Dziś jest środa, 16 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8934 -0.05% 1EUR 4.297 +0.05% 1GBP 4.961 +0.67%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Reklama

Aktualności
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
17 październik 2019
72 edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu 
więcej
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
13 grudzień 2013.

Rozpieszczeni w wyborze: piezoelektryczne albo bazujące na tensometrach przetworniki siły?

Rozpieszczeni w wyborze: piezoelektryczne albo bazujące na tensometrach przetworniki siły?

Dwa komponenty stały się dominujące w dokonywaniu pomiaru siły: czujniki piezoelektryczne i działające na bazie tensometrów (SG) przetworniki siły. Kiedy ich zastosowanie jest właściwe?

1. Techniczne podstawy.

Bazujące na tensometrach przetworniki siły zawsze obejmują element sprężynowy, do którego przyłożona jest siła. Siła ta powoduje minimalne odkształcenie elementu sprężystego. Tensometry zamontowane w odpowiednich miejscach są rozszerzane, a zatem wskazują na zmiany w ruchu oporu. W układzie mostka Wheatstone'a połączone są, co najmniej cztery mierniki odkształcenia. Gdy napięcie jest doprowadzane do mostka pomiarowego, powoduje napięcie wyjściowe, które jest proporcjonalne do działającej siły.

Zasada działania przetwornika tensometrycznego. Wielkość elementu sprężynowego wyznacza zakres pomiaru

Czujniki piezoelektryczne zawierają dwa kryształowe dyski z folią elektrody zamontowaną pomiędzy. Przy stosowaniu siły, prowadzi to do powstania ładunku elektrycznego, który może być mierzony za pomocą wzmacniacza. Obciążenie jest proporcjonalne do działającej siły.

Konstrukcja przetwornika piezoelektrycznego. Dyski kryształu (zielony kolor) konwertują przyłożona siłę na ładunek elektryczny przekazywany na elektrody umieszczone pomiędzy kryształami.

2. Który rodzaj przetwornika nadaje się do określonego zastosowania?

Statyczne zadania monitorujące

Czujniki bazujące na działaniu tensometrów prawie nie wykazują dryfowania i dlatego szczególnie nadają się do długofalowych zadań monitorujących. Tzw. pełzanie - jest zależne od czasu, jednak odwracalna zmiana sygnału wyjściowego pod przyłożoną siłą - jest bardzo mała, ponieważ może być zminimalizowana przez staranny dobór układu tensometrycznego. Nowoczesne czujniki firmy HBM, na przykład, S2M mogą osiągnąć wartości pełzania mniejsze niż 200 ppm w porównaniu z mierzoną wartością - o błędzie, który jest nieistotny w wielu zastosowaniach.

Ze względu na zasadę działania, piezoelektryczne czujniki siły mają dryf - należy oczekiwać wartości wynoszącej szacunkowo 1 N / min, gdy łańcuch pomiarowy został uruchomiony. Ponieważ wartość ta pozostaje bez zmian, niezależnie od mierzonej siły, względny błąd pomiaru wynikający z dryfu jest szczególnie niekorzystny w przypadku małych sił, które są mierzone przez długi okres czasu.

Efekty dryfu z przyłożenia małych i dużych sił: podczas pomiaru 5000 N, możliwy jest dłuższy okres pomiaru, w przypadku mniejszych sił efekt znoszenia jest znaczący. Poniższy wniosek staje się oczywisty: Okres pomiaru zależy od wymaganej dokładności i siły, która jest mierzona.

Dynamiczne pomiary siły

Czujniki piezoelektryczne wykazują bardzo małe odkształcenia, a gdy przyłożona jest do nich siła - zapewniają wysoką sztywność. Powoduje to wysokie częstotliwości rezonansowe, które zasadniczo są bardzo korzystne w zastosowaniach dynamicznych. Jednakże, cały łańcuch pomiarowy jest krytyczny dla własności dynamicznych. To, że elementy montażowe użyte do zainstalowania czujnika mają dodatkową masę, która oczywiście ma wpływ na ogólną masę systemu, a tym samym na częstotliwość odcięcia ma tutaj znaczenie. Ponadto, wiele wzmacniaczy obciążenia ma przepustowość, która zależy od tego właśnie obciążenia, a tym samym na siłę, która jest mierzona. Duże siły powodują wysokie ładunki elektryczne, co z kolei ogranicza przepustowość.

Systemy tensometryczne osiągają wyższe częstotliwości odcięcia, gdy są wykorzystywane
przetworniki o dużych (znamionowych) siłach. Z zasady, przetworniki siły dla małych sił są elementami miękkich sprężyn - częstotliwość rezonansowa przetworników jest odpowiednio niska. Istotne jest, aby w każdym przypadku skorzystać jednak z arkusza danych: czujniki piezoelektryczne są pierwszym wyborem do szybkich pomiarów małych sił, podczas gdy przetworniki tensometryczne znajdują lepsze zastosowanie, kiedy zaangażowane są duże siły.


Zadania kalibracyjne

Układ zastosowany do połączenia czujników tensometrycznych prowadzi do kompensacji wielu
skutków będących wynikiem występujących błędów. Oprócz wpływu temperatury na punkt zerowy i wrażliwości obejmuje także liniowość przetworników lub wpływ na moment zginający. Ponadto czujniki tensometryczne pozwalają na bardzo precyzyjną statyczną kalibrację. Elementy sprężynowe mogą ponadto być projektowane w celu osiągnięcia optymalnej powtarzalności. W rezultacie, tensometry oparte wyłącznie na przetwornikach siły są używane w dziedzinie pomiaru jej odniesienia.


Wysokie obciążenie początkowe

Po przyłożeniu siły, czujniki piezoelektryczne wytwarzają ładunki elektryczne, które mogą być zwarte, jeśli jest to wymagane. Status wejścia wzmacniacza obciążenia wynosi wtedy tyle samo, co status punktu "zero" przyłożonej siły. W rezultacie na zakres wejściowy wzmacniacza nie wpływają nawet wysokie początkowe obciążenia. W związku z powyższym technologia przetwornika piezoelektrycznego pozwala na pomiary w maksymalnej rozdzielczości, nawet w niesprzyjających warunkach.


Wysokie obciążenie początkowe

Niektóre przetworniki bazujące na tensometrach zapewniają stopień ochrony IP68 (S9M, U10M  z opcją kabla). Hermetycznie zamknięte obudowy chronią wrażliwe tensometry. Pozwala to na korzystanie z tych przetworników w niesprzyjających warunkach.

Dostępne są kable sieciowe dla przetworników piezoelektrycznych wykorzystujące specjalne uszczelki w celu zapewnienia, że dostęp do obudowy czujnika jest hermetycznie zamknięty i w ten sposób gwarantuje wysokie bezpieczeństwo. (KAB145-3).


Przy wysokich wymagań dot. dokładności

Nowoczesne przetworniki siły osiągają bardzo wysoką dokładność, odnosi się to w szczególności do przetworników bazujących na tensometrach, które zapewniają doskonałe indywidualne poziomy błędów - 200 ppm. Dotyczy to standardowych produktów przemysłowych; przetworników siły do zadań kalibracji (np. HBM TOP-Transfer), które konsekwentnie pozwalają osiągnąć mniejsze błędy. Czujniki piezoelektryczne mają nieco wyższą liniowość błędu, na ogół 0,5% w stosunku do pełnej skali. Są one również ograniczone przez ich wysoki dryf. Kalibracja w zakresie siły, w którym pomiary mają być podjęte później pozwala osiągnąć znacznie większą dokładność.


Jeżeli przestrzeń jest ograniczona

Czujniki piezoelektryczne siły mogą być bardzo zwarte (mieć kompaktową budowę) - np. seria CLP o wysokości mniejszej niż 4 mm. Takie czujniki są optymalnym rozwiązaniem, gdy wymagana jest integracja w istniejących systemach. Kompromis musi zostać osiągnięty wtedy, gdy bierzemy pod uwagę dokładność, która musi być zapewniona, jednakże zapotrzebowanie na bardzo małe wymiary ma pierwszorzędne znaczenie w wielu zastosowaniach.

Źródło: Biuro Inżynierskie Maciej Zajączkowski
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl