CW01 - Teorie měření a regulace

Transkript

1 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace ZS 2012/ Ing. Václav Rada, CSc.

2 Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření a regulace měření síly 13.SP-t.6. ZS 2014/ Ing. Václav Rada, CSc.

3 Další pokračování o principech měření VR - ZS 2009/2010

4 Síla patří mezi základní fyzikální veličiny - je to vektor vyjadřující míru vzájemného působení těles nebo polí Síla se projevuje statickými účinky = příčina deformace těles a dynamickými účinky = příčina změny pohybového stavu tělesa (hmotného bodu), např.: uvedení tělesa z klidu do pohybu nebo naopak, či změny velikosti nebo směru rychlosti tělesa - změna je vždy podmíněna působe-ním jiných těles, ať už přímým dotykem (nárazem, třením, taže-ním, tlačením) nebo prostřednictvím silového pole. VR - ZS

5 Síla je vektorovou veličinou - působící na hmotný bod jako vázaný vektor, tj. působiště síly je v tomto bodě. Toto působení je v Newtonově mechanice spojováno s existencí síly působící mezi oběma inter-reagujícími tělesy. Síla se měří siloměrem. Princip: Podle Hookova zákona čím větší síla, tím větší deformace a tím větší také výchylka na stupnici siloměru. VR - ZS 2012/2013

6 Princip měření síly je založen na platnosti vztahu: F = d(m*v) / dt = v * ( dm / dt ) + m * ( dv / dt ) anebo stačí použít zjednodušený vztah: kde F = m * a a zrychlení m hmota v. rychlost. VR - ZS 2012/2013

7 Síla se obvykle značí písmenem F (z anglického force). V soustavě SI má jednotku newton se značkou N - pro technická měření je obvyklé udávat výsledek v kilonewtonech. Fyzikální rozměr síly je kg.m.s -2. V dříve rozšířené technické soustavě jednotek byl jednotkou síly kilopond (kp), který byl dokonce základní jednotkou této soustavy. Převodní vztah je 1 kp = 9, N. Imperiální jednotkou síly je librová síla (lbf), pro kterou platí převod 1 lbf = 4, N. VR - ZS 2012/2013

8 Statická definice síly vychází z tíhového zrychlení: kde G = m * g g tíhové zemské zrychlení g = 9,80665 m/s 2 na 45 rovnoběžce u hladiny moře. Přesné hodnoty pro velká města: Praha nadmořská výška 191 m nhm 9,81090 m/s 2 Brno nadmořská výška 227 m nhm 9,81014 m/s 2. VR - ZS 2010/2011

9 Měření fyzikálních veličin moment síly Měření momentu síly snímače využívají principy: odporový magnetický kapacitní indukční inverzní Wiedermanův jev piezoelektrický fotoelektrický optický laserový. VR - ZS 2009/2010

10 Siloměr (řec. dynamometr) nejjednodušší základní provedení přístroj k měření velikosti síly nebo kroutícího momentu. Měřítkem velikosti síly je stupeň deformace pružné části siloměru, například pružiny - tvar a tuhost pružné části siloměru je volen s ohledem na měřicí rozsah siloměru a na způsob odečítání hodnoty deformace, tj. síly. Měřená síla se odečítá buď přímo opticky na stupnici nebo prostřednictvím elektrického měření. Elektrický siloměr tenzometrický - využívá vhodně tvarovanou pružnou část polepenou tenzometry nebo s tenzometry napařenými přímo na pružící části. VR - ZS 2012/2013

11 Siloměr - podle směru a účinku působící síly: tahové tlakové tahotlakové zkrutné. Měřené síly: tíhová, tahové, tlakové, vztlaková, třecí, odporová, dostředivá, odstředivá, torzní (vyvolávající kroucení tělesa podle podélné osy) VR - ZS 2012/2013

12 Pružinový mechanický siloměr Elektrický tenzometrický siloměr VR - ZS 2012/2013

13 Na přístroje pro měření síly (hlavně na snímače) jsou kladeny tyto požadavky: rozsah 10-3 N až 10 8 N (ne jediným výrobkem! ) vysoká tuhost vylučující posuny měřeného bodu či zkreslení naměřené hodnoty + necitlivost na působící boční síly a momenty maximální stabilita mechanická i teplotní nulová nebo minimální hystereze vysoká přesnost a výborná opakovatelnost měření minimální rozměry snímače tj. snadné umístění i zabudování malá hmotnost pohybujících se členů a z toho vyplývající malá časová konstanta při dynamických měřeních. VR - ZS 2009/2010

14 Pro elektrické snímače síly jsou využívány fyzikální principy: změna odporu 0,001 N až 100 MN přesnost 0,01 až 10 % změna kapacity 0,001 N až 10 MN přesnost 1 (0,01) až 3 % změna indukčnosti 0,01 N až 10 MN přesnost 1 až 3 % změna tvaru magnetického pole 1 N až 10 MN lze pro přetížení až 10 % (extrémně až 30 %) bez poškození piezoelektrický jev 0,1 N až 10 9 N Hallův jev (hlavně pro malé síly) mikroelektronické polovodičové prvky tenzometry. VR - ZS 2009/2010

15 Měření fyzikálních veličin moment síly Měření momentu síly je v průmyslových aplikacích jedním ze základních - ověřuje, zda: hnací motor má dostatek energie pro hnanou část stroje nedochází v některých pracovních nebo poruchových stavech ke zbytečnému přetěžování hnacího motoru nedochází k zadírání hnané strojní části (mechanizmu) např. v rámci funkce provozní diagnostiky nejsou přetěžovány pohybové součástky v jednotlivých pracovních režimech nejsou přetěžovány pohybové součástky při přechodových dějích atd. VR - ZS 2009/2010

16 Měření fyzikálních veličin moment síly Realizace měření momentu síly Nejjednodušší je na stojících částech konstrukce stroje, rám stroje nebo např. objekt výrobní haly atd. Naopak dosti složité je měření pohybujících se (zvláště u vysokých rychlostí pohybu a dlouhých drahách) nebo rotujících částí. Principem měření síly je měření deformace na nějakém známém rameni působící síly. VR - ZS 2009/2010

17 Měření fyzikálních veličin moment síly V běžné praxi se pro měření krouticích momentů využívají dvě možnosti: speciální měřicí hřídele, které se vkládají do hřídelové části rotující součásti stroje tenzometrické principy využívající informace z tenzometrických snímačů deformace tenzometry se nalepují přímo na měřený hřídel či jinou pohybující se součástku. VR - ZS 2009/2010

18 a to by bylo k informacím o měření síly a momentu sil (skoro) vše VR - ZS 2009/2010

19 Témata VR - ZS 2009/2010