Automatikai építőelemek 11. Frekvenciakimenetű és digitális átalakítók A frekvenciakimenetű és digitális átalakítók a mérendő mennyiséget impulzuszámmá illetve frekvenciává alakítják át, a digitális kimenetű átalakítók kimeneti mennyisége pedig számjegy. Ezeket az átalakító típusokat gyakran alkalmazzák digitális rendszerekben, mert gyors működésűek, nagy pontosságúak, jól kódolhatóak és az automatizált méréseknél jól alkalmazhatók. Frekvencia és impulzuskimenetű átalakítók Az impulzusok számlálására elvben bármely impulzusmodulációs eljárással megoldható, mint pl. PAM (amplitúdó), PPM (helyzet), PDM (szélesség), PFM (frekvencia) és PCM (kód) modulációval. A gépipari méréseknél a gyakorlatban főleg PFM terjedt el. Diszkrét átalakítók Ezek segítségével valamilyen jellegzetes mérőelem (osztásos léc-tárcsa; kódléc-tárcsa; áramlásmérő osztásos forgóeleme stb.) letapogatható és ez által keletkezik a diszkrét impulzusokból álló modulált jelsorozat. A letapogatás történhet: galvanikus optikai mágneses úton

Automatikai építőelemek 11. Galvanikus letapogatás A legegyszerűbb érintkezők útján történik és éppen ezért szennyeződésre hajlamos. Ma már általában nem, vagy igen ritkán alkalmazzák. Optikai letapogatás Optikai letapogatás elve Ez a letapogatási módszer a legolcsóbb. Látható, hogy ebben az esetben a fényforrás és a fényérzékeny elem együtt mozog. Köztük van elhelyezve az átlátszó (fehér) és sötét (fekete) mérőket tartalmazó maszk. A maszk helyett gyakran egy optikai rácsot alkalmaznak. Itt a világos és sötét osztás egy 1 μm is lehet. A fényérzékeny elem lehet fotoellenállás, fotodióda és fototranzisztor. Mágneses letapogatás A mágneses letapogatás eszköze a mérőléc. A mágneses mérőléc egy ferromágneses anyagból készült egyenes vonalzó, amely egyenletes osztásokban furatokat és azokban elhelyezett nem mágnesezhető anyagokat tartalmaz. A mágneses vonalzót mágneses mérőfej tapogatja le, amely akkor ad jelet, ha nem áll pontosan a nem mágneses betét középpontja felett. Mágneses letapogatás elve

Automatikai építőelemek 11. Egyéb megoldások Amelyeket eddig nem tárgyaltunk az itt látható megoldások közül a fogas tárcsa, és tükrös hasáb alkalmazása, továbbá a reluktáns és kapacitív átalakító. Ezeket részletesebben azért nem tárgyaljuk, mert másutt ezek működését részleteztük, így itt csak felhasználjuk a tanult tulajdonságokat.

Automatikai építőelemek 11.

Automatikai építőelemek 11. Kódolt digitális jelek feldolgozása A kódolt digitális jeleket előállító átalakító a mérendő „xm” mennyiséget előbb kvantálja, majd az így nyert értéket kódolja, és így viszi át. A kódolás két szimbólumkészlet egymáshoz rendelését jelenti. A tárgyalt esetben tehát a mérendő jelből két művelettel állítják elő a feldolgozandó jeleket: kvantálás és kódolás.

Automatikai építőelemek 11. Kvantálás A kvantálás során a mérendő mennyiség értéktartományának véges számú – általában egyenlő nagyságú- résztartományra történő felosztása történik. Mivel kvantálással kizárólag véges számú érték képezhető, az analóg mennyiség viszont végtelen sok értéket vehet fel, ezért a kvantálás csak adott hibával végezhető el. Ezt a hibát kvantálási hibának nevezzük. A kvantálási hiba függ a teljes tartományt felosztó osztási pontok számától. Kódolás A kódolás általános értelemben két szimbólumhalmaz egyértelmű egymáshoz rendelését jelenti. Digitális méréseknél kódoláson a nyers értékek olyan átalakítását értjük, amely további feldolgozás szempontjából szükséges, illetve előnyös. Digitális rendszerek szimbólumkészlete 1 és 0. Egy tetszőleges számrendszerbeli, ha úgy tetszik kódszót, a következő alakban írhatunk fel: ahol: „R” a számrendszer alapszáma (kettes számrendszernél R=2) és a „Ci” az „i”-ik helyiértéken álló szám (a 0≤ Ci ≤R – 1 egyenlőtlenség mindig fenáll).

Automatikai építőelemek 11. Az alábbi táblázat tartalmazza az ipari mérésekben alkalmazott fontosabb kódokat. A táblázatból látható, hogy négyelemes kódszavakat alkalmaznak, amelyeket tetrádoknak nevezzünk. A legelterjedtebb kódok a következők BCD kód Ennél a kódolási típusnál adott decimális számhoz megfelelő bináris szám tartozik. A súlyozási tényező összege az adott decimális számot adja. Deci- mális szám BCD, bináris kód Excess 3 Aiken _ Gray Súlyozás 8421 nem súlyozott 2421 6421 0000 0011 1 0001 0100 2 0010 0101 0110 4 0111 5 1000 1011 6 1001 1100 7 1010 1101 8 1110 9 1111 Excess 3 kód Más néven 3 többletes kódnak is nevezik ezt a kódtípust. Az egyes decimális számokhoz a nála hárommal nagyobb decimális számok bináris kódját rendelik. (pl.: 5→5+3=81000) Gray : Ennek van a gépészetben talán a legnagyobb jelentősége. A két szomszédos kódszó csak egyetlen elemben tér el egymástól. Ez a tulajdonsága különösen alkalmassá teszi pl. a helyzet (szöghelyzet) mérési feladatoknál.

Automatikai építőelemek 11. Kódtárcsa kialakítása A kódléc négyelemes, a tárcsa pedig 10 elemes kódszóból áll. A fekete szín a bináris egyet, a fehér pedig a bináris 0-át jelenti. Amennyiben a kódtárcsa érintkező sávjai helyzetének megfelelően a tárcsához egy tíz érintkezőből álló sugárirányban rögzített érintkezősort nyomunk hozzá, akkor az érintkezősor kimenetein a szögelfordulás bináris számjegyek formájában alakítható át. Lehetséges optikai megoldás is.

Automatikai építőelemek 11. Kinematikai mennyiségek mérése Út (távolság) mérése Alapfogalmak A mozgó test pályájának vizsgált szakaszát a test által megtett útnak nevezzük. A mozgási pálya egy meghatározott pontja, ahol a test éppen tartózkodik az a pillanatnyi mozgási helyzet. Körpálya Ha a mozgás speciális körpályán megy végbe, akkor a mozgási adatok megadása szögadatonként történik. Ekkor az útnak a szögelfordulás, helyzetnek pedig a szöghelyzet felel meg. Továbbiakban célszerű különbséget tenni a kis, és nagy elmozdulás, illetve szögelfordulások között. Kis elmozdulások mérése Induktív érintésnélküli mérőfej Erre a célra általában induktív, és kapacitív érzékelőket használnak. Induktív érintés nélküli mérőfejek láthatók az ábrán, a jelölései a következők: 1- tekercs, 2- ház a menetes résszel, 3- szigetelőrész, 4- mag, és villamos csatlakozás. Ezt a megoldást napjainkra már többszörösen tökéletesítették, de az ábrán látható elv ugyanaz maradt. Párban használják, és többféle méretben készül néhány V-os (2…10V) és néhány kHz-es (2...10kHz) frekvenciára. Általában 10-4 mm-től néhány tized mm felső határig működik

Automatikai építőelemek 11. Az ilyen típusú mérésekhez javasolt kétféle alapkapcsolás az ábrán látható. Bármely gyártó állítja elő a mérőfejeket, az elv a látottakkal azonos. Különleges célokra állítanak elő egyes gyártó cégek olyan mérőfejeket, amelyek 1µm…1mm közötti mérőtartományban működtethetők Induktív távolságérzékelő

Automatikai építőelemek 11. Induktív méretellenőrző elrendezés Vastagságmérő elrendezés Felépítés: 1- fazékvasmag, 2- állítható mérő kocsi, 3- mozgó érintkező görgő 4- mérőhíd, 5- műszer, 6- nullapont beállító potenciométer, 9- álló görgő, 10- szalag vastagságát beállító csavar, 11- függesztő membrán, 12- függesztő vezeték, 13- mérő beállító.

Automatikai építőelemek 11. Út (távolság) mérése Kapacitív mérőátalakító Kevésbé használják, mert magasabb frekvenciájú tápfeszültség alkalmazása szükséges. A jobb oldali ábra mutat példát egy kapacitív elven működő mikrométerre. Az érzékelő elem egy hengeres felépítésű differenciálkondenzátor. Jelölések: 1- a kondenzátor álló fegyverzete, 2- mozgó fegyverzet, 3-különbségképző, és erősítő. Gyakran alkalmazott megoldást mutat a bal oldali ábra. Jelölései a következők: 1- rögzítő rugó, 2- acélház, 3- elektróda tartó, 4- polisztirol szigetelő, 5- tányérrugó, 6- polisztirol szigetelés, 7- rögzítő anyák, 8- polisztirol szigetelés, 9-elektróda fegyverzet. Kapacitív mikrométer Gyakori kapacitív mikrométer

Automatikai építőelemek 11. Örvényáramú módszer Nem mágneses fémekből készült fóliák, lemezek, stb. érintkezés nélküli vastagságmérésre alkalmazható az örvényáramú módszer. Jelölések: 1- tápfeszültség generátor, 2- mérendő anyag, 3- erősítő, 4- detektor, 5- műszer. A primer tekercset az 1. jelű oszcillátor gerjeszti. A szekunder tekercsben indukált feszültség a tekercs geometriától és a mérendő vastagságú anyagban indukált feszültség hatására folyó örvényáram intenzivitásától függ. A műszert közvetlenül vastagságra hitelesítik. A mérési elv lényege, hogy a vizsgálandó lemez, a benne folyó örvényáramok miatt mágnesesen árnyékolja a transzformátor szekunder tekercsét. Az örvényáram adott indukció esetén a lemezvastagság, fajlagos ellenállás, és a relatív permeabilitás függvénye. Mivel „ρ” és „εr” állandó, ezért az örvényáram csak az anyag vastagságának függvénye. Általában Al, Cu és Zn lemezek vastagságának mérésére használják. 14.12. ábra. Örvényáramú módszer

Automatikai építőelemek 11. Mágnesfluxus módszer Ez az eljárás ferromágneses lemezek vastagságának mérésére szolgál. Fluxusváltozás mérésén alapuló módszer A fluxusváltozás a mágneskör ellenállásának függvénye. A méréshez statikus mágneses teret kell létrehozni. Korszerű hordozható műszerek készíthetők el ezen elv alapján. A 2 állandó mágnest az 1 lágyvas járommal E alakú vasmaggá képezik ki. Az állandó mágnesre helyezik a 4 tekercset, amely a mágneskör fluxusának változásait érzékeli, amelyet az 5 műszer mér. Működése a következő: a 3 mérendő ferromágneses lemezre helyezzük az egész mérő átalakítót (magot). A mágneses ellenállás megváltozása miatt annak mértékében megváltozik az állandó mágnes fluxusa, tehát az 5 fluxusmérő forgórésze elfordul. A mágneses ellenállás a lemezvastagság függvénye, ettől függ tehát a „Φ” nagysága. Vaslemeztáblák, acélöntvények vizsgálatára szolgál. Bizonytalansága 4mm lemezvastagságig kb. 1%. Ha a mérőtekercs helyett a „Φ”-t Hall generátorral érzékeljük, akkor a mérési tartomány 14 mm-ig is kiterjeszthető. Mágnesfluxusos mérés elve

Automatikai építőelemek 11. Ultrahangos vastagságmérés Ultrahangos vastagságmérés elve 1 mérendő darabon rá van szorítva a 2 kvarc, amely kapcsolódik az oszcillátorhoz, amelynek változtatható a frekvenciája (0,2…0,5MHz). A frekvenciát addig változtatjuk, amíg a vizsgált anyag olyan rezgőrendszerré nem válik, amelynek rezonancia frekvenciája éppen a beállított oszcillátor frekvenciája felének páratlan számú többszöröse. ahol: „d” - vizsgált anyag vastagsága, „n” – felharmonikus rendszáma, „fn” - n-ik felharmonikus rezonancia frekvenciája, „v” - hang terjedési sebessége az anyagban. A pontatlanság kb 1 % 1…30mm vastagság között.

Automatikai építőelemek 11. Csúszóérintkezős ellenállásos átalakítók Ellenállásos átalakító Kis értékű lineáris elmozdulás – pl. belső átmérő – mérésére szolgál az ábra. Jelölései: 1- karáttétel, 2- tapogatófejek, 3- csúszóellenállás. Csúszóérintkezős ellenállásokat kis értékek mérésére ritkán alkalmazzák. Mérőérintkező elve Mérőérintkező kivitelezése

Automatikai építőelemek 11. Nagy elmozdulások mérése Induktív eljárás Induktív eljárások esetén a már korábban tanult merülővasmagos tekercsek használatosak. A felső eszköz a mozgó (mérendő) objektumhoz csavarokkal rögzíthető, az alsó eszköz pedig tapintós felépítésű. A tapintó (nyomó) erőről rugó gondoskodik. A tárgyalt induktív átalakítók alsó mérési határa 0,5…1mm, a felső pedig 150…200mm Merülőmagos mérés Kapacitív eljárás Kapacitív mérés Kapacitív mérési eljárásokkal a már korábban tanult dielektrikus megoldást alkalmazzák. Egy ilyen átalakító felépítését mutatja az ábra. Jelölései a következők: 1- csatlakozó, 2-átvezető, 3- polisztirol szigetelő, 4- belső elektróda, 5- külső elektróda,

Automatikai építőelemek 11. Elmozdulás mérése impulzusszám alapján Impulzusok közvetlen számlálásával 14.23. ábra. Elmozdulás mérése impulzusszám alapján Az impulzusszám alapján történő mérés úgy valósítható meg legegyszerűbben, ha a mérendő tárgy haladási útvonalán elhelyezett jeladók impulzusait számoljuk. Erre mutat példát az ábra melyen a közvetlen számlálással történő hosszúságmérés látható. A mérés kezdeti időpillanatát a tárgy elől haladó homlok élének FD1 jeladó látótérbe kerülése jelenti. A mérés pontossága a jeladók közötti távolságtól és az optikai rendszer nagyításától függ. Ennek az abszolút mérési módszernek a hátránya, hogy a pontosság növelése a jeladók számának növelését igényli. Ez bonyolulttá, és költségessé teszi a rendszert, továbbá csökkenti a megbízhatóságot.

Automatikai építőelemek 11. Elmozdulás mérése impulzusszám alapján Közvetett hosszúságmérési módszer 14.23. ábra. Elmozdulás mérése impulzusszám alapján Korszerűbb megoldás az alsó ábra szerint relatív mérési módszer, amely az előforduló legkisebb mérés túllépése alapján határozza meg az elmozdulást (hosszúságot). A számlálás pillanata akkor kezdődik, mikor a tárgy hátsó éle az FD1 jeladó tengelyvonalát metszi (sötétre kapcsoló áramkör). A megvilágított fényérzékelők N szá-mától függ a legkisebb mérés Δl túllépése. Megvilágított az az érzékelő, amelynek látóterében megtalálható a mérendő tárgy. A teljes hosszúság:ahol: „k”- a fényérzékelők közötti távolság, osztótávolság „n”- darabszám A jeladók lehetnek fényelektromos, rádióizotópos és egyéb elven működő eszközök. L=Lmin+k·n,

Automatikai építőelemek 11. Hosszúságmérés időmérés alapján A hosszúság meghatározható az idő és sebesség szorzataként. Ennél a mérésnél az idő alatt azt az időintervallumot értjük, amely a tárgy elülső és hátsó élei által a fényérzékelőkben generált jelek között mérhető. A pontosság növelése miatt nem célszerű a teljes hosszúság, hanem csak egy, a teljes méretet meghaladó minimális rész mérése. Erre mutat példát a bal oldali ábra. A Δl = L-Lmin méretet kell meghatározni. A tárgy „v” mozgási sebessége állandó. Ekkor: Δl=υ·Δt ahol Δt a két időpont különbsége. (FD1 jeladó tengelyének a metszéspontja, a tárgy elülső éle által és az FD2 jeladó tengelyének metszéspontja a hátsó él által). Ez a módszer csak állandó mozgási sebesség mellett használható. Hosszúságmérés időmérés alapján

Automatikai építőelemek 11. Hosszúságmérés időosztás alapján Vizsgáljuk meg a jobb oldali ábrát. Különböző méretű és profilú anyagok egymástól eltérő sebességgel mozoghatnak, így az előbbi módszer szerint jelentős hiba keletkezne. A pontosságot akkor a 3 jelű jeladóval lehet növelni. Az Lmin méret feletti Δl méret a következő kifejezéssel határozható meg: Hosszúságmérés időmérés alapján ahol: „tΔl” - a tárgy elülső élének, és az FD1 jeladó tengelyvonalának metszés-pontjai közötti időkülönbség, „tΔL”- a tárgy elülső élének, és az FD1 továbbá FD3 jeladó tengelyvonalának metszési időpontjai közötti időkülönbség.Ha a ΔL szakaszon a tárgy mozgási sebessége állandó, akkor:

Automatikai építőelemek 11. Köszönöm a figyelmet!