MJERENJE POMAKAMJERENJE POMAKA

Pomak klipa Pomak klipa servomotraservomotra turbinskogturbinskog kola (HE)kola (HE)Pomak Pomak leptirastihleptirastih zatvarazatvaračča (HE)a (HE)PretvaraPretvaračči sile (i sile (loadload cellcell), tlaka (s dijafragmom)), tlaka (s dijafragmom)Kontrola dimenzija pri proizvodnji (debljina, Kontrola dimenzija pri proizvodnji (debljina, ……))Pozicija u hidrauliPozicija u hidrauliččkim cilindrimakim cilindrimaKontrola (nadzor) dimenzija, udaljenosti Kontrola (nadzor) dimenzija, udaljenosti ……Oscilacije osovineOscilacije osovineDeformacijeDeformacije

Područje primjene

MJERENJE POMAKAMJERENJE POMAKAMjerni principi

LVDTLVDT-- Linearni Varijabilni Diferencijalni TransformatorLinearni Varijabilni Diferencijalni TransformatorMagnetostriktivniMagnetostriktivni davadavaččiiKapacitivniKapacitivni davadavaččiiInduktivni davaInduktivni davaččiiFotoniFotoniččkiki davadavaččiiPotenciometarskiPotenciometarski davadavaččiiLaserski daljinomjeriLaserski daljinomjeriUltrazvuUltrazvuččni davani davaččiiRadarski davaRadarski davaččii

LVDT (1)

Linearni Varijabilni Diferencijalni Transformator

P – primar

S1 – sekundar 1

S2 – sekundar 2

Sastoji se od 3 zavojnice: P(primar) i Sastoji se od 3 zavojnice: P(primar) i S1S1, , S2S2 (sekundari)(sekundari)Amplituda induciranog napona ovisi o poloAmplituda induciranog napona ovisi o položžaju pomiaju pomiččne ne magnetske jezgre (armature)magnetske jezgre (armature)Sekundari su spojeni u Sekundari su spojeni u protuspojuprotuspoju –– kad je jezgra u kad je jezgra u ““sredinisredini”” (0(0--polopoložžaj) inducirani napon jednak je aj) inducirani napon jednak je U1U1++U2U2 = 0= 0Pomicanjem jezgre mijenja se Pomicanjem jezgre mijenja se međuinduktivitetmeđuinduktivitet P/P/S1S1odnosno P/odnosno P/S2S2 o o ččemu ovise inducirani naponi emu ovise inducirani naponi U1U1 i i U2U2

LVDT (2)

Konstrukcija

Armatura (feromagnetska jezgra)

Sekundarne zavojnice

Primarna zavojnica

Primarna zavojnica

Sekundarne zavojnice

TransformatorZone djelovanja

LVDT (3)

Fizikalne osnove

LVDT (4)

Princip rada

P

S1

S2

R

P – uzbudni napon(primar)

1-10 kHz, 0,5-10 Vrms

S1 – inducirani napon(sekundar 1)

S2 – inducirani napon (sekundar 2)

R – rezultantni napon(S1 – s2)

LVDT (5)

Izvedbe

Diferencijalni transformatori Pojačala

LVDT (6)

Prednosti i nedostaci

Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, ne zahtijeva odrizvedba, ne zahtijeva održžavanjeavanje–– nema fizinema fiziččkog kontakta dukog kontakta dužž osjetilnog elementaosjetilnog elementaVisoka toVisoka toččnost i ponovljivost nost i ponovljivost -- totoččnost je ograninost je ograniččena samo osjetljivoena samo osjetljivoššćću u elektronielektroniččkog sklopakog sklopaMoguMoguććnost korinost korišštenja pri vrlo visokim temperaturama, tlakovima, tenja pri vrlo visokim temperaturama, tlakovima, radijaciji, radijaciji, vodotijesnavodotijesna izvedbaizvedba

Nedostaci:Nedostaci:DinamiDinamiččka mjerenja ogranika mjerenja ograniččena rezonantnom frekvencijom ena rezonantnom frekvencijom LVDTLVDT(<1/10 (<1/10 ffrr))Jezgra mora biti u fiziJezgra mora biti u fiziččkom dodiru s mjernom povrkom dodiru s mjernom površšinominomOgraniOgraniččen mjerni opseg (< 500 mm)en mjerni opseg (< 500 mm)

MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (1)

Fizikalne osnoveMagnetostrikcija = svojstvo feromagnetskog materijala da mijenja

oblik pod utjecajem magnetskog polja (H)

Promjena duljine

H

H=0

Villari efekt:

- mehanički utjecaj na magnetostriktivnimaterijal izaziva promjenu magnetskih svojstava (permeabilnosti)

MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (2)

Fizikalne osnove

Widemanov efekt:

- mehaničko savijanje (torzija) dugeferomagnetske žice protjecane strujom na mjestu djelovanja aksijalnog magnetskog polja (permanentnimagnet)

Struja

StrujaFeromagnetski materijal

Pozicijapermanentnog

magneta

Savijanje valovoda

MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (3)

Princip rada

- pozicijski magnet se učvršćuje na pomični dio- valovod u zaštitnoj cijevi učvršćuje se na stacionarni dio- pick-up koristi Villarijev efekt za registraciju zvučnog vala

MAGNETOSTRIKTIVNI DAVAČI (4)

Princip rada

1. Kroz valovod se propušta strujni impuls

2. Istovremeno se starta mjerač vremena (timer)

3. Na mjestu pomičnog magneta nastaje zvučni val koji se širi valovodom

4. Kad zvučni val stigne do senzora (pick-up) zaustavlja se timer

5. Iz brzine širenja zvuka i vremena izračunava se pozicija magneta

- zvučni val širi se valovodom brzinom 2800 m/s- frekvencija generiranja strujnih impulsa je 1000 Hz

BESKONTAKTNI DAVAČIkapacitivni

sonda

aktivnisvitak

referentnisvitak

magnetske silnice

«meta» vodljivi

materijal

«meta»

čeloosjetnika

metalniili

nemetalni objekt

induktivni(električno polje) (magnetsko polje)

A 1C = e ----- → C ≈ -----

d d

KAPACITIVNI DAVAČI (1)

Princip rada

meta

dielektrička ploča

oscilator

izlaz«meta odsutna» «meta odsutna»«meta prisutna»

osjetnik čine dvije koncentrične elektrode – električno poljeobjekt u električnom polju mijenja kapacitet osjetnika → oscilacijeAmplituda oscilacija proporcionalna udaljenosti mete

ε

nazivna udaljenost dr %

“standardna meta”

“zaštita” – usmjerava električno polje

KAPACITIVNI DAVAČI (2)

Izvedbe

Način montaže

Prednosti i nedostaci

Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, izvedba, vodotijesnavodotijesna““osjeosjeććajuaju”” sve materijale (metale, izolatore, vodu, sve materijale (metale, izolatore, vodu, ……) ) Nema kontakta s metom Nema kontakta s metom –– nepotrebno odrnepotrebno održžavanjeavanjeVisoka osjetljivost (1V / 0.1 mm)Visoka osjetljivost (1V / 0.1 mm)

Nedostaci:Nedostaci:Minimalna veliMinimalna veliččina mete ina mete > 30 % promjera osjetilne zone> 30 % promjera osjetilne zoneMaksimalni mjerni opseg Maksimalni mjerni opseg < 40 % promjera osjetilne zone< 40 % promjera osjetilne zoneToToččnost ovisi o povrnost ovisi o površšini mete (zaobljenja, nagib, ini mete (zaobljenja, nagib, ……))Osjetljivi na promjenu temperature i vlage zraka (okoline)Osjetljivi na promjenu temperature i vlage zraka (okoline)

KAPACITIVNI DAVAČI (3)

INDUKTIVNI DAVAČI (1)

Princip rada

- u prigušnom materijalu se induciraju vrtložne struje → oduzima se energija oscilatornom krugu

INDUKTIVNI DAVAČI (2)

Princip radaEfektivna dubina:

f = frekvencijam = permeabilnosts = vodljivost

debljina mete > 3 d

Izvedbe

INDUKTIVNI DAVAČI (3)

Prednosti i nedostaci

Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, izvedba, vodotijesnavodotijesnaNema kontakta s metom Nema kontakta s metom –– nepotrebno odrnepotrebno održžavanjeavanjeVisoka toVisoka toččnost ( < 0,1 nost ( < 0,1 mmm)m)Brzi odzivBrzi odziv

Nedostaci:Nedostaci:““osjeosjeććajuaju”” samo vodljive materijale (vrtlosamo vodljive materijale (vrtložžne struje) ne struje) Debljina mete Debljina mete –– ne ne ““osjeosjeććajuaju”” tanke folije, metalizirane filmovetanke folije, metalizirane filmoveOgraniOgraniččeni mjerni opseg (< 30 mm)eni mjerni opseg (< 30 mm)Nelinearni odnos izlaznog signala i udaljenosti meteNelinearni odnos izlaznog signala i udaljenosti meteZahtijevaju kalibraciju pri puZahtijevaju kalibraciju pri pušštanju u pogontanju u pogon

INDUKTIVNI DAVAČI (4)

FOTONIČKI OSJETNICI (1)

Konstrukcija

Izvorsvijetla

Osjetnik svjetla

Odašiljačko vlakno

Prijemno vlakno

Sonda

Meta

d

FOTONIČKI OSJETNICI (2)

Princip rada

Raspored optičkih vlakna

presjek optičke sonde

D – promjer sonde

Odziv optičke sonde

udaljenost

izlazni napon

visoka refleksija meteniska refleksija mete

čelosignala

hrbatsignala

tjemesignala

d = 0 → nema refleksije Uiz = 0d < D → Uiz ~ dd > D → Uiz ~ 1/d2

Koncentrični- odašiljač

iznutra

Koncentrični- odašiljač

izvana

odašiljačko vlaknoprijemno vlakno

Polukružni Mješovit

D

FOTONIČKI OSJETNICI (3)

Prednosti i nedostaci

Prednosti:Prednosti:RobustnaRobustna izvedba, izvedba, vodotijesnavodotijesnaNema kontakta s metom Nema kontakta s metom –– nepotrebno odrnepotrebno održžavanjeavanje

Nedostaci:Nedostaci:OneOneččiiššććenje mete enje mete –– potrebna potrebna rekalibracijarekalibracijaZahtijeva visoku refleksivnost povrZahtijeva visoku refleksivnost površšine meteine meteOsjetljivost na strano svjetlo (okolina)Osjetljivost na strano svjetlo (okolina)NarovaNarovaššenostenost povrpovrššine mora biti barem jedan red veliine mora biti barem jedan red veliččine manja od ine manja od razmaka odarazmaka odaššiljailjaččkog i prijemnog optikog i prijemnog optiččkog vlaknakog vlakna

LASERSKI OSJETNICI (1)

Metoda triangulacije - pozicija

mrtvazona

mjerni opseg

laser

poljefoto-dioda

laserska točka

- laser obasjava metu → laserska točka- polje foto dioda “vidi” lasersku točku - mjeri se kut između izlazne i reflektirane zrake → izračunava udaljenost

LASERSKI OSJETNICI (2)

Izvedbe

LASERSKI OSJETNICI (3)

Daljinomjeri

POTENCIOMETARSKI DAVAČI (1)

Davači s poteznom niti - konstrukcija

Precizni potenciometar(helikoidalni)

Potezna (mjerna) nit

Bubanj za namatanje

Povratnaopruga

POTENCIOMETARSKI DAVAČI (2)

Davači s poteznom niti – princip rada

Ponovljive pogreške:

- temperaturno rastezanje niti (mehaničko)- temperaturna promjena otpora (električka)- provjes- rastezanje niti (sila potezanja)- nelinearnost- histereza

POTENCIOMETARSKI DAVAČI (3)

Davači s poteznom niti – izvedbe i primjena

POTENCIOMETARSKI DAVAČI (4)

Davaći s poteznom niti - prednosti i nedostaci

Prednosti:Prednosti:Jeftina izvedba, jednostavna instalacijaJeftina izvedba, jednostavna instalacijaVeliki mjerni opseg (nekoliko metara)Veliki mjerni opseg (nekoliko metara)

Nedostaci:Nedostaci:Utjecaj temperature Utjecaj temperature OgraniOgraniččena preciznostena preciznostHabanje pokretnih dijelovaHabanje pokretnih dijelovaZahtijeva kalibriranjeZahtijeva kalibriranje

POTENCIOMETARSKI DAVAČI (5)

Linerani potenciometri

Duljina ugradnje Mehaničko produljenje

skupljen izvučen

Električko produljenje

skupljen izvučen

MJERNE LETVE (1)

Magnetske trake

Primjena:

- računalom upravljani alatni strojevi

- vrlo visoka preciznost(< 1 μm)

- visoki zahtjevi na održavanje