Trasduttori di posizione e spostamento Potenziometri Encoder LVDT Promity.
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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