SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ SÍLY, TLAKU, KROUTÍCÍHO MOMENTU, ZRYCHLENÍ 9.1. Snímače síly 9.2. Snímače tlaku 9.3. Snímače kroutícího momentu 9.4. Snímače zrychlení
9.1. SNÍMAČE SÍLY dva základní principy: 9.1.1. deformace měrného tělíska 9.2.2. piezoelektrický jev
9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci Experimentální metody přednáška 9 působením síly na těleso dojde k jeho deformaci využívá se tlak nebo ohyb různé tvary deformačních tělísek deformace se měří pomocí tenzometrů F
9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci Experimentální metody přednáška 9 zapojení prakticky výhradně jako plný most často doplněn o další prvky pro zlepšení teplotní stability a vyvážení
9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci Experimentální metody přednáška 9 příklad zapojení šestivodičové zapojení snímače snímač elektronika + SENSE + EXC GND NAPÁJENÍ - EXC - SENSE Poznámka: pokud má snímač pouze 4 vodiče a elektronika má vstupy SENSE, nesmí zůstat nezapojeny propojí se vždy na příslušný výstup EXC při nezapojených vstupech SENSE hrozí zničení snímače + IN DIFERENCIÁLNÍ ZESILOVAČ - IN
9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci Experimentální metody přednáška 9 citlivost na boční síly (ohybový moment) záleží na mechanickém provedení snímače existují typy odolné proti ohyb. momentu použitím nevhodného snímače může dojít ke zkreslení měřené hodnoty působením boční síly (ohybového momentu) může dojít ke zničení snímače
9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci Experimentální metody přednáška 9 Základní charakteristika: tah i tlak záleží jen na mechanickém uspořádání snímače široká škála rozsahů cca 10N až jednotky MN přesnost 0,03 až 1% statické i cyklické zatížení lze i víceosé provedení Výhody: tahové i tlakové síly měří statickou hodnotu síly široký výběr typů, rozsahů, kotvení velké množství výrobců a dodavatelů Nevýhody: malá přetížitelnost citlivost na boční síly použitý siloměr sníží tuhost celku
9.1.1. SNÍMAČE SÍLY založené na deformaci Experimentální metody přednáška 9 detaily např. na www.hbm.cz www.omegaeng.cz www.gtm.cz
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu piezoelektrický jev (z řeckého piezein tlačit) je schopnost krystalu generovat elektrické napětí při jeho deformování může se vyskytovat pouze u krystalů, které nemají střed symetrie nejznámější piezoelektrickou látkou je monokrystalický křemen
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu několik způsobů vyvození piezoelektrického napětí podélný deformací se ionty opačných nábojů posunou v krystalové mřížce tak, že elektrická těžiště záporných a kladných iontů, která v nezdeformovaném krystalu souhlasí, se od sebe vzdálí na plochách krystalu se objeví elektrický náboj piezoelektrický jev vymizí při vyšších teplotách
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu střižný příčný
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu místo monokrystalu lze použít i piezokeramiku levnějšířešení
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu - - - - - - - - - - - - - - - plochy krystalu propojíme vodičem při zatížení se na ploše krystalu objeví elektrický náboj ten přitahuje volné elektrony ve vodiči pohyb elektronů vodičem = elektrický proud po vyrovnání náboje pohyb elektronů ustane!!! proud protéká jen při změně náboje změně zatížení NEMĚŘÍ STATICKÉ ZATÍŽENÍ!!!!!!!!!!!!!!
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu pro vyhodnocení pohybu elektronů se používá speciální zařízení NÁBOJOVÝ ZESILOVAČ nábojový zesilovač el. napětí vliv propojovacího kabelu nutnost použít snímač a odpovídající kabel nejlépe použít vše (snímač, kabel, zesilovač) od jednoho výrobce
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu síla integrační zesilovač čas el. proud U 0 ideální průběh pro ideální Cr ve skutečnosti se projeví reálné vlastnosti Cr potřeba přizpůsobit integrační konstantu rychlosti změny zatížení!! čas
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu Základní charakteristika: z principu jen tlak (tah jen speciální předepnuté snímače) široká škála rozsahů (jednotky až stovky kn) přesnost cca 1% lze i víceosé provedení Výhody: miniaturní provedení i pro velké síly velká tuhost přetižitelnost změnou rozsahu zesilovače lze měřit i malé síly vůči rozsahu snímače Nevýhody: obtížné využití pro statické zatížení pro tah jen speciální provedení snímače nutná speciální elektronika a kabeláž omezený počet dodavatelů
9.1.2. SNÍMAČE SÍLY založené na piezoelektrickém jevu detaily např. na www.kistler.cz www.hbm.cz
9.2. SNÍMAČE TLAKU tlak se převádí na sílu měření tlaku má shodný princip jako měření síly F = p S p deformace měrného tělíska tenzometry (velmi často polovodičové) piezoelektrický jev platí totéž co pro snímače síly
9.2. SNÍMAČE TLAKU široký rozsah typů různá média velké množství rozsahů velké množství výrobců detaily např. na www.kistler.cz www.omegaeng.cz www.hbm.cz i kompaktní provedení
9.3. SNÍMAČE KROUTÍCÍHO MOMENTU Experimentální metody přednáška 9 deformace měrné tyče měrného hřídele měření deformace: tenzometry piezoelektrický jev
9.3. SNÍMAČE KROUTÍCÍHO MOMENTU Experimentální metody přednáška 9 nerotační provedení tenzometrické piezoelektrické detaily např. na www.kistler.cz www.hbm.cz množství typů různá kotvení, montáž (příruba, čtyřhran, šestihran) rozsahy jednotky Nm až jednotky knm
9.3. SNÍMAČE KROUTÍCÍHO MOMENTU Experimentální metody přednáška 9 rotační provedení jen tenzometrické přenos kroužky starší systém montáž na čtyřhran otáčky do 4000 ot-min jednotky Nm až jednotky knm detaily např. na www.hbm.cz elektronika
9.3. SNÍMAČE KROUTÍCÍHO MOMENTU rotační provedení jen tenzometrické bezkontaktní přenos množství typů, různá montáž otáčky až 24000 ot-min jednotky Nm až jednotky knm často i výstup otáček n impulsů na otáčku Experimentální metody přednáška 9 elektronika napájení data Přenos nejčastěji indukční vazbou elektronika
9.3. SNÍMAČE KROUTÍCÍHO MOMENTU Experimentální metody přednáška 9 rotační provedení velmi často mají jako další výstup impulsy úměrné otáčkám detaily např. na www.kistler.cz www.hbm.cz
9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ zrychlení se převádí na sílu měření deformace m a m a F = m a F a m F siloměr tenzometrické jednočipové piezoelektrické kapacitní
9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ detaily např. na www.kistler.cz měření deformace tenzometry Základní charakteristika: rozsah zrychlení jednotky G až cca 2000G frekvenční rozsah 0 Hz až cca 4000 Hz měří statické zrychlení velká přetižitelnost (puls až 8000G) měření deformace m F a
9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ jednočipové provedení Experimentální metody přednáška 9 i-mems akcelerometry opět na princip tenzometrů pružný člen, kmitající hmota, polovodičové tezometry a zesilovač umístěny na jednom čipu Základní charakteristika: rozsah zrychlení jednotky G až cca 70G frekvenční rozsah 0 Hz až cca 1500 Hz (pro větší G méně) měří statické zrychlení jedno až tříosé nepotřebují žádnou další elektroniku výstup analogové napětí nebo datová sběrnice detaily např. na www.analog.com
9.4. SNÍMAČE ZRYCHLENÍ piezoelektrické detaily např. na www.kistler.cz www.spectris.cz Základní charakteristika: rozsah zrychlení jednotky G až cca 50000 G frekvenční rozsah cca od 1 Hz až desetitisíce Hz neměří staticky jedno až tříosé potřebují nábojový zesilovač m F piezo siloměr a