Czujniki indukcyjne
Transkrypt
Czujniki indukcyjne
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki Instytut Technologii Mechanicznej Laboratorium metrologii Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Temat ćwiczenia: Czujniki indukcyjne Szczecin 2011 Czujniki indukcyjne Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie budowy, własności oraz sposobów wykonywania badań i pomiarów przy pomocy czujników indukcyjnych. Końcowym efektem pomiarów będzie wykreślenie charakterystyk pracy czujnika x=f(U) na podstawie pomierzonych wartości. Wprowadzenie Czujniki indukcyjne są jednymi z najczęściej wykorzystywanych czujników do przetwarzania wielkości mechanicznych na wielkości elektryczne. Wykorzystuje się tutaj zjawisko zmiany indukcyjności (własnej lub wzajemnej ) obwodu elektrycznego pod wpływem zmian wielkości wejściowej. Czujniki indukcyjne to czujniki parametryczne, wymagają one zewnętrznego zasilania w celu uzyskania informacji na temat zmian badanego sygnału. Przetworniki indukcyjne zasila się napięciem zmiennym. Najczęściej sygnałem wejściowym jest przesunięcie. Klasyfikacja czujników indukcyjnych a) dławikowe – wykorzystujące zmianę indukcyjności własnej dławikowy o zmiennej długości szczeliny dławikowy o zmiennej powierzchni szczeliny dławikowy różnicowy o zmiennej długości szczeliny dławikowy różnicowy o zmiennej powierzchni szczeliny b) transformatorowe – wykorzystujące zmianę indukcyjności wzajemnej Zasada działania Ogólna zasada działania czujników elektrycznych polega na wywołaniu zmiany określonej wielkości elektrycznej (np. oporu, indukcyjności, pojemności, zjawiska fotoelektrycznego) wskutek przesunięcia liniowego trzpienia pomiarowego. Przyjmując rodzaj zmienianej przez czujnik wielkości elektrycznej za podstawę klasyfikacji, rozróżnia się czujniki: elektrostykowe, indukcyjne, pojemnościowe. Czujniki indukcyjne wykorzystują zmianę indukcyjności własnej (czujniki dławikowe)lub wzajemnej (czujniki transformatorowe) cewek przetwornika spowodowaną przemieszczeniem elementu związanego z trzpieniem pomiarowym. Głowica pomiarowa czujnika indukcyjnego składa się z zespołu cewek , rdzenia ferromagnetycznego połączonego trzpieniem pomiarowym oraz sprężyny wywołującej nacisk pomiarowy. W skład przetwornika wchodzi głowica i mostek pomiarowy , który na ogół stanowi integralną cześć głowicy. Przemienne napięcie Uq wytwarzane przez generator , zasila przez mostek głowicę pomiarową. W pewnym położeniu rdzenia cewki różnica napięć jest równa zera. 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 trzpienia pomiarowego może zostać odczytana z miernika z analogowym lub cyfrowym urządzeniem wskazującym. Wskazanie zerowe urządzenia wskazującego ustawia się za pomocą potencjometru połączonego z układem. Do celów pomiarowych wykorzystuje się prostoliniową cześć charakterystyki czujnika , dopuszczając odchyłkę prostoliniowości o 1% zakresu prostoliniowości, który jest większy lub równy zakresowi pomiarowemu. Główne zalety czujników indukcyjnych to: 2 Czujniki indukcyjne możliwość uzyskania dużych przełożeń (rzędu 100000) i w związku z tym małych wartości działki elementarnej, 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 pomiarach odchyłek kształtu i położenia, rozdzielenie czujnika i urządzenia wskazującego ułatwia budowę przyrządów czujnikowych do pomiaru wielu wymiarów. Wady czujników indukcyjnych to: relatywnie mała czułość (w porównaniu z innymi czujnikami), pomiar tylko sygnałów przemiennych oraz zależności sygnału wyjściowego od częstotliwości indukcji , co stwarza istotne problemy przy analizie przebiegów odkształconych, sygnał wyjściowy czujnika nie zależy wprost od indukcji B ale od jej pochodnej dB/dt. Konieczne jest więc stosowanie układu całkującego na wyjściu czujnika – układy takie mogą być źródłem dodatkowych błędów. Opis ćwiczenia Opis ćwiczenia powinien być poprzedzony wykazem urządzeń, który miał miejsce podczas badania. Zasada dokonywania pomiaru i schemat (przykład poniżej dla szczeliny x0=1,5mm). Schemat stanowiska pomiarowego 3 Czujniki indukcyjne Tabela pomiarowa Lp. Przemieszczenie Wskazanie Wskazanie Wskazanie Wartość X [µm] woltomierza woltomierza woltomierza średnia dla przejścia dla przejścia dla przejścia Us [V] nr 1 [V] nr 2 [V] nr 3 [V] 1 0 2 20 3 40 4 60 5 80 6 100 7 80 8 60 9 40 10 20 11 0 12 -20 13 -40 14 -60 15 -80 16 -100 17 -80 18 -60 19 -40 20 -20 21 0 Opracowanie wyników Na podstawie tabeli pomiarowej należy wykreślić charakterystykę przetwarzania badanego czujnika indukcyjnego x=f(Us). 4