Senzori Sile, Ubrzanja i Vibracije

8/12/2019 Senzori Sile, Ubrzanja i Vibracije

1/27

1

SEMINARSKI RAD IZ KOLEGIJA

RAUNALA I PROCESI

SENZORI SILE, UBRZANJA I VIBRACIJE

STUDENT: Marko Arambai 1116Svibanj, akademska godina 2005./2006.


2/27

2

UVOD

DAS ( Data Acquisition System )1 se moe definitrati kao: elektrini instrument, iligrupa meusobno povezanih elektrinih hardverskih komponenti, namjenjenih za mjerenje ikvantizaciju analognih signala i prihvaanje digitalnih, u cilju digitalne analize ili obrade i poduzimanja povratno-upravljakih akcija. Kako je prikazano na Slici 1, tipina struktura jednog DAS-a sastoji se od tri fundamentalna dijela: senzora, modifikatora2 i aktuatora.

Slika 1

Da bi se na ulaz u A/D pretvornik doveo analogni signal koji je posljedica promatranjaneke pojave potrebno je izvriti pretvorbu vrijednosti temperature, pritiska ili nekog drugogfizikalnog ili kemijskog procesa u analogni signal. Takvi pretvornici nazivaju se mjerni

pretvornici ili senzori. Dakle, slue za pretvaranje neelektrinih veliina u elektrine napone(naponske signale3). Svaki senzor prije uporabe treba kalibrirati4.Funkcija modifikatora je prikupljanje signala sa izlaza senzora, obrada tih signala

i pobuda aktuatora. Modifikator se sastoji od veeg broja analognih i digitalnih komponenti(operacijska pojaala, filtri, A/D pretvarai, paralelni i serijski ulazni portovi i dr.).

Funkcija aktuatora je da podesi status procesa na nain kako to definira aktuator.Aktuator pretvara signale iz elektrinog oblika u druge fizike oblike.

Mnogo je izvedbi mjernih pretvornika, ali svi oni u osnovi sadre osnovneelektronike komponente kao to su:

1. Termistori:To su otpornici kojima se vrijednost mijenja promjenom temperature: R = kT

(R=promjena otpora, k=temperaturni koeficijent, T=promjena temperature).Izrauju se kao NTC i PTC (posistor) otpornici ovisno o predznaku temperaturnogkoeficijenta k. Dok prvima otpor s porastom temperature pada, drugima raste.Ukomponirani su u sklop s nekim izvorom napona i otpornim djeliteljem i ako treba pojaalom, te daju dobar temperaturni senzor.

2. Ugljeno-tlani otpornici:Rade po naelu zbijanja zrnaca ugljene praine. Najpoznatiji proizvod je poznat kaomikrofon u telefonskoj slualici. No u mjerne svrhe radije se koriste ugljene ploice

1 DAS - sustav za prikupljanje podataka i upravljanje procesima.2

Modifikator - blok za obradu signala i procesiranje.3 Razlikujemo tri vrste naponskih signala: analogni, digitalni (diskretni) i impulsni (TTL). Impulsni signali suslini digitalnim signalima, imaju stalnu amplitudu i samo dvije mogue vrijednosti (niski i visoki nivo).4 Kalibrirati - utvrditi vezu izmeu ulaza i izlaza senzora ili mjerne naprave.


3/27

3

posloene u stupi, kojemu se ukupna vrijednost otpora smanjuje to je pritisak nastupi vei. Dakle, imaju zadau za pretvorbu tlane sile u analogni signal.

3. Mjerni poteciometar:iani ili ugljeno-slojni potenciometri ve odavno su poznati u elektronici i primjeni usvakodnevnom ivotu. Izrauju se kao otporna ica ili ugljeni sloj krunog ili

spiralnog oblika du kojeg se preko klizaa oitava napon na spoju klizaa koji jemehaniki povezan s okretnom osovinom postavljeno uzdu osi spirale potenciometra.Dakle, pretvaraju kruno kretanje u analogni signal. Na tim naelima radi poznataigraa palica (popularnije joy-stick).

4. Tenzometrijska traka:Istezanjem otporne ice ona postaje tanja i dulja te joj se prema tome mijenja otpor.Ostane li se pri tome u granicama elastinosti materijala ice pri prestanku istezanjavrijednost otpora poprima prvobitnu veliinu. Obino je izraena kao vie paralelnihianih elemenata spojenih serijski vrsto ugraenih u plastinu traku. Ako se takvatraka zalijepi za zgradu ili dio stroja tvrdim ljepilom moe se pratiti istezanje ilitorzija, odnosno mehaniko optereenje. U primjeni se najee koriste kod vaga.

5. Induktivni mjerni pretvornici:Ako se u zavojnicu ukomponira pomini magnet , ili obratno, svaki meusobni pomakzavojnice i magneta inducira u zavojnici nekakav napon. to su promjene breinducirani napon je vei. To naelo koristi se za mjerenje vibracija i ubrzanja, ili brojaokretaja. Dakle naelo slino radu magnetske glave u kazetofonu. Sluiti e ukrugovima regulacije broja okretaja i slino.

6. Kapacitivni mjerni pretvornici:Sama osobina kondezatora da se na njemu mijenja napon i spoju s otpornimdjeliteljem povezanim na generator izmjenine struje ukazuje ve da e sluiti usenzorima za nadzor promjene frekvencije. To svojstvo koristiti e se u sondama za praenje razine tekuine u tankovima, nadzor prostorija i slino. Vari-cap dioda vee je prije spomenuta.

7. Foto-elementi:Imaju osobinu da im se promjenom jakosti osvjetljenja mijenja otpor. Izrauju se kaofoto-otpor, foto-dioda ili foto-tranzistor. U kombinaciji s nekim izvorom svijetlasluiti e od brojanja predmeta pa do nadzora prostora.

8. Piezo-elektrini5 pretvornici:Svojstvo kvarca ili titanata je da pri savijanju na suprotnim povrinama stvara razliitekoliine naboja te stoga i potencijalnu razliku, kao i suprotno tome da potencijalnarazlika izaziva mehaniko savijanje, svojstvo je ovih pretvornika. Slue za praenje brzih izmjeninih promjena. Mjerni pretvornici (senzori) koji su tema ovog

seminarskog rada u sebi sadre piezo-elektrine pretvornike.9. Magnetski pretvornici:Izrauju se kao otpornici koji mijenjaju vrijednost u zavisnosti od jakosti magnetskog polja. Tu pripadaju magnetske diode i Hallov6 generator kao aktivni element sliankristalima kvarca.

10. Termo-elektrini elementi:Dvije zavarene ice od razliitih materijala prilikom zagrijavanja spojenog mjesta dajuna krajevima napon. Jo jedan od pretvornika za praenje temperaturnih promjena.Slika 2 prikazuje oznaavanje pretvaraa u skladu s Miller-ovim indeksima.

5 Piezoelektricitet sposobnost odreenih kristala da proizvedu napon kad su podvrgnuti mehanikom utjecaju.

(gr. piezein = pritisak, stisnuti).6 Hallov efekt odnosi se na razliku potencijala, odnosno napon, suprotnih strana tanke ploe vodljivog ili poluvodljivog materijala u obliku Hall-ove brane ili van der Pauw-ovog elementa kroz koji tee elektrina struja,nastala magnetskim poljem primjenjenim vertikalno na Hallov element.


4/27

4

Solarna elija [rad, elek., 0]Fotoprovodnik [elek., elek., rad]Piezo-otpornik [elek., elek., meh.]Termopar [term., elek., 0]Hallov-element [elek., elek., magn.]Magnetotranzistor [elek., elek., magn.]LED [elek., rad., elek.]LCD [rad, rad., elek.]

Slika 2

Senzori uglavnom daju analogni izlaz. Od njih se u osnovi trai da ne djeluju nasvojstva ili ponaanje sredine u kojoj se nalaze. Kod senzora se nastoji na njihovom izlazudobiti signal proporcionalan fizikalnoj veliini koju mjeri uz minimalni upliv na istu.

Osobitosti o kojima treba voditi rauna pri koritenju senzora je tonost, odnosnosposobnost pribliavanja pravoj vrijednosti fizikalne veliine, a koja se ogleda u slijedeim parametrima:

- Statika greka - odstupanje izmeu pokazane i stvarne vrijednosti fizikalneveliine kada se ova ne mijenja (%).

- Dinamika greka - koliko senzor 'kasni' za promjenama fizike veliine. Svakisenzor posjeduje dinamiku greku. Ova greka nestaje kad se fizikalna veliina prestane mijenjati.

- Greka ponovljivosti - je najvee odstupanje od srednje vrijednosti pri ponovljenom mjerenju nepromijenjene fizikalne veliine.

- Mrtvo vrijeme - predstavlja vrijeme potrebno da se promjene fizikalne veliine ponu iskazivati i na izlazi iz senzora.

- Mrtva zona - je najvea promjena fizikalne veliine do koje se na izlazu iz senzora jo uvijek ne oitavaju promijene.

Koji od senzora e se rabiti ovisi o vrsti procesa koji e se pratiti. Predhodno navedenisamo su dio od moguih koji e se u praksi koristiti. Rauna se da danas ima preko 10000vrsta senzora koji obrauju vie od 100 razliitih parametara. Ne postoji nekakva posebnasenzorska tehnologija, nego je svaka vrsta i svaki senzor neto specifino. Pri vrlo zahtjevnimanalizama i istraivanjima nee se koristiti samo navedeni senzori, ve e oni biti sastavni dionekog analizatora koji e svoje rezultate isporuiti raunali preko A/D pretvornika. Takvianalizatori obino su vrlo skupi ureaji renomiranih tvrtki i gotovo su nezaobilazni u

izuavanju kemijskih procesa.Kako postoji vie vrsta sklopovskih struktura u koje se pretvornik moe ugraditi

(obino PC ili Macintosh prema vrsti procesora, odnosno paralelni ili PCMCI ako se prikljuuje na raunala preko nekog od standardnih prikljuaka), treba paziti prilikomnabavke pretvornika u koji sustav se predvia ugraditi. Naravno uz ureaj se mora dobiti:

- upravljaka programska potpora (driver) za OS raunala- programska potpora za nadzor unosa izmjerenih podataka i njihovu obradu


5/27


6/27


7/27

7

3) prisilne vibracije:Prisilne vibracije zbivaju se kada npr. na masu m koja se nalazi objeena na

opruzi konstante k jo djelujemo nekom silom f. Tada jednadba za masu m koja izlazi iz 2. Newtonovog zakona glasi:

mx(t) + kx(t) = f(t).

Partikularno rjeenje traimo u obliku xp(t) = AF cos (t). Uvrtavanjem u prethodnu jednadbu dobije se da je:

Razlikujemo i sustave s:1) jednim stupnjem slobode8 (npr. jednostavno njihalo):

Sustavi s vie stupnjeva slobode su oni sustavi koji zahtjevaju jednukoordinatu da bi ih se u potpunosti moglo opisati. Gibanje njihala moe se predstaviti uterminima kuta ili u terminima Kartezijevih koordinata x i y. Ako se koordinate x i y uzmuza opisivanje gibanja, mora se uoiti da te koordinate nisu nezavisne. Povezane su, zbogkonstante duljine niti l, relacijom:

x2 + y2= l2.Pa iz toga vidimo da bilo koja od koordinata x i y moe biti odabrana za opisivanje gibanjanjihala.

2) vie stupnjeva slobode:Sustavi s vie stupnjeva slobode su oni sustavi koji zahtjevaju dvije,

tri ili vie koordinata da bi ih se u potpunosti moglo opisati. Koordinate koje koristimo zaopisivanje sustava zovemo generalizirane koordinate i najee ih oznaavamo s qi (najeesu to kartezijeve i nekartezijeve koordinate). Da bi se jasnije mogle uoiti pojedine bitne

karakteristike oscilacija sustava s vie stupnjeva slobode, cjelokupno ponaanje sustavarazlae na njegove osnovne komponente. Te osnovne komponente predstavljaju one najbitnijeelemente gibanja sustava i nazivaju se osnovni modovi ponaanja (gibanja). Ponaanjeitavog sustava tada se moe prikazati kao superpozicija (linearna kombinacija) njegovihosnovnih modova.

8

Stupnjevi slobode - minimalni broj nezavisnih koordinata potrebnih da se u potpunosti odredi pozicija svihdijelova sustava u svakom trenutku vremena t.


8/27

8

SENZOR SILE

Senzor sile slui za pretvorbu sile (optereenja) u napon, tj. pretvorbu neelektrineveliine u lako mjerljivu elektrinu veliinu, to je zadaa i svih ostalih senzora. Slika 3 prikazuje ovisnost napona (elektine veliine) na izlazu o poveanju sile (neelektineveliine) na ulazu. Senzori sile rade na principu da se otpor silikonskih piezootpornika poveakada se otpornici savijaju pod bilo kojom primjenjenom silom. Senzor usmjerava silu kroznehrajui elini klip, direktno na silikonski osjetljivi element. Koliina otpora se mijenjarazmjerno s koliinom sile. Ta promjena u otpornom krugu rezultira odgovarajuom razinommV izlaza.

Senzori sile predstavljaju elektrine osjetilne naprave koje se koriste za mjerenje silanapetosti, kompresije i poprene sile. elije napetosti se koriste za mjerenje pravocrtne silekoja se "rastavlja" du jedne osi, obino oznaene kao pozitivna sila. elije kompresije sekoriste za mjerenje pravocrtne sile koja se "sastavlja" du jedne osi, obino oznaene kaonegativna sila. Smicanje je uzrokovano napetou ili kompresijom du pomaknutih osi.Proizvode se u mnogo razliitih paketa i konfiguracija.

Vani parametri senzora sile su mjerni raspon i tonost. Mjerni raspon je rasponzahtjevanog linearnog izlaza. Veina senzora sile zapravo mjeri pomicanje strukturnihelemenata da bi odredili silu. Sila je povezana s deformacijom kao rezultatom kalibracije.Senzori sile mogu imati jedan od mnogih tipova izlaza. To ukljuuje analogni napon, struju,frekvenciju, sklopku ili alarm, serijski i paralelno.

Slika 3

Senzori sile mogu biti mnogi razliiti tipovi naprava ukljuujui senzorski element iliip, senzor ili pretvara, instrument ili mjera, mjerni instrument ili indikator, te snima itotalizator. Senzorski element ili ip oznaava obinu napravu kao to je mjerni instrument zamjerenje natezanja, ili onu bez ugaanja ili pakiranja integriranog signala. Senzor ili pretvara je mnogo sloenija naprava sa pakiranjem i/ili ugaanjem signala koji je narinut i daje izlazkao to je istosmjerni napon, struja petlje od 4-20mA i dr. Instrument ili mjera jesamosadravajua jedinica koja daje izlaz kao to je display na ili u blizini naprave. Obinoukljuuje i obradu signala i/ili njegovo ugaanje. Ispitiva ili indikator je naprava koja ima(obino analogni) display i neelektrini izlaz kao to je mjerni instrument za mjerenjenapetosti. Snima ili totalizator je instrument koji stalno snima, totalizira, ili prati mjerenjesile. Ukljuuje jednostavnu sposobnost unosa podataka ili napredne osobine kao to sumatematike funkcije, crtanje grafova itd. Najee tehnologije senzora sila su piezoelektronika i mjerni instrument za mjerenjenatezanja. Za piezoelektrine naprave, piezoelektrini materijal je kompresiran i generira


9/27

9

naboj koji je uvjetovan pojaalom naboja. Za mjerne instrumente za mjerenje natezanja, promjenjivi otpornici osjetljivi na natezanje su vezani za dijelove strukture koji se deformiraju pri mjerenju. Ovi mjerni instrumenti za mjerenje natezanja se obino koriste kao elementi ukrugu Wheatstonovog mosta, koji se koristi za mjerenje. Takoer oni obino zahtijevaju pobudni napon, i daju izlaznu osjetljivost razmjernu pobudi.

Osobine vezane za senzore sile ukljuuju dvoosno, troosno mjerenje i temperaturnukompenzaciju (omoguuje smanjenje ili uklanjanje osjetilnih greaka unato temperaturnimoscilacijama). Ostali bitni parametri su radna temperatura, maksimalni udar i maksimalnavibracija.

Primjeri senzora sile:

1) Digitalni mjera snage HAG-serije (0 - 10N do 0 - 1000 N):

Mjerai snage HAG-serije (Slika 4) su digitalni ureaji koji mjere tlanu ili vlanu siluna sondu (ureaj ima precizni pretvara za mjerenje tlane i vlane snage), vrlo su jednostvaniza rukovanje i lagani za prijenos. RS 232 suelje za prijenos izmjerenih podataka na PC ili prijenosnik te istovremeno mjerenje i kontrolu. Mjera snage moe biti montiran na postolje(uz koritenje adaptacijske ploe) kako bi se izvrio niz razliitih mjerenja u seriji, priistraivanju i razvoju. Mjerai snage HAG serije se uglavnom koriste u industriji (strojarstvo,medicina, biomedicina, kemija), istraivanju i razvoju, te za razliite primjene priobrazovanju. Ureaj je dragocijen u razvoju proizvodnje, provjeri pakiranja, provjeri zatransport itd.

Slika 4Karakteristike: lagan, jednostavan za uporabu, ima robustno kuite, daje tone i brzerezultate, izravno oitavanje vlane (+) I tlane (-) sile, RS 232 prikljuak i digimatic

analogni prikljuak, memorija za 512 izmjerenih vrijednosti, zadravanje vrnih podataka zatlanu i vlanu silu, zadravanje pdataka na displayu, zatita od preoptereenja do 150%(pune skale, prikaz do 105%), prikaz preoptereenja, 4 brojke na LCD displayu (frekvencija


10/27

10

displaya namjestiva 10 do 320 Hz), napajanje baterijom (punjivom), prikaz stanja baterije(kontrola napona), ISO certifikat o kalibracii, software, test postolje i kripac su opcionalni.Software (Slika 5) omoguava prijenos podataka na PC ili laptop za izradu trenutnog grafa /dijagrama za vrijeme mjernja ili iz pohranjenih podataka. Svi podaci se takoer mogu poslatiu druge grafike programe kao to je Excel.

Slika 5

Tehniki podaci:

Model ureaja HAG10N HAG 100 N HAG 500 N HAG 1000 NRaspon 0 - 10 N 0 - 100 N 0 - 500 N 0 - 1000 NRezolucija 0.001 N 0.01 N 0.1 N 0.1 NTonost 2 % 2 % 2 % 2 %

Display 4 brojke LCD Napajanje nadopunjiva NiCd baterijaTeina 460 gIzmjere 230 x 65 x 35 mm

2) Prijenosni mjera snage NR-serije (0 - 10 do 0 - 1000 N):

NR serija digitalnih mjeraa snage (Slika 6) mjeri napetost ili pritisak primjenjen nasondu (ureaj ima precizan pretvara za mjerenje tlane ili vlane sile). Ureajem je vrlo jednostavo rukovati, a lagan je za prijenos. RS 232 suelje omoguava prijenos rezultatamjerenja na PC ili laptop bilo samo zbog provjere ili zbog kontrole procesa. Otporno metalnokuite daje izuzetnu zatitu od vanjskih elektromagnetnih zraenja, dok gumirani ovoj dajezatitu od trenje i padova. Mjera snage se moe montirati na testno postolje (uz koritenje prilagodbene ploe) za vrenje serije razliitih mjerenja pri istraivanu i razvoju.Mjerai snage NR serije se uglavnom koriste u industriji (strojarstvu, medicini, biomedicini,kemiji), istraivanju i razvoju i za razliita mjerenja pri obrazovanju. Ureaj je vrlo dragocijenu razvoju proizvodnje, provjeri pakiranja, provjeri za transport itd.


11/27

11

Slika 6

Karakteristike: lagan, jednostavan za uporabu, robustno kuite, daje brza i tona mjerenjasnage, izravno oitanje vlane (+) i tlane (-) snage, odaberivi mjerni rasponi (N, kN, daN, g,kg, lb, oz), programabilni raspni tolerancije, RS 232 prikljuak i digimatic analogni izlaz,zadravanje vrnog podatka za vlanu i tlanu silu, c memorija, zadravanje podatka nadisplayu, zatita od preoptereenja do 150% (pune skale, prikaz do 105%), prikaz preoptereenja, pozadinsko osvjetljenje displaya (s prikazom grafa), napajanje internom baterijom, prikaz ispranjenosti baterije (kontrola napona), 8 sati rada bez dopunjavanja, ISOcertifikat o kalibraciji, software, testno postolje i kripac mogui kao dodatna oprema.Software (Slika 7) omoguava prenos podataka na PC, izradu grafova / dijagrama za vrijememjerenja. Svi podaci se takoer mogu poslati u druge grafike programe kao to je Excel.

Slika 7Tehniki podaci:

Modelureaja

NR 10N NR 50 N NR 100 N NR 250 N NR 500 N NR 1000 N

Raspon 0 - 10 N 0 - 50 N 0 - 100 N 0 - 250 N 0 - 500 N 0 - 1000 NRezolucija 0.001 N 0.005 N 0.01 N 0.02 N 0.05 N 0.1 NTonost 0.1 %Frekvencija

mjerenja

1 Hz

Display grafiki s dijagramom i 5 brojki Napajanje interna, nadopunjiva baterija


12/27

12

Teina 460 gIzmjere 230 x 65 x 35 mm

3) Senzor sile FlexiForce A201:

FlexiForce A201 senzor sile (Slika 8) je ultra tanki, prilagodljivi, tiskani krug. Sastojise od dva sloja filma substrata (polyester/polyamid). Na svakom sloju nalazi se vodljivimaterijal, srebro, uz sloj tinte osjetljive na pritisak. Upotrebljava se ljepilo da spoji dva slojasubstrata i tako stvori senzor sile. Aktivno osjetljivo podruje definirano je srebrnom krugomna vrhu tinte osjetljive na pritisak. A201 senzori su odreeni mukim pinovima. Dva vanjska pina konektora su aktivna, a centralni pin je neaktivan. Na slici 9 prikazan je primjer pobudnog kruga za djelovanje senzora sile.

Slika 8

Primjer strujnog kruga

FlexiForce senzor sile ponaa se kao otpornik osjetljiv na silu u elektrinom krugu. Kada jesenzor neoptereen, otpor mu je jako velik. Kada se optereti, otpor opada. Otpor se oitava


13/27

13

spajanjem multimetra na vanjska dva pina, i zatim djelovanjem sile na osjetljivo podruje.Slika 10 pokazuje ovisnost vodljivosti i otpornosti o sili.

Slika 10

Jedan od naina da integriramo A201 senzor sile u napravu je da ga ukomponiramo u krugsila-napon. Slika 11 prikazujre tipini odziv senzora sile.

Slika 11Tehniki podaci:

Debljina 0.008" (.208mm)Duljina 8" (203mm)

6" (152mm)4" (102mm)2" (51mm)

Visina 0.55" (14mm)

Osjetljivo podruje 0.375" diametralno (9.53mm)Konektori 3 muka pinaGreka linearnosti +/-5%


14/27

14

Ponovljivost +/-2.5% pune skale (80% sile)Histereza 4.5% pune skale (80% sile)Drift 5% logaritamske skaleVrijeme odziva 5 msRadna temperatura 15F - 140F (-9C - 60C)Mjerno podruje sila 0-1 lb. (4.4 N)0-25 lbs. (110 N)

0-100 lbs. (440 N)


15/27

15

SENZOR UBRZANJA

Akcelerometri se koriste za mjerenje, prikazivanje i analiziranje ubrzanja. Obino sesastoje od pretvornika, displaya za prikupljanje podataka i bilo kojeg displaya ili neke vrsteizlaza na raunalo ili neki drugi instrument. Imaju mnoge osobine kao to su totaliziranje,ugraeni ili odvojivi display i snimanje podataka. Mogu biti stacionarni ili prijenosni.Akcelerometri mogu imati senzore koji mjere u jednoj ili vie smjerova mjerenja, priemu su ti smjerovi ortogonalni jedan prema drugom. Ove naprave rade na mnogooperativnih principa. Najei tipovi akcelerometra su piezoelektrini, kapacitivni, mjerniinstrument za mjerenje natezanja, rezonantni, piezootporni i magnetno induktivni. Povrhsvega akcelerometri mogu ponekad prilagoavati vie senzora tako da korisnik moe pratitivie razliitih procesa ili strojeva u isto vrijeme.

Tri glavne osobine se moraju uzeti u obzir pri odabiru akcelerometra: rasponamplitude, frekvencije i uvjeti okoline. Raspon akceleracijske amplitude mjeri se u Gs, araspon frekvencije u Hz. to se tie uvjeta okoline treba misliti na temperaturu, maksimalnooptereenje i vibracije koje e instrument morati podnijeti. To se odnosi na koliko "muenja"e instrument moi podnijeti prije nego prestane raditi, a ne na vibraciju i ubrzanje koje aparatmoe izmjeriti.

Opcije elektrinog izlaza ovise o tome kako se sustav koristi akcelerometrima.Uobiajene analogne opcije su napon, struja ili frekvencija. Opcije digitalnog izlaza sustandarni paralelni i serijski signali. Jo jedna opcija je koritenje akcelerometara sa izlazom promjene stanja prekidaa ili alarma. Slijedee dvije opcije su brzi izlaz ili pomicanjevrijednosti te standardno oitanje ubrzanja.

Akcelerometri mogu biti razliitog oblika. Kao to je ve spomenuto, mogu bitistacionarni ili prijenosni. Jo jedna opcija je runa naprava, to zani da je instrumentdovoljno mali da radi u neijoj ruci.

Korisniko suelje moe biti u obliku analognog ispisa ili kao pravo raunalo.Akcelerometrom se moe upravljati runo putem centralnog raunala, moe imati softwersku podrku za raunalno suelje, ili ak moe imati tvrde diskove i prijenosne medije.

Kao sloena oprema akcelerometri mogu imati vie opcija koje mijenjaju njihovufunkcionalnost i korisnost. Neke od njih pokree neki dogaaj, samokalibrirajui su,samotestirajui, imaju ugraene filtre te ak sposobnost da podnesu ekstremne uvjete, kao tosu vruina, vlaga ili praina.

Primjeri senzora ubrzanja:

1) PASCO CI-6558 Rev A:

PASCO CI-6558 Rev A senzor ubrzanja (Slika 12) je napravljen za uporabu sa bilokojim PASCO raunalnim sueljem za mjerenje ubrzanja iz podruja pet puta veih odZemljinog gravitacijskog polja s atonou od 0.01 g (g je gravitacijsko ubrzanje). Senzordaje bipolarni izlaz koji moe varirati od +5 g do -5 g, ovisno o smjeru akceleracije. Sposoban je razluiti promjene u ubrzanju reda 1 mg. Ima dvije ugraene osobine za podeavanje naodreene namjene (Slika 13):

- dugme za tariranje koje se koristi za podeavanje izlaza na 0neovisno primjenjenog ubrzanja

- filter sa dva podeanja "slow" ili "fast" koji podeava odziv frekvencije senzoraubrzanja na podruje pogodno za namjenu


16/27

16

Slika 12

Za pokuse kao to je mjerenje ubrzanja dizala i automobila, bira se podeenje "slow". Sporifilter smanjuje greke uzrokovane visokofrekventnim vibracijama i bukom. Za namjeneukljuujui mehanike sisteme, biramo brzo podeenje.

Slika 13Data Studio software prikazuje izlaz senzora u m/s2, ili u g.Oprema (Slika14) ukljuuje senzor ubrzanja, kabel sa 8-pinskim DIN konektorima

(Slika 15) i stegu za privrivanje na dinamika kola. Jo je potrebno bilo koje PASCO DataStudio raunalno suelje (serije 300, 500, 700 ili 750 za Macintosh ili Windows).

Slika 14


17/27

17

Slika 15

Postoje dva naina povezivanja s raunalom: povezivanjem senzora ubrzanja sa bilokojim analognim kanalom sa kabelom (Slika 16a) ili umetanjem DIN prikljuka senzoraubrzanja u utika bilo kojeg analognog kanala na raunalnom suelju (Slika 16b).

Slika 16

Tehniki podaci:

Maksimalno upotrebljivo ubrzanje +/- 5 g ili 50 m/s2 Izlaz senzora 1 V/gTonost 0.01 g ili 0.1 m/s2 Rezolucija 0.001 g ili 0.01 m/s2 Greka prilagoavanja elementa osjetljivogna ubrzanje

+/- 1

Apsolutno maksimalno ubrzanje bezoteenja elementa osjetljivog na ubrzanje

1000 g za 0.5 ms

2) Accel:

Accel senzor omoguava robotima mjerenje ubrzanja. Takoer se moe upotrijebiti iza mjerenje kosine, zbog toga to mjeri i gravitacijsku silu. To je dvokanalna naprava (Slika17) koja omoguava mjerenje ubrzanja ili kosine du dvije okomite osi. Slika 18 prikazujenain smjetanja senzora.


18/27

18

Slika 17

Slika 18

Accel senzor se programira (Slika 19) na nain kao i Lego svjetlosni senzor. Buduida je to dvokanalni proizvod, obino je povezan na dva odvojena senzorska ulaza na RCX.Moemo koristiti i samo jedan kanal, ali u tom sluaju to mora biti kanal broj 1.

Slika 19


19/27

19

Slika 20 prikazuje odziv senzora ubrzanja i iz nje vidimo da je taj odziv linearan.

Slika 20

Tehniki podaci:

Veliina 1.25 x 0.625 x 0.575 ina Broj elektrinih konektora 2 odvojena (jedanMindstorm konektor

podijeljen)Raspon + /- 1.1 g

Zahtijevano napajanje 8.2 V, 7 mA irina frekvencijskog podruja 50 Hz

Senzorski element je polisilikonska struktura prevuena preko silikonske tanke ploice polisilikonskim krilima. Struktura formira diferencijalni kondenzator sa tankom ploicomispod. Ubrzanje uzrokuje pomak prevuene strukture na tankoj ploici i promjenu kapaciteta.Kapacitet se mjeri i pretvara u izlaz na RCX. Unutranjost senzora prikazuje Slika 21.

Slika 21


20/27

20

3) Akcelerometar model 354C10:

Model 354C10 troosni ICP akcelerometar (Slika 22 i 23) nudi vjerodostojnost idosljednost ugradnje unato maloj veliini, teini od 5 grama i smjetanju u upljinu. Pogodan je za modalne analize, testiranje strukturnih vibracija i opoj namjeni na male strukture,

drae, i tiskane krugove. Efekti masenog optereenja su smanjeni, osiguravajui tono predstavljanje strukturnog pomicanj, kroz frekvencijsko podruje od 2 do 8000 Hz. Niskobuni, 10 mV/g signal razlikuje vibracije do 0.003 g.

Slika 22

Slika 23


21/27

21

Tehniki podaci:

Osjetljivost (+/- 15%) 10 mV/(m/s2)Mjerno podruje 4905 m/s2 Frekvencijsko podruje (+/- 5%) 2 - 8000 HzRezonantna frekvencija 40 kHz Nelinearnost +/- 1%Transverzalna osjetljivost 5%Granica preoptereenja 98100 m/s2 Temperaturni raspon -54 - +121COsjetilni element keramikaVeliina 14.0 * 14.0 * 7.6 mmTeina 5 gElekrini konektor utaknuti kabel (zavrava 4-pinskim utikaem)


22/27

22

SENZOR VIBRACIJE

Senozori vibracije su senzori za mjerenje, prikazivanje i analiziranje linearne brzine, posmaka i udaljenosti, odnosno ubrzanja. Mogu se korisiti samostalno ili u sustavu za prikupljanje podataka. Postoji vie vrsta takvih senzora. Mogu biti obini osjetilni elementi,upakovani pretvornici, ili senzorski sustav ili instrument, ujedinjavajui osobine kao to sucjelokupni, lokalni ili udaljeni prikaz ili snimanje podataka.

Mogu imati jedan ili tri smjera mjerenja, pri emu su ti smjerovi ortogonalni jedan prema drugom. Ove naprave rade na mnogo operativnih principa. Najei tipovi senzoravibracije su piezoelektrini, kapacitivni, mjerni instrument za mjerenje natezanja, rezonantni, piezootporni i magnetno induktivni. Zamjena tradicionalnim senzorima vibracije su oni proizvedeni koritenjem MEMS tehnologije, mokrostojna tehnologija koja omoguije punomanje naprave.

Pet glavnih osobina se mora uzeti u ozir kod biranja senzora vibracije: mjerno podruje, frekvencijsko podruje, tonost, obrnuta osjetljivost i uvjeti okoline. Mjerno podruje za ubrzanje moe biti u Gs, u m/s2 za linearnu brzinu, te u inima ili drugimmjerama za premjetanje i udaljenost. Frekvencija se mjeri u Hz i tonost se obino predstavlja kao postotak dopustive greke u cijelom mjernom podruju naprave. Obrnutaosjetljivost se odnosi na silu ortogonalnu na onu koja se mjeri i koju oitavamo. To se takoer predstavlja kao postotak pune skale doputenog ometanja. to se tie uvjeta okoline mora semisliti na temperaturu , maksimalno optereenje i vibracije koje e senzori moi podnijeti. Tose odnosi na koliko "muenja" e instrument moi podnijeti prije nego prestane raditi, a ne navibraciju i ubrzanje koje aparat moe izmjeriti.

Opcije elektrinog izlaza ovise o tome kako se sustav koristi senzorima vibracije.Uobiajene analogne opcije su napon, struja ili frekvencija. Opcije digitalnog izlaza sustandarni paralelni i serijski signali. Jo jedna opcija je koritenje senzora vibracije sa izlazom promjene stanja prekidaa ili alarma. Takoer ovi senzori mogu imati ubrzanje, brzinu ili premjetanje kao izlaz tako da integriraju ili diferenciraju svoj osnovni izlaz.

Primjeri senzora vibracije:

1) Mjera vibracije VC-Check (VibCheck):

VibCheck (Slika 24) je idealan u odravanju za brzi pregled vibrirajuih maina i postrojenja. Ovaj ureaj prikazuje ubrzanje i brzinu direktno na zaslonu instrumenta. Tako sesve nepravilnosti u radu motora i postrojenja brzo i sigurno mogu detektirati i otkloniti.VibCheck se isporuuje sa ispitnom iglom (50 mm) i rukohvatom u kovegu.


23/27

23

Slika 24

Karakteristike: malen, lagan, jednostavno rukovanje, idealan mjera za praktiare na terenu,ispunjava normu ISO 2372, ABS- sintetiko kuite, 3 1/2 -znamenkasti LCD-display, alarmkod preniskog napona baterije, Peak Hold prikaz, ISO 9000 certifikat (opcionalno).

Tehniki podaci:

Ubrzanje 0 ... 20 g (g = 9,81 m/s)Mjerna podruja

Brzina 0 ... 50 mms-1

Ubrzanje 0,1 gRezolucija

Brzina 0,1 mms-1

Ubrzanje 0,1 gTonostBrzina 0,1 mms-1

Frekventno podruje 10 Hz ... 1 kHz

Napajanje 1 x 9V-blok baterija (PP3)

Veliina 120 x 75 x 35 mm

Masa 375 g

Veliina senzora Drm. 32 mm x 80 mm (rukohvat)50 mm x 3 mm (ispitna igla)

Masa senzora 172 g

2) Mjera vibracije TV-300:

Mjera vibracije (Slika 25) nudi brzo i jednostavno mjerenje ubrzanja, titrajnog puta i brzineza ispitivanje vibracija na strojevima i elementima. Naroita prednost mjeraa vibracija je umogunosti pohranjivanja mjernih vrijednosti direktno u ureaj. Pohranjeni podaci se pomouopcionalnog PC-kabela u softwarea po elji prenose sa ureaja na PC ili Laptop i naknadnoanaliziraju. Mjerne vrijednosti se mogu prenositi i u druge software-programe kao npr. MSExcel.


24/27

24

Slika 25

Karakteristike: analizira ubrzanje, brzinu, titrajni put, brzinu okretaja i frekvenciju, internispremnik podataka za 1800 vrijednosti (u 25 grupa sa po 72 vrijednosti), tri mogunosti prikaza: specijalni modus : pokazuje vrne veliine ubrzanja, brzinu okretaja u RMS, simultani pomak vrnih veliina,common modus : pokazuje samo jedan od gore navedenih parametarasa naroito velikim znamenkama, spectrum modus : pokazuje spektar, analogni (tapiasti) prikaz statusa sa alarmnom funkcijom, podesivo: sat / datum, samoiskljuenje radi utedeakumulatora (vrijeme podesivo), pozadinsko osvijetljeni LCD-display, veliko frekventno podruje, automatska analiza maksimalnih vrijednosti mjernog spektra, podatkovno suelje,opcionalni software i pisa.

Tehniki podaci:

Ubrzanje 0,1 m/s2 ... 392 m/s2 (Peak);(39,95 g force)

Brzina 0,01 cm/s ... 80 cm/s (RMS)

Mjerna podruja

Pomak 0,001 mm ... 10 mm (Peak-Peak)

Ubrzanje 10 Hz ... 200 Hz, 10 Hz ...500 Hz

10 Hz ... 1 kHz, 10 Hz ... 10

kHzBrzina 10 Hz ... 1 kHz

Frekventna podruja

Pomak 10 Hz ... 500 HzRezolucija 0,25 HzTonost +/-5 %Suelje RS-232Software i kabel opcionalni pribor Napajanje LI-Ionski akumulator (regenerirajui) (uklj.) /

jedno punjenje dovoljno za ca. 20 h stalnogmjerenja

Radni uvjeti 0 ... +40 C /


25/27


26/27

26

Standard ISO 2372


27/27

ZAKLJUAK

Senzori su naprave koje pretvaraju fizikalne parametre kao to su sobna temperatura,krvni pritisak ili brzina vjetra u signal koji se moe mjeriti elektriki. Ostali izlazi senzora sutakoer vani (kao to su vizualni izlaz iz staklenog termometra), ali su senzori sa elektrinimizlazom vie zastupljeni zbog vee kompatibilnosti sa elektinim mjernim napravama. Nakon to se fizikalni parametri pretvore u elektrini ekvivalent, lako ga je unijeti uraunalo ili mikroprocesor za daljnu obradu, analizu ili prikazivanje.

Senzori se openito mogu podijeliti na: kemijske (pH senzor, senzor kisika),megnetske (magnetski senzor na principu Hallovog efekta), mehanike (pozicijski (senzorregulatora pozicije, senzor parkiranja), tlane (apsolutni senzor pritiska, senzor udarca) itemperaturne senzore (termoparovi, termistori, diode). Nadalje se senzori mogu podijeliti na:senzore sile, zraenja, tlaka, protoka, relativne vlanosti, CO2, koncentracije rastvorenogkisika, O2 u atmosferi ili zatvorenom prostoru, naprezanja, deformacije, rotacijskog kretanja, poloaja, pomaka, kuta, brzine, akceleracije, temperature, magnetskih, akustikih i optikihveliina, te pH9 senzor.

Svake godine se proizvede na milijune novih senzora. Nalaze se u domainstvima,medicinskoj opremi, indusrijskim kontrolnim sustavima, klimatskim sustavima,zrakoplovstvu, satelitima i igrakama, u biti svugdje oko nas. Postaju sve pametniji, toniji i jeftiniji. Senzori e igrati sve znaajniju ulogu u svakom zamislivom podruju ivota.

9 pH vrijednost - mjera relativne lunatosti ili kiselosti otopine. pH 7 je neutralna vrijednost vode, ako je vee od7 onda je voda lunatija dok pri manjim vrijednotima od 7 je kiselija

Documents

Senzori Sile, Ubrzanja i Vibracije