instrumentatie curs 07 2012-2013 de

Download Instrumentatie Curs 07 2012-2013 De

Post on 24-Oct-2015

35 views

Category:

Documents

8 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Instrumentatie Curs 07 2012-2013 De

TRANSCRIPT

  • 1Amplificatore pentru traductoaretensometrice conectate in punte

    Senzorul tensometric rezistiv converteste alungirea relativa (intindere sau compresiune) in variatie de rezistenta electrica.

    Pe baza acestei proprietati se poate determina deformatia din piesa studiata si in final marimeamecanica care a produs aceasta deformatie.

    Senzorul are aspectul unui timbru el se mai numestemarca tensometrica.

    Efort unitar, tensiune mecanica, marca tensometrica

    Consideram un fir de material conductor, incastrat la un capat, asupra caruia actioneaza forta F:

    AF

    a =

    A- aria initiala a sectiunii firului

    L este lugimea initiala a firului

    Materialul va fi supus unui efort unitar numit efort unitar axial:-are dimensiunea unei presiuni [N/m2]

    http://www.strain-gauges.com/

  • 2Sub actiunea fortei, firul se va alungi in directievericala: L va creste iar aria sectiunii A se va micsora

    Tensiunea mecanica este definita ca o alungire relativa (in directie axiala):

    LL

    a

    = Marime adimensionala

    Legea lui HookePentru materiale elastice efortul unitar este proportional cu alungirea relativa:

    E = modulul lui Young (modul de elasticitate).-Modulul lui Young este o marime constanta pentru un material dat .

    -Legea lui Hooke este valabila doar in regiunea elastica a deformatiilor

    aa E =

    Deformareelastica

  • 3Rezistenta electrica a firului supus unei tensiuni mecanice

    ALR =

    Logaritmand relatia, se obtine:

    ALR lnlnlnln += Prin diferentiere relatia poate fi scrisa sub forma:

    AdA

    LdLd

    RdR

    +=

    Daca conductorul are sectiune circulara, cu raza r, aria acestuia va fi 2

    rA pi= rdrdA pi2=r

    drA

    dA 2=

    Coeficientul Poisson reprezinta raportul intre deformatia transversala si cea longitudinala:

    LdLr

    dr

    =L

    dLA

    dA 2=

    AdA

    LdLd

    RdR

    +=Relatia devine

    dL

    dLR

    dR++= )21(

    Experimental s-a stabilit o relatie intre variatia rezistivitatii si variatia de volum sub forma:

    LdL

    cA

    dAL

    dLc

    VdV

    cd )21()(

    =+== c- constanta de material

    Se obtine astfel:

    LdL

    cR

    dR )]21(21[ ++=

    Se poate scrie astfel:

    aSLdLS

    RdR

    == unde )21(21 ++= cS

  • 4Se observa ca rezistenta electrica a firului (la temperatura constanta) creste proportional cu alungirea relativa a acestuia.

    aSRdR

    =

    S -este sensibilitatea senzorului (marcii tensometrice)

    LdLR

    dRR

    dR

    Sa

    ==

    -Valoarea tipica pentru S (constantan, crom-nichel) este 2.0

    Marca tensometrica Marcile tensometrice se realizeaza din fire metalice subtiri. Constructiv ele se realizeaza prin lipirea unei retele rezistive de forma unei

    serpentine (pentru a realiza un L mare, un R mare si deci o dR mare) pe o hartie sau inglobarea lor intr-o foita din material plastic sau printr-un procedeu chimic de corodare, ca la circuitele imprimate .

    pe spate sunt prevazute cu un strat adeziv cu ajutorul caruia se fixeaza pe piesaa carei deformare se masoara, ele preluand integral deformarea respectiva.

    Fir metalic

    Material suport

    Fire de conectare

    Directia solicitarii

    grinda

    Marcatensometrica

    Sub actiunea fortei in directia indicata in figura, piesa metalica se alungeste si odata cu ea si marca tensiometrica. Rezistenta marciitensiomatrice creste odata cu cresterea fortei.Masurarea fortei aplicate (a solicitarii) inseamna masurarea variatiei rezistentei marciitensometrice

  • 5Valori tipice pentru marcile tensometriceRezistenta nominala in stare de repaus (netensionata) a marcii tensiometrice poate fi 120 sau 350 .

    Sensibilitatea marcii tensometrice S=2

    Alungirea relativa aeste in domeniul de 10-6 - 10-3.

    In aceste conditii:

    =

    ===

    24,000024,0

    )1010)(0.2)(120(, 36

    ladR

    laRSdRsauSR

    dRaa

    Se remarca o valoare foarte mica pentru dR iar pentru dR/R = 2 x 10-6 la 2 x 10-3.

    Concluzia: masurarea variatiei de rezistenta la marcile tensometrice nu se poate face printr-o metoda directa, cu un ohmmetru, datorita valorii foarte mici a acesteia. De aceea se foloste o metoda de comparatie prin utilizarea puntiiWheatstone de curent continuu.

    Puntea Wheatstone dezechilibrataI1

    R2 R3

    R4

    E

    I2

    R1 A

    B

    C D

    BDADDBDABAAB UUVVVVVVU === )(

    41

    414

    411 RR

    REIRURR

    EI AD+

    ==+

    =

    32

    323

    322 RR

    REIRURR

    EI BD+

    ==+

    =

    ))(( 324134314342

    32

    3

    41

    4

    RRRRRRRRRRRRE

    RRR

    RRREU AB

    ++

    +=

    +

    +=

    ))(( 32413142

    RRRRRRRREU AB ++

    =

  • 6Puntea Wheatstone dezechilibrata- un brat activ (o marca tensometrica)-sfert de punte

    I1

    R2 R3

    R0+dR

    E

    I2

    R1 A

    B

    C D

    ))(( 32413142

    RRRRRRRREU AB ++

    =

    ))(())(()(

    3201

    31202

    3201

    3102

    RRdRRRRRdRRRR

    ERRdRRR

    RRdRRREUU AB +++

    +=

    +++

    +==

    Initial: 0231 RRRR =

    Rezulta: ))(( 32012

    RRdRRRdRREU

    +++=

    ))(( 32012

    RRdRRRdRREU

    +++=

    Considerand cazul practic R1= R2=R3= R0

    00000

    0

    42)2(2)2( RdRE

    dRRdRE

    RdRRdRREU

    +=

    +=

    04R

    dREU =

    Sensibilitatea relativa a puntii va fi:

    41

    0

    =

    =

    RdREU

    Sr

    ice tensometrmarcii asociata relativa Alungirea41

    0

    == aa SEUSRdR

    Pentru o marca tensometrica cu sensibilitatea S, avem:

    SEU

    a

    14 = Raspuns liniar

  • 7Puntea Wheatstone dezechilibrata- doua brateactive -jumatate de punte

    Marci tensometrice

    I1

    R0+dR

    R0

    R0-dR

    E

    I2

    R0 A

    B

    C D

    ))(( 32413142

    RRRRRRRREU AB ++

    =

    dRRE

    RRdRRE

    RRdRRRRdRREUU AB

    000

    0

    00

    0000

    2222

    22)()(

    ==

    +==

    1 4

    2 3

    ice tensometrmarcii asociata relativa Alungirea2

    ;;2 00

    ===aa

    SEUSRdRdR

    REU

    SEU

    a

    12 = Raspuns liniar

    Sensibilitatea relativa a puntii va fi: 21

    0

    =

    =

    RdREU

    Sr

    Acelasi rezultat se obtine pentru urmatoarea situatie:

    I1

    R0

    R0

    R0+dR

    E

    I2

    R0+dR A

    B

    C D

    1

    2

    4

    3

  • 8Puntea Wheatstone dezechilibrata- patrubrate active punte ntreaga

    ))(( 32413142

    RRRRRRRREU AB ++

    =

    dRRE

    RRdRRE

    RRdRRdRREUU AB

    000

    0

    00

    20

    20

    2222

    22)()(

    ==

    +==

    SEU

    a

    1= 1

    0

    =

    =

    RdREU

    SrRaspuns liniar

    I1

    R0+dR

    R0+dR

    R0-dR

    E

    I2

    R0-dR A

    B

    C D

    1

    2

    4

    3

    Circuite de conditionare pentrupunti tensiometrice

    Completarea puntii: rezistoare de precizie

    Alimentarea puntii: (3-10)V sursa de precizie, stabilaCompensarea caderii de tensiune pe cablurile de legatura

    Compensarea offset-ului puntii

  • 9Amplificarea tensiunii de iesire a puntii

    In practica iesirea de tensiune a puntilor tensiometrice:10 mV/V (pentru o sursa de alimentare de 10V semnalul de iesire va fi de100 mV. Se urmareste o amplificare a tensiunii si o eliminare a tensiunilor de mod comun.

    R+dR=R(1+dR/R)=R(1+)

    UvUv BA

    +

    +==

    21

    ;2

    00)(

    00)1(0)(

    0=

    +

    +

    =

    ++

    +

    +

    F

    AAA

    F

    BBB

    Rvv

    Rv

    RUv

    Rv

    Rv

    RUv

    Rezulta:

    ++=

    1)2

    1(20

    F

    F

    RRR

    RUv -Slaba precizie

    -RF trebuie ales astfel incat CMRR sa fie mare-Iesirea este neliniara

    Utilizarea amplificatorului de instumentatie

    2221

    0

    +==

    =

    UUvvv

    vAv

    14)

    21(4

    0

  • 10

    Puntea activa-liniarizarea hardware a puntii

    +== v

    Uv

    2

    2

    0)1(

    )1(/00

    0)1(

    0

    0

    0

    Uv

    Rv

    Rvv

    Rvv

    Rv

    RvU

    Rvv

    RvU

    =

    =++

    +//

    =

    +

    =

    +

    +

    ++

    ++

    -iesirea este liniara pentru orice valoare a lui

    -deoarece tensiunea de iesire este mica, acesta se va amplificade un al doilea circuit amplificator

    Aplicatie cu marci tensometrice. Sistem senzorial 3D

    Functions>>Graphics & Sound>>3D Picture Control>>Helpers>>Sensor Mapping

  • 11

    Placa de contitionare SC-2043-SG iplaca de achiziie PCI 6024E

    SC-2043-SG este o placa de conditionare de semnale cu 8 canale care interfateaza semnalelepreluate de la mrcile tensiometrice cu placa de achizitie PCI 6024E de la National Instruments.

    Fiecare canal are un jumper care l configureaz att pentru intrri n punte complet ct i pentru intrri n semipunte i sfert-de-punte.

    Semnalul preluat de la cele opt canale este amplificat i apoi filtrat separat pentru fiecare canal n parte.

    Placa de achiziie PCI 6024E este folosit ntr-o arie larg de aplicaii, de la aplicaii de msurri ale senzorilor pn la aplicaii de control a tensiunilor nalte.

    Placa de conditionarede semnale SC-2043-SG

    Placa de achiziie PCI 6024E

    Sistem senzorial 3d aplicat pe un model fizic

    Mrcile folosite n aceast aplicaie sunt de trei tipuri:

    1. TEN-TFS10/350-Wcu urmtoarele dimensiuni:

    a=10; b=4.6; l=15; c=8; d=17.5 [mm]

    2. TEN-TFS5/120-Wavnd dimensiunile: