Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Automatikai építőelemek 3. Forgópotenciométerek Ellenállásos jelátalakítók Aktív működési tartománynak nevezzük azt az elmozdulást, vagy szögelfordulást,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Automatikai építőelemek 3. Forgópotenciométerek Ellenállásos jelátalakítók Aktív működési tartománynak nevezzük azt az elmozdulást, vagy szögelfordulást,"— Előadás másolata:

1 Automatikai építőelemek 3. Forgópotenciométerek Ellenállásos jelátalakítók Aktív működési tartománynak nevezzük azt az elmozdulást, vagy szögelfordulást, amely a valóságban bekövetkezhet. A elméletileg lehetséges érték ennél valamivel nagyobb. Követelmény, hogy a „ρ” fajlagos ellenállás nagy legyen és stabil, a huzal anyaga ko-pásálló, a hőmérsékleti együttható (αR) kicsi legyen és az anyag korrózióálló. A szokásos felhasználható anyagok: - konstantán: ρ = 0,5 ohm.mm2/m, αR = ± / oC - manganin: ρ = 0,43 ohm.mm2/m, αR =10-5 / oC A csúszóérintkezők előnyei: egyszerű kialakítás, folyamatos mérésre használhatók, olcsók és stabil karakterisztikával rendelkeznek. Hátrányai: a nagy nyomásigény, áram- terhelésre és korrózióra érzékenyek.

2 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Az ellenállásos jelátalakítók gyakoribb kialakításait az „a” toló potenciamétert mutat, amelyet lineáris elmozdulás mérésre használunk, a „b” forgó potenciamétert mutat hasított laprugóval szögelfordulás érzékelésére. Ennél az utóbbi megoldásánál látható, hogy a különböző hosszúságú rugóelemek önrezgési frekvenciája eltérő, ezért valószínűtlen, hogy minden érintkező egy időben ne érintkezzen a huzallal, ha esetleg az érintkezők rezegnének. A „c” ábra egy helipotot mutat, amely többször 360 ° -os körülfordulással rendelkezik és több kivezetéssel. Forgása során tengelyirányba is elmozdul. A csúszóérintkezők előnyei: egyszerű kialakítás, folyamatos mérésre használhatók, olcsók és stabil karakterisztikával rendelkeznek. Hátrányai: a nagy nyomásigény, áram-terhelésre és korrózióra érzékenyek.

3 Automatikai építőelemek 3. Előírt statikus karakterisztika előállítása A potenciaméterek előnyös tulajdonságai, hogy tetszőleges karakterisztikák állíthatók elő úgy, hogy a csévetestet az előírt statikus karakterisztika alakúra képezzük ki. Tetszőleges karakterisztika előállítása Ellenállásos jelátalakítók „r” ellenállás „dr” ellenállás változása „l” teljes hossz „n” menetszám, „dx” hosszváltozás „h” menetek közepes magassága

4 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Higanyérintkezős ellenállások A higanyérzékelős jelátalakítók elmozdulást ill. szögelfordulást alakítanak át ellenállássá. U csöves Hg szálas ellenállás.. Látható, hogy az „U” alakú csőben egy ellenálláshuzal van, amit a higany zár rövidre adott szakaszonként – analóg módon - helyettesítő kapcsolása a b. ábrán látható. Ez az eljárás főként folyadékos nyomásmérőknél, szintmérőknél terjedt el. Megoldás alapja a higanyos ellenállásos nyomáskülönbség mérése, ahol az elmozdulás lineáris. A mérő-átalakítóban a nyomáskülönbség hatására fellép egy elmozdulás, amely szintkülönbséget eredményez.

5 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Higanyérintkezős ellenállások Az ábrán egy szögelfordulásra működő higany-ellenállásos jelátalakítót mutat. A higany mozgása itt nem nyomáskülönbség hatására, hanem szögelfordulásra történik. Mindkét megoldásnál az ellenálláshuzal anyaga platina, vagy szénszál. A mérési pontatlanság kb. 1% hőmérsékletváltozásra gyakorlatilag nem érzékeny. A következő ábra egy nem lineáris karakterisztika kialakításának szakaszos megoldását mutatja higanyérzékelős megoldással. Előnyei: - kis működtető nyomaték, - a zártsága miatt nem érzékeny a környezet agresszív vegyi hatásaira, - kopás nincs, ezért hosszú élettartamú. Hátránya: - helyzet és rázásérzékenység, - érzékeny a Hg tisztaságra, - csak viszonylag kis értékű ellenállások képezhetők. Gyűrűs higanyérzékelő. Nemlineáris karakterisztika szakaszos létrehozása

6 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Nyomásfüggő ellenállások Átmeneti ellenállás Nyomást alakítanak át ellenállássá. A nyomás származhat nyomóerőből, hidrosztatikai ill. gáznyomásból. Két nagy csoportot különböztetünk meg: - átmeneti és - piezorezisztív átalakítók. Működése azon elven alapul, hogy durva felülettel rendelkező vezetők érintkezési felülete nyomás hatására jelentősen változik. Nagyobb nyomásra nőnek, kisebbre csökkennek. Ennek megfelelően változik az átmeneti ellenállása is. Nagyobb nyomásra nő az érintkezési felület, és ezzel csökken az átmeneti ellenállás. Az ellenállás értéke a nyomóerő függvényében közelítőleg: ahol: „k” - konstans, „R0” - ellenállás erőhatás nélkül és „F”- a ható erő. ahol: „k” az érintkezők anyagától, „c” az érintkezők geometriai kialakításától függő tapasztalati állandók.

7 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Mérőátalakítók céljára gyakorlatban szenet használnak általában. Látható, hogy F=0 esetben a függvénynek szakadása van. Hogy ez ne következhessen be, ezért az el- lenállásokra egy előfeszítést alkalmaznak kiindulásként. Az előfeszítést egy csavarral nagyon egyszerűen megvalósítják. Az ellenállást úgy lehet lényegesen növelni, hogy több széntárcsát helyeznek el A tárcsák anyaga elektródaszén (grafit), a vastagsága általában 0,5...3,5 mm Nyomásfüggő ellenállások Szénoszlopos differenciál kapcsolás Szénnél k = 1,5.10…3,5.10 ohm.N közé esik. Hátránya: -hiszterézissel rendelkezik, emiatt pontossága 3…5 %-os. Mérési tartománya N között van. A grafittal történő mérés hőmérsékletfüggő, ezért differenciálkapcsolásban alkalmazzuk. Előnye: egyszerű, olcsó, de csak ott használják, ahol nem kell nagyobb pontosságot elérni. Az „R” ellenállás értéke néhány ohm és néhányszor 10 ohm érték között változik.

8 Automatikai építőelemek 3. Néhány fémben külső nyomás hatására a kristály-szerkezetében deformáció lép fel, ami megváltoztatja a fajlagos ellenállást, amelynek előjele lehet pozitív és lehet negatív, attól függően, hogy milyen anyagot használnak. A piezorezisztív átalakítók két nagy csoportba sorolhatók: - fémes vezetők - félvezetők Ellenállásos jelátalakítók Piezorezisztív átalakító Fém piezoellenállások Fém piezoellenállások elvi felépítése Az ábrán látható a hogy dugattyúra „F” erő hat, amely „p” nyomásváltozást okoz. Az ellenállás nyomásfüggését az alábbi összefüggés mutatja: ahol: „R” - ellenállás, „R0” – ellenállás légköri nyomáson, „Δp”- nyomásváltozás légköri nyomáshoz képest és „b” – nyomástényező.

9 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Erre az alkalmazásra leggyakrabban a manganint használják. Előnyük : -hogy egyszerű felépítésűek - kis hiszterézissel rendelkeznek - holtidő mentesek Hátrányuk : -a nemlinearitás, -alacsony érzékenység -és a nagyobb nyomások esetén nehézkes a kivezetés elkészítése. Az alábbi táblázat tartalmazza a különböző fémek nyomástényezőjét, amely 25 o C-on és Pa nyomástartományra érvényes. AnyagNyomástényező (b) (1/atm) Alumínium Antimon11, Vas-2, Platina-1, Réz-1, Ezüst-3, Manganin2, Fém piezoellenállások

10 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Félvezetős piezo átalakítók A leggyakrabban alkalmazott természetes anyag a kvarc és a turmalin, általában azonban a kvarcot részesítik előnyben, - mert nagy az ellenállása - és kicsi a hőfokfüggése -nagy linearitással is rendelkezik. A rugalmassági modulusa igen nagy (E = 0, Pa), amely az acélnak kb. 1/3-a (E=2, Pa). A legnagyobb modulus elérésére a kvarc lemezkét úgy vágják, hogy a legnagyobb sík merőleges legyen az x tengelyre, amelyet piezoelektromos tengelynek nevezünk, lássd. ábra. Az y irányban a mechanikai és z irányban az optikai tengely helyezkedik el.

11 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Félvezetős piezo átalakítók Erő és relatív ellenállás összefüggései Az ellenállás-változás előjele és nagysága függ a félvezető anyagától, szennyezettségének mértékétől és fajtájától (p vagy n tip.) és a terhelés irányától. Ez utóbbi függést anizotropiának nevezzük. A kristályokban nyomóerő hatására bekövetkező relatív ellenállást az ábra mutatja. Piezoellenállások kialakításakor ún. egykristályokat alkalmaznak, amely teljes egészében egyetlen összefüggő kristályszerkezet. Egykristályt azért célszerű alkalmazni, mert: a, az ellenállás változás csak bizonyos ún. kristálytani irányokban jelentős, másokban elenyészően kicsi/erős anizotropia. b, ugyanaz a kristály más orientációban más előjellel változtatja az ellenállását

12 Automatikai építőelemek 3. Ellenállásos jelátalakítók Félvezetős piezo átalakítók Fő probléma, hogy az ellenállás függ a hőmérséklettől, ezért vagy termosztálni kell, vagy hídkapcsolást kell alkalmazni a mérés során ábra. Hídkapcsolás alkalmazása Az elemeket úgy kell megválasztani, hogy az l és 3 ellenállások relatív ellenállás-változásra abszolút értékére azonos, előjelre pedig ellentétes legyen a 2 és 4 ellenállás-változásaival szemben. Előnyük: - kisebb erők, nyomások mérésére is alkalmas, -érzékenységük egy-két nagyságrenddel nagyobb a fémekéhez képest. Hátrányuk: -ellenállásuk hőmérsékletfüggő, - mechanikailag sérülékenyek (törékenyebb) - drágább a fémeknél.


Letölteni ppt "Automatikai építőelemek 3. Forgópotenciométerek Ellenállásos jelátalakítók Aktív működési tartománynak nevezzük azt az elmozdulást, vagy szögelfordulást,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések