1

AiS

Czujniki i elektryczne maszynowe napędy wykonawcze

Cz.3

Czujniki – układy pomiarowe

2

Klasyfikacja stopni ochrony IP• Stopnie ochrony IP Klasyfikacja stopni ochrony urządzeń

elektrycznych zapewnianych przez obudowy według normy PN-92/E-08106.Normy identyczne: EN 60529:1991, IEC 529:1989. Odpowiedniki: VDE 0470, DIN 40050, BS 5490:1977.

Definicje: Stopień ochrony - miara ochrony zapewnianej przez obudowy:- przed dostępem osób do części niebezpiecznych, - przed wnikaniem obcych ciał stałych,- przed wnikaniem wody. Kod IP (Internal Protection) - system kodowego oznaczania stopni ochrony.

Przykład kodu IP: IP 54 pierwsza cyfra charakterystyczna: 5 = ochrona przed dostępem osób do niebezpiecznych części za pomocą drutu i ochrona przed pyłem,druga cyfra charakterystyczna: 4 = ochrona przed rozbryzgami wody.

Kody IP xyPierwsza cyfra charakterystyczna xOCHRONA URZĄDZENIA przed dostaniem się obcych ciał stałych /OCHRONA OSÓB przed dostępem do części

niebezpiecznych• 0 bez ochrony / bez ochrony• 1 o średnicy > 50 mm / wierzchem dłoni• 2 o średnicy > 12,5 mm / palcem• 3 o średnicy > 2,5 mm / narzędziem• 4 o średnicy > 1,0 mm / drutem• 5 ograniczona ochrona przed pyłem / drutem• 6 ochrona pyłoszczelna / drutem

Druga cyfra charakterystyczna yOCHRONA URZĄDZENIA przed wnikaniem wody0 bez ochrony1 kapiącej pionowo2 kapiącej (odchylenie obudowy do 15° w każdą stronę)3 natryskiwanej4 rozbryzgiwanej5 lanej strugą6 lanej silną strugą7 przy zanurzeniu krótkotrwałym8 przy zanurzeniu ciągłym9K lanej strugą pod ciśnieniem (80 - 100 [bar], do +80 [°C] zgodnie z normą DIN 40050

3

Wielkości pomiarowe kinematyczne i dynamiczne

Metody potencjometryczne

Dane

Schematy połączeń

4

Czujniki indukcyjne i hallotronowea) b)

Czujniki magnetorezystancyjnezasada działania

• Charakterystyka

5

Czujniki magnetorezystancyjneSchematy

• Sensorowy mostek pomiarowy

• Czujnik zintegrowany

Optyczne układy pomiaroweEnkodery inkrementalne prędkości obrotowej i

położenia kątowego• Podstawowy parametr :

liczba impulsów na obrót

Sygnały wyjściowe enkodera optycznego impulsowe: L – ( low) niski , H – (high) wysoki

6

Optyczne układy pomiaroweEnkodery (resolwery) absolutne

prędkości obrotowej i położenia kątowego

• Sygnały wyjściowe enkodera absolutnego : cyfrowe -binarne

n

• Liczba ścieżek = n -------- Rozdzielczość 2

• Często stosuje się Gray Code (patrz tabela). Dlaczego?

Tensometryczne układy pomiarowe

7

Budowa tensometru

Tensometryczny układ pomiarowy

8

Tensometryczne czujniki siły o nacisku ortogonalnym

Budowa

• 1-pierścień poddawany działaniu siły

• 2-izolacja

• 3-warstwa klejowo-szklana

• 4-warstwa czynna przetwornika

• 5-izolacja

• 6-pierścień nośny

Przetworniki piezoelektryczne Zjawisko proste : zmiana rozmiaru kryształów

pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego Zjawisko odwrotne : pojawienie się ładunków elektrycznych na

przeciwległych ściankach odkształcanego kryształu

Materiały

piezoelektryczne :

- Monokryształy

(kwarc, dwufosforan

amonowy)

- Polikryształy

(ceramika zawierająca

spolaryzowane

ferroelektryki)

9

Schemat wzmacniacza ładunku dla odwrotnego zjawiska piezoelektrycznego

Budowa i charakterystyka czujnika przyspieszenia

10

Ultradźwiękowe metody pomiarowe

Charakterystyka pola ultradźwiękowego

11

Wybór częstotliwości wzbudzenia dla przetwornika ultradźwiękowego

• Wyższa rozdzielczość jest możliwa przy wyższych częstotliwościach

• Pochłanianie ultradźwięków rośnie ze wzrostem częstotliwości ze względu na większe tarcie wewnętrzne w ośrodku

• Konieczny jest kompromis pomiędzy rozdzielczością i pochłanianiem dźwięku.

Schemat blokowy sondy ultradźwiękowej

12

Ultradźwiękowe czujniki parkowania

Pomiary przepływówobjętościowe i masowe

13

Termoanemometry drutowecharakterystyka - układ regulacji

Zasady pomiaru temperatury za pomocą termistorów

14

Termistory NTC

• Wykonane ze spieków ceramicznych w kształcie perełkowym (a) lub płytkowym (b)

• Stromość ch-ki (TK) zależna silnie od punktu pracy

• Wartość rezystancji zmienia się o 4..5 rzędów• Pomiary w przedziale ok..200K wybieranego z

zakresu -40…800st.C

Termistory PTCcharakterystyka – współczynniki temperaturowe

15

Półprzewodnikowe czujniki temperatury

Charakterystyki półprzewodnikowych czujników temperatury

16

Układ pomiarowy termoparyA,B- termoramiona

( 2 zlutowane półprzewodniki lub przewodniki)

• 1- miejsce pomiaru ,spoina• 2- głowica przyłącza• 3- przewody kompensacyjne• 4- wolne (zimne) końce• 5- przewód przyłącza• TM- temp. mierzona• TR- temp. Odniesienia

Siła termoelektrycznaUth = c (TM - TR )

Termoelementy (termopary)Efekt Seebecka Napięcia termoelektryczne

17

Bezstykowe pomiary temperaturypirometria

• Do bezstykowych pomiarów temperatury ciał stałych wykorzystywane jest emitowane przez nie w temperaturze powyżej 0K promieniowanie elektromagnetyczne, mikrofalowe (najczęściej podczerwone)

• Mierzony jest iloczyn mocy promieniowania i współczynnika emisji ciała

• Długość fali 5…20mikrometrów• Stosowane są zarówno metody fotometryczne

(bolometr) jak i termoelektryczne (termopara)

Czujniki obrazumatryca termowizyjna

• 1- chip krzemowy• 2- piksel• 3-4 – przyłącza

- „gorące” punkty na membranie termicznie izolowanej

- „zimne” punkty na brzegu chipa - upuście ciepła

18

Mikrosilniki prądu stałego z magnesami trwałymi

Obszary pracy silnika

(mNm)

19

Schemat zastępczy silnika DC

Charakterystyki silnika DC: n=f(M),I=f(M)

20

Rozruch i bieg jałowy silnika DC

Moc napędu DC

21

Sprawność napędu DC

Rozruch silnika pod obciążeniem

o momencie bezwładności JL

22

Wpływ temperatury na pracę silnika

Silniki bezszczotkowe prądu stałego - BLDC

23

Własności silników BLDC

• Nazwa wynika z angielskiego określenia BrushLess DC motor . Inaczej : silnik bezszczotkowy lub bezkomutatorowy lub silnik z komutacją elektroniczną.

• Silniki te należą do grupy silników synchronicznych. Pola wytwarzane przez uzwojenia stojana i magnesy trwałe osadzone na wirniku poruszają się z tymi samymi prędkościami. Nie występuje w nim zjawisko utraty synchronizmu. Pole wytwarzane jest w funkcji kąta położenia wirnika względem stojana, a więc jest samoczynnie zsynchronizowane z polem wirnika.

• Sposób zasilania faz silnika zależy od sygnałów sterujących generowanych w oparciu o położenie wirnika. Ich zsynchronizowanie pozwala uzyskać stały moment i prędkość obrotowa silnika.

• Zastąpienie komutatora mechanicznego elektronicznym ma wiele zalet. Brak szczotek na komutatorze oznacza brak wyładowań łukowych, zmniejszenie zakłóceń radioelektrycznych co pozwala stosować silniki w środowiskach wybuchowych. Zwiększa również bezawaryjność silnika i jego trwałość.

Schemat ideowy układu sterowania silnikiem BLDC z hallotronami i

pomiarem prądu

24

Charakterystyki mechaniczne i elektryczne silnika BLDC

Mikrosilniki skokowe.

25

Silniki skokowe (krokowe)

Cechy silników skokowych

26

Klasyfikacja silników skokowych

Silnik z magnesem stałym

27

Silnik reluktancyjny

Silniki hybrydowe

28

Schematy uzwojeń silników skokowych

Komutacja silnika skokowego

29

Komutacja unipolarna silnika skokowego

Komutacja bipolarna silnika skokowego

30

Rodzaje sterowania: falowe

Rodzaje sterowania: pełnoskokowe

31

Rodzaje sterowania : półskokowe

Rodzaje sterowania : mikroskokowe

32

Charakterystyki silników skokowycha,a’- dla pracy start-stop, b - dla pracy synchronicznej oraz różnych momentów bezwładności obciążenia J.

Definicje parametrów

33

Skokowy reduktor liniowy DLA

Charakterystyka F=f(v) dla DLA

34

Silnik skokowy DLA do układu sterowania kanałem obejściowym przepustnicy