Misure di spostamento

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1 Misure di spostamento Estensometro F A 2 L t F VISTA A - A A estensimetri 1

2 Misure di spostamento 3 Misure di spostamento : lineare angolare Misure di spostamento : Quasi statiche (allineamento di un rotore con comparatori) Tempovarianti (posizione del perno nel cuscinetto) Misure di spostamento 4 Trasduttori: Analogici Digitali Trasduttori: a contatto (effetto di reazione) senza contatto Trasduttori: principio fisico dello strumento (es. variazione di resistenza, capacità,..) 2

3 Es: Controllo in posizione di macchine utensili 5 z y x Es: Controllo dell angolo di apertura di una valvola 6 3

4 TRASDUTTORI DI SPOSTAMENTO A CONTATTO 7 Misurano lo spostamento relativo tra lo statore e il tasto sonda Flessimetro 8 4

5 Flessimetro TRASDUTTORI DI SPOSTAMENTO RESISTIVI 5

6 Potenziometri resistivi 11 V = R x i R tot E 0 l o r R x x V V E 0 V x lo E V = o x = Eo lo l o x strumento di ordine 0 (teorico) POTENZIOMETRO: effetto di carico 12 6

7 Effetto di carico: inserzione voltmetro 13 E 0 l o R tot r R x x??? V V E 0 l o x x V = Eo lo Effetto di carico: inserzione voltmetro 14 E R p x V, R m risoluzione della rete E R p (1-x) 7

8 Effetto di carico: inserzione voltmetro 15 Dunque si ha: La retta teorica è L errore è : V=Ex Potenziometro 16 θ E o l o x V V E o lineare angolare 8

9 Potenziometri resistivi a spire 17 x V Uscita a gradini x Risoluzione: lo n n: numero di spire Potenziometri resistivi a strato 18 x V x Risoluzione: infinita (teorica) 9

10 Trasduttori lineari 19 Potenziometri: valori tipici 20 Portata: Risoluzione: mm teoricam. infinita (se a strato) 0,1% 1% f.s. (se a filo) Linearità: ± 0,1% 0,3% Resistenza: 0,5 10 k Vita a fatica: 10 8 cicli Velocità max: 1 m/s 10

11 Trasduttori angolari 21 Trasduttori angolari 22 Giri infiniti (es. bandierine segnavento) Perdita di segnale Giri finiti (es. potenziometro del volume) 11

12 Esempio: bandierina segnavento 23 Esempio: bandierina segnavento 24 12

13 Trasduttori angolari: valori tipici 25 Portata: 10 60giri Risoluzione: teoricam. infinita (se a strato) 0,1% 1% f.s. (se a filo) Linearità: ± 0,1% 0,5% Resistenza: 0,5 20 kω Vita a fatica: 10 8 cicli Coppia di spunto: 10-4 Nm Velocità max: 3000 /s 26 Problema del giunto di collegamento E fondamentale il problema dell allineamento tra albero del trasduttore ed albero in rotazione, per mezzo di un giunto rigido nel g.d.l. torsionale ed omocinetico. 13

14 Potenziometro E possibile utilizzare un trasduttore angolare per eseguire misure lineari 27 Potenziometro 28 E possibile utilizzare un trasduttore angolare per eseguire misure lineari 14

15 Potenziometro 29 spostamento = dove: -α: angolo di rotazione dell albero; - D: diametro del rocchetto guida del cavo potenziometro spostamento rocchetto albero molla Potenziometro a filo 30 Campi di misura elevati con ingombro ridotto 15

16 Funzionamento e collegamenti 31 Potenziometro a filo: valori tipici 32 Portata: Sensibilità: Resistenza: Accuratezza: mm 0,1 20 mv/v/mm 0,5 1 kω ± 0,1% 0,25% f.s. 16

17 Zero meccanico e zero elettrico 33 Sottrazione del valor medio e/o amplificazione 10 Valor medio elevato segnal e V Segnale privo di valor medio segnal e Filtro HP A 0.5 Amplificato f

18 Filtro in modalità AC 35 ATTENZIONE: il filtro sfasa!!! Se ho più canali in parallelo e ne filtro solo uno, creo un ritardo fasullo tra questo canale e gli altri XFer-Phase [ ] XFer-Mag [Hz] [Hz] Potenziometro a filo 36 Limiti: Tensione cavo: Velocità max: Accelerazione max Estrazione: Avvolgimento: 2 10 N <10 m/s <35 g <25 g Vantaggi: Il filo disaccoppia l oggetto dal trasduttore nella direzione perpendicolare al filo 18

19 POTENZIOMETRO A FILO per la misura del moto verticale della fune di contatto 37 Potenziometri Bassa rigidezza per movimenti perpendicolari alla direzione di misura Spostamento della fune di contatto 38 spostamento [mm] tempo [s] 19

20 39 TRASDUTTORI DI SPOSTAMENTO INDUTTIVI Trasduttori induttivi 40 Schema costruttivo semplificato: 20

21 Trasduttori induttivi 41 Schema elettrico: L 1 amp. Filtro passa basso demodulatore L 2 Z 1, Z 2 =jωl La modulazione in ampiezza 42 segnale spostamento ponte demodulatore output amplificatore filtro fase oscillatore 21

22 La modulazione in ampiezza 43 Segnale del generatore (portante o carrier ) Segnale di spostamento (modulante) portante modulante segnale modulato Demodulazione 44 Si confronta la fase del segnale modulato con la fase della portante segnale modulato segnale demodulato 22

23 Filraggio del segnale demodulato 45 filtro passa basso segnale demodulato spostamento Collegamento del tasto sonda 46 Tasto sonda libero Tasto sonda a molla 23

24 Collegamento del tasto sonda 47 Trasduttori induttivi: valori tipici 48 Portata: mm (sonda a molla) mm (sonda libera) Sensibilità (al f.s.): mv/v Scostamento dalla linearità: < ± 0,4% 24

25 Esempio 49 Esempio 50 1 Abbassamento della Traversina spostamento [mm] tempo [s]

26 51 PROBLEMI DI MONTAGGIO Tasto sonda semplicemente appoggiato 52 Effetto di reazione basso Saltellamento del tasto sonda se l accelerazione dell elemento vibrante è maggiore di quella di gravità Esempio Ampiezza: 1 mm Frequenza max: 16 Hz 26

27 Tasto sonda semplicemente appoggiato: saltellamento 53 Fourier singola armonica Spostamento Velocità Accelerazione Rischio del distacco: l accelerazione massima uguaglia l accelerazione di gravità Se A=0.001 m per la ω a cui si ha distacco Tipico segnale con saltellamento del tasto sonda 54 27

28 Tasto sonda con molla 55 Effetto di reazione causato dalla molla Saltellamento del tasto sonda dipende dalla massa della sonda, dalla rigidezza della molla e dal precarico Esempio Precarico: Massa sonda: Rigidezza Molla: Ampiezza: Frequenza max: 2 N 0,01 kg 0,1 N/mm 1 mm 70 Hz Tasto sonda rigidamente collegato all elemento vibrante 56 Non si ha il saltellamento del tasto sonda alle alte frequenze Impediti eventuali moti relativi tra il tasto sonda e l elemento vibrante lungo l asse X X 28

29 57 Trasduttori di spostamento a trasformatore differenziale LVDT Linear Variable Differential Trasnformer 58 29

30 LVDT 59 Primario e ex Sec.1 e s1 e s2 Sec.2 Tensioni su primario e secondari con tastatore a meta corsa 60 e s1 e ex primario t e s1 secondario 1 e ex t e s2 e s2 secondario 2 t 30

31 Secondari collegati in serie in opposizione e ex 61 e ex e 0 t e 0 Xo Esiste una posizione in cui e o = 0 (posizione di 0 elettrico) In questa posizione viene fissato lo 0 meccanico X0 t Secondari collegati in serie in opposizione 62 e ex e ex e 0 t e 0 X>X 0 Xo t 31

32 Secondari collegati in serie in opposizione 63 e ex e ex e 0 t e 0 Xo t X<X 0 LVDT lineare e x 32

33 LVDT 65 demodulatore F.P.B. Nel circuito non è necessario un amplificatore Il guadagno dipende dal rapporto fra numero spire primario e numero spire secondari LVDT 66 V portante x spostamento t t V segnale modulato V segnale demodulato t 33

34 LVDT 67 V portante x spostamento t t V segnale modulato V segnale demodulato t t 180 LVDT 68 34

35 LVDT 69 LVDT 70 35

36 LVDT: Nuovi condizionatori 71 LVDT DC-DC 72 36

37 LVDT DC-DC 73 LVDT: Valori tipici 74 Portata (sonda a molla): (sonda libera): ± 2,5 7,5 mm ± 1, mm Sensibilità (tipo ac - ac): mv/v/mm (tipo dc - dc): 0,04 8 V/mm Linearità (f.s.): < ± 0,25% 37

38 Trasduttori angolari a trasformatore differenziale RVDT Rotary Variable Differential Trasnformer 75 RVDT: Principio di funzionamento 76 ω e s1 e ex e s2 38

39 RVDT: Principio di funzionamento 77 RVDT: Principio di funzionamento 78 39

40 RVDT: Valori tipici 79 Portata: ± Sensibilità (tipo ac - ac): 2 3 mv/v/ (tipo dc - dc): 125 mv/ Linearità (f.s.): < ± 0,3% Esempi 80 40

41 Esempi 81 Esempi 82 41

42 LVDT Stadio

43 85 43