DEFINICJA, KLASYFIKACJA

DEFINICJA

Czujniki to nazwa, pod którą w metrologii wielkości geometrycznych rozumie się dość liczną grupę przyrządów służących do pomiarów długości metodą stykową. Przyrządy tej grupy posiadają na ogół mały zakres pomia-rowy i z tego względu znajdują najczęściej zastosowanie przy pomiarach metodą różnicową oraz przy pomiarach odchyłek kształtu i położenia.

KLASYFIKACJA

Ze względu na zasadę działania czujniki najczęściej dzieli się na:

♦ mechaniczne,

♦ optyczne (mechaniczno-optyczne),

♦ elektryczne,

♦ pneumatyczne.

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI DŹWIGNIOWE - ZASADA DZIAŁANIA

Uproszczony schemat czujnika dźwigniowego. Oznaczenia:

L - długość wskazówki,

a - parametr konstrukcyjny czujnika,

s - przesunięcie końcówki pomiarowej,

 - wychylenie wskazówki,

Ł - przemieszczenie obwodowe końca wskazówki;

Równanie przetwarzania:

Ł = L⋅arc tg (s/a)

Z powyższej zależności wynika, że charakterystyka czujnika nie jest liniowa, w związku z czym powinien on posiadać podziałkę niejednostajną.

W praktyce w czujnikach dźwigniowych stosuje się podziałki jedno-stajne, które są znacznie łatwiejsze do wykonania. Powoduje to jednak powstanie systematycznego błędu skalowania.

Wartość tego błędu szybko narasta wraz ze wzrostem kąta wychylenia wskazówki i z tego względu czujniki dźwigniowe mają małe zakresy pomia-rowe.

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI DŹWIGNIOWE - PRZYKŁADY

LIMIMETRY - ZASADA DZIAŁANIA

a) wersja nieodciążona (wrażliwa na uderzenia), b) wersja odciążona

LIMIMETRY - PODSTAWOWE DANE METROLOGICZNE

Tabela 2. Charakterystyka metrologiczna limimetrów
Wartość działki elementarnej	Zakres podziałki	Graniczne błędy wskazań	Dopuszczalny rozrzut wskazań
m	m	m	m
10	± 300	± 2.5	3
5	± 150	± 2	2
2	± 60	± 1	1
1	± 30	± 0.5	0.5

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI ZĘBATE - ZASADA DZIAŁANIA

Równanie przetwarzania:

gdzie:

Ł - obwodowe przemieszczenie końca wskazówki "6";

L - długość wskazówki "6";

z₁, z₂, z₃ - liczby zębów kół zębatych, odpowiednio "1", "2" i "3";

m - moduł uzębienia.

Z przedstawionej wyżej zależności wynika, że charakterystyka czujni-ków zębatych jest liniowa. Dzięki temu mogą one posiadać duże zakresy pomiarowe.

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI ZĘBATE - PRZYKŁADY

CZUJNIK ZĘBATY MDAa-10

Podstawowe dane metrologiczne czujników zegarowych produkcji Fabryki Wyrobów Precyzyjnych "VIS" w Warszawie
	Zakres	Wartość	Dopuszczalne błędy [m]
Typ czujnika	pomia-rowy	działki ele-mentarnej	wskazań w zakresie				powta-rzalności
	[mm]	[mm]	0.1 mm	0.5 mm	2 mm	całym	wskazań
MDAa- 3	3	0.01	5	8	15	20	3
MDAa-10	10	0.01	5	8	15	20	3

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI DŹWIGNIOWO-ZĘBATE - ZASADA DZIAŁANIA

Zasada działania czujników dźwigniowo zębatych:

a) z jednostopniową, b) z dwustopniową przekładnią zębatą;

Równanie przetwarzania dla przypadku "a"

;

gdzie:

L - długość wskazówki;

r_s - promień podziałowy segmentu zębatego "3";

r_k - promień podziałowy koła zębatego "4";

a - długość krótszego ramienia dźwigni kątowej "2";

Charakterystyka czujników dźwigniowo-zębatych nie jest liniowa i z tego powodu ich zakresy pomiarowe nie mogą być zbyt duże.

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI DŹWIGNIOWO-ZĘBATE - PRZYKŁADY

CZUJNIK DŹWIGNIOWO ZĘBATY PRODUKCJI F-MY MAHR MILLIMESS 1003

Podstawowe dane metrologiczne:

♦ zakres pomiarowy - ± 50 m;

♦ wartość działki elementarnej - 1m;

♦ nacisk pomiarowy - 1N;

♦ średnica chwytu 8h6 (standardowa)

♦ dokładność - zgodnie z normą DIN 879

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI SPRĘŻYNOWE - ZASADA DZIAŁANIA

Schemat czujnika sprężynowego:

1) końcówka pomiarowa; 2) dźwignia; 3) sprężyna taśmowa;
4) wskazówka; 5) tłumik drgań; 6) zderzak

ZALETY

♦ wysoka rozdzielczość odczytu;

♦ wysoka dokładność pomiaru;

WADY

♦ bardzo małe zakresy pomiarowe;

♦ wrażliwość na oddziaływania zewnętrzne

CZUJNIKI MECHANICZNE

CZUJNIKI SPRĘŻYNOWE - PRZYKŁADY

METROTESTY - PODSTAWOWE PARAMETRY METROLOGICZNE
Średnica chwytu	Zakres pomiarowy	Wartość działki elementarnej	Dopuszczalne odchyłki wskazań	Masa
mm				kg
8	± 0.030	0.0005	± 0.00025	0.35
		± 0.060	0.001		± 0.0005
	28	± 0.014	0.0002		± 0.0001	0.7
		± 0.035	0.0005		±0.00025
		± 0.070	0.001		± 0.0005

CZUJNIKI MECHANICZNO - OPTYCZNE

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA

W czujnikach mechaniczno - optycznych zwanych też krócej czujnikami optycznymi, przeniesienie ruchu końcówki pomiarowej na urządzenie wskazujące odbywa się za pomocą różnego rodzaju elementów optycznych jak lustra, soczewki czy pryzmaty, współpracujących z ele-mentami przekładni mechanicznych (dźwignie, sprężyny, etc.).

W grupie czujników optycznych wyróżnia się:

• optimetry;

• poziome;

• pionowe;

• projekcyjne;

• ultraoptimetry;

• optikatory;

• czujniki interferencyjne (k = 100 000);

Czujniki mechaniczno - optyczne charakteryzują się z reguły dużą dokładnością, wysokimi przełożeniami (do 10 000x) i małymi wartościami działek elementarnych (0.1 m ÷ 1 m).

Czujniki mechaniczno - optyczne są przeznaczone do dokładnych pomiarów długości, w szczególności są wykorzystywane do sprawdzania wzorców długości (np. płytek wzorcowych);

CZUJNIKI MECHANICZNO - OPTYCZNE

ZASADA DZIAŁANIA OPTIMETRU

W polu widzenia okularu „6” znajduje się płytka „5” z niewidocznym przez okular wzorcem kreskowym (skalą) i widocznym przeciwwskaźnikiem „7”. Punkt A wzorca znajduje się w ognisku obiektywu „4”. Dlatego wysłane z tego punktu promienie światła po przejściu przez

obiektyw biegną zawsze równolegle i po odbiciu się od pochylnego lustra „2” nadal równolegle, lecz pod kątem 2 wpadają do obiektywu. Po skupieniu w obiektywie tworzą obraz kreski A w punkcie A' leżącym w płaszczyźnie ogniskowej - tej samej, w której leży płytka „5” z widocznym przeciw-wskaźnikiem „7”. W związku z tym w okularze widać przeciwwskaźnik na tle obrazu skali. Położenie obrazu skali zależy od kąta wychylenia zwierciadła „2”, które z kolei zależy od położenia końcówki pomiarowej „1”.

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE

DEFINICJA, CHARAKTERYSTYKA, KLASYFIKACJA

• Czujniki elektryczne - przyrządy, w których zmiana położenia końcówki pomiarowej powoduje odpowiednią zmianę określo-nej wielkości elektrycznej. Zmiana tej wielkości decyduje z ko-lei o postaci i parametrach elektrycznego sygnału wyjściowego.

• Elektryczna postać sygnału wyjściowego umożliwia:

• łatwą zamianę tego sygnału na impulsy sygnalizacyjne, sterownicze bądź informacyjne;

• przesyłanie sygnału na odległość;

• łatwą zmianę czułości przyrządu w bardzo szerokich granicach;

• Inne zalety czujników elektrycznych:

• korzystne charakterystyki dynamiczne (mała bezwładność)

• zdolność do osiągania małych wymiarów.

• Odmianyczujników elektrycznych:

(podział w zależności od rodzaju wielkości elektrycznej zmie- niającej się wraz ze zmianą położenia końcówki pomiarowej);

• elektrostykowe;

• indukcyjne;

• pojemnościowe;

• fotoelektryczne;

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE

CZUJNIKI ELEKTROSTYKOWE - ZASADA DZIAŁANIA

Zasada działania czujników elektrostykowych opiera się
na skokowej zmianie oporności obwodów elektrycznych
(otwieraniu i zamykaniu tych obwodów).

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE

CZUJNIKI ELEKTROSTYKOWE - WYGLĄD

Czujnik elektrostykowy:

a) głowica pomiarowa MDDh, b) wskaźnik pojedynczy MDNa;

1 - końcówka pomiarowa; 2 - chwyt; 3 - korpus głowicy;

4 - zwieracz; 5 - styk nastawny;

6,7 - pokrętła regulacji położenia styków;

8 - przewód łączący głowicę ze wskaźnikiem;

9,10 i 11 - elementy sygnalizacyjne; 12 - gniazdo sterowania;

13 - gniazdo czujnika; 14 - przełącznik rodzaju głowicy)

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE

CZUJNIKI INDUKCYJNE - ZASADA DZIAŁANIA

Zasada działania czujników indukcyjnych oparta jest na zależności zachodzącej pomiędzy indukcyjnością własną (lub wzajemną) cewek przetworników a położeniem końcówki pomiarowej.

Zasada działania czujnika indukcyjnego: a) dławikowego; b) solenoidalnego;

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE

CZUJNIKI INDUKCYJNE - ZASADA DZIAŁANIA

Do przekształcania zmian indukcyjności w sygnał pomiarowy służy mostek Wheatstone'a

Charakterystyka układu pomiarowego

CZUJNIKI ELEKTRYCZNE

CZUJNIKI INDUKCYJNE - ZASADA DZIAŁANIA

Sygnał pomiarowy U_p jest przetwarzany dalej w sposób zależny od budowy i funkcji wskaźnika. Przykładowy schemat blokowy wskaźnika:

• Mostek pomiarowy jest zasilany napięciem zmiennym z generatora.

• Sygnał z mostka, po wzmocnieniu, jest przekazywany do detektora fazoczułego, skąd po porównaniu z sygnałem podstawowym i wyprosto-waniu doprowadzony jest do miernika i (opcjonalnie) do rejestratora.

• Równolegle sygnał z detektora przysyłany jest do selektora zawierającego zespół przerzutników elektronicznych o nastawnych napięciach zadzia-łania. Przekraczanie tych napięć powoduje zmiany sygnalizacji świetlnej poprzez odpowiednie otwieranie i zamykanie jej obwodów elektrycznych.

• Analogiczne zmiany zachodzą w obwodach sterowania.

CZUJNIKI INDUKCYJNE - WSKAŹNIKI

1. wyświetlacz analogowy i cyfrowy;

2. klawisz przełącznika analogowych zakresów pomiarowych;

3. wskaźnik skali analogowej;

4. klawisze elektronicznej korekcji wartości wskazania;

5. klawisz przełącznika trybu oceny;

6. klawisze wyboru funkcji pomiarowej;

7. wskaźnik funkcji pomiarowej;

8. wskaźnik uaktywnienia trybu oceny;

9. optyczny wskaźnik poprawności sprawdzanego wymiaru;

10. wskaźnik poprawności zasilania; jego pojawienie się sygnalizuje, ze napięcie zasilania wykracza poza dopuszczalne granice;

11. wskaźnik trybu zachowania;

12. obudowa

CZUJNIKI INDUKCYJNE - UKŁADY GŁOWIC

Działanie układów głowic pomiarowych:
a - sumującego; b - różnicowego;

CZUJNIKI INDUKCYJNE - UKŁADY GŁOWIC
PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ

Przykłady pomiarów dokonywanych przy pomocy układów głowic indukcyjnych:

a) pomiar grubości elementów (układ sumujący);

b) pomiar prostopadłości tworzącej (układ różnicowy);

CZUJNIKI INDUKCYJNE - UKŁADY GŁOWIC
PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ

Przykłady pomiarów dokonywanych przy pomocy układów głowic indukcyjnych

a) pomiar nierównoległości płaszczyzn (układ różnicowy);

b) pomiar głębokości kanałka (układ różnicowy);

METROLOGIA WIELKOŚCI GEOMETRYCZNYCH

CZUJNIKI (23)

DEFINICJA

Czujniki mechaniczne to grupa czujników, w których powiązanie przemieszczenia końcówki po-miarowej z odpowiadającym temu przemieszczeniu wychyleniem wskazówki, odbywa się poprzez różnego rodzaju przekładnie mechaniczne.

KLASYFIKACJA

Ze względu na rodzaj przekładni mechanicznej wiążącej przemieszczenie końcówki pomiarowej z wy-chyleniem wskazówki, czujniki mechaniczne dzieli się na różne odmiany. W szczególności wyróżnia się:

1. czujniki dźwigniowe;

2. czujniki zębate;

3. czujniki dźwigniowo-zębate;

4. czujniki dźwigniowo-śrubowe;

5. czujniki sprężynowe;

---