CZUJNIKI

Przez pojęcie czujnik w metrologii wielkości geometrycznych rozumie się przy- rząd pomiarowy służący do wykonywania pomiarów metodą różnicową. Czujniki mają na ogół mały zakres pomiarowy i cechują się dużą dokładnością wskazań. Czujnika nie stosuje się w pomiarach samodzielnie. Dopiero zamocowanie czujnika w podstawie lub innym urządzeniu daje możliwość wykonywania pomiarów, a powstały w ten sposób przyrząd pomiarowy nazywa się przyrządem czujnikowym (fot. 5.2-r5.5). Stąd znormalizowane średnice tulei chwytowych czujników to: -028h7 lub 08h6. Istotą pomiarów różnicowych jest mierzenie małej różnicy między wzor- cem i mierzonym wymiarem, dlatego posługiwanie się czujnikiem wymaga jednoczesnego użycia wzorca końcowego. W pomiarach odchyłek kształtu i położenia, np. bicia promieniowego, różnice wskazań na ogół mieszczą się w granicach zakresu pomiarowego czujnika i wówczas użycie wzorca nie jest konieczne. W nowych konstrukcjach czujników wykorzystano wzorce inkre- mentalne, dzięki czemu nastąpiło znaczne zwiększenie zakresu pomiarowego (do 20, a nawet 100 mm). Czujniki te stanowią pomost między klasycznymi czujnikami o małym zakresie pomiarowym a długościomierzami. Czujnik pomiarowy składa się z czterech zespołów: urządzenia stykowo-- przesuwnego, urządzenia wytwarzającego nacisk pomiarowy, przetwornika i urządzenia wskazującego. Urządzenie stykowo-przesuwne przekazuje do przetwornika (przez prze- mieszczenie) informację o położeniu końcówki pomiarowej dotykającej mierzo- nego przedmiotu. Powinno zapewniać dokładne osiowe przemieszczenia trzpie- nia pomiarowego. W tym celu wykorzystuje się najczęściej łożyskowanie ślizgowe lub toczne, ale również zawieszanie trzpienia w płaskich sprężynach membranowych. Trzpienie pomiarowe mają wymienne końcówki pomiarowe, najczęściej o płaskiej, kulistej lub pryzmatycznej powierzchni pomiarowej. Urządzenie wytwarzające nacisk pomiarowy powinno zapewniać możliwie stały nacisk pomiarowy, niezależnie od położenia i kierunku przemieszczania trzpienia pomiarowego. Przetwornik służy do przetworzenia przemieszczenia trzpienia pomiarowe- go na odpowiednie wskazanie. W budowie czujników wykorzystuje się najczę- ściej przetworniki mechaniczne, optyczno-mechaniczne, elektryczne i pneuma- tyczne. Urządzenie wskazujące podaje wartości wielkości mierzonej w postaci analogowej lub cyfrowej.

W ł a ś ciwości metrologiczne czujników w zakresie charakte- rystyki statycznej obejmują:

— wartość We działki elementarnej w przypadku analogowego urządzenia wskazującego lub rozdzielczość dla cyfrowego urządzenia wskazującego,

-- długość Le działki elementarnej w analogowych urządzeniach wskazu- jących.

-- zakres podziałki — przedział wartości między skrajnymi wskazami po- działki, wyrażony w jednostkach miary oznaczonych na podziałce,

— czułość — stosunek przyrostu sygnału wyjściowego czujnika do przyrostu odpowiedniego sygnału wejściowego,

— błąd poprawności (składowa systematyczna błędu czujnika),

— błąd powtarzalności (wierności) wskazań — składowa przypadkowa błędu czujnika; zwykle za błąd powtarzalności przyjmuje się odchylenie średnie eksperymentalne s z odpowiednim współczynnikiem lub zakres rozrzutu wskazań.

— błąd histerezy — różnica wskazań czujnika, gdy tę samą stałą długość mie rzoną osiąga się raz przy zwiększaniu długości mierzonej, drugi raz przy jej zmniejszaniu,

• Błąd histerezy- różnica wartości mierzonej wielkości, przy czym każda z tych wartości odpowiada jednakowemu wskazaniu otrzymanemu raz przy zwiększaniu, a drugi raz przy zmniejszaniu sygnały.

błąd histerezy = (Y₂-Y₁)/(Y_max-Y_min)

—- błąd pobudliwości — zmiana wartości sygnału wejściowego nie powodu- jąca zmiany sygnału wyjściowego czujnika,

—- próg pobudliwości —- najmniejsza zmiana sygnału wejściowego powo- dująca dostrzegalną zmianę sygnału wyjściowego czujnika,

— błąd odczytania — w czujnikach z analogowym urządzeniem wskazującym jest to łączny błąd interpolacji i paralaktyczny,

—- nacisk pomiarowy i jego zmiany.

Czujniki optyczno-mechaniczne

W czujnikach optyczno-mechanicznych przeniesienie ruchu końcówki pomia- rowej na urządzenie wskazujące odbywa się przy współdziałaniu elementów przekładni mechanicznych (np. dźwigni lub śrubowo skręconej taśmy) i optycz- nych (np, układów soczewek, pryzmatów, lusterek, źródeł światła). Przełożenia czujników osiągają wartość 10 000. Stosowane wartości działek elementarnych wynoszą zwykle 1 μηι. 0,2 μηι oraz 0,1 μΐη. Zasadę działania czujnika dźwi- gniowo-optycznego (optimetru) przedstawiono na rys. 5.16.

Ultraoptimetr (Zeiss) jest czujnikiem optyczno-mechanicznym o prze- kładni z podwójnym odbiciem promieni świetlnych od wahliwie osadzonego zwierciadła, którego nachylenie zmienia się przy przesuwaniu trzpienia pomia- rowego. Czujnik jest używany zwykle do pomiarów płytek wzorcowych metodą różnicową: We = 0,2 μΐη, zakres podziałki ±20 μιτι, W celu ograniczenia wpły- wów temperaturowych ultraoptimetr jest zaopatrzony w drewnianą obudowę z szybami.

Czujniki elektryczne

Ogólna zasada działania czujników elektrycznych polega na wywołaniu zmiany określonej wielkości elektrycznej (np. oporu, indukcyjności, pojemności, zjawi- ska fotoelektrycznego) wskutek przesunięcia liniowego trzpienia pomiarowego. Przyjmując rodzaj zmienianej przez czujnik wielkości elektrycznej za podstawę klasyfikacji, rozróżnia się czujniki: elektrostykowe, indukcyjne, pojemnościowe. Czujniki elektryczne mają wiele zalet w stosunku do innych systemów stosowanych w czujnikach pomiarowych. Wskutek małych wymiarów mogą być łatwo wbudowane w aparaturę pomiarową, a oddzielne umieszczenie czujnika i urządzenia wskazującego umożliwia odczytywanie wskazań w dowolnym miejscu. Istnieje również możliwość obserwowania lub przekazywania sygna- łów szybkozmieniających się wartości mierzonych wielkości i wykreślanie wyników na nośniku zapisu (taśmie) w postaci wykresu. Odpowiednio do po- trzeby można wzmacniać sygnały wyjściowe czujnika, wykorzystując je do selekcji wymiarowej produkowanych przedmiotów, sterowania obrabiarek pod- czas obróbki, rejestrowania oraz dalszego opracowywania wyników pomiarów, Wymienione zalety stawiają czujniki o elektrycznej zasadzie pomiarowej w rzędzie przyrządów pomiarowych o dużym znaczeniu w przemyśle budowy maszyn. Czujniki elektrostykowe (rys. 5.17) używane wraz z urządzeniami sygna- lizującymi służą do kontroli wymiarowej przedmiotów produkowanych masowo lub seryjnie. Czujniki te stanowią grupę najprostszych czujników elektrycznych, w których wartość sygnału wejściowego (zmiana wymiaru) zostaje zazwyczajnajpierw powiększona przez układ mechaniczny (dźwignia nierównomierna), a wyjściowy sygnał elektryczny zmienia się skokowo w chwilach odpowia- dających określonym (nastawialnym) poziomom sygnału wejściowego.

Urządzenie wskazujące reaguje zapaleniem światła odpowiedniego koloru, gdy jeden z wymiarów granicznych przedmiotu zostanie przekroczony. Nieza- leżnie od czujników dwugranicznych są produkowane także czujniki elektrosty- kowe jedno- lub wielograniczne, a także czujniki elektryczne, które stanowią połączenie własności czujników elektrostykowych bezskalowych i czujników z analogowym układem wskazującym

Czujniki indukcyjne

(indukcyjnościowe) wykorzystują zmianę indukcyj- ności własnej {czujniki dławikowe) lub wzajemnej {czujniki transformatorowe) cewek przetwornika spowodowaną przemieszczeniem elementu związanego z trzpieniem pomiarowym (rys. 5.18). Typowy układ czujnika indukcyjnego przedstawiono na rys. 5.19,

Głowica pomiarowa czujnika indukcyjnego składa się z zespołu cewek, rdzenia ferromagnetycznego połączonego z trzpieniem pomiarowym oraz sprę- żyny wywołującej nacisk pomiarowy. W skład przetwornika wchodzi głowica i mostek pomiarowy, który na ogół stanowi integralną część głowicy. Przemien- ne napięcie UQ, wytwarzane przez generator, zasila przez mostek głowicę pomia- rową. W pewnym położeniu rdzenia cewki różnica napięć jest równa zeru. Gdy rdzeń cewki, połączony z trzpieniem pomiarowym, zostanie przesunięty o pewną długość, ulegnie zmianie indukcyjność cewki i spowoduje powstanie różnicy napięcia proporcjonalnej do tego przesunięcia, o fazie zależnej od kierunku ruchu. Po wzmocnieniu sygnału we wzmacniaczu, wartość przesunięcia trzpie- nia pomiarowego może zostać odczytana z miernika z analogowym lub cyfro- wym urządzeniem wskazującym. Wskazanie zerowe urządzenia wskazującego ustawia się za pomocą potencjometru połączonego z układem. Do celów pomia- rowych wykorzystuje się prostoliniową część charakterystyki czujnika, dopusz- czając odchyłkę prostoliniowości o wartości 1% zakresu prostoliniowości, który jest większy lub równy zakresowi pomiarowemu (rys. 5,19c).

Jako urządzenia odczytowe do czujników indukcyjnych stosuje się urządzenia wskazujące analogowe i cyfrowe oraz rejestratory. Główne zalety czujników indukcyjnych to: — możliwość uzyskania dużych przełożeń (rzędu 100 000) i w związku z tym małych wartości działki elementarnej (nawet rzędu 0,01 μπι), — możliwość uzyskania małych nacisków pomiarowych, — małe wymiary gabarytowe głowic pomiarowych, — możliwość pracy dwóch czujników w układzie sumującym lub różnicowym (wskazanie miernika jest sumą lub różnicą wskazań każdego z czujników), co umożliwia ich łatwe wykorzystanie m.in. w selekcji wymiarowej i po miarach odchyłek kształtu i położenia (rys. 5.20), — rozdzielenie czujnika i urządzenia wskazującego ułatwia budowę przyrzą- dów czujnikowych do pomiaru wielu wymiarów (fot. 5 7-5,13) Właściwości metrologiczne wybranych czujników indukcyjnych podano wtabl. 5.4

Czujniki pneumatyczne

W czujnikach pneumatycznych zmiana wymiaru mierzonego powoduje zmianę parametrów (ciśnienia, prędkości i ilości) wypływającego przez szczelinę po- wietrza. W zależności od tego, który z wymienionych parametrów wykorzystuje się w pomiarze, rozróżnia się czujniki ciśnieniowe (rys 5.22a, b), natęzemowe (rys. 5.22c) i przepływowe (rys. 5.22d).

Najczęściej stosowane są^ czujniki ciśnieniowe. Ciśnienie powietrza/) w ko- morze pomiarowej jest związane z odległością s dyszy pomiarowej od powierz- chni mierzonego przedmiotu zależnością nieliniową (rys. 5.23)

W pomiarach wykorzystuje się tylko liniową część charakterystyki. Czułość układu (nachylenie prostoliniowego odcinka charakterystyki) można zmieniać przez zmianę średnicy dyszy wyjściowej. Wykorzystuje się to do regulacji układu pneumatycznego. Aby uniezależnić charakterystykę czujnika od ciśnienia zasilania, stosuje się układy różnicowe (rys. 5.24). Zaletami czujników pneumatycznych są: — małe wymiary głowic pomiarowych, — możliwość pomiarów bezstykowych i samooczyszczania miejsca pomiaru.

— możliwość konstruowania głowic pomiarowych uwzględniających specy fikę wykonywanych pomiarów (rys. 5.25a), — możliwość łączenia dwóch czujników w układ sumujący lub różnicowy (rys, 5.25b^f).

W czujnikach ciśnieniowych ciśnienie powietrza, zależne od wartości mie- rzonej długości, może być mierzone manometrem wodnym lub manometrem mechanicznym. Ze względu na rozmiary manometru wodnego przyrządem tym dokonuje się pomiarów ciśnień niższych (do 120 hPa), co odpowiada wysokości słupa wody do 1200 mm. W manometrach mechanicznych nie ma podobnych ograniczeń i stosuje się ciśnienia robocze 500 do 4500 hPa. W zależności od ciśnienia roboczego rozróżnia się więc czujniki pneumatyczne wysokociśnie- niowe z manometrem mechanicznym (rys. 5.22a), czujniki pneumatyczne nisko- ciśnieniowe z manometrem wodnym (rys. 5.22b). Konstrukcyjnie manometr i głowica pomiarowa (fot. 5.14) czujnika pneumatycznego stanowią oddzielne elementy. Manometr jest wyskalowany w jednostkach długości. Podziałki mano- metrów są wymienne. Każda wymiana podziałki lub głowicy pomiarowej jest związana z wykonaniem wzorcowania. Do realizacji procedury wzorcowania używa się dwóch wzorców dla każdej głowicy pomiarowej. Przykładami czujników pneumatycznych niskociśnieniowych są czujniki firmy Mahr Millipneu 2001 (pojedynczy manometr) i Millipneu 2002-^2015 (zestawy odpowiednio 2 do 15 manometrów wodnych we wspólnej obudowie). Przykładami czujników wysokociśnieniowych tej samej firmy sąMiiliprteu 1020 i 1040, umożliwiające przyłączenie jednej głowicy lub kilku głowic w układzie sumującym, oraz Millipneu 1060, przeznaczone do pomiarów różni- cowych (umożliwiają przyłączenie dwóch głowic). Zakresy pomiarowe czuj- ników mogą być zmieniane w przedziale 12,5^1000 μηι (wartość działki ele- mentarnej odpowiednio 0,2-^20 μπι).

Czujniki inkrementalne

W czujnikach inkrementalnych stosuje się wzorce inkrementalne, i tym samym uniezależnia się od wzorców w postaci płytek wzorcowych. Ważniejsze zalety czujników inkrementalnych to: — duży zakres pomiarowy do 100 mm, — bezpośrednie podawanie wartości bezwzględnej mierzonego wymiaru, — wysoka dokładność pomiaru, — możliwość zerowania urządzenia wskazującego w dowolnym położeniu trzpienia pomiarowego, — możliwość zmiany kierunku mierzenia, — możliwość przyłączenia do mikrokomputera.

• Histereza pomiarowa- błąd odwracalności charakteryzujący się różnicą wskazań przetwornika, gdy tę samą wartość wielkości mierzonej osiąga się przy zwiększaniu wartości wielkości wejściowej i przy jej zmniejszaniu.

• Czułość- pochodna funkcji przenoszenia względem mierzonej wielkości nieelektrycznej x :

$$S_{x} = \frac{\text{df}}{\text{dx}} \approx \frac{Y}{X}$$

• Stała przetwornika- odwrotność czułości

1, Podaj warunki prawidłowej i efektywnej komunikacji
2.Wskaż podstawowe bariery komunikacyjne i zdefiniuj je
3. Wskaż poszczególne składniki procesu komunikacji i wskaż jego efektywność
4.Podaj definicję konformizmu spolecznego i opisz go na 2ch wybranych przykładach
5. Podaj definicje konformizmu jednostkowego i zilustruj ją wybranymi przykładami
6. Objasnij na jakich mechanizmach i pojeciach oparty jest konformizm grupowy
7. Zdefiniuj networking , scharakteryzuj typy i jego cele
8. Strategia budowania sieci networkingowych
9.Scharakteryzuj mapy networkingu ich cele i techniki
10. Opisz sens networkingu , podaj definicję i zbuduj minimalną mapę networkingową