductosin

Caracteristicile inductosinului liniar:

lungime riglă 250 mm – 1 m

pasul polar 2 mm

precizie de 1 micron dacă pasul de prelucrat este de 2000 de impulsuri

Erorile de măsură cele mai mari sunt cele de temperatură

Erori datorită câmpurilor perturbatoare externe

Interstiţiu riglă-cursor 0,05 … 0,25 mm

număr de poli pe rigleta standard: 64 … 96

frecvenţa tensiunii de alimentare 2 – 10 KHz

poate fi folosit ca traductor absolut în interiorul unui pas de 2mm

poate fi folosit ca traductor ciclic absolut contorizând numărul de schimbări

de fază

Riglele optice

Un astfel de sistem acoperă un domeniu de măsură de maxim 4 m cu o

precizie de 1 μm, sau la o măsurare directă de unghi o precizie de 0,18°.