Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Pomiar przemieszczenia k

ą

towego

Laboratorium z Miernictwa

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Metody pomiaru przemieszczenia

k

ą

towego:

• inklinometry,

• enkodery absolutne,

• specjalizowane przetworniki pomiaru k

ą

ta

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Inklinometr (bezkontaktowy czujnik odchylenia od pionu) typu wahadłowego

Stosowane do pomiaru k

ą

ta

pochylenia wysi

ę

gnika

w koparkach oraz w

ż

urawiach

z wysi

ę

gnikiem kratowym lub

teleskopowym

Inklinometry

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Bezprzewodowy czujnik k

ą

ta firmy Load Systems zainstalowany na maszynie

Inklinometry

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Przetworniki potencjometryczne stykowe

Potencjometr liniowy

Potencjometr obrotowy

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Przetworniki potencjometryczne stykowe

Potencjometr jako dzielnik napi

ę

cia

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Enkodery absolutne

Tarcza kodowa enkodera absolutnego

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Kod binarny

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Kod Graya

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Kod Graya

•

Kod Graya, zwany równie

ż

kodem refleksyjnym, jest

dwójkowym

kodem

bezwagowym niepozycyjnym, który charakteryzuje si

ę

tym,

ż

e dwa kolejne

słowa kodowe ró

ż

ni

ą

si

ę

tylko stanem jednego bitu. Jest równie

ż

kodem

cyklicznym, bowiem ostatni i pierwszy wyraz tego kodu tak

ż

e spełniaj

ą

w/w

zasad

ę

.

•

Kodem Graya długo

ś

ci n jest ci

ą

g wszystkich 2

n

ró

ż

nych ci

ą

gów n cyfr {0,1},

ustawionych tak,

ż

e dwa kolejne ci

ą

gi ró

ż

ni

ą

si

ę

na jednej pozycji.

•

U

ż

ywa si

ę

go w

przetwornikach analogowo-cyfrowych

, szczególnie w

systemach gdzie wyst

ę

puj

ą

po sobie kolejne warto

ś

ci np. czujniki

poło

ż

enia/obrotu.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Konstrukcja kodu Gray’a

•

Przykład konstruowania kodu 4-bitowego [

edytuj

]

•

kod 1-bitowy

•

odbicie lustrzane

•

dopisanie zer i jedynek

•

0
1

•

0
1
1
0

•

00
01
11
10

•

kod 2-bitowy

•

odbicie lustrzane

•

dopisanie zer i jedynek

•

00
01
11
10

•

00
01
11
10
10
11
01
00

•

000
001
011
010
110
111
101
100

•

kod 3-bitowy

•

odbicie lustrzane

•

dopisanie zer i jedynek

•

000
001
011
010
110
111
101
100

•

000
001
011
010
110
111
101
100
100
101
111
110
010
011
001
000

•

0000
0001
0011
0010
0110
0111
0101
0100
1100
1101
1111
1110
1010
1011
1001
1000

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Enkodery absolutne

• jednoobrotowe,
• wieloobrotowe

• z kodem binarnym,
• z kodem Gray’a

• z wyj

ś

ciem równoległym,

• z wyj

ś

ciem szeregowym

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Enkodery wieloobrotowe

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Enkodery wieloobrotowe

Koder wielotarczowy do pomiaru k

ą

ta w zakresie 100 obrotów po 1000

warto

ś

ci k

ą

towych na jeden obrót

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Schemat kinematyczny układu

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Układ o jednym stopniu swobody

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Zale

ż

no

ść

k

ą

ta od przemieszczenia

(

)

=

+

=

+

−

α + ϕ + β

2

2

c1

c10

1

1

1

1 1

1

1

1

l

l

x

a

c

2a c cos

Dane:

• l

c10

= 1060 mm;

• a

1

= 358 mm;

• c

1

= 1403,2 mm;

•

φ

1

= 61

o

;

•

β

1

=22,2

o

;

• l

1

= 2716 mm.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Zadania do wykonania

• opracowanie schematu układu:

– układ mechaniczno – nap

ę

dowy,

– układ elektryczno – pomiarowy,

– wykaz elementów,

• pomiar nast. wielko

ś

ci:

– przemieszczenie siłownika,

– napi

ę

cie wyj

ś

ciowe przetwornika k

ą

ta

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Zadania do wykonania

• obliczenie k

ą

ta pochylenia wysi

ę

gnika,

• sporz

ą

dzenie wykresów mierzonych i

obliczonych parametrów,

• sporz

ą

dzenie charakterystyki k

ą

ta

α

od

wysuni

ę

cia siłownika

α

=f(x),

• wnioski

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Pomiary w ruchu obrotowym

Pomiar i regulacja prędkości obrotowej jest jednym z ważniejszych zagadnień we wszystkich dziedzinach techniki. Nie można sobie obecnie wyobrazić
maszyn i urzadzeń bez pomiaru prędkości obrotowej. Do pomiarów wykorzystuje się przetworniki wielkości mechanicznych na sygna

ł

elektryczny. Na drodze

elektrycznej, prędkość może być mierzona bezpośrednio za pomocą przetwarzania na impulsy elektryczne o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości
obrotowej oraz za pomocą przyrządów pomiarowych.
Te dwa sposoby pomiaru prędkości obrotowej wskazują na obecność dwóch zasadniczych urządzeń do pomiaru. Te urządzenia to:
- prądnice tachometryczne
- impulsator, zwany enkoderem

Prądnica tachometryczna s

ł

uży do analogowego pomiaru prędkości obrotowej. Jest to maszyna elektryczna ma

ł

ej mocy, s

ł

użąca do przetwarzania prędkości

obrotowej na proporcjonalny sygna

ł

elektryczny. Proporcjonalność przetwarzania jest określona charakterystyką wyjciową prądnicy, tzn. zależności między

wielkością wejściową (prędkość kątowa) a wielkością wyjściową (napięciem na uzwojeniu). Podstawowym parametrem prądnicy tachometrycznej jest sta

ł

a

prądnicy, która określa wartość napięcia na 1000 obrotów.
Prądnice tachometryczne można podzielić na:
- prądnice prądu sta

ł

ego

- prądnice prądu zmiennego

Tachoprądnice prądu sta

ł

ego charakteryzują się dużym zakresem pomiarowym i umożliwiają rozróżnienie prądu dwukierunkowego.

Tachoprądnice prądu zmiennego są natomiast wyposażone w prostowniki, więc napięcie wyjściowe jest zawsze dodatnie co uniemożliwia określenie kierunku
obrotu maszyny.

Cyfrowy pomiar prędkości obrotowej może być wykonany za pomocą impulsatora zwanego enkoderem. Impulsator to urządzenie s

ł

użące do przekszta

ł

cania

ruchu obrotowego na ciąg impulsów prostokątnych o częstotliwości proporcjonalnej do prędkości obrotowej. Podstawowe części impulsatora to: fotonadajnik,
tarcza z otworami fotoodbiornik. Maszyna, której prędkoć obrotów chcemy mierzyć jest "na sztywno" po

ł

ą

czona z tarczą. Częstotliwość z jaką pojawia sie

sygna

ł

na fotoodbiorniku jest proporcjonalna do prędkości obrotowej maszyny. Takie rozwiązanie stosowane jest w impulsatorach jednokana

ł

owych. Jeżeli

wprowadzimy drugą tarczę to będzie ona pe

ł

nić funkcje drugiego kana

ł

u, który jest odpowiednio przesunięty i pozwala na określenie kierunku wirowania

maszyny. Taki impulsator nazywamy dwukana

ł

owym. Wprowadzenie trzeciej tarczy z jednym otworem pozwala na określenie punktu początkowego lub tzw.

pulsu zerowego. Przetworniki z trzema tarczami są najczęściej używane i nazywamy je przetwornikami inkrementalnymi lub enkoderami inkrementalnymi.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

Kolejnym zagadnieniem jest pomiar kąta obrotu. Można wykorzystać tutaj
enkodery inktementalne wspó

ł

przcujące z odpowiednimi licznikami impulsów. Ta

metoda ma jedną wadę - nie pozwala na określenie po

ł

ożenia wirnika silnika zaraz

po za

ł

ą

czeniu. Tej wady nie mają enkodery absolutne. Enkodery absolutne

posiadają znacznie więcej kana

ł

ów, które różnią się od siebie. Umożliwia to

uzyskanie z kilku wyjść jednej liczby binarnej jednoznacznie określając po

ł

ożenie

kątowe przetwornika. Najczęściej stosowanym systemem do kodowania wartości
kąta jest kod Graya.

Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn
Pracownia Nap

ę

dów Hydraulicznych

Laboratorium z Miernictwa

G

ł

ówne kryteria wyboru przetworników

1. Przetworniki impulsowe
Przy wyborze przetworników impulsowych ważne jest, aby określić ilość wyjściowych kana

ł

ów sygna

ł

owych. Dla określenia tego parametru

rozstrzygającym kryterium jest funkcja przetwornika. Do podstawowych funkcji przetwornika należy:
- pomiar predkości obrotowej wymaga 1 kana

ł

u

- pozycjonowanie po

ł

ożenia w trakcie obrotu wymaga 2 kana

ł

ów przesuniętych względem siebie o 90 stopni

- pozycjonowanie po

ł

ożenia z zakresie obrotu 360 stopni oraz zliczanie ilości pe

ł

nych obrotów, wymaga 3 kana

ł

ów z czego jeden kana

ł

posiada impuls

zerowy

Kolejnym parametrem jest rozdzielczość, która określa liczbę lmpulsów przypadającą na jeden obrót.

Maksymalna częstotliwość impulsów określa największą ilość impulsów przypadających na jeden obrót. Ten parametr nie może być większy od wartości
dopuszczalnej , która jest dopuszczana w danych technicznych.
Ponadto należy wyróżnić wyjście sygnalowe i rodzaj napięcia zasilania.
Każdy przewodnik posiada dopuszczalną temperaturę otoczania, w jakiej może pracować.

2. Przewodnik absolutny
Można wyróżnić dwa rodzaje przetworników absolutnych:
- z możliwością pomiaru absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu
- z możliwością pomiary absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu oraz z możliwością pomiaru pewnej ilości ca

ł

kowitych obrotów

Bardzo ważnym parametrem jest rozdzielczość, wyrażana w bitach.
Przy wyborze przetwornika należy wziąć pod uwage również rodzaj wyjść sygna

ł

owych, napięcia zasilania oraz przewodów po

ł

ą

czeniowych.

Należy zwrócić uwage na dopuszczalną temperature pracy.

Opisane powyżej przetworniki pomiaru prędkości i kąta różnią się od siebie wersjami obudów, stopniem ochrony, środowiskiem pracy, mają różny b

ł

ą

d

pomiarowy i zakres temperatury pracy a także posiadają różne dodatkowe elementy mocujące.