I.P.S.I.A. Di BOCCHIGLIRO a.s. 2012/2013 -classe V- Materia: Sistemi, automazione e organizzazione della produzione ---- rasduttori di velocità ---- alunno: prof. Ing. Zumpano Luigi Chindamo Michelangelo
I trasduttori di velocità I trasduttori di velocità, chiamati anche tachimetri, forniscono un segnale elettrico proporzionale alla velocità angolare (o lineare). In funzione del principio di funzionamento possiamo distinguere tra: rasduttori analogici, o dinamo tachimetriche, che sfruttano il principio della dinamo per la generazione di un forza elettromotrice continua; rasduttori digitali, o tachimetri digitali, che si basano sugli encoder incrementali. Classificazione del trasduttore Analogico Di tensione Attivo Diretto Il trasduttore, di tipo analogico fornisce direttamente una tensione proporzionale alla velocità angolare e non necessita di una alimentazione esterna. Per illustrare il principio di funzionamento della dinamo si fa riferimento alla legge della tensione indotta in un conduttore in movimento all'interno di un campo magnetico. Infatti ai capi di un conduttore I R B V R c u ω di lunghezza l che si muove con una velocità v all'interno di un campo magnetico caratterizzato da un induzione B (perpendicolare a v), si genera una d.d.p. e di valore: e=blv La struttura è riportata in figura : un avvolgimento percorso da una corrente I genera il campo magnetico all'interno del quale ruota il rotore di cui vogliamo rilevare la velocità angolare. Alunno: Chindamo anno scolastico 2012/2013 classe V pag 2 pag 5
Di conseguenza ai capi dell'avvolgimento del rotore si genera una tensione indotta continua : =K ωφ proporzionale, tramite una costante K che dipende dalle caratteristiche costruttive della macchina: alla velocità angolare μ al flusso magnetico induttore prodotto dall'avvolgimento percorso dalla corrente I (questo flusso potrebbe essere generato da un magnete permanente). Lavorando a flusso costante (I costante) anche il prodotto K <l> è costante e viene definita costante tachimetrica K K = K Φ Di conseguenza la tensione indotta è proporzionale alla velocità angolare ro del rotore: =K ω Questo valore è indicato come tensione a vuoto perché, come mostra la figura con il circuito equivalente della dinamo, dobbiamo considerare la resistenza R dell'avvolgimento del rotore che provoca una caduta di potenziale R quando la dinamo eroga corrente su un carico: = R+ R C Di conseguenza la tensione in uscita del dispositivo vale: = R =K ω R Per ottenere una tensione proporzionale alla velocità angolare è necessario poter trascurare il termine R' approssimazione generalmente valida perché il trasduttore eroga una corrente molto bassa. È possibile comunque diminuire ulteriormente questa corrente inserendo, dopo il trasduttore, un amplificatore separatore con resistenza d'ingresso Rin elevatissima e guadagno unitario. L'andamento della caratteristica velocità angolare (giri/minuto)-tensione (volt) in funzione della resistenza di carico Re. Le principali caratteristiche della dinamo tachimetrica sono: tensione nulla per rotore fermo; verso della rotazione indicato dalla polarità della tensione indotta; bassa inerzia del dispositivo che non altera la velocità di rotazione da rilevare; buona sensibilità (dell'ordine di 0.05 V minuto/giri). Alunno: Chindamo anno scolastico 2012/2013 classe V pag 3 pag 5
R V a) Separatore Rin + 16 14 12 10 8 6 4 2 600 R c1 R c2 R c3 R c1 > R c2 > R c3 u 1200 1800 2400 3000 b) Con K = 0.05 V minuto/giri otteniamo che per: ro = 100 giri/minuto l'uscita Vu vale Vu = 0.05 100 = 5 V; ro = 300 giri/minuto l'uscita vale = 0.05 300 = 15 V. La dinamo tachimetrica presenta gli svantaggi della macchina in corrente continua: usura dei contatti striscianti per rilevare la tensione continua (spazzole); presenza di una componente alternata sovrapposta a quella continua (ripple); limite per la velocità di rotazione (qualche migliaia). Classificazione del trasduttore Digitale Di tensione Passivo Indiretto In pratica si tratta di un'applicazione degli encoder incrementali che misurano lo spostamento angolare: dal rapporto tra l'angolo di rotazione rilevato e il tempo impiegato per effettuare tale spostamento ricaviamo infatti la velocità di rotazione. Illustriamone brevemente il funzionamento: supponiamo che il disco contenga m fenditure: in un giro completo contiamo m impulsi; allora se il numero di impulsi è N significa che sono stati effettuati N/m giri. Indicando con il tempo della misura e con ffi la velocità angolare (giri/minuto) si può esprimere: ω= 60N m Se indichiamo con f la frequenza degli impulsi contati, ossia il numero degli impulsi contati in un secondo, abbiamo f = N/ e possiamo scrivere in modo equivalente: ω= 60f m Alunno: Chindamo anno scolastico 2012/2013 classe V pag 4 pag 5
Base dei tempi Contatore visualizzazione encoder rigger Uno schema di principio per la misura della velocità è riportato in figura. Il trigger permette di generare gli impulsi rettangolari che arrivano alla porta AND. Quando questa porta è abilitata, passano gli impulsi provenienti dall'encoder che vengono successivamente contati. La porta è abilitata da un segnale alto la cui durata è comandata dalla base dei tempi. In fase di taratura, della base dei tempi e del sistema di visualizzazione, si deve fare in modo che il numero di impulsi contati rappresentino la velocità angolare; matematicamente facendo in modo che il rapporto 60/(m) sia pari a l in modo che risulti numericamente ω= 60N m = N Sempre in fase di taratura si fissa una velocità e si modifica un parametro del sistema di visualizzazione e della base dei tempi (frequenza del clock) fino a ottenere sullo schermo la velocità esatta. Per il verso di rotazione si utilizza lo stesso metodo dell'encoder incrementale per la posizione visto al paragrafo. Alunno: Chindamo anno scolastico 2012/2013 classe V pag 5 pag 5