CAPOLUL 6 ADUCOAE DE VEZĂ Vteza este o mărme vetorală. Deoaree dreţa de deplasare a orpulu în mşare este în majortatea azurlor fxată, tradutoarele de vteză dau un semnal are reprezntă modulul vteze ş eventual, sensul. Exstă tradutoare are măsoară fe vteza unghulară, fe vteza lnară, în funţe de ernţele aplaţe. 6. radutoare de vteză unghulară (turaţe) ahogeneratoare de urent ontnuu Sunt dspoztve eletre onstrute pe prnpul generatoarelor de urent ontnuu, are dau la eşre o tensune ontnuă proporţonală u turaţa, u nvele ş puter e permt ş folosrea dretă în nstalaţle de automatzare. După modul de extaţe, tahogeneratoarele de urent ontnuu sunt: - u extaţe separată; - u magneţ permanenţ (ma foloste). otorul poate f de tp lndr, ds sau pahar. Constantele de tmp ale tahogeneratoarelor de urent ontnuu u rotor lndr sunt ma m de 0 ms ar ale elor u rotoare tp ds sau pahar ma m de ms. Ansamblul oletor-per fnd un redresor mean, tensunea la eşre nu este strt ontnuă, având ondulaţ datortă omutaţlor perlor pe oletor. Aeste ondulaş devn u atât ma m u ât reşte numărul de lamele, însă reşte gabartul Se pot folos ş fltre tree jos la eşre, dar reşte tmpul de răspuns. Gama de turaţ este de 50 5000 rot/mn, ar sensbltatea 0 mv/rot/mn. ahogeneratoare de urent alternatv Pot f de două tpur: snrone sau asnrone. Cele snrone sunt ele ma smple; ele generează tensune alternatvă snusodală monofazată, u valoarea efetvă ş frevenţa dependente de turaţe. Sunt formate dntr-un stator bobnat pe mez dn tole de oţel eletrotehn ş rotor dn magneţ permanenţ, u ma multe pereh de pol. Domenul turaţlor de luru este 00...5000 rpm, la turaţ m resând erorle. Caraterstle tehne, foloste ş la tahogeneratoarele de urent ontnuu, 9
sunt: valoarea efetvă a tensun eletromotoare la 000 rpm, turaţa maxmă, frevenţa tensun eletromotoare la 000 rpm, urentul nomnal, rezstenţa înfăşurăr statore. Daă nformaţa este dată de tensunea de eşre, adaptorul onţne un redresor ş fltru de medere. Strobosopul (strobotahometrul) Se bazează pe efetul strobosop. Obetul de măsurat în rotaţe este lumnat perod u mpulsur de mare ntenstate ş de surtă durată. Daă între frevenţa mpulsurlor lumnoase ş frevenţa de rotaţe a obetulu exstă egaltate sau raport de numere întreg, obetul va f lumnat mereu în aeeaş pozţe ş, datortă nerţe ohulu, se va obţne o magne stablă. uraţa se determnă numer, înmulţnd frevenţa mpulsurlor u raportul între numărul marajelor stable (are apar datortă lumnăr) ş numărul marajelor reale. Adaptoare numere pentru senzor de turaţe în mpulsur După modul în are se determnă turaţa dn trenurle de mpulsur obţnute la eşrea senzorulu, adaptoarele sunt de două felur: - u numărarea mpulsurlor, are fa o medere a răspunsulu ş au tmp de răspuns mare la turaţ joase; - u nversarea peroade, are nu fa o medere a răspunsulu, dar au tmp de răspuns foarte m, maxm două peroade de rotaţe, fnd foloste la turaţ joase ş foarte joase, nlusv în aplaţ de tmp real. radutor de turaţe u senzor u efet Hall Aest tradutor montorzează vteze de rotaţe între 0,0 rpm ş 0000 rpm, aproape în ore medu. Sunt ssteme omplexe, u ds în mpulsur sau arasă în mpulsur. Dsul în mpulsur, de dverse dmensun ş materale în funţe de aplaţe, se montează pe apătul arborelu în rotaţe. Carasa în mpulsur onstă într-o brăţară dn două pese asamblate ş este reomandată în stuaţle ând apătul arborelu nu este dsponbl. Dsul ş arasa onţn 6 magneţ permanenţ de polartate alternantă, al ăror âmp magnet este montorzat de un senzor ntern u efet Hall. Când dsul sau arasa se roteşte, alternanţa pollor magnet prn dreptul senzorulu Hall reează o tensune dreptunghulară la eşre, u 8 mpulsur/rotaţe. Se măsoară frevenţa aestor mpulsur de eşre ş se ompară u valoarea fxată pentru semnalzare. Valoarea de semnalzare este fxată u un omutator de game u două pozţ ş două omutatoare rotatve u zee pozţ feare, pentru ze ş untăţ. Dstanţa radală între senzor ş magneţ poate f până la 2 mm, astfel înât aeste tradutoare se pot folos ş pentru arbor u vbraţ mar. 92
radutor de turaţe u senzor apatv de pozţe Adaptorul eletron pentru aest tradutor onţne un onvertor sarnă - tensune, un onvertor analog - numer ş mroontroler. Senzorul are un rotor plasat între două plă stator oaxale, fg. 6.. Emţător otor eeptor O plaă stator onţne eletroz reeptor pentru sarna ndusă de la setoarele emţătoare plasate pe ealaltă plaă stator. Suprafaţa totală a emţătorulu este împărţtă în 4N setoare rulare, ondutoare, dente, unde N este numărul de pol, întreg, poztv ş dfert de zero. Numerotând perod toate setoarele de la la 4, se obţn exat N setur de segmente numerotate S, S 2, S 3 ş S 4. oate segmentele u aelaş număr sunt legate eletr între ele. otorul este realzat dn N setoare rulare smetre, u unghul la entru al feăru setor egal u π/n. Unghul de rotaţe ϕ r nfluenţează apatăţle de uplaj între ele patru setoare emţătoare ş eletrodul reeptor. Cele patru apatăţ formate de eletroz emţător ş eletrodul reeptor, notate C s,, C s4 se măsoară aplând o tensune onstantă U 0 segmentulu C S ş tensune zero tuturor elorlalte setoare. Aeasta ndue sarna Q în eletrodul reeptor, are este uplat apatv la onvertorul sarnă-tensune (amplfatorul de sarnă). otorul este legat la masă ş este folost a eran. Vteza de rotaţe se evaluează măsurând varaţa unghulu dϕ într-un tmp dt ş alulând raportul: ω dϕ / dt. Algortmul de alul al unghulu ϕ dă pozţa unghulară absolută, într-o gamă de măsurare de 2π/N radan, unde 2π/N este unghul la entru al elor patru setoare emţătoare. nformaţa unghulară este eşantonată u vteza /. Vteza unghulară se alulează a dferenţa a două măsurător onseutve de ungh multplată u vteza de eşantonare: ω ( n ) [ Φ( n ) Φ( ( n ) )]/ Fg. 6., unde n este un număr întreg arbtrar. Aeastă euaţe este valablă daă nu exstă salt de ungh în semnalul de eşre, între ϕ(n) ş ϕ((n-). 93
Când se detetează un salt între două măsurător, formula de alul a vteze unghulare se shmbă în: ω 2π N ( n ) Φ( n ) Φ( ( n ) ) ± / unde semnul ± este dtat de semnul saltulu unghular. 6.2 radutoare de vteză lnară 6.2. Determnarea vteze lnare dn turaţe Determnarea vteze lnare ând se unoaşte turaţa se fae asond vteza lnară u o mşare de rotaţe (a în azul motoarelor eletre rotatve are antrenează o remaleră sau a une role are ală pe materalul e se deplasează lnar). Prnpul este următorul: se măsoară turaţa u un tradutor de turaţe ş, alegând onvenabl onstanta tradutorulu, aesta poate nda dret valoarea vteze. Metoda este aplablă doar în azurle ând nu exstă aluneare. 6.2.2 Determnarea vteze prn ronometrarea tmpulu de parurgere a une dstanţe unosute Paralel u traetora moblulu a ăru vteză se măsoară, în două punte fxe se află două ansamblur optoeletrone formate dn sursă optă ş fotodetetor, e lurează prn reflexe. Dstanţa între ansamblur este unosută ş se alege astfel înât să rezulte alule ât ma smple. mpulsul u durată nvers proporţonală u vteza moblulu (refletorzant) se obţne folosnd un rut bstabl are este setat de mpulsul dat de prmul ansamblu fotoeletr ş resetat de mpulsul dat de al dolea fotodetetor. Vteza moblulu se alulează împărţnd dstanţa unosută dntre ele două sonde fotoeletre la durata mpulsulu obţnut la eşrea bstablulu. 6.2.3 Determnarea vteze prn măsurarea dstanţe parurse într-un nterval de tmp unosut Metoda foloseşte un senzor optoeletron nremental de deplasare. mpulsurle prmte de la un fotodetetor sunt numărate într-un tmp fx. O rglă 94
gradată u repere dstanţate unform u x, se mşă soldar u moblul ş se găseşte între o sursă de radaţ opte ş un fotodetetor. mpulsul de durată este obţnut de la un generator monompuls. mpulsurle date de fotodetetor ş formate u formatorul de mpulsur sunt numărate de numărător pe durata, atât tmp ât o poartă logă Ş este deshsă de mpulsul de la generatorul monompuls. Numărul însrs în numărător este N f., unde f este frevenţa mpulsurlor date de fotodetetor. Daă în tmpul moblul parurge dstanţa x, atun: f x / ( x -) ş N x. / (. x). Deoaree / x k onst., rezultă: N kx / k.v 6.2.4 Vtezometru u efet Doppler u laser multlne În varanta de bază a unu vtezometru u laser u efet Doppler se măsoară deplasarea de frevenţă Doppler a radaţe laser refletate înapo de suprafaţa în mşare. Sstemele onvenţonale permt măsurarea vtezelor în gama km/s într-o peroadă de aproxmatv 20µs, u o rezoluţe temporală sub 50 ns. Deplasarea de frevenţă Doppler f este proporţonală u vteza v a puntulu de împrăştore a suprafeţe solde: f ~ f.v/, unde f este frevenţa laserulu ş vteza lumn. nformaţa este obţnută u analzoare a nterferometrele Mhelson sau Fabry-Perot, e au însă ontrast al franjelor ş gama săzute. Pentru a măr ontrastul trebue mărtă ntenstatea radaţe laser. Analza deplasăr de frevenţă Doppler neestă folosrea radaţe opte monoromate u lăţmea spetrală sub gama spetrală lberă a nterferometrulu, uzual laser u o frevenţă. ezultate ma bune se obţn daă se foloseşte radaţe optă multlne: daă ma multe radaţ monoromate lumnează smultan un nterferometru Fabry- Perot, feare radaţe produe un sstem de franje de nterferenţă. Când dstanţa dntre lnle radaţe opte este egală u gama spetrală lberă a nterferometrulu, franjele de nterferenţă se suprapun. Cele ma bune rezultate s-au obţnut u un spetru de anale dat de un nterferometru Fabry-Perot, are fltrează un fasol olmat de la un laser de bandă largă. nterferometrul Fabry-Perot este transparent doar pentru frevenţele opte în rezonanţă u frevenţa fundamentală a avtăţ, dstanţa dntre frevenţe fnd egală u gama spetrală a nterferomtrulu. Vteza se alulează u formula: 95
2 2 D D 0 v q 2 D D0 v a 2 unde D este dametrul nelulu dnam, D 0 ş D sunt dametrele a două nele state vene, q numărul nelulu dnam ar v a este vteza are ndue o deplasare Doppler, astfel înât nelul dnam se suprapune u următorul nel stat: v a λ, e dstanţa înre oglnzle nterferometrulu. 4e 6.2.5 radutor de vteză u senzor potenţometr Pentru măsurarea vtezelor săzute, sub rot/mn, metodele numere uzuale neestă tmp de măsurare mare, deoaree trebue detetat el puţn un front resător al semnalulu de la senzorul de vteză, în tmpul de măsurare. Senzorul de vteză u potenţometru rezstv fără ontat poate avea o aurateţe de 0,8 % pentru vteza de rot/mn, într-un tmp de măsurare de 0,2 s. Shema de prnpu a tradutorulu u senzor de vteză potenţometr fără ontat este dată în fg. 6.2. 0 Oslator Martn modfat ss 2 C s - + C nt V o C off - + nversor V 0 V ntegrator Comparator V s /2 Fg. 6.2 96
Shema onţne un potenţometru fără ontat ş un oslator. Senzorul de vteză săzută este un potenţometru rezstv modfat, u ontatul aluneător fără ontat u stratul rezstv. Senzorul are două părţ, eletrodul mobl ş stratul rezstv, între are se formează apatatea de uplaj C. ezstenţa stratulu rezstv este ss + 2. Mşarea eletrodulu mobl are a efet modfarea urentulu s prn apatatea C. Curentul s dă nformaţa despre vteza de măsurat ş poate f onvertt în semnale u peroada modulată folosnd un oslator u relaxare. Semnalele modulate în durată sunt deodate u un mroontroler. Formele de undă ale tensun V 0 de la eşrea ntegratorulu, pentru azul ând se mşă eletrodul mobl al senzorulu, sunt reprezentate în fg. 6.3. V 0 Panta ( 0 s )/C nt t t + t + C ( t ) V nt ss C C + off Fg. 6.3 Exstă două ntervale de tmp: tmpul de înărare ş tmpul de desărare +, egale u: V C 0 ( t ) ss + C s off ; + V C ( t ) 0 + ss s + C off unde V este tensunea de almentare ş s este un urent determnat de varaţa rezstenţe în tmp: 97
s C dv dt V C ss d dt ( t) Pentru potenţometrul lnar, vteza nstantanee rezultă: () t Le d v, unde L e este lungmea efetvă a stratulu rezstv lnar. dt ss ezultă: s V C L e v t t + d dt Pentru vteză onstantă: ( + ) ( ) Vteza v măsurată în tmpul + + este: 0 L v V C e + Le + + 2 0C + Metoda de măsurare are âteva dezavantaje, determnate de: - eroarea dată de tmpul de întârzere t d al rutulu de proesare; - nfluenţa tensunlor de dealaj ş a urenţlor de polarzare a ntegratorulu ş omparatorlu; - zgomotul mare de eşantonare, în speal pentru tmp surt de măsurare. Aeste dezavantaje pot f elmnate daă se măsoară ma multe peroade ale semnalulu de eşre dn oslator. În aeste ondţ rezultă o vteză mede: L L e 20C 0 e vm 2N 2N V C 22 22 2 N unde:, 22 ar semnul rezultatulu ndă sensul vteze. 4N 2N + 98