Zápisky ke zkoušce

pidlo a přitiskne se tenzometr
používá se hygroskopické lepidlo, které vytvrdává tak, že váže vzdušnou vlhkost, která musí být ideální
Je potřeba ochránit tenzometry proti vnějším vlivům (používají se speciální gely)
Po instalaci je potřeba zjistit, zda sedí hodnota odporů…
Ústřednu je nutné kalibrovat. Předpokládáme, že závislost napětí na působící síle je lineární. Zjistíme napětí můstku při nulovém zatížení = počáteční bod úsečky. Dalším bodem přímky je štítková hodnota snímače síly.
PROBLEMATIKA ZAPOJOVÁNÍ TENZOMETRŮ
WHEANSTEANŮV MŮSTEK:
Můstek je vyvážen – R1R3=R2R4; F = 0
Pokud dojde ke změně, pak Um ≠ 0V
při různém zatěžování:
délková přetvoření mají svůj původ ve vnějším zatěžování (F, M) nebo v dilataci
změny v sousedních ramenech se projeví rozdílem, což se využije v kompenzaci teploty
změny v protilehlých ramenech se projeví v součtu, což se využije při kompenzaci výstupního napětí
MŮSTKOVÁ ZAPOJENÍ – ZPŮSOBY ZAPOJENÍ TENZOMETRŮ
PLNOMOSTOVÉ ŠESTIVODIČOVÉ ZAPOJENÍ
Charakteristiky:
Všechny tenzometry jsou aktivní
Pomocí tohoto zapojení se dosáhne maximálního výstupního napětí, maximální citlivosti
Teplota je plně kompenzována
PŮLMOSTOVÉ ZAPOJENÍ:
Vyvážení mostů provede ústředna automaticky; zapojení má menší citlivost, častěji se používá zapojení do kříže, kdy je jeden tenzometr zapojený ve směru hlavního napětí a druhý kolmo na něj → teplotní kompenzace a zesílení měřeného napětí
ČTVRTMOSTOVÉ ZAPOJENÍ:
Zapojení vykazuje nelinearitu
Není možná teplotní kompenzace – té dosáhneme pouze při použití samokompenzovatelných tenzometrů
VLIV VODIČŮ
Ohmický odpor
Teplotní změna odporu vodiče
Kapacita vodiče – projevuje se hlavně při měření při vyšších frekvencích
Používá se tzv. třívodičové vedení → stejný přírůstek ve všech větvích
PŘÍKLADY MĚŘENÍ POMOCÍ TENZOMETRŮ
DEFORMACE:

T1 = aktivní tenzometr
T2 = kompenzační tenzometr – slouží pouze ke kompenzaci teploty, není aktivní, je nalepený pružně přes podložku ke konstrukci
OHYBOVÝ MOMENT:
měříme účinky momentu, normálovou sílu N
chceme kompenzovat

NORMÁLOVÁ (OSOVÁ) SÍLA
měříme normálovou sílu N, kompenzujeme
moment M

MĚŘENÍ SÍLY
Pomocí snímačů s deformací tělesa = nepřímé měření sil, kdy je deformace převáděna na příslušnou elektrickou veličinu
Pomocí snímačů s elektricky aktivním prvkem – působením síly dochází ke změnám elektrických vlastností daného prvku = jedná se o snímače pro přímé měření sil
Zásady:
PRINCIP KOMPAKTNOSTI
Každá dělící plocha mezi jednotlivými prvka vede k narůstání chyb
Je dobré mít snímač z jednoho kusu nebo eliminovat vliv dělících ploch, provádí se to tak, aby dělící plochy byly co nejdále od citlivého prvku, v místech malých přetvoření
INTEGRAČNÍ PRINCIP
Snímač je tím přesnější, čím je vyšší integrace měření po celém povrchu citlivého prvku
PRINCIP SYMETRIE
Pokud je těleso symetrické, je možné eliminovat vnější vlivy (teplota, konstrukční chyby a chyby opačného znaménka)
1...styková část; 2...distributor přenášející sílu; 3...upevňovací popruhy; 4...dorazy;
5...citlivý prvek; 6...vstupně – výstupní část + senzor; 7...kryt
VLASTNOSTI ELEKTRICKÝCH SNÍMAČŮ SIL:
Lineární závislost mezi působící silou a výstupním napětím
Malá hystereze a časová stálost
Malá závislost teploty na kolísání napětí
Necitlivost na boční síly a momenty
NEPŘÍMÉ SNÍMAČE SIL:
Fungují na principu snímání povrchové deformace
Deformace citlivého prvku, která je transformována na elektrickou veličinu měřením relativní nebo celkové deformace
SNÍMAČE SNÍMAJÍCÍ CELKOVOU DEFORMACI
Jsou to deformační členy kombinované se snímači posunutí
Je snaha, aby deformační člen způsobil co největší deformaci
Kapacitní, indukčnostní, odporové, potenciometrické
RELATIVNÍ SNÍMAČE – TENZOMETRICKÉ
deformační prvek může být namáhán smykem, krutem, ohybem a nejčastěji je osazen tenzometry
vlastnosti deformačního prvku: malá hystereze, homogenita materiálu – jednovrstvá struktura, dobrá teplotní vodivost, malé účinky tečení
SMĚROVOST = poměr poddajnosti ve směru měřené síly k poddajnosti ve směru rušivých sil – vlivů
Transformace síly na deformaci v rozsahu linearity použitých tenzometrů
Převod měřené síly na deformace opačných znamének
SNÍMAČE PRO PŘÍMÉ MĚŘENÍ SIL:
Využívá se objemové deformace – PIEZOELEKTRICKÉ SNÍMAČE (jsou ale nevhodné pro přímé měření sil
MAGNETOELEKTRICKÉ SNÍMAČE:
MAGNETOSTRIKČNÍ SNÍMAČ – přímo ovlivňujeme napětí, protože síla F vyvolává změnu permeability
HYDRAULICKÉ SNÍMÁNÍ SÍLY = hydraulický obvod doplněný snímačem tlaku
MĚŘENÍ ZRYCHLENÍ
= veličina popisující kmitání; u dopravních prostředků se frekvence pohybují cca 1 – 10Hz; amplitudy cca 0,01 – 0,1m
kmitání strojů a jejich nákladů, cca až 50Hz; amplitudy jsou menší 10 - 1000μm
kmitání stavebních konstrukcí – f < 1Hz; amplituda až 0,1m
snímače vibrací – oblast 100 – 1000Hz a velmi malé výchylky
RELATIVNÍ SNÍMAČE – měří vzhledem k libovolnému bodu v prostoru, používají se také v případě, kdy se měří výchylka jedné části vůči druhé
ABSOLUTNÍ (SEISMICKÉ) SNÍMAČE – měří určující veličinu vzhledem k referenční – seismické soustavě. Používají se všude tam, kde není k dispozici vhodný pevný bod k upevnění snímače
Používá se logaritmické vyjadřování veličin mechanického kmitání
LA = hladina zrychlení – vztažné hodnoty jsou normalizované
Vztažná hodnota zrychlení: a0 = 10-6m.s-2
Vztažná hodnota rychlosti: v0 = 10-9m.s-1
Vztažná hodnota síly: F0 = 10-6N
Pokud porovnáváme dvě hladiny tak nemusíme uvádět referenční hodnotu (pokud je stejná)
Pokud uvádíme velikost v dB, musíme uvést i referenční hladinu
SNÍMAČE ZRYCHLENÍ:
Skládají se ze seismického tělesa, které vytváří setrvačné účinky pro vytvoření setrvačné síly, která pak působí na citlivý prvek snímače
Druhou částí je citlivý prvek
Zvýšením tuhosti zvýším vlastní frekvenci snímače ale snížím citlivost
POŽADAVKY NA SNÍMAČE ZRYCHLENÍ:
Malá příčná citlivost – minimální vliv příčných složek na směr hlavního měření
Minimální fázové posunutí jednotlivých frekvenčních složek nebo posunutí všech frekvenčních složek o shodný čas → fázové posunutí všech frekvenčních složek musí být úměrné frekvenci
OBECNÝ MODEL SNÍMAČE ZRYCHLENÍ:
s...absolutní pohyb pouzdra poměrný útlum:
y...absolutní pohyb hmoty
r...relativní pohyb hmoty
INDUKČNOSTNÍ SNÍMAČ ZRYCHLENÍ
2 cívky = diferenciální zapojení
snímač je vyplněn silikonovým olejem = tlumení
závislost silikonového oleje na teplotě
lze měřit pouze v určitém rozsahu hodnot
MĚŘENÍ GEOMETRICKÝCH ROZMĚRŮ
KONCOVÉ MĚRKY:
etalon = hranol určitých rozměrů z nichž jedna strana je s přesností 0,05 – 0,06μm
maximum doporučeného seskládávání je do pěti koncových měrek → chyba cca 2μm
KALIBRY:
prostředky, které zhmotňují určitý tvar nebo rozměr (válcový třmenový)
jedna strana je „dobrá“(HMZ) a další „špatná (zmetková)“(DMZ)
měl by být dodržen Taylorův princip, který říká, že dobrá strana má tvořit tvarově a rozměrově ideální protikus a špatná strana realizovat ještě přípustnou míru daným dotykem

MECHANICKÉ JEDNOSOUŘADNICOVÉ PŘÍSTROJE:
a) ABSOLUTNÍ:
POSUVNÉ MĚŘÍTKO – až do 2000mm, lze počítat s nejistotami až do 20 – 20 μm
Výhody: jednoduché použití
Nevýhody: není dodržen tzv. „Abbeho princip“
MIKROMETRY
Měřící vřeteno má stoupání 0,5mm – 1mm
Vyrábí se v délkách 25, 50, 100mm, atd...
Výhody: měřený prvek je v ose měření (=Abbeho princip)
Nevýhody: měřená délka je závislá na deformaci od měřící síly
b) RELATIVNÍ:
ČÍSELNÍKOVÉ ÚCHYLKOMĚRY
Relativní měřidlo, měříme úchylku od jmenovité hodnoty
PASAMETRY
Nepřesnost cca 2 μm, velmi malý rozsah
ELEKTRICKÉ SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ DÉLEK
LVDT SNÍMAČE – viz. indukčnostní snímače
ELEKTRONICKÁ MĚŘIDLA
Vyznačují se imkrementální nebo absolutně kódovanými mírami snímanými galvanicky, kapacitně, induktivně nebo opticky
IRC SNÍMAČ = imkrementální nasčítávač pulzů = relativní měřidlo
Výhody: rozlišovací schopnost do 1μm nebo 20 úhlových vteřin, jednoduchost
Nevýhody: poruchový impulz = vada na rastrovém pravítku – mění hodnoty, nejsme schopni
to rozpoznat
MĚŘIDLA UMOŽŇUJÍCÍ PŘEVOD POLOHY NA KÓD:
8
4
2
1
₣
₣
₣
₣
↕
↓
↓
↓
↓
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
= absolutní snímač; světlá a tmavá místa = „0“ a „1“ v binární číselné soustavě
OPTICKO – MECHANICKÉ SNÍMAČE:
Opticko – mechanické systémy využívají interference světla, která je umožněna pouze pro kovariantní paprsky (=stejná vlnová délka a rovina kmitání) – při interferenci dochází k maximálnímu zesílení nebo zeslabení signálu, pokud rozdíl drah těchto jednotlivých paprsků je sudým nebo lichým násobkem délky
Jsou založeny na vlastnostech průchodu světla různými prostředími a klínové vrstvě
INTERFERENČNÍ KOMPARÁTOR
zdroj monochromatického světla
- část paprsků prochází
polopropustnou vrstvou, část je odražena
- rovina z2 vytváří při natočení klínovou
vrstvu
↓ koncová měrka jejiž roviny využijeme, na základě interference
vzniká posun proužků
MĚŘENÍ ÚHLŮ
ÚHLOVÉ MĚRKY – etalon úhlu
KALIBRY – stejně jako u délek
LIBELY – citlivost – např. 0,8mm/m, („aby se bublina posunula“)
SINUSOVÁ PRAVÍTKA
CHYBY PŘI MĚŘENÍ DÉLEK A ÚHLŮ:
SYSTEMATICKÉ CHYBY:
Způsobené měřidlem – tyká se výrobních úchylek jednotlivých součástí (např. dělení měřítek, stoupání vodicích šroubů apod...)
Normálem (etalonem) – např. parametr – odkaz na kalibraci – např. koncové měrky
Osobní chyby – nedokonalost lidských smyslů (zrak) – např. ustavení nitkového kříže a chyba způsobená paralaxou (=přesazení dvou stupnic vůči sobě)
Metodou měření – špatný měrný přítlak; průhyb měřidla nebo měřeného objektu
Vliv prostředí – největším nepřítelem každého měření je teplota, která by měla být cca 20o
Abbeho princip:
„Přístroj je potřeba uspořádat tak, aby osa měření byla přímým pokračováním měřítka přístroje“
MĚŘENÍ OTÁČEK
MECHANICKY – Wattův odstředivý regulátor
STROBOSKOPY – optický prvek, na hřídeli je umístěna reflexní vrstva, která odrazí paprsek zpět
ELEKTRICKY – tachodynamo a tachogenerátor (opačný princip jako u trakčních motorů). Velkou nevýhodou je, že přímo ovlivňují měřený objekt, vlivem brzdícího momentu, hodí se pouze pro nízký počet otáček...
IMPULZNÍ SNÍMAČE – využívají magnetické značky na otáčející se součástce a přítomnost této značky se zjišťuje pomocí snímače indukčnosti – tyto snímače využívají tzv. Hallův jev = IRC snímače
INDUKČNÍ SNÍMAČE OTÁČEK:
signál má charakter sinusovky
Výhody: jsme schopni sledovat změny otáček během jedné otáčky; nízké výrobní náklady, málo elektroniky, nejsou problémy s driftem stejnosměrného napětí
Nevýhody: nejsme schopni určit polohu; výstupní napětí je závislé na otáčkách; závislost na velikosti vzduchové mezery; meze pro zmenšování
MAGNETOSTATICKÉ SNÍMAČE OTÁČEK
Využívají Hallův jev, napětí není závislé na otáčkách
POŽADAVKY NA SNÍMAČE OTÁČEK:
Teplotní odolnost, rozlišování směru a polohy, Vhodný výstupní signál, nezávislost na vzduchové mezeře