1

METROLOGIA II WYKŁAD VI

Politechnika Gdańska

Wydział Mechaniczny

Katedra Hydrauliki i Pneumatyki

Dr inż. Paweł Śliwiński

M

ETROLOGIA

II

W

YKŁAD

X

METROLOGIA II WYKŁAD VI

P

LAN

P

REZENTACJI

1. W ostatniej prezentacji...
2. Przyrządy

i

metody

pomiaru

przemieszczeń

linowych.

2

METROLOGIA II WYKŁAD VI

W O

STATNIEJ

P

REZENTACJI

...

P

RZYRZĄDY

I M

ETODY

P

OMIARU

P

RZEMIESZCZEŃ

L

INIOWYCH

C

ZUJNIKAMI

P

OTENCJOMETRYCZNYMI

METROLOGIA II WYKŁAD VI

W O

STATNIEJ

P

REZENTACJI

...

P

RZYRZĄDY

I M

ETODY

P

OMIARU

P

RZEMIESZCZEŃ

L

INIOWYCH

C

ZUJNIKAMI

P

OJEMNOŚCIOWYMI

Kondensator z elektrodą

metalową jako czujnik.

Mierzony obiekt

przewodnikiem

elektrycznym (element

kondensatora)

CapaNCDT

3

METROLOGIA II WYKŁAD VI

W O

STATNIEJ

P

REZENTACJI

...

P

RZYRZĄDY

I M

ETODY

P

OMIARU

P

RZEMIESZCZEŃ

L

INIOWYCH

C

ZUJNIKAMI

I

NDUKCYJNYMI

Czujnik indukcyjny ZX-T

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POMIAR PRĘDKOŚCI LINIOWEJ I KĄTOWEJ

POMIAR POŚREDNI

Do pośrednich pomiarów prędkości wykorzystuje się tachometry. Licznik zlicza impulsy
wytwarzane przez przetwornik w jednostce czasu, wyświetla je na wyświetlaczu. Liczniki

maja możliwość podłączenia do komputera i obróbki sygnału za pomocą specjalnego
oprogramowania

Licznik prędkości LP100
Prędkościomierz LP100 ma wszechstronne zastosowanie zarówno w przemyśle jak i

laboratoriach badawczych, wszędzie tam, gdzie istnieje konieczność pomiaru prędkości
przesuwu, zdarzeń czy innych wielkości

4

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POMIAR PRĘDKOŚCI LINIOWEJ I KĄTOWEJ

POMIAR BEZPOŚREDNI

Pomiar bezpośredni realizowany jest za pomocą specjalnych przetworników których
sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do mierzonej prędkości.

Czujnik 89127-001
Maksymalna droga rdzenia: 660mm
Prędkość maksymalna 83m/s
Nominalne napięcie wyjściowe: 60mV/cm/s

METROLOGIA II WYKŁAD VI

URZĄDZENIE POMIAROWE ZNAJDUJĄCE SIĘ W

LABORATORIUM KATEDRY HiP

CZUJNIK INDUKCYJNY DO POMIARU PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ

Prędkość kątowa silnika elektrycznego mierzona jest przy pomocy czujnika indukcyjnego.
Czujnik przymocowany jest do obudowy i wykrywa metalowy element przymocowany do
wentylatora dając jeden impuls na jeden obrót.

Impulsy zliczane są przez cyfrowy miernik prędkości obrotowej N09 firmy LUMEL

5

METROLOGIA II WYKŁAD VI

URZĄDZENIE POMIAROWE ZNAJDUJĄCE SIĘ W

LABORATORIUM KATEDRY

OPTYCZNY POMIAR PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ

Prędkość kątowa mierzona jest czujnikiem optycznym, który zlicza otwory w metalowej
tarczy przymocowanej do obracającego się wałka. Odczyt prędkości odbywa się przy
pomocy miernika N09 firmy LUMEL

METROLOGIA II WYKŁAD VI

URZĄDZENIE POMIAROWE ZNAJDUJĄCE SIĘ W

LABORATORIUM KATEDRY

POMIAR PRZEMIESZCZENIA LINIOWEGO

Do

pozycjonowania

i

pomiaru

przemieszczenia

siłownika

pneumatycznego

wykorzystywany jest przetwornik potencjometryczny firmy FESTO

6

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POMIAR PRZYŚPIESZEŃ

POMIAR POŚREDNI

Przyspieszenie a można wyznaczyć także metodą pośrednią różniczkując sygnał

wyjściowy z przetwornika prędkości gdyż a=dv/dt. Lub badający przyrost prędkości w
równych odstępach czasu na podstawie danych uzyskanych z tachometru i przesłanych
do komputera.

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POMIAR PRZYŚPIESZEŃ

POMIAR BEZPOŚREDNI

Elektrokinetyczny przetwornik przyspieszenia – wykorzystuje zjawisko potencjały
przepływu (elektrokinetyczne). Napięcie, które otrzymujemy na wyjściu tego właśnie
urządzenia jest proporcjonalne do przyspieszenia badanego przez nas obiektu.

Akcelerator piezoelektryczny. Jeżeli obiekt
badany, czyli poddany pomiarowi przyspiesza,
powoduje

to,

że

na

naszą

płytkę

piezoelektryczną działa zmienna siła. Siła ta
jest

wprost

proporcjonalna

do

masy

i

przyspieszenia tego badanego elementu.

7

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POJEMNOŚCIOWY PRZETWORNIK PRZYŚPIESZENIA

W spoczynku pojemności C1 i C2 są równe,

natomiast gdy działa siła związana z

przyspieszeniem, pojemności się zmieniają.

Jego główną zaletą jest to, że ma on bardzo mały

temperaturowy

współczynnik

zmiany

czułości.

Dlatego są one stosowane między innymi do
analizy wibracji oraz drgań. Między innymi w
samochodach do napełniania powietrzem poduszek
powietrznych oraz w układzie ABS.

METROLOGIA II WYKŁAD VI

Wszystko wykonane jest z krzemu.

Masa pomiarowa, zamocowana na swego rodzaju sprężynkach, wyposażona jest w szereg

długich i wąskich zębów, tworzących dwustronny grzebień. Jest to ruchomy element umieszczony

tuż nad powierzchnią typowej struktury układu scalonego.
Cały mikromechanizm wytwarzany jest w typowym procesie produkcji układów scalonych. Tym
samym zarówno ruchomy czujnik pomiarowy, jak i współpracujące obwody elektroniczne

wykonywane są w jednym procesie technologicznym.
Jak udaje się wytworzyć ruchomy element na powierzchni, a właściwie dwa mikrometry nad

powierzchnią płytki krzemowej? Wykorzystuje się tu różną odporność na trawienie obszarów

krzemu o różnej strukturze i domieszkowaniu. Dzięki wcześniejszym procesom, te obszary płytki,

które mają później stanowić ruchome elementy są tak przygotowywane, by były odporne na
trawienie. Obszary “niepotrzebne” mają inne właściwości i zostaną wytrawione. Wytrawiona

zostaje część krzemu znajdująca się także pod grzebieniem.

POJEMNOŚCIOWY PRZETWORNIK PRZYŚPIESZENIA

8

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POJEMNOŚCIOWY PRZETWORNIK PRZYŚPIESZENIA

Potem grzebień zawieszony na krzemowych sprężynkach trzyma się płytki dzięki pozostawieniu

“kotwic” − punktów podparcia, związanych z główną płytką. W efekcie powstaje przypominająca

dwustronny grzebień misterna konstrukcja, która może się poruszać w jednej osi.

Jak pokazuje rysunek, czujnik ma nie jednego rzędu zębów, lecz jakby trzy rzędy. Dwa pozostałe
zespoły zębów zamocowane są na stałe do powierzchni płytki głównej. Każdy z zębów ruchomego
grzebienia współpracuje z dwoma innymi zębami, umocowanymi na stałe na powierzchni płytki. Te

dodatkowe dwie grupy zębów tworzą z zębami “grzebienia” kondensatory różnicowe.
Wymiary grzebienia (około 0,5mm x 0,6mm) wskazują, że pojemność jest mała. Rzeczywiście mała
całkowita pojemność między grupami zębów wynosi tylko 0,1pF! Maksymalne zmiany pojemności pod
wpływem przyspieszenia wynoszą co najwyżej ±0,01pF, natomiast współpracujący układ elektroniczny
jest w stanie wykryć zmiany pojemności rzędu 10...20aF. To nie pomyłka! 1aF to 1 attofarad = 0,001fF
(femtofarada) = 0,000001pF. Także “masa pomiarowa” jest zadziwiająco mała − około 0,0001 miligrama.
Poszczególne zęby grzebienia mają wymiary 2μm x 200μm, a odstępy między zębami (czyli okładzinami

kondensatora) wynoszą około 2μm.

METROLOGIA II WYKŁAD VI

POMIAR PRZYŚPIESZEŃ

Czujniki przyśpieszenia działają jako bezwzględne czujniki ruchu, jednakże w przeciwieństwie do czujników
względnych nie zawierają statycznych punktów odniesienia. Przetwornik pomiarowy (tensometryczny),
przymocowany do odkształcalnej części czujnika, pracuje jako masa sejsmiczna. Poddanie przyśpieszeniu
w kierunku maksymalnego ugięcia powoduje powstanie siły sejsmicznej i sprężyste odkształcenie korpusu.
W takim wykonaniu czujniki przeznaczone są do pomiaru stałych przyśpieszeń (częstotliwość równa 0, np.
przyśpieszenie ziemskie). Pracujący w układzie pełnego mostka Wheatestone'a zestaw tensometrów
zapewnia napięcie wyjściowe proporcjonalne do naprężenia. Ciecz tłumi drgania tego układu masa -
sprężyna. Dla ochrony przed zewnętrznymi wpływami czujnik zamknięto w hermetycznej stalowej obudowie.

tensometryczny

POMIAR BEZPOŚREDNI

Czujnik 89012-500
Parametr przy 5 V zasilania 0.2 [mV/g]

Nieliniowość ±1%

9

METROLOGIA II WYKŁAD VI

D

ZIĘKUJĘ

Z

A

U

WAGĘ