Sníma če pro měř SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ SÍLY, TLAKU ......Experimentální metody – přednáška 9 F • působením síly na t ěleso dojde k jeho deformaci • využívá

Experimentální metody – přednáška 9Snímače pro měření síly, tlaku, kroutícího momentu, zrychlení

SNÍMA ČE PRO MĚŘENÍSÍLY, TLAKU,

KROUT ÍCÍHO MOMENTU ,ZRYCHLEN Í

• 9.1. Snímače síly• 9.2. Snímače tlaku• 9.3. Snímače kroutícího momentu• 9.4. Snímače zrychlení

Experimentální metody – přednáška 9

9.1. SNÍMAČE SÍLY

dva základní principy: • 9.1.1. deformace měrného tělíska• 9.2.2. piezoelektrický jev

Snímače pro měření síly, tlaku, kroutícího momentu, zrychlení


F

• působením síly na těleso dojde k jeho deformaci• využívá se tlak nebo ohyb• různé tvary deformačních tělísek• deformace se měří pomocí tenzometrů


9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci


• zapojení prakticky výhradně jako plný most• často doplněn o další prvky pro zlepšení teplotní stability a vyvážení




• příklad zapojení• šestivodičové zapojení snímače

NAPÁJENÍ

+ SENSE

+ EXC

- EXC

- SENSE

DIFERENCIÁLNÍZESILOVAČ

+ IN

- IN

snímač elektronika

Poznámka:• pokud má snímač pouze 4 vodiče a elektronika má vstupySENSE, nesmí zůstat nezapojeny – propojí se vždy na příslušný výstup EXC

• při nezapojených vstupech SENSE hrozí zničení snímače

GND




• citlivost na boční síly (ohybový moment)• záleží na mechanickém provedení snímače – existují typy odolné proti ohyb. momentu

• použitím nevhodného snímače může dojít ke zkreslení měřené hodnoty• působením boční síly (ohybového momentu) může dojít ke zničení snímače




Základní charakteristika:• tah i tlak – záleží jen na mechanickém uspořádání snímače • široká škála rozsahů cca 10N až jednotky MN • přesnost 0,03 až 1%• statické i cyklické zatížení• lze i víceosé provedení

Výhody:• tahové i tlakové síly• měří statickou hodnotu síly• široký výběr typů, rozsahů, kotvení• velké množství výrobců a dodavatelů

Nevýhody:• malá přetížitelnost• citlivost na boční síly• použitý siloměr sníží tuhost celku




detaily např. na www.hbm.czwww.omegaeng.czwww.gtm.cz




• piezoelektrický jev (z řeckého piezein – tlačit) je schopnost krystalu generovatelektrické napětí při jeho deformování

• může se vyskytovat pouze u krystalů, které nemají střed symetrie• nejznámější piezoelektrickou látkou je monokrystalický křemen


9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu


• několik způsobů vyvození piezoelektrického napětí podélný

• deformací se ionty opačných nábojů posunouv krystalové mřížce tak, že elektrická těžištězáporných a kladných iontů, která v nezdeformovanémkrystalu souhlasí, se od sebe vzdálí

• na plochách krystalu se objeví elektrický náboj

• piezoelektrický jev vymizí při vyšších teplotách




střižný příčný




• místo monokrystalu lze použít i „piezokeramiku“• levnější řešení




--

- - ---

-

- -

-

-

- - -

• plochy krystalu propojíme vodičem• při zatížení se na ploše krystalu objeví elektrický náboj• ten „přitahuje“ volné elektrony ve vodiči• pohyb elektronů vodičem = elektrický proud• po vyrovnání náboje pohyb elektronů ustane• !!! proud protéká jen při změně náboje – změně zatížení• NEMĚŘÍ STATICKÉ ZATÍŽENÍ !!!!!!!!!!!!!!




• vliv propojovacího kabelu• nutnost použít snímač a odpovídající kabel• nejlépe použít vše (snímač, kabel, zesilovač)

od jednoho výrobce

nábojovýzesilovač

el. napětí

• pro vyhodnocení pohybu elektronů se používá speciální zařízení• NÁBOJOVÝ ZESILOVA Č




U0

čas

čas

integrační zesilovač

el. proud

• ideální průběh pro ideální Cr• ve skutečnosti se projeví reálné vlastnosti Cr

síla

potřeba přizpůsobit integrační konstantu rychlosti změny zatížení !!




Základní charakteristika:• z principu jen tlak (tah jen speciální „předepnuté“ snímače) • široká škála rozsahů (jednotky až stovky kN)• přesnost cca 1%• lze i víceosé provedení

Výhody:• miniaturní provedení i pro velké síly• velká tuhost• přetižitelnost• změnou rozsahu zesilovače lze měřit i malé síly vůči rozsahu snímače

Nevýhody:• obtížné využití pro statické zatížení• pro tah jen speciální provedení snímače• nutná speciální elektronika a kabeláž• omezený počet dodavatelů




detaily např. na www.kistler.czwww.hbm.cz




tlak se převádí na sílu – měření tlaku má shodný princip jako měření síly

p

F = p S

• deformace měrného tělíska – tenzometry (velmi často polovodičové)• piezoelektrický jev

• platí totéž co pro snímače síly


9.2. SNÍMAČE TLAKU


detaily např. na www.kistler.czwww.omegaeng.czwww.hbm.cz

široký rozsah typů – různá médiavelké množství rozsahůvelké množství výrobců

i kompaktní provedení


9.2. SNÍMAČE TLAKU


• deformace měrné tyče – měrného hřídele • měření deformace: tenzometry

piezoelektrický jev


9.3. SNÍMAČE KROUTÍCÍHO MOMENTU


nerotační provedení• tenzometrické• piezoelektrické

množství typů – různá kotvení, montáž (příruba, čtyřhran, šestihran)rozsahy – jednotky Nm až jednotky kNm





rotační provedeníjen tenzometrické• přenos kroužky – starší systém

• montáž na čtyřhran• otáčky do 4000 ot-min• jednotky Nm až jednotky kNm

detaily např. na www.hbm.cz

elektronika




rotační provedeníjen tenzometrické• bezkontaktní přenos

• množství typů, různá montáž• otáčky až 24000 ot-min• jednotky Nm až jednotky kNm• často i výstup otáček – n impulsů na otáčku

elektronika

elektronika

datanapájení Přenos nejčastěji induk ční vazbou




rotační provedenívelmi často mají jako další výstup impulsy úměrné otáčkám





m

F = m a

a

zrychlení se převádí na sílu


• tenzometrické• jednočipové• piezoelektrické• kapacitní

ma

měřenídeformace

m

silom ěr

a

F

FF

9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ


• měření deformace tenzometry


Základní charakteristika:• rozsah zrychlení jednotky G až cca 2000G• frekvenční rozsah 0 Hz až cca 4000 Hz –měří statické zrychlení• velká přetižitelnost (puls až 8000G)

detaily např. na www.kistler.cz9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ

am

měřenídeformace

FF


i-MEMS akcelerometryopět na princip tenzometrůpružný člen, kmitající hmota, polovodičové tezometry a zesilovač umístěnyna jednom čipu


Základní charakteristika:• rozsah zrychlení jednotky G až cca 70G• frekvenční rozsah 0 Hz až cca 1500 Hz (pro větší G méně) – měří statické zrychlení• jedno až tříosé

• nepotřebují žádnou další elektroniku• výstup analogové napětí nebo datová sběrnice

detaily např. na www.analog.com9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ

• jednočipové provedení

Experimentální metody – přednáška 9Snímače pro měření síly, tlaku, kroutícího momentu, zrychlení

Základní charakteristika:• rozsah zrychlení jednotky G až cca 50000 G• frekvenční rozsah cca od 1 Hz až desetitisíce Hz –neměří staticky• jedno až tříosé

• potřebují nábojový zesilovač

detaily např. na www.kistler.czwww.spectris.cz

9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ

• piezoelektrické

m

piezosilom ěr

a

F

Documents

Sníma če pro měř SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ SÍLY, TLAKU ......Experimentální metody – přednáška 9 F • působením síly na t ěleso dojde k jeho deformaci • využívá