Automatikai építőelemek 13. Erő és nyomaték mérése A koncentrált erők mérése, vagy az átalakítása külső behatás útján, vagy a bemeneti mennyiségek egy közbülső mennyiséggé történő átalakítása segítségével – ami lehet elmozdulás, vagy rugalmas elem deformációja – történik. Néhány erőmérő megoldás Közvetlen hatás útján történő mérés Ebben az esetben mágneses, rugalmas és piezoelektromos átalakítókat alkalmaznak. Az átalakítók – nagy merevségük miatt – saját frekvenciája magas (<50kHz), ezért dinamikus erők mérésére alkalmasak. „a,b,c” ábrákon piezoelektromos, a „d”. ábrán elektromágneses, és az „e” illetve „g” ás „f” ábrán tenzoellenállásos átalakítók láthatók.

Automatikai építőelemek 13. Az ábrán nyúlásmérő bélyeges nyomóerő mérésére alkalmas átalakítók alkalmazása látható. Az „a” ábra egyszerű gyűrű alakú próbatestet szemléltet, amelynek oldalaira két-két bélyeget ragasztottak. A „b” ábra szerinti megoldásnál a gyűrű alakú próbatest külső és belső felületére ragasztják fel a bélyegeket. A 6 darab bélyeg bekötésének kapcsolását az alsó ábra mutatja c” ábrán nyomásra, a „d” ábrán egy húzásra-nyomásra igénybe vehető megoldás, az „e” ábrán pedig speciális megoldás látható Gyűrűs próbatest helyettesítő képe

Automatikai építőelemek 13. Szénoszlopos erőmérő cella Szénoszlopos erőmérő Az átmeneti ellenállás változáson alapuló megoldás csak nyomóerők mérésére használható, ezért ha húzóerőt akarunk mérni, akkor azt az előbbi mechanikai megoldásokkal nyomóerővé kell alakítani. Jelölései: 1. hát, 2. szénoszlop, 3. membrán, 4. távtartó, 5. csillámlemez, 6. előfeszítést beállító csavar. Több összetevős piezoelektromos erőmérőket csak a 70-es évek után fejlesztettek ki. Ezek kvarckristályokból különböző irányokba kihasított kvarclemezeket tartalmaznak, amelyek más-más irányú erőhatásra érzékenyek. Egy három összetevős piezoelektromos erőmérőcellát mutat az ábra, amelyeket főként a szerszámgép iparban alkalmaznak általában előtolás, fogásmélység irányú erők mérésére. Az „a” ábrán az elvi kapcsolás, a „b” ábrán a kivitel alakja és a különböző metszetek láthatók.

Automatikai építőelemek 13. Közvetett mérési módszerek A közvetett mérési módszerek két nagy csoportba sorolhatók: összehasonlításos, és deformációs változáson alapulók Deformációs változáson alapuló módszer Néhány példa a tenzoellenállások felragasztására. Úgy kell felragasztani a vizsgálandó elemre, hogy a hosszanti tengelye megegyezzen a fő deformáció irányával. A „b” ábrán a mérőhelyre két aktív tenzoellenállás félhíd két szomszédos ágában vannak kötve, a hajlítási deformációk hatását a mérésből kizárják. A „c” az „R2” és „R3” kompenzáló tenzoellenállást azonos nagyságú segéd alkotórészre ragasztják. A „d” ábrán a kompenzáló tenzoellenállásokat ugyanarra a mérendő elemre helyezik, de az erőhatás irányára merőlegesen. A tenzoellenállások helyzetét úgy változtatják meg, hogy kizárják a merőleges feszültségeket. ( e és f ábra).

Automatikai építőelemek 13. Erőmérő cella nyúlásmérő bélyeggel cella 15.8 ábra. Erőmérő cella Erőmérő cella Erőmérő cella látható a jobb oldali és középső ábrákon. Mindkét esetben bélyegekkel van megoldva a mérés. Jelölések: 1. mérőtest, 2. bélyegek, 3. ház, 4. nyomófelület. A baloldali ábrához: 1. mérőtest, 2. nyúlásmérő bélyeg, 3. membrán, 4. ház, 5. és 6. felfüggesztés.

Automatikai építőelemek 13. Forgatónyomaték méréséhez a tenzoellenállásokat az ábra szerinti elrendezésben helyezik el. Csavarónyomaték méréséhez a tenzoellenállásokat a rúd tengelyével 45°-os szöget bezárva ragasztják fel. A tengely feletti, illetve a tengely alatti részek nyújtást és nyomást mérnek, így hídkapcsolásban a kimenő jel kétszereződik. Az ábrán szintén nyúlásmérő bélyegeket mutat nyomatékmérésre alkalmazva. Jelölések: 1. karimás tengelykötés, 2. átvevőrendszer, 3. mérőbélyeg (rozetta), 4. mérő-tengely, 5. csavarhajtású kalibráló kapcsoló. Az elérhető pontosság < 0,5 %, linearitás < 1 %. Mérősor 20, 500, 1000, 2000, 5000 Nm. Kb. 10.000 fordulat / perc határig használható. Bélyeges nyomatékmérő

Automatikai építőelemek 13. Induktív nyomatékmérők Felépítése és kapcsolási vázlata az ábrán látható. Jelölései: „a” a kivitel alakja, „b” a kapcsolási vázlata, 1. mérőtengely, 2. kábelcsatlakozó, 3. induktív mérőrendszer, 4. kompenzáló ellenállás, 5. induktív teljesítmény bevezetés, 6. induktív jelkivezetés. Ezt az elrendezést mérőtengelynek is nevezik és több méretben is készül (1 Nm….106 Nm). Érintkező nélküli mérést tesz lehetővé. Vivőfrekvenciás mérőrendszert alkalmaznak 5…12 kHz közötti frekvencián.

Automatikai építőelemek 13. Nyomásmérés Billenőgyűrűs manométer U csöves manométer Membrános nyomásmérő Mérés szifonmembránnal

Automatikai építőelemek 13. Nyomásfüggő ellenállásos nyomásmérők Nyomásmérő cella bélyeggel Átmeneti ellenállásos átalakító Szénoszlopos nyomásmérő cella Piezoelektromos nyomásátalakítók

Automatikai építőelemek 13. Piezoelektromos nyomásátalakítók Az „a” ábra magas hőmérsékletű mérőhelyre (vízhűtéssel) kialakított. Belsőégésű motoroknál alkalmazzák. A kvarc hűtéséről cirkuláló vízzel gondoskodni kell. A „b” ábra szintén magas hőmérsékletű mérőhelyre van kialakítva, de nyomásközlő dugattyúval, a hosszú dugattyú vízhűtés nélkül is védi a kristályokat. A „c” ábra magas frekvenciás alkalmazásra kialakított nem kvarc lapokat, hanem csövecskéket tartalmazó megoldás A „d” ábra miniatűr kivitelű átalakítókat mutat igen magas frekvenciára szintén kvarc csövecskéket tartalmaz. Az ilyen kialakítású átalakítónak nagy a kimenő ellenállása, ezért főleg változó nyomások mérésére alkalmas. A mérhető nyomástartomány: 3 .103 …7 .108 Pa. Hőmérséklet kompenzálásáról gondoskodni kell (alsó ábra).

Automatikai építőelemek 13. Induktív átalakítók Induktív nyomásmérő Az elvet a korábban tárgyaltuk, így itt csak a különböző megoldásokat mutatjuk be. Nagy elmozdulásokra kiképzett induktív nyomásmérőt láthatunk jobbra. Rezonancia elven működő nyomásmérő Fémmembrános induktív átalakító A balra az ábra egy fémmembrános induktív átalakítót ábrázol, amelyet a robbanómotoroknál használnak. Jelölései: 1. membrán, 2. vasmag, 3. tekercs, 4. vízhűtés be – és kivezetés.

Automatikai építőelemek 13. Kapacitív nyomásérzékelők A gázok, folyadékok és szilárd anyagok dielektromos állandója függ a nyomástól. Ezt a tulajdonságot használják fel az átalakítók készítésénél. Nem vezető folyadékok nyomásának mérésére alkalmas érzékelő jobbra. A kondenzátort képező elektródák hengeres elrendezésűek. Jelölések: 1. külső elektróda, amely egyben a folyadék tartálya, 2. belső elektróda, 3. rögzítő anya, 4. szigetelő. Ezzel a módszerrel 0…2.107 Pa mérhető. Az érzékelőket különböző anyagokra hitelesíteni kell. Kapacitív nyomásérzékelő Változó felületű kapacitív érzékelő A jobb oldali ábra változófelületű kapacitív kijelzőt mutat. A külső fegyverzet maga a tartály, a belső pedig általában higany.

Automatikai építőelemek 13. Kapacitív nyomásérzékelők Differenciálkondenzátoros érzékelő A jobb oldali ábra egy membránnal egybeépített differenciál-kondenzátoros megoldást mutat. Elektrolitos nyomáskülönbség mérő Elektrolitos nyomáskülönbség érzékelő Az elektrolitok ellenállás változását használja ki ez a módszer. A bal oldali ábra igen nagy érzékenységű nyomáskülönbség mérőt mutat. A szigetelőanyagból készült kamrák műanyag membránt fognak közre. A kamrákban lévő elektrolit a membrán helyzetétől függő vastagságú elektrolit filmet alkot. A két elektrolit film ellenállása így ellenkező értelemben változik, ami megnöveli az érzékenységet. Ez a módszer hőmérséklet és koncentráció független

Automatikai építőelemek 13. Hővezetés alapján működő nyomásmérők Alacsony nyomáson a gázok hővezető képessége erősen csökken. Ha nyomástérbe egy fűtött szálat helyezünk és a szálat állandó teljesítménnyel fűtjük, akkor csökkenő nyomáson – a csökkent hővezetés miatt a szálról kevesebb hő távozik, így a szál hőmérséklete megemelkedik. Ilyen körülmények között a fűtőszál hőmérsékletének mérésénél a nyomás indikálható. Piráni mérőfej Piráni és hőkompenzáló fej bekötése Legismertebb típusa a Piráni mérőfej, Az ellenálláshőmérőt búrában kifeszített kb. 0,06 mm átmérőjű platinahuzal képezi. A hidat tápláló áramot állandó értéken tartva a mérőfejben lévő nyomás a híd kimeneti feszültségével mérhető A kompenzáló fej és a mérőfej paraméterei teljes egészében megegyeznek, de a kompenzáló elemnél az üvegbúrát vákuum alatt lezárják. Ezt a típust 102…10-1 Pa nyomás között használják. A Piráni mérőfej félvezetőkkel is megépíthető, amivel a mérési tartomány kibővíthető

Automatikai építőelemek 11. Köszönöm a figyelmet!