Badania właściwości
przetworników przemieszczenia
budowa, zasada działania, parametry
mgr in\
. Artur Guzowski
mgr in\
. Artur Guzowski
Monitoring maszyn i urządzeń
Monitoring maszyn i urządzeń
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
wtorek, 2 lutego 2010
wtorek, 2 lutego 2010
Budowa sensora/przetwornika/czujnika
Budowa sensora/przetwornika/czujnika
Sygnał wejściowy Sygnał wyjściowy
(wielkość fizyczna) (cyfrowy / analogowy)
przekształcanie element elektronika ADC komputer
przetwornika opracowujÄ…ca
Prosty sensor (przetwornik)
Zintegrowany sensor
Inteligentny sensor
Rodzaje (w zale\
ności od wytwarzanych sygnałów): analogowe, binarne i cyfrowe.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Pierwotna
Analogowy
Ucyfrowiony
Nieelektryczna
sygnał pomiarowy
sygnał pomiarowy
wielkość pośrednia
wielkość elektryczna
Parametry sensorów
Parametry sensorów
Zakres pomiarowy,
Dokładność,
BÅ‚Ä…d punktu zerowego (temperatura),
BÅ‚Ä…d nachylenia (temperatura, proces starzenia),
Błąd liniowości (budowa),
BÅ‚Ä…d histerezy (dyssypacja energii).
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Zakres pomiarowy narzędzia pomiarowego
Zakres pomiarowy narzędzia pomiarowego
(measuring range)
(measuring range)
Zakres wartości wielkości mierzonej (albo innych wielkości wyznaczających wielkość
mierzoną), dla których narzędzie pomiarowe mo\
e by stosowane z błędem nie
przekraczającym dopuszczalnych granic, bez szkody dla wytrzymałości trwałości narzędzia i
bez naruszenia warunków bezpieczeństwa.
Wyró\
nia się dolną i górną granicę zakresu pomiarowego.
Zastrze\
enie co do wytrzymałości i zachowania warunków bezpieczeństwa dotyczy sygnałów
pomiarowych, które są nośnikami energii. Na przykład nie mo\
na mierzy ciśnienia rzędu
dziesiątek megapaskali manometrem przeznaczonym do pomiaru ciśnienie rzędu
kilkudziesięciu paskali.
Przyrządy działający w oparciu o sygnał elektryczny najczęściej są wielozakresowe.
Wówczas jako zakres przyrządu traktuje się zakres największy.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Dokładność narzędzia pomiarowego
Dokładność narzędzia pomiarowego
(precision, accuracy)
(precision, accuracy)
Stopień zgodności wartości rzeczywistej ze średnią arytmetyczną wyników uzyskanych dla
oznaczanej wielkości.
Im dokładniejszy pomiar, tym uzyskiwane wyniki są bli\
sze wartości prawdziwej.
W serii pomiarów o du\
ej dokładności tej samej wielkości fizycznej lub chemicznej
większość wyników będzie zbli\
ona do wartości prawdziwej, a wyniki obarczone błędem
przypadkowym będą rozrzucone po obu stronach wartości prawdziwej.
Du\
a dokładność, mała precyzja Du\
a precyzja, mała dokładność
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
BÅ‚Ä…d punktu zerowego
BÅ‚Ä…d punktu zerowego
Błąd punktu zerowego to równoległe
przesunięcie charakterystyki wzorcowego
sygnału pomiarowego.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
BÅ‚Ä…d nachylenia
BÅ‚Ä…d nachylenia
Błąd nachylenia to współczynnik nachylenia
wykresu wartości analogowej względem
odpowiadającej jej wartości cyfrowej.
BÅ‚Ä…d nachylenia to zmiana nachylenia
charakterystyki względem idealnej lub
nominalnej.
BÅ‚Ä…d nachylenia wyra\
a siÄ™ w procentach
wartości wejściowej (lub wyjściowej).
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Błąd liniowości
Błąd liniowości
BÅ‚Ä…d ten wyznaczany jest
wg zale\
ności:
Rozbie\
ność między charakterystyką
rzeczywistÄ… a jej aproksymacjÄ… liniowÄ…
nazywana jest błędem liniowości
przetwornika.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
BÅ‚Ä…d histerezy
BÅ‚Ä…d histerezy
Błąd histerezy rozumiany jako ró\
nica
wskazań odpowiadających tej samej
wartości mierzonej wielkości fizycznej
lub chemicznej, występujących przy obu
kierunkach jej pomiaru (wzrastajÄ…cym
i malejÄ…cym).
Nie powinien przekraczać bezwzględnej
wartości błędu granicznego
dopuszczalnego.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Zasady pomiaru przesunięcia (ruch translacyjny)
Zasady pomiaru przesunięcia (ruch translacyjny)
Potencjometryczna,
Optoelektryczna,
Indukcyjna,
Pojemnościowa,
Ultradz
więkowa,
Magnetyczna,
Magnetostrykcyjna,
Optyczna.
Ruch translacyjny występuje wtedy, gdy wszystkie punkty bryły poruszają się po takich
samych, równoległych torach.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Czujnik przesunięcia potencjometryczny
Czujnik przesunięcia potencjometryczny
Potencjometryczna metoda pomiaru polega na odwzorowaniu wielkości wejściowej w zmianę
oporności (w tym celu obiekt do zmierzenia jest łączony bezpośrednio ze ślizgaczem
potencjometrycznym). W wyniku przesuwania styku ślizgowego zmienia się oporność
potencjometru.
Rodzaje:
z przewodzÄ…cym tworzywem sztucznym,
drutowe,
hybrydowe.
Kiedy potencjometr jest nie obciÄ…\
ony lub mało obcią\
ony, wyjściowy sygnał napięciowy jest
proporcjonalny do liniowego przemieszczenia styku.
W przypadku obciÄ…\
enia prÄ…dowego zale\
ność pomiędzy przemieszczeniem i sygnałem
wyjściowym nie jest liniowa.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Czujnik przesunięcia potencjometryczny
Czujnik przesunięcia potencjometryczny
(informacje dodatkowe  praktyczne)
(informacje dodatkowe  praktyczne)
Przetwornik potencjometryczny liniowy jest analogowym czujnikiem do pomiaru
przemieszczenia liniowego w sposób absolutny. Te produkty pracują na zasadzie jak liniowo
zmienny rezystor, tzn. przesuwany jest suwak po ście\
ce rezystywnej. Jeśli do przetwornika
podłączy się napięcie, to napięcie na wyjściu suwaka jest wprost proporcjonalne do pozycji
suwaka na ście\
ce rezystywnej. Åšcie\
ka rezystywna wykonana jest najczęściej z przewodzącego
tworzywa wysokiej jakości. Dzięki temu osiąga się nie tylko du\
ą rozdzielczość, ale te\

pomiary mogą się odbywać przy większej prędkości przemieszczenia (do 10m/s). Naturalnie
na potencjometr nie powinny oddziaływać większe wstrząsy i udary, gdy\
powodować to mo\
e
krótkotrwałe odrywanie suwaka od ście\
ki i przerwy ciągłości pomiaru. Wpływać to mo\
e te\

na szybsze zu\
ycie materiału suwaka lub wręcz trwałe jego uszkodzenie, jeśli suwak będzie
nara\
ony na przemieszczanie z du\
ą częstotliwością na krótkiej drodze w tą i z powrotem.
Oznacza to, \
e silnie oscylujące przemieszczenia nie powinny być mierzone przetwornikami
potencjometrycznymi. Mimo to potencjometryczna metoda pomiaru jest stosowana najczęściej
ze względu na jej zalety. Najwa\
niejsza to bezwzględny sposób pomiaru, tzn. po włączeniu
urządzenia pomiarowego odczytana pozycja jest pozycją absolutną. Inne to łatwość obróbki
sygnału i mały pobór mocy, gdy\
wystarczajÄ…ce jest z
ródło napięciowe. Kolejna to mo\
liwy
pomiar w zakresach pomiędzy 10mm a 2000mm.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Przetwornik linkowy optoelektroniczny
Przetwornik linkowy optoelektroniczny
Wobit HPSM
Wobit HPSM
Przetwornik linkowy jest urzÄ…dzeniem elektromechanicznym, zamieniajÄ…cym ruch liniowy na
proporcjonalny do przemieszczenia sygnał elektryczny. Ruch linki przenoszony jest w
przetworniku na obrót bębna pomiarowego, do którego podłączony jest czujnik konwertujący
obrót na sygnał elektryczny. Produkowane są przetworniki linkowe na zakresy pomiarowe od
100 mm do kilkudziesięciu metrów.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Przetwornik linkowy optoelektroniczny
Przetwornik linkowy optoelektroniczny
Wobit HPSM
Wobit HPSM
Elementem charakterystycznym przetwornika
linkowego jest linka pomiarowa zwijana na
bęben z bie\
nią pomiarową, w którym
schowana jest sprÄ™\
yna zwijająca. Do bębna
podłączony jest czujnik pomiarowy, który
najczęściej jest potencjometrem
wieloobrotowym lub enkoderem. Linka
zwijana jest siłą napięcia sprę\
yny bębna i
układa się dokładnie w wyznaczonym na
bie\
ni bębna miejscu. To, jak zwija się linka,
decyduje o jakości i \
ywotności przetwornika,
dlatego najczęściej bęben z linką i sprę\
ynÄ…
jest najdro\
szą częścią przetwornika.
Materiały u\
yte do wytworzenia bębna,
sprÄ™\
yny, linki i pokrycia linki sÄ… sekretem
firmy produkujÄ…cej dany rodzaj przetwornika.
Wszystkie elementy ruchome umieszczone sÄ…
w obudowie metalowej (najczęściej z profilu
aluminiowego) lub z tworzywa.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Czujnik przesunięcia indukcyjny
Czujnik przesunięcia indukcyjny
Penny Giles VRVT190
Penny Giles VRVT190
W sensorach indukcyjnych poło\
enia elementem czujnikowym jest podwójne uzwojenie
(uzwojenie ró\
nicowe) z rdzeniem \
elaznym. Kiedy rdzeń ten znajduje się w środku sensora,
rezystancje obu części uzwojenia są jednakowe. Kiedy rdzeń przesuwa się w lewo, zwiększa się
indukcyjność lewej połowy uzwojenia i zmniejsza prawej. Wraz z tymi zmianami odpowiednio
zmieniają się impedancje w obu częściach uzwojenia.
Wyznaczenie zmian impedancji odbywa siÄ™ za pomocÄ… pomiarowego mostka prÄ…du
przemiennego. W wyniku przesuwania rdzenia \
elaznego układ mostka rozstraja się i powstaje
napięcie poprzeczne Ux. Aby wyznaczyć zmianę poło\
enia rdzenia na podstawie zmiennego
napięcia Ux niezbędna jest demodulacja przez prostowanie. W tym celu odwraca się fazę
ka\
dego parzystego odchylenia generowanego napięcia.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Czujnik przesunięcia indukcyjny
Czujnik przesunięcia indukcyjny
Penny Giles VRVT190
Penny Giles VRVT190
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Ultradz
więkowe czujnik przesunięcia
Ultradz
więkowe czujnik przesunięcia
Pepperl + Fuchs
Pepperl + Fuchs
Zasada działania tej grupy sensorów polega na pomiarze czasu pomiędzy wysłaniem impulsu
ultradz
więkowego w kierunku kontrolowanego przedmiotu i jego powrotu (jako echo) po
odbiciu się od jego powierzchni. Nadajnik i odbiornik są albo głośnikiem z małą metalową
membraną, albo piezokryształem.
Poniewa\
kolejny impuls ultradz
więkowy mo\
e być wysłany dopiero po odbiorze echa,
częstotliwość pomiarów zale\
y od odległości. Poniewa\
czas przebiegu dz
więku zale\
y od
temperatury powietrza, ciśnienia i wilgotności, pomiary dokładne nie mogą być realizowane.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Ultradz
więkowe czujnik przesunięcia
Ultradz
więkowe czujnik przesunięcia
Pepperl + Fuchs
Pepperl + Fuchs
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Magnetostrykcyjne czujnik przesunięcia
Magnetostrykcyjne czujnik przesunięcia
Elementem opornościowym jest ró\
nicowy magnetorezystor. Są to bardzo małe elementy
półprzewodnikowe, których oporność zwiększa się wraz ze wzrostem natę\
enia pola
magnetycznego. W przetwornikach liniowych stosuje się dwa magnetorezystory, na które
oddziaływuje mały magnes stały.
W wyniku zbli\
ania magnesu sterującego zwiększa się natę\
enie pola magnetycznego przy
magnetorezystorze R1, podczas gdy natÄ™\
enie pola magnetycznego przy R2 zmniejsza siÄ™.
Dzięki temu oporność R1 zwiększa się a oporność R2 maleje. Odpowiednio do stosunku
oporów zmienia się sygnał wyjściowy sensora.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Optyczny sensor poło\
enia
Optyczny sensor poło\
enia
Optyczna metoda pomiaru realizowana jest, gdy strumień światła pada na fotoelement,
wytwarza on sygnał napięciowy o wartości zale\
nej od miejsca padania strumienia. StosujÄ…c
ten sensor i metodÄ™ triangulacji mo\
na bardziej dokładnie bezdotykowo wyznaczyć odległość
do przedmiotów.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Sprawozdanie
Sprawozdanie
1. Schemat układu pomiarowego :
- bloki układu pomiarowego, przyrządy, elementy,
- oznaczenia elementów układu i wielkości mierzonych.
2. Wykaz aparatury:
- typ przyrzÄ…du, u\
yteczne parametry.
3. Opis eksperymentu :
- krótki opis procedury pomiarowej
4. Obliczenia i wykresy :
- obliczenia wykonywane w trakcie pomiarów (przykłady obliczeń),
- wykresy (przebiegi czasowe mierzonych parametrów) .
5. Wnioski :
- wyeksponowanie najwa\
niejszych rezultatów,
- odniesienie uzyskanych danych doświadczalnych do teorii zagadnienia,
- krytyczne ustosunkowanie się do wyników pomiarów,
- ocena, czy cel eksperymentu został osiągnięty,
- wskazanie ew. trudności podczas przeprowadzania eksperymentu,
- opracowanie zaleceń, np. dla praktyki in\
ynierskiej
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
Zadania
Zadania
1. Wykonać kalibracje czujników, przyjąć jako wzorowy czujnik liniowy,
2. Wyznaczyć wartość średnią mierzonej wielkości w stanie ustalonym
(dla trzech prób oraz dla trzech czujników pomiarowych),
3. Określić maksymalne i minimalne odchylenie od wartości średniej
(dla trzech prób oraz dla trzech czujników pomiarowych),
4. Obliczyć maksymalny błąd pomiaru
(dla trzech prób oraz dla trzech czujników pomiarowych).
5. Obliczyć ró\
nice wskazania pomiędzy wartościami średnimi
w stanie ustalonym pomiędzy trzema typami czujników.
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
500 108.8
400
108.4
300
108
200
107.6
100
107.2
0
106.8
0 5 10 15 20 25
7 8 9 10
t [s]
t [s]
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3
L [mm]
L [mm]
Maksymalny bÅ‚Ä…d pomiaru Ymz Å"kd
Maksymalny błąd pomiaru
´max = Ä…
100
Ymz  wartość maksymalnego zakresu pomiarowego,
Yzm  wartość wielkości mierzonej,
kd  klasa dokładności [%].
Przykład:
Obliczyć maksymalny błąd pomiaru, dla przesunięcia mierzonego czujnikiem
indukcyjnym klasy 0.5 w zakresie pomiarowym 500 mm, je\
eli wartość zmierzona
wskazywała 250 mm.
500 Å"0.5
´max = Ä… = 2.5mm
100
Y = 250 Ä… 2.5mm
mgr in\
. Artur Guzowski
Miernictwo Cieplne i Maszynowe
Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego
wtorek, 2 lutego 2010
INSTYTU KONSTRUKCJI MASZYN M-3