L6_Masurarea vitezelor

5/17/2018 L6_Masurarea vitezelor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/l6masurarea-vitezelor 1/26

MIJLOACE PENTRU MASURAREA VITEZELOR

MIJLOACE PENTRU

MASURAREA VITEZELOR




Viteza liniara:

Viteza unghiulara:

t

SV

t

sv

t




• Viteza - mărime vectorială.

• Deoarece direcţia de deplasare a corpului în mişcare

este în majoritatea cazurilor cunoscută, traductoarele

de viteză dau la ieşire un semnal care reprezintămodulul vitezei şi eventual, sensul.

• Traductoare pentru măsurarea:

- vitezei unghiulară,

- viteza liniară.




Masurarea vitezelor liniare

t

sv

Metoda directa:

determinarea distantei într-unanumit interval de timp,

cronometrarea timpului deparcurgere a unei anumitedistante.




3. Determinarea vitezei prin măsurarea distanţei parcurse într-un intervalde timp cunoscut

• Metoda foloseşte un senzor optoelectronic incremental de deplasare.• Impulsurile primite de la un fotodetector sunt numărate într-un timp fix T.• O riglă gradată cu repere distanţate uniform cu x, se mişcă solidar cu mobilul şi se

găseşte între o sursă de RO şi un fotodetector.• Impulsul de durată T este obţinut de la un generator monoimpuls.• Impulsurile de la fotodetector sunt numărate pe durata T, cât timp poarta ŞI este

deschisă de impulsul de la generatorul monoimpuls.• Numărul înscris în numărător este N = f . T , unde f este frecvenţa impulsurilor de la

fotodetector.





t

sv

Metoda directa:

determinarea distantei într-un anumit interval detimp,

cronometrarea timpuluide parcurgere a uneianumite distante.

x Sclock

contor

T

senzor

v




2. Determinarea vitezei prin cronometrarea timpului de parcurgere a uneidistanţe cunoscute

• Paralel cu traiectoria mobilului a cărui viteză se măsoară, în două puncte fixe se află două ansambluri optoelectronice formate din sursă optică şi fotodetector, ce lucrează prin reflexie.

• Distanţa între ansambluri este cunoscută şi se alege astfel încât să rezulte calculecât mai simple.

• Impulsul cu durată invers proporţională cu viteza mobilului (reflectorizant) se obţine folosind un circuit bistabil setat de impulsul dat de primul ansamblu fotoelectric şi resetat de impulsul dat de al doilea fotodetector.

• Viteza mobilului se calculează împărţind distanţa cunoscută dintre cele două sondefotoelectrice la durata impulsului obţinut la ieşirea bistabilului.





t

sv

Metoda directa:

determinarea distantei într-unanumit interval de timp,

cronometrarea timpului deparcurgere a unei anumitedistante. 2A

1A

x

contor

vSTOP

f N

START

Flip_Flop





Metoda indirecta:

traductorul de tip motor liniar

t

sv

N – numarul de spire;

Ф – fluxul creat de magnetulcare este de forma

Ф=Ф0f(x)





Metoda indirecta:

traductorul de tip motor liniar

t

sv

•deplasare maxima de 50 mm,

•sensibilitate de 5 mv/m/s,

•liniaritate de 1 %.





Metoda indirecta:

traductoare electrodinamice2

1

S

NN

S




Masurarea vitezelor unghiulare

Metoda indirecta:

traductoare electrodinamice

t

1

S

N





t

Folosesc stroboscopul (lampă

electronică de tip fulger), ce

produce impulsuri luminoase

cu frecvenţă reglabilă.

Funcţionarea lui se bazează pe

faptul că ochiul vede sistemul

rotitor în repaus cândfrecvenţa impulsurilor este

egală cu frecvenţa de rotaţie.





Tahometrele mecanice (portabile)

cu dispozitiv centrifugal; cu dispozitiv cronometric;

vibratoare;

hidrocentrifugale;

pneumatice.





Tahogeneratoarele:

sunt traductoare de turatie(generatoare de curent continuu sau alternativ)care genereaza un semnal de tensiuneproportional cu viteza unghiulara.





Tahometrele mecanice cudispozitiv cetrifugal

• sunt caracterizate de oprecizie scăzută (2%), fiindprevăzute cu o cutie de

viteze, care le dă posibilitatea

de a fi utilizate în mai multedomenii de măsurare.





Funcţionează pe baza

creşterii forţei centrifuge cu

pătratul turaţiei maselor de

rotaţie

Părţi componente: 1-ax de antrenare;2-pârghie; 3-greutăţi;4-piesă mobilă; 5-ghidaj;6-pârghii; 7-sector dinţat;8-pinion; 9-ac indicator;10-scară gradată.





• axul de antrenare 1 primeştemişcarea de la axul căruia i se

măsoară turaţia;

• mişcarea de rotaţie se transmite

pârghiilor 2 cu greutăţi, piesei mobile

ce culisează în ghidajul care are rolulde a transforma mişcarea de rotaţie

în mişcare de translaţie;

• de la ghidajul 5, prin intermediulpârghiei 6, mişcarea ajunge în zona

de prelucrare a semnalului pentru aputea fi afişată mărimea măsurată.

• domeniul de măsurare: 30 min-1..

48000 min-1(unităţi de turaţie).

• viteza unghiulară se calculează:

ω=2π/60[rad/sec]




Tahogeneratoare de curent continuu

• Sunt dispozitive electrice construite pe principiul generatoarelor de curent continuu.• Dau la ieşire o tensiune continuă proporţională cu turaţia, cu nivele şi puteri ce permit

şi folosirea directă în instalaţiile de automatizare.• După modul de excitaţie, tahogeneratoarele de curent continuu sunt:

- cu excitaţie separată;

- cu magneţi permanenţi (mai folosite).• Rotorul este cilindric, disc sau pahar.• Constantele de timp la cele cu rotor cilindric sunt mai mici de 10 ms iar ale celor cu

rotoare tip disc sau pahar mai mici de 1 ms.• Ansamblul colector-perii fiind un redresor mecanic, tensiunea la ieşire nu este strict

continuă, cu ondulaţii datorită comutaţiilor periilor pe colector.• Gama de turaţii este de 50… 5000 rot/min, iar sensibilitatea 1…10 mV/rot/min.





• Tahogeneratoare de curent alternativ :

– sincrone - simple, generează tensiune alternativă sinusoidală monofazată, cu valoarea efectivă şi frecvenţa dependente de turaţie.

- au un stator bobinat pe miez din tole de OL electrotehnic şi rotor din magneţi permanenţi, cu mai multe perechi de poli.

- turaţii de lucru 100...5000 rpm, la turaţii mici crescând erorile. – asincrone.Caracteristici tehnice:

t.e.m. la 1000 rpm, turaţia maximă, frecvenţa t.e.m. la 1000 rpm, curent nominal,rezistenţa înfăşurării statorice.

Dacă informaţia este dată de tensiunea de ieşire, adaptorul conţine unredresor şi filtru de mediere.




4. Traductor de turaţie cu senzor cu efect Hall

• Monitorizează viteze de rotaţie între 0,01 rpm şi 10000 rpm, în orice mediu.

• E un sistem complex, cu disc în impulsuri (dimensiuni şi materiale funcţie de aplicaţie)montat pe capătul arborelui în rotaţie sau carcasă în impulsuri (o brăţară din două pieseasamblate), pentru situaţiile când capătul arborelui nu este disponibil.

• Discul şi carcasa conţin 16 magneţi permanenţi de polaritate alternantă, al căror câmpmagnetic este monitorizat de un senzor intern cu efect Hall.

• Când discul sau carcasa se roteşte, alternanţa polilor magnetici prin dreptul senzoruluiHall creează o tensiune dreptunghiulară la ieşire, cu 8 impulsuri/rotaţie.

• Se măsoară frecvenţa impulsurilor de ieşire şi se compară cu valoarea fixată pentrusemnalizare (fixarea se face cu un comutator de game cu 2 poziţii şi 2 comutatoare

rotative cu 10 poziţii fiecare, pentru zeci şi unităţi).• Distanţa radială între senzor şi magneţi este de până la 12 mm, încât aceste traductoare

se pot folosi şi pentru arbori cu vibraţii mari.

U0

S

N

x

0U

aI

S

SN

S

N




5. Traductor de turaţie cu senzor capacitiv de poziţie

• Adaptorul electronic pentru acest traductor are un convertor sarcină – tens., unconvertorA - N şi microcontroler.

• Senzorul are un rotor plasat între două plăci stator coaxiale.

• Viteza de rotaţie se află măsurând variaţia unghiului d în dt şi calculândraportul = d /dt. Algoritmul dă poziţia unghiulară absolută, în gama 2 /Nrad, unde 2 /N = unghiul la centru al celor 4 sectoare emiţătoare. Informaţia unghiulară este eşantionată cu viteza 1/T.

• Viteza unghiulară se calculează ca diferenţa a 2 măsurători consecutive deunghi multiplicată cu viteza de eşantionare.

Emiţător Rotor Receptor




Traductoare de viteză liniară

1. Determinarea vitezei liniare din turaţie

Se face asociind viteza liniară cu o mişcare de rotaţie (ca la motoarele electrice rotativecare antrenează o cremalieră sau a unei role care calcă pe materialul ce sedeplasează liniar).

Principiul este următorul: se măsoară turaţia cu un traductor de turaţie şi, alegândconvenabil constanta traductorului, acesta poate indica direct valoarea vitezei.

Metoda este aplicabilă doar în cazurile când nu există alunecare.




4. Vitezometru cu efect Doppler cu laser multilinie

• În varianta de bază se măsoară deplasarea de frecvenţă Doppler a radiaţiei laserreflectate înapoi de suprafaţa în mişcare.

• Sistemele convenţionale permit măsurarea vitezelor în gama km/s într-o perioadă deaproximativ 20s, cu rezoluţie temporală sub 50 ns.

• Deplasarea de frecvenţă Doppler, f este proporţională cu viteza v a punctului de împrăştiore a suprafeţei solide: f ~ f.v/c , unde f = frecvenţa laserului.

• Informaţia se obţine cu analizoare (interferometre Michelson sau Fabry-Perot), ce au însă contrast al franjelor şi gama scăzute.

• Pentru a mări contrastul trebuie mărită intensitatea radiaţiei laser.• Analiza deplasării de frecvenţă Doppler cere folosirea RO monocromatice cu lăţimea

spectrală sub gama spectrală liberă a interferometrului, uzual laser cu o frecvenţă.• Rezultate mai bune se obţin pentru RO multilinie: dacă mai multe radiaţii

monocromatice iluminează simultan interferometrul Fabry-Perot, fiecare radiaţie produce un sistem de franje de interferenţă. Când distanţa dintre liniile RO este egală cu gama spectrală liberă a interferometrului, franjele de interferenţă se suprapun.

• Cele mai bune rezultate s-au obţinut cu spectru de canale de la interferometrulFabry-Perot, care filtrează un fascicol colimat de la un laser de bandă largă.Interferometrul este transparent doar la frecvenţele optice în rezonanţă cu frecvenţa fundamentală a cavităţii, distanţa dintre frecvenţe fiind egală cu gama spectrală ainterferometrului.




5. Traductor de viteză cu senzor potenţiometric

• Pentru măsurarea vitezelor scăzute, sub 1 rot/min, metodele numerice uzualenecesită timp de măsurare mare, deoarece trebuie detectat cel puţin un frontcrescător al semnalului de la senzorul de viteză, în timpul de măsurare.

• Senzorul de viteză cu potenţiometru rezistiv fără contact are acurateţe 0,8 % pentruviteza de 1 rot/min, într-un timp de măsurare de 0,2 s.

Inversor

V0 Cint

Coff

Vio

R0

Integrator Comparator

-+

-+

Vs /2

Is

Cc R1

R2

Rss

VR

OscilatorMartin

modificat




• Dezavantaje:- erori datorate timpului de întârziere t d al circuitului de procesare;- tensiuni de decalaj şi curenţi de polarizare ai integratorului şi comparatorului;- zgomot mare de eşantionare, în special pentru timp scurt de măsurare.• Dezavantajele se elimină măsurând mai multe perioade ale semnalului de ieşire din

oscilator şi obţinând o viteză medie.

• Vi0

t

Ti

ti tii+1

Tii+1

Panta = (I0 – Is)/Cint

Documents

L6_Masurarea vitezelor