Trasduttori di posizione e spostamento

Potenziometri Encoder LVDT Promity

Potenziometri

• Elemento resistivo con un contatto mobile (misura per contatto)

• Misurano posizioni relative, quindi spostamenti, con uscita proporzionale all’ingresso

• Di solito sono economici and robusti• Sensibili alle temperature molo basse.• Possono essere causa di alti effetti di carico per via della configurazione di montaggio lungo un asse principale

Strumento di ordine 0

x

E0

Rtot

r

Vx

V

lo

V xl Eo

o x VE l

oo

V = Rx i

i ERtot

0

R R xlx tot0

V RR

xl Etot

toto

0

Rx

lo

E0

Potenziometri

V Eo

V

Eolo

x

Configurazione lineare Configurazione angolare

Potenziometri

x V

x

L’uscita è a gradini

Potenziometri a filamento avvolto

Risoluzione: lno

numero di avvolgimenti

Potenziometri

1 2 n

lunghezza del filamento

Potenziometri a strato depositato

V

x

x

Risoluzione: teoricamente infinitesima

Potenziometri

Portata: 2 ÷ 2000 mm

Risoluzione: infinitesima se a strato depositato

0,1% ÷ 1% FS se a filamento avvolto

Linearità: 0,1% ÷ 0,3%

Resistenza: 0,5 ÷ 10 K25 mm

Vita a fatica: 108 cicli

Velocità massima: 1 m/s

Potenziometri

Potenziometri Angolari

Portata: rotazioni di 10° ÷ 60°

Risoluzione: infinitesima se a strato depositato

0.05% ÷ 1% FS se a filamento

avvolto

Linearità: 0.1% ÷ 0.5%

Vita a fatica: 108 cycles

Torsione minima: 10-4 Nm

Velocità massima: 3000°/s

Potenziometri Angolari

Quando è necessario convertire uno

spostamento lineare in uno spostamento angolare, è possibile utilizzare un filo

flessibile.

Questa configurazione, che può lavorare anche con un encoder, riduce gli effetti di carico e i problemi assiali

quando si misura la distanza piuttosto che lo

spostamento assiale

Bobine Potenziometriche

Cursore con estremo libero

Basso effetto di carico

Il contatto dipende dalla forzadi gravità

Basse frequenze

Problemi di montaggio

Problemi di montaggio

Cursore precaricato a molla

Alto effetto di carico

Il contatto dipende dalla molla

La frequenza dipende dalla molla oltre che dalla massa e

dallo smorzamento del cursore

X

Problemi di montaggio

Cursore fissato

Alto effetto di carico

Il contatto è forzato e monoassiale

Alte frequenze

eex

es1 es2

LVDT

Linear Voltage Differential Transducer

t

t

t

eex

es1

es2

eex

es1

es2

primario

secondario 1

secondario 2

LVDT

eext

t

eex

e0

e0

XoEsiste una posizione in cui eo = 0 nella quale

si considera la posizione X0 di riferimento

LVDT

Mutuainduttanza

i R Ldi

dtep p p

pex 0 e e e M M

di

dto s sp 1 2 1 2( )

eex

e0

es2

es1

Ls2

Ls2

Rp

Lp

ip

M1

M2

+

-

+

-

-

+

LVDT

lineare

180° x

|e0|

LVDT

demodulatore

Filtropassabasso

La maggior parte degli LVDT è dotatadi demodulatoreIl guadagno dipende dal rapporto delle spire tra primario e secondario 19

LVDT

V

180°

portante spostamento

Segnale demodulato

t

t

t

t

x

VV Segnale modulato

LVDT

LVDT

Portata (molla): ± 2.5 ÷ 7.5 mm

(estremo libero): ± 1.25 ÷ 250

mm

Sensibilità (ac - ac): 3 ÷ 250 mV/V/mm

(dc – dc): 0.04 ÷ 8 V/mm

Linearità: 0.25%

LVDT

Rotary Variable Differential Transformer

eex

es1

es2

RVDT

Portata: ± 30° ÷ 40°

Sensibilità (ac - ac): 2 ÷ 3 mV/V°

(dc - dc): 125 mV/°

Linearità: < ± 0.3%

RVDT

ENCODER

Encoder

Output A: N impulsi al giro

Output Z: 1 impulso al giro

output A

output Z

(non permette di identificare la direzione)

Encoder Monodirezionali

Bidirezionale

Output A

Output B

Output Z Output Z

Output A

Output BA anticipa B

Rotazione oraria

Output A

Output BB anticipa A

Rotazione antioraria

Output Z

Può essere utilizzato per stimare la velocità angolare media:

tempo

output[V]

t

t

_ = k

Encoder

Disco codificato nel quale n linee (bit) leggono simultaneamente la posizione utilizzando un codice standard (binario, Gray)

A ciascun settore angolare è assegnato un unico codice, perciò può essere determinata la direzione

Per un singolo disco, il numerodi settori angolari N è dato da:

N = 2n

Encoder Assoluto

La capacità intrinseca del filo limita l’intervallo di frequenze, combinandosi con le onde

quadre derivanti dall’encoder (carica e scarica del condensatore)

IN OUT

IN

OUT

Encoder

Bobina alimentata

con corrente alternata (1 MHz)

I campi magnetici inducono sul target correnti parassite proporzionali alla sua distanza dal trasduttore

Oscillatore

bobina

correnti parassite

superficie metallica

Proximity

I principio di misura:

Le correnti parassite dissipano energia per effetto Joule: l’ampiezza delle oscillazioni viene smorzata di un fattore proporzionale alla distanza dal taget

Proximity

II principio di misura:

Le correnti parassite generano un campo magnetico: questo si concatena con una bobina secondaria e con un ponte di wheatstone bridge vengono misurate le variazioni di induttanza

Proximity

Campo di misura: 0.25 ÷ 2 mm

1 ÷ 4 mm

Diametro della sonda: 5 ÷ 14 mm

Sensibilità: 8 ÷ 4 V/mm

Linearità: 0.05 ÷ 0.2 mm

Proximity

Le correnti parassite

dipendono molto dal materiale del

target e sono molto sensibili agli

effetti di bordoPer materiali non

standard e per geometrie non

piane è richiesta un’apposita

taratura0

1 2 3 4 50

5

10

15

20

Ou

tpu

t [V

]

Distanza relativa[mm]

AISI E4140AISI 304AlCu

Proximity

Confronto fra trasduttori

Trasduttore Vantaggi Svantaggi

Potenziometro Basso costoRobusto

Alto effetto di carico

LVDT Misura le alte frequenzeSonda con estremo libero

Richiede un demodulatore e precauzioni nel montaggio

Encoder Basso costo Risoluzione

A correnti parassite

Alta sensibilitàSenza contatto

Piccoli intervalli di misuraAlta sensibilità al tipo di materiale