Convertoare intermediare de tip parametric

Colegiul Tehnic INFOEL Bistria

PROIECT DE SPECIALITATE

pentru examenul de certificare a competenelor profesionale pentru obinerea certificatului de calificare profesional nivel 4

Calificarea profesional: Tehnician n automatizri ndrumtor proiect:

Candidat: ing. Mu Mariana

Ciocan Bogdan Adrian

2015

TEMA PROIECTULUI

TRADUCTOARE PENTRU FORTE

SI CUPLU

CUPRINSPagina

ARGUMENT3

1. Notiuni Introductive4

2. Traductoare de forta tensorezistive 5

2.1. Principiul de functionare al elementelor sensibile tensorezistive5

2.2Tipuri de marci tensometrice si caracteristicile acestora 6

2.3. Adaptoare pentru traductoare tensorezistive9

2.4. Circuite finale pentru adaptoarele cu punti tensometrice12

3. Traductoare de forta si cuplu cu elemente sensibile nespecifice15

3.1. Traductoare magnetostrictive15

3.2. Elemente sensibile piezoelectrice pentru traductoare de forta18

3.3. Elemente sensibile inductive pentru traductoare de forta 19

3.4. Traductoare de cuplu cu discuri incrementale 20

3.5. Traductoarele inductive de cuplu 20

Biblografie . !

Traductoare pentru fore i cuplu

1 Noiuni introductive

Traductoarele pentru fore i momente sunt necesare pentru supravegherea structurilor cinematice supuse unor regimuri variabile de ncrcare variabile (de exemplu: maini unelte, roboi, macarale, benzi transportoare etc.). n aceste situaii, fora apare ca o mrime vectorial iar determinarea direciei n care acioneaz fora este esenial. Un caz particular, cnd ne intereseaz valoarea absolut a forei (direcia fiind a priori cunoscut) l reprezint operaia de cntrire automat, adic determinarea greutii unei mase. n aceste cazuri fora este caracterizat i prin acceleraia pe care o imprim structurii cinematice:

(1.1)

unde F este fora ce acioneaz asupra masei m ; a - acceleraia ; K - un coeficient care depinde de sistemul de uniti.

n Sistemul Internaional (SI) pentru [m]=1kg i [a]=1m/s2, K=1, iar [F]=1N.Momentul M este produsul dintre for i braul forei (definit prin distana msurat ntre punctul de aplicare a forei i centrul de rotaie) :

M = , sau (1.2)

unde: este braul forei ; J - momentul de inerie ; au - acceleraia unghiular.

n SI, unitatea de msur pentru moment este [Nm].

Momentul poate fi de: rsucire (torsiune), ncovoiere sau forfecare. Msurarea forelor de ntindere sau compresiune se apreciaz prin msurarea alungirii relative (apreciat prin efortul unitar) care reprezint deformaia produs de fora ce acioneaz pe unitatea de suprafa ntr-un solid:

(1.3)

unde: este deformaia ; - efortul unitar ; E - modulul de elasticitate.Uzual deformaia se exprim n [mm m] sau [m m] .

Conversia deformaiei n semnal util este cea mai rspndit metod pe care se bazeaz funcionarea traductoarelor de fore i momente, datorit posibilitilor tehnice de valorificare a efectului tensorezistiv. Efectul tensorezistiv const n modificarea rezistenei unui conductor atunci cnd acesta este supus la un efort care i provoac alungirea sau compresia. Acest efect a fost pus n eviden nc din 1856 de lord Kelvin, dar aplicaia a devenit utilizabil n tehnic dup circa 75 de ani, cnd s-a construit prima marc tensometric.

Pe lng elementele sensibile tensorezistive, n construcia traductoarelor de for se mai utilizeaz elemente sensibile parametrice de tip inductiv sau capacitiv. Deasemenea, traductoarele de for utilizeaz i elemente sensibile generatoare, bazate pe efecte de material (efect magnetostrictiv sau efect piezoelectric).

2 Traductoare de for tensorezistive

2.1 Principiul de funcionare al elementelor sensibile tensorezistive

Considernd un conductor uniform de seciune A, lungime i rezistivitate , variaia rezistenei sale electrice datorit variaiei dimensiunilor produse de alungirea este:

(1.4)

mprind (1.4) prin R variaia relativ a rezistene va fi:

(1.5)

ntruct variaia relativ a ariei seciunii transversale este dat de relaia:

(1.6)

unde este coeficientul lui Poisson (adic raportul dintre contracia transversal i alungire) i admind pentru rezistivitate o variaie liniar cu volumul V de forma: , se obine:

(1.7)

innd seama de (1.6), se obine:

(1.8)

unde k este un coeficient ce depinde de natura materialului conductor.

nlocuind (1.6) i (1.8) n (1.5) rezult:

(1.9)

ntruct n practic, elementul tensorezistiv se realizeaz sub forma unei mrci tensometrice (MT), coeficientul K din relaia (1.9) poart numele de factor de marc. Din relaia care exprim factorul de marc K = se observ c acesta depinde de natura materialului folosit (prin coeficientul k) i de tehnologia de realizarea a MT. Altfel exprimat, factorul de marc K reprezint sensibilitatea mrcii tensometrice (sensibilitatea senzorului tensorezistiv).

2.2 Tipuri de mrci tensometrice i caracteristicile acestora

Principalele caracteristici ale MT sunt determinate de natura materialului din care acestea se realizeaz. Din acest punct de vedere, mrcile tensometrice se grupeaz n urmtoarele patru categorii:

a) Mrci tensometrice din conductor metalic

Acestea pot fi: cu capete libere, aderente prin lipire, transferabile pe suprafa i mrci sudabile.

Marca tensometric ce are capetele libere (nelipit) const dintr-o srm (cupru, nichel sau crom) cu diametru de circa 0,025 mm, ntins ntre dou suporturi. Acestea se utilizeaz doar la doze tensometrice destinate operaiilor de cntrire, deoarece pentru alte aplicaii nu ofer o precizie suficient de bun datorit dificultilor de amplasare i a sensibilitii reduse.

Marca aderent prin lipire (numit marc lipit) este fixat cu un adeziv special pe suprafaa piesei supus la efort. Cea mai rspndit configuraie este cea din figura1.1 i const dintr-un filament de srm subire, dispus n zig-zag i cimentat la baz. Conductoarele de legtur se sudeaz, prin procedee speciale, la terminalele filamentului pentru a facilita conexiunile electrice externe. Lungimea configuraiei (exclusiv conexiunile) reprezint lungimea activ a mrcii.

Fig. 1.1 Marc tensometric aderent - cu filament

Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc materialul pentru filamentul (firul) mrcii sunt:

s ofere un factor de marc K ct mai mare i o bun liniaritate;

coeficientul (() de variaie a rezistivitii cu temperatura s fie ct mai mic pentru a minimiza erorile de temperatur;

filamentul s aib o rezisten mecanic ridicat pentru a evita deformrile plastice;

( potenialul termoelectric (et ) de contact al jonciunilor dintre conductoarele de legtur i filament s fie neglijabil (ct mai mic);

( coeficientul de dilatare (cu temperatura) s fie ct mai apropiat de cel al materialului piesei pe care se lipete marca;

( limita de elasticitate s fie ct mai ridicat, iar histerezisul ct mai redus posibil.

Factorul de marc (K) este practic acelai la alungire i la compresie, ns pot apare modificri mici (( 5%) datorit adezivilor i modului de dispunere a filamentului pe suport. Valoarea uzual a factorului K, pentru acest tip de mrci tensometrice este cuprins ntre 2 i 6.

Terminalele conductoare sunt de regul din aliaje: Ni-Cu, OL-Cu, Ni-Ag, Ni-Cr. Aceste terminalele se mbrac n plastic sau n manoane de sticl (dac sunt utilizate n medii cu temperaturi nalte).

Mrcile transferabile se execut pe suporturi adezive, care se dispun pe suprafaa piesei supus la efort, fr alt liant (ciment). Materialul suport este de obicei plasticul (vinil) sau poliesterul, poliamida, azbestul etc.

Mrcile sudabile se monteaz pe supori metalici (de dorit acelai metal ca i suprafaa pe care se fixeaz). Fiind de dimensiuni reduse, montarea pe suprafaa solicitat se face prin tehnici speciale de microsudur (n puncte). Se utilizeaz obligatoriu n aplicaii dificile, de exemplu, dispunerea acestora pe pereii rezervoarelor de lichide criogenice.

b) Mrci tensometrice din folii metalice.

Acestea sunt realizate dup tehnologia circuitelor imprimate i au dimensiuni mai reduse. Materialul foliei este nicromul (Ni-Cr) sau constantanul. Aceste mrci sunt utilizate atunci cnd pentru msurarea forelor mari, nu sunt suficient de robuste mrcile din conductor metalic. n figura 1.2 se prezint trei configuraii tipice de mrci tensometrice realizate din folii metalice.

Mrcile de lime sporit se recomand atunci cnd efortul transversal este neglijabil, deoarece disip o putere fat de configuraia normal.

Configuraia de tip rozet se utilizeaz n situaiile n care nu se cunosc direciile de aplicare a eforturilor.

Uzual se folosesc 3 4 elemente dispuse la 45o i/sau 60( care permit determinarea direciilor i valorilor eforturilor.

Fig. 1.2 Mrci tensometrice din folii: a) lime normal; b) lime sporit;

c) de tip rozet

c) Mrci tensometrice obinute prin depuneri metalice. Aceste mrci se realizeaz direct pe suprafaa solicitat la eforturi prin metode de bombardare cu particule dup ce aceasta a fost acoperit cu un strat izolator.

Avantaje: dimensiuni reduse i rezisten la temperaturi nalte ((1200(C ).

d) Mrci tensometrice semiconductoare. Acestea funcioneaz pe baza fenomenului piezorezistiv ntlnit la semiconductoare. Rezistivitatea ( a unui semiconductor este invers proporional cu produsul dintre sarcina electric, numrul de purttori i mobilitatea acestora.

Amplitudinea i semnul acesteia depinde de forma i tipul materialului, gradul de dozare i orientarea cristalografic. Factorul de marc poate fi negativ sau pozitiv i este exprimat prin relaia:

(1.10)

unde R este rezistena modificat de efort ; R0 - rezistena iniial ; ( - deformaia; ( - coeficientul Poisson; E - modulul lui Young; - coeficient piezorezistiv longitudinal.

Factorul de marc (K ) depinde att de variaiile dimensionale ct i de rezistivitate. Ca urmare apar neliniariti care se pot minimiza prin utilizarea unor scheme de conectare de tip punte, montnd perechi de mrci active n brae adiacente.

Principalul avantaj oferit de mrcile tensometrice semiconductoare este sensibilitatea foarte mare (K=50200). Dezavantajul datorat neliniaritilor pronunate se poate compensa prin utilizarea unor mrci care au coeficient negativ de variaie a rezistivitii. O alt metod de liniarizare a caracteristicii de transfer const n pretensionarea iniial (nainte de montaj) a mrcii semiconductoare pentru a stabili punctul de funcionare n zona liniar.

2.3. Adaptoare pentru traductoare tensorezistive

Deoarece variaiile rezistenei electrice a mrcii tensometrice (MT), cnd este supus la deformaii, sunt mici, se impune utilizarea unor adaptoare performante. Un adaptor de acest tip cuprinde dou blocuri distincte:

a) O schem de msurare de tip punte Wheatstone, n care se conecteaz elementele sensibile (mrcile), numit punte tensometric.

b) Un circuit final de conversie i amplificare n semnal util (semnal unificat).

Puni tensometrice

O punte tensometric poate fi format din (14) elemente sensibile (MT) n funcie de precizia (sensibilitatea) dorit. La alegerea schemei de conectare, n funcie de scopul urmrit, se ine seama de faptul c efectele din dou brae (laturi) adiacente ale punii se scad, iar efectele din dou brae (laturi) opuse se adun.

Cele mai utilizate tipuri de puni sunt: sfert de punte, semipunte, punte complet. n figura 1.3 a se reprezint montajul n sfert de punte, avnd un singur senzor tensorezistiv (MT) notat cu R1 i trei rezistoare calibrate (R2, R3, R4) n adaptor.Schema din figura 1.3-b prezint montajul semipunte, fiind alctuit din dou mrci tensometrice exterioare, notate cu R1 , R2 i dou rezistoare calibrate (R3 i R4) aflate n adaptor.

Montajul n punte complet, avnd n fiecare latur a punii conectate mrci tensometrice este prezentat n figura 1.3-c.

a)b)

c)

Fig. 1.3 Tipuri de puni: a) Sfert de punte (R2, R3, R4 sunt rezistene calibrate);

b) Semipunte (R3, R4 - rezistene calibrate); c) Punte complet

Aceste puni (Wheatstone) se alimenteaz clasic de la o surs de tensiune constant Ua, iar pe diagonala de msurare se obine semnalul de ieire din punte Ue care, n cazul punilor dezechilibrate, este folosit direct ca o msur a variaiei n braele active ale punii. De regul, puntea se echilibreaz naintea oricrei msurtori (prin intermediul rezistenelor calibrate i ajustabile sau alte poteniometre auxiliare legate n laturile punii Wheatstone).

Dup aplicarea solicitrii mecanice puntea rmne dezechilibrat, iar Ue ( 0 exprim valoarea efortului care a produs deformare (for sau cuplu).

Se consider puntea complet (figura 1.3-c) pentru care, n absena solicitrii la effort, ecuaia de echilibru este de forma:

; (1.11)

Deci cnd puntea nu este solicitat la efort, iar rezistenele se consider egale

R1 = R2 = R3 = R4 = R; (1.12)

rezult:

; (1.13)

Dup aplicarea solicitrii, puntea se dezechilibreaz, iar raportul dintre tensiunea de dezechilibru (Ue) i cea de alimentare (Ua) devine:

; (1.14)

unde (Ri, cu i = 1, 2, 3, 4 - este variaia de rezisten a mrcii Ri ca urmare a solicitrii la care este supus aceasta.

Rezult c, n cazul general al punii cu 4 brae active, tensiunea de dezechilibru Ue nu este liniar cu variaiile (Ri i deci nu este liniar cu eforturile care au produs variaiile respective. Pentru a gsi o relaie liniar ntre Ue i Ua, considernd mrcile tensometrice identice, condiia (1.12) valabil, se dezvolt expresia (1.13) n serie Taylor i se rein doar termenii de ordin 1:

(1.15)

innd seama de (9.12) se obine:

; (1.16)

Avnd n vedere legea de funcionare a mrcilor tensometrice, dat de relaia (1.9), rezult:

; (1.17)

Relaiile (1.16) i (1.17) exprim modelul matematic liniarizat al punii Wheatstone complete. Dac n locul ecuaiei reale (9.14) se folosete ecuaia liniarizat (1.16) sau (1.17) rezult o eroare relativ de liniarizare, exprimat prin relaia:

; (1.18)

Deci, datorit neliniaritii punii, ntre deformaia real ( i deformaia msurat exist relaia:

; (1.19)

unde n reprezint eroarea incremental.

Observaie:

La proiectarea adaptoarelor pentru elemente sensibile tensorezistive se folosesc acele aranjamente (plasri) ale mrcilor n punte care asigur pe ct posibil: liniarizarea ecuaiei de ieire ; obinerea unui raport unitar ntre i ; compensarea erorilor de: temperatur ; umiditate; efort aparent etc.

Procednd similar pentru puntea cu un singur bra activ (sfert de punte) se obin:

a) raportul tensiunilor pentru modelul real al punii Wheatstone:

, (1.20)

dac ( se msoar n [(m/m].

c) raportul tensiunilor pentru modelul liniarizat:

(1.21)

c) eroarea relativ de liniarizare: ; (1.22)

d) eroarea incremental de msurare a efortului:

; (1.23)

2.4. Circuite finale pentru adaptoarele cu puni tensometrice

Semnalul util oferit de punte n diagonala de msurare Ue [mV/V] pentru mrci cu factor de marc k = 1,5 3 i rezisten n domeniul (150 300)( depinde de fora solicitatoare F (respectiv de momentul M) printr-o relaie care la aranjamentele de mrci ce asigur dependen liniar este de forma:

(1.24)

n care K=1(10 -3 2(10 3 pentru forele de ordinul kN.

De aceea, pentru tensiuni de alimentare de ordinul volilor, tensiunea de ieire ia valori de ordinul milivolilor. Se impune evident utilizarea unor circuite finale care s permit amplificarea acestui semnal i conversia n semnal unificat (de exemplu, tensiune n gama 0 10 V sau cureni n gamele 2 10 mA sau 4 20 mA).

Soluiile constructive pentru aceste circuite finale difer dup cum puntea este alimentat n curent continuu sau n curent alternativ.

a) Adaptoare cu puni tensometrice alimentare n curent continuu. Schema de principiu pentru adaptor este prezentat n figura 1.4 - a, n care pe lng puntea tensometric apar: amplificatorul de curent continuu ACC, convertorul tensiune /curent CTC, sursa de tensiune de referin STR.

Fig. 1.4 a Schema bloc a adaptorului pentru puni tensometrice alimentate n c.c.

Pentru amplificatorul de curent continuu se poate folosi o schem de amplificator diferenial cu impedan mare de intrare, aa cu este cel prezentat n figura 1.4 b, realizat cu trei amplificatoare operaionale. Acest amplificator de instrumentaie ofer la ieire o tensiune de forma:

(1.24)

n care m, n, K sunt marcate n figura 1.4 b.

Fig. 1.4 b Amplificator de curent continuu

Convertorul tensiune /curent, care are rolul de a produce un curent de ieire proporional cu tensiunea aplicat la intrare.

Schema electronic din figura 1.4-a nu permite ns obinerea unei reacii globale care s asigure stabilitate n funcionare i s permit corecia unor eventuale neliniariti. O variant perfecionat, care utilizeaz n principiu aceleai blocuri, este prezentat n figura 1.5.

Fig. 1.5 Adaptor n conexiune dou fire (dou conductoare)

Se constat posibilitatea injectrii n punte a unui curent de reacie, proporional cu semnalul util, prin intermediul poteniometrului P. Acesta este astfel poziionat nct s asigure o tensiune fix la intrarea generatorului de curent i, prin aceasta, un curent constant (de 4 mA n exemplul prezentat).

Asupra poteniometrului nu se acioneaz dect n situaia n care, datorit mbtrnirii, parametrii punii de msurare se modific. Rezistenele Rc au rolul de a realiza compensarea erorilor datorite variaiilor de temperatur.

Scheme de tipul celor din figura 1.5 se regsesc n cazul traductoarelor integrate de presiune, care folosesc elemente sensibile piezoelectrice difuzate n siliciu.

Trebuie menionat posibilitatea utilizrii traductorului de tensiune continu, ca adaptor deoarece permite separare galvanic prin modularea semnalului oferit de punte, amplificare n curent alternativ, demodulare i n final formare de semnal unificat, eventual cu reacie de la semnalul de ieire.

b) Adaptoare cu puni tensometrice alimentate n curent alternativ.

Avantajul acestor scheme const n primul rnd din asigurarea separrii galvanice ntre tensiunea oferit de puntea tensometric i tensiunea de ieire (din adaptor). n plus, adaptoarele de acest tip se pot folosi i cu alte tipuri de elemente sensibile, de exemplu inductive, n variant diferenial

Schema de principiu pentru un astfel de adaptor este prezentat n figura 1.6, n care: GF generator de tensiune sinusoidal de frecven 2 5 kHz; PT puntea tensometric; PA preamplificator (selector de gam); AF amplificator final; DSF demodulator sensibil la faz; F filtru trece-jos; CTC convertor tensiune /curent.

Funcionarea schemei se bazeaz pe faptul c la alimentarea punii tensometrice cu o tensiune ua(t) = Uasin0t, se obine o tensiune de dezechilibru ue(t) = Uesin(0t+), care dup amplificare (n PA i EF) devine:

u1(t) = U1sin(0t+),

Fig. 1.6 Schema bloc a adaptorului pentru puni tensometrice cu alimentare n c.a.

Elementul specific al schemei este ansamblul format din demodulatorul sensibul la faz i filtrul trece-jos, care asigur obinerea n final a unui semnal proporinal cu variaia tensiunii de dezechilibru obinut la ieirea punii. n figura 1.7 se prezint schema de principiu pentru un DSF n inel cu diode, care pentru u1(t) = U1sin(0t+) i u2(t) = U2sin 0t ofer o tensiune U0(t) de forma:

; (1.25)

n care k1, k2 sunt rapoartele de transformare ale transformatoarelor de cuplaj.

Fig. 9.7 Demodulator sensibil la faz (n inel)

Filtrul trece-jos ofer la ieire doar componenta continu:

; (1.26)

n continuare, conversia n semnal unificat se poate face cu un convertor tensiune/ curent.

Schema de principiu prezentat n figura 9.6 st la baza realizrii adaptoarelor pentru puni rezistive i inductive din seria N 2300 produse de IEMI - Bucureti.

3 Traductoare de for i cuplu cu elemente sensibile nespecifice

3.1. Traductoare magnetostrictive

Aceste traductoare folosesc ES realizate din materiale care au proprietatea de a-i schimba caracteristicile magnetice (adic ciclul de histerezis) sub aciunea unei fore.

a)b)

Fig. 1.8 Ciclurile de histerezis: a)- pentru nichel; b)- pentru permalloy

Dintre materialele magnetice de acest tip cele mai utilizate sunt : nichelul pur i pemalloy (aliaj din fier cu 68( nichel) . Efectul forei asupra curbei de histerezis este prezentat n figura 1.8 (a i b).

Se constat c la nichel panta caracteristicii de histerezis scade o dat cu creterea efortului (magnetostriciune negativ), iar la nermalloy aceast pant crete (magneto-striciune pozitiv).

Deoarece variaia de pant a caracteristicii de histerezis poate fi convertit ntr-o variaie de tensiune electromotoare, rezult c elementele sensibile magnetostrictive sunt de tip generator fiind sunt utilizate n msurarea vibraiilor (n special acustice) avnd ca principale avantaje: o impedan mecanic ridicat la intrare (adic deflexie la efort neglijabil) i o impedan electric la ieire joas (fa de cristalele piezoelectrice care au impedana electric de ieire ridicat) .Aceste proprieti recomand utilizarea ES magnetostrictive la msurarea forelor (n special dinamice).

n figura1.9 se prezint schema de principiu a unui traductor de for magnetostrictiv cu variaia permeabilitii. Variaia permeabilitii magnetice, produs la aplicarea forei (F) asupra miezului feromagnetic, provoac o variaie de inductan n bobina asociat, care este preluat de circuitul de adaptare CA (adaptor de tip punte). De obicei, se utilizeaz un montaj diferenial cu dou elemente magnetostictive, unul supus la compresiune i cellalt la ntindere .

Fig. 1.9 Schema de principiu a traductorului magnetostrictiv cu variaia permeabilitii magnetice

Inductana traductorului depinde de amplitudinea i frecvena curentului de excitaie furnizat de adaptor.

Frecvena trebuie bine stabilizat la variaia temperaturii cu ajutorul unor rezistoare de compensare, limitnd eroarea de temperatur la 0,05%. O alt soluie de utilizare a ES magnetostrictive, const n preluarea de ctre adaptor a variaiei induciei remanente, figura 9.10. Miezul magnetic al elementului sensibil este adus la saturaie i se afl n starea normal (nesolicitat la efort) la inducia remanent , (F=0) . Sub aciunea efortului (, inducia remanent se modific la valoarea (de exemplu la permalloy crete):

(1.27)

unde: CB este constant de material (variabil n raport cu B), iar ( - efortul unitar (datorat forei F).

Fig. 1.10 Traductor magnetostrictiv cu variaia induciei remanente

(B provoac o variaie de tensiune indus n bobin:

(1.28)

unde n este numrul de spire al bobinei de ieire

Adaptorul conine un circuit de integrare, nct la ieire se obine un semnal de tensiune Ue :

(1.29)

Observaii:

- Deoarece condensatorul poate realiza ciclurile de ncrcare descrcare, la frecvene relativ mari, acest traductor poate fi utilizat la msurarea forelor dinamice.

- Dac se dorete msurarea forelor dinamice de frecven ridicat (de ordinul zecilor de KHz) se recomand utilizarea ES magnetostrictive din ferit sub form de I sau dublu I .

n Romnia se construiesc ES din ferit pentru frecvene de 20, 50 i 100 KHz.

Un element sensibil magnetostrictiv particular numit magnetoelastic, este prezentat n figura 1.11 .

Acesta este realizat dintr-o coloan (format din tole de fier moale) gurit n 4 locuri, astfel nct cele dou bobine (cu cte o spir) care trec prin cele 4 guri s se ntretaie la 90( (unghi drept).

Fig. 1.11 Element sensibil magnetoelastic

Cele dou bobine reprezint primarul (P) i secundarul (S) al unui transformator. Variaiile de permeabilitate (() datorate variaiilor de efort modific cuplajul magnetic ntre cele dou bobine i ca urmare permeabilitatea (() scade pe direcia de aplicare a forei de compresiune (F), deci fluxul crete n plan transversal i prin aceasta crete tensiunea indus n (S). Efectul este invers la solicitarea de ntindere a coloanei.

3.2 Elemente sensibile piezoelectrice pentru traductoare de for

Aa cum s-a artat n cap. 8, elementele sensibile piezoelectrice sunt utilizate la msurarea forelor dinamice, dar cu ajutorul unor amplificatoare de sarcin electric adecvate se pot utiliza i pentru msurarea forelor cvasistatice. Astfel, pot fi convertite (n semnale electrice) fore dinamice cu frecvene de ordinul kiloherilor. Unitile elastice care preiau efortul au, de obicei, forma unei coloane avnd ncastrat n centrul acesteia elementul sensibil (cristalul piezoelectric), aa cum se observ n figura 1.12.

Fig. 1.12 Element sensibil piezoelectric pentru un traductor de for

Semnificaia notaiilor din figur este: U.E. uniti elastice de tip coloan care transmit efortul la cristalele piezoelectrice; C cristale pizoelectrice (supuse la compresiune).

Cristalele piezoelectrice, care preiau fora, au ntre ele un electrodul pentru captarea sarcinilor electrice (diferena de potenial).

Observaii:

- Traductoarele piezoelectrice pot fi utilizate i pentru msurarea forelor de ntindere, dac ES sunt precomprimate, astfel nct fora dinamic aplicat s acioneze n raport cu un nivel static, fa de care apar alternativ diminuri i intensificri de efort astfel c se pot msura eforturi fluctuante (alternante) de ntindere i compresiune.

- Aceste traducoare, fiind de tip generator, trebuie prevzute cu adaptoare care au impedana de intrare (Zi) foarte mare (peste 100 M(), deoarece impedana de ieire (Ze) a elementului sensibil piezoelectric este foarte mare.

3.3 Elemente sensibile inductive pentru traductoare de for Astfel de elemente sensibile detecteaz fora prin deformri elastice care provoac deplasri sesizabile ce pot fi msurate cu traductoare de deplasare (liniare sau unghiulare). Specific pentru msurarea efortului rmne alegerea elementului elastic asupra cruia acioneaz fora. Frecvent utilizate sunt elementele elastice de tip inel, diafragm, coloan etc. n figura 1.13 este prezentat un element sensibil inductiv elastic de tip inel, n montaj diferenial, care permite utilizarea unui adaptor de tip punte.

Cnd elementului elastic (de tip inel) i se aplic o for de ntindere (F), acesta tinde s se deformeze modificndu-i puin forma sa circular ntr-o form cu tendina oval. Ca urmare, apare o micare relativ ntre cele dou brae ale armturii feromagnetice n form de U care modific diferit ntrefierurile din interiorul celor dou bobine ((1 scade i (2 crete), fapt care determin variaia reluctanei bobinei (1) n sens opus variaiei reluctanei bobinei (2).

Fig. 1.13 Element sensibil inductiv de tip inel elastic

Cele dou bobine reprezint dou laturi active ale punii de msurare care conine pe laturile pasive rezistene ajustabile (pentru echilibrare i compensare) alctuind montajul prezentat

3.4. Traductoare de cuplu cu discuri incrementale

Traductoarele de cuplu moderne utilizeaz ca elemente sensibile discuri codate de tip numeric incremental. Sunt utilizate dou discuri: unul, solidar cu axul supus cuplului de msurat (torsiunii), care se rotete n raport cu al doilea disc fix (de referin). Defazajul dintre cele dou discuri este proporional cu valoarea cuplului de torsiune aplicat axului.

O metod asemntoare este folosit n construcia traductoarelor optice de cuplu, la care discurile optice reprezint elementul sensibil 4.4. n acest caz variaia de cuplu este proporional cu variaia fluxului luminos captat de un receptor plasat n spatele discului de referin (fix), iar sursa de lumin este plasat n faa discului mobil.

De asemenea, pot fi realizate traductoare de cuplu utiliznd ca element sensibil inductosinul circular ( 4.3), considernd discul mobil cuplat la axul supus torsiunii, iar discul de referin (fix) cu rol de stator.

3.5. Traductoarele inductive de cuplu.

Elementele sensibile ale acestor traductoare, n diferite realizri constructive, sunt tratate n [19] i [2].

Un exemplu de element sensibil inductiv destinat traductorului de cuplu este prezentat n figura 1.14. Acesta este realizat sub forma unui transformator rotativ, avnd nfurarea primar fix (pe stator), iar nfurarea secundar rotativ, plasat pe rotor. Fluxul magnetic (1, generat n stator de tensiunea U1 nu este transferat integral n nfurarea secundar de pe rotor. Pentru minimizarea fluxului de scpri se impune un aranjament perfect simetric al ansamblului stator rotor i o ax de rotaie fr jocuri radiale.

Fig. 1.14 Element sensibil inductiv pentru traductorul de cuplu: a) principiul constructiv;

b) simbolizarea nfurrilor

Estimarea cuplului de torsiune la traductoarele inductive se face cu relaiile cunoscute i utilizate n proiectarea cuplajelor electromagnetice.

2

_1104322796.unknown

_1104330541.unknown

_1104353125.unknown

_1104421330.unknown

_1104421359.unknown

_1104330150.unknown

_1104330167.unknown

_1104330130.unknown

_1104327674.unknown

_1104322939.unknown

_1104323454.unknown

_1104322804.unknown

_1104319181.unknown

_1104322165.unknown

_1104322299.unknown

_1104319396.unknown

_1104320103.unknown

_1104319273.unknown

_1104317975.unknown

_1104318595.unknown

_1104313848.unknown

_1104313982.unknown

_1104313902.unknown

_1104310437.unknown

_1104312423.unknown

_1104312474.unknown

_1104311266.unknown

_1104310332.unknown

_1104057583.unknown

_1101418285.unknown

_1103809379.unknown

_1103809975.unknown

_1103809998.unknown

_1103809909.unknown

_1103809211.unknown

_1103809363.unknown

_1101418389.unknown

_1101418266.unknown

_1099712241.unknown

_1099711800.unknown

_1099712239.unknown