Laboratorium z Miernictwa
Pomiar przemieszczenia kÄ…towego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Metody pomiaru przemieszczenia
kÄ…towego:
" inklinometry,
" enkodery absolutne,
" specjalizowane przetworniki pomiaru kÄ…ta
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Inklinometry
Stosowane do pomiaru kÄ…ta
pochylenia wysięgnika
w koparkach oraz w \
urawiach
z wysięgnikiem kratowym lub
teleskopowym
Inklinometr (bezkontaktowy czujnik odchylenia od pionu) typu wahadłowego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Inklinometry
Bezprzewodowy czujnik kÄ…ta firmy Load Systems zainstalowany na maszynie
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Przetworniki potencjometryczne stykowe
Potencjometr liniowy
Potencjometr obrotowy
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Przetworniki potencjometryczne stykowe
Potencjometr jako dzielnik napięcia
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Enkodery absolutne
Tarcza kodowa enkodera absolutnego
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Kod binarny
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Kod Graya
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Kod Graya
" Kod Graya, zwany równie\
kodem refleksyjnym, jest dwójkowym kodem
bezwagowym niepozycyjnym, który charakteryzuje się tym, \
e dwa kolejne
słowa kodowe ró\
nią się tylko stanem jednego bitu. Jest równie\
kodem
cyklicznym, bowiem ostatni i pierwszy wyraz tego kodu tak\
e spełniają w/w
zasadÄ™.
" Kodem Graya długości n jest ciąg wszystkich 2n ró\
nych ciągów n cyfr {0,1},
ustawionych tak, \
e dwa kolejne ciągi ró\
niÄ… siÄ™ na jednej pozycji.
" U\
ywa się go w przetwornikach analogowo-cyfrowych, szczególnie w
systemach gdzie występują po sobie kolejne wartości np. czujniki
poło\
enia/obrotu.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Konstrukcja kodu Gray a
" Przykład konstruowania kodu 4-bitowego [edytuj]
" kod 3-bitowy
" kod 1-bitowy " odbicie lustrzane
" dopisanie zer i jedynek
" odbicie lustrzane
" 000
" dopisanie zer i jedynek
001
" 0
011
1
010
110
" 0
111
1
101
1
100
0
" 000
" 00
001
01
011
11
010
10
110
111
" kod 2-bitowy
101
" odbicie lustrzane
100
" dopisanie zer i jedynek
100
101
" 00
111
01
110
11
010
10
011
" 00 001
000
01
11 " 0000
0001
10
0011
10
0010
11
0110
01
0111
00
0101
" 000
0100
001 1100
1101
011
1111
010
1110
110
1010
111
1011
101
1001
100
1000
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Enkodery absolutne
" jednoobrotowe,
" wieloobrotowe
" z kodem binarnym,
" z kodem Gray a
" z wyjściem równoległym,
" z wyjściem szeregowym
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Enkodery wieloobrotowe
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Enkodery wieloobrotowe
Koder wielotarczowy do pomiaru kąta w zakresie 100 obrotów po 1000
wartości kątowych na jeden obrót
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Schemat kinematyczny układu
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Układ o jednym stopniu swobody
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Zale\
ność kąta od przemieszczenia
lc1 = lc10 + x1 = a12 + c12 - 2a1c1cos Ä…1 + Õ1 + ²1
( )
Dane:
" lc10 = 1060 mm;
" a1 = 358 mm;
" c1 = 1403,2 mm;
" Ć1 = 61o ;
" ²1 =22,2o ;
" l1 = 2716 mm.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Zadania do wykonania
" opracowanie schematu układu:
 układ mechaniczno  napędowy,
 układ elektryczno  pomiarowy,
 wykaz elementów,
" pomiar nast. wielkości:
 przemieszczenie siłownika,
 napięcie wyjściowe przetwornika kąta
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Zadania do wykonania
" obliczenie kąta pochylenia wysięgnika,
" sporządzenie wykresów mierzonych i
obliczonych parametrów,
" sporzÄ…dzenie charakterystyki kÄ…ta Ä… od
wysunięcia siłownika ą=f(x),
" wnioski
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Pomiary w ruchu obrotowym
Pomiar i regulacja prędkości obrotowej jest jednym z wa\
niejszych zagadnień we wszystkich dziedzinach techniki. Nie mo\
na sobie obecnie wyobrazić
maszyn i urzadzeń bez pomiaru prędkości obrotowej. Do pomiarów wykorzystuje się przetworniki wielkości mechanicznych na sygnał elektryczny. Na drodze
elektrycznej, prędkość mo\
e 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:
- prÄ…dnice tachometryczne
- impulsator, zwany enkoderem
Prądnica tachometryczna słu\
y do analogowego pomiaru prędkości obrotowej. Jest to maszyna elektryczna małej mocy, słu\
ąca do przetwarzania prędkości
obrotowej na proporcjonalny sygnał elektryczny. Proporcjonalność przetwarzania jest określona charakterystyką wyjciową prądnicy, tzn. zale\
ności między
wielkością wejściową (prędkość kątowa) a wielkością wyjściową (napięciem na uzwojeniu). Podstawowym parametrem prądnicy tachometrycznej jest stała
prądnicy, która określa wartość napięcia na 1000 obrotów.
PrÄ…dnice tachometryczne mo\
na podzielić na:
- prądnice prądu stałego
- prÄ…dnice prÄ…du zmiennego
Tachoprądnice prądu stałego charakteryzują się du\
ym zakresem pomiarowym i umo\
liwiają rozró\
nienie prÄ…du dwukierunkowego.
TachoprÄ…dnice prÄ…du zmiennego sÄ… natomiast wyposa\
one w prostowniki, więc napięcie wyjściowe jest zawsze dodatnie co uniemo\
liwia określenie kierunku
obrotu maszyny.
Cyfrowy pomiar prędkości obrotowej mo\
e być wykonany za pomocą impulsatora zwanego enkoderem. Impulsator to urządzenie słu\
ące do przekształcania
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" połączona z tarczą. Częstotliwość z jaką pojawia sie
sygnał na fotoodbiorniku jest proporcjonalna do prędkości obrotowej maszyny. Takie rozwiązanie stosowane jest w impulsatorach jednokanałowych. Je\
eli
wprowadzimy drugą tarczę to będzie ona pełnić funkcje drugiego kanału, który jest odpowiednio przesunięty i pozwala na określenie kierunku wirowania
maszyny. Taki impulsator nazywamy dwukanałowym. Wprowadzenie trzeciej tarczy z jednym otworem pozwala na określenie punktu początkowego lub tzw.
pulsu zerowego. Przetworniki z trzema tarczami są najczęściej u\
ywane i nazywamy je przetwornikami inkrementalnymi lub enkoderami inkrementalnymi.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Kolejnym zagadnieniem jest pomiar kÄ…ta obrotu. Mo\
na wykorzystać tutaj
enkodery inktementalne współprzcujące z odpowiednimi licznikami impulsów. Ta
metoda ma jedną wadę - nie pozwala na określenie poło\
enia wirnika silnika zaraz
po załączeniu. Tej wady nie mają enkodery absolutne. Enkodery absolutne
posiadają znacznie więcej kanałów, które ró\
niÄ… siÄ™ od siebie. Umo\
liwia to
uzyskanie z kilku wyjść jednej liczby binarnej jednoznacznie określając poło\
enie
kątowe przetwornika. Najczęściej stosowanym systemem do kodowania wartości
kÄ…ta jest kod Graya.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych
Główne kryteria wyboru przetworników
1. Przetworniki impulsowe
Przy wyborze przetworników impulsowych wa\
ne jest, aby określić ilość wyjściowych kanałów sygnałowych. Dla określenia tego parametru
rozstrzygajÄ…cym kryterium jest funkcja przetwornika. Do podstawowych funkcji przetwornika nale\
y:
- pomiar predkości obrotowej wymaga 1 kanału
- pozycjonowanie poło\
enia w trakcie obrotu wymaga 2 kanałów przesuniętych względem siebie o 90 stopni
- pozycjonowanie poło\
enia z zakresie obrotu 360 stopni oraz zliczanie ilości pełnych obrotów, wymaga 3 kanałów z czego jeden kanał 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 mo\
e być większy od wartości
dopuszczalnej , która jest dopuszczana w danych technicznych.
Ponadto nale\
y wyró\
nić wyjście sygnalowe i rodzaj napięcia zasilania.
Ka\
dy przewodnik posiada dopuszczalnÄ… temperaturÄ™ otoczania, w jakiej mo\
e pracować.
2. Przewodnik absolutny
Mo\
na wyró\
nić dwa rodzaje przetworników absolutnych:
- z mo\
liwością pomiaru absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu
- z mo\
liwością pomiary absolutnej pozycji kontowej w zakresie 1 obrotu oraz z mo\
liwością pomiaru pewnej ilości całkowitych obrotów
Bardzo wa\
nym parametrem jest rozdzielczość, wyra\
ana w bitach.
Przy wyborze przetwornika nale\
y wziąć pod uwage równie\
rodzaj wyjść sygnałowych, napięcia zasilania oraz przewodów połączeniowych.
Nale\
y zwrócić uwage na dopuszczalną temperature pracy.
Opisane powy\
ej przetworniki pomiaru prędkości i kąta ró\
nią się od siebie wersjami obudów, stopniem ochrony, środowiskiem pracy, mają ró\
ny błąd
pomiarowy i zakres temperatury pracy a tak\
e posiadają ró\
ne dodatkowe elementy mocujÄ…ce.
Politechnika Krakowska
Instytut Konstrukcji Maszyn Laboratorium z Miernictwa
Pracownia Napędów Hydraulicznych