TRASDUTTORI A CORRENTI PARASSITE - Dipartimento di ...misure.mecc.polimi.it/files/Materiale Didattico/Lez_08_Spostamento... · LASER A TRIANGOLAZIONE © Misure e Tecniche Sperimentali

1

Misure di spostamento Misure di spostamento senza contattosenza contatto

© Misure e Tecniche Sperimentali - Alfredo Cigada

2

TRASDUTTORI TRASDUTTORI

A CORRENTI A CORRENTI

PARASSITEPARASSITE

2


3

�� bobina alimentata bobina alimentata con corrente alternata con corrente alternata ((≈≈≈≈≈≈≈≈1 MHz)1 MHz)

�� la bobina genera un la bobina genera un campo campo elettromagneticoelettromagnetico

oscill.oscill.

bobinabobina

linee di flussolinee di flusso

correnti parassitecorrenti parassite

superficie metallicasuperficie metallica

Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento


4Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: principio di funzionamentoprincipio di funzionamento

3


5

oscill.oscill.

bobinabobina



superficie metallicasuperficie metallica

�� sul conduttore nascono sul conduttore nascono le correnti parassitele correnti parassite

�� l’intensità delle correnti l’intensità delle correnti parassite è funzione parassite è funzione della distanza del della distanza del trasduttore dal trasduttore dal conduttoreconduttore

�� le correnti parassite le correnti parassite modificano l’induttanza modificano l’induttanza della bobinadella bobina



6

�� Le correnti parassite nel Le correnti parassite nel conduttore creano a loro conduttore creano a loro volta un campo volta un campo elettromagnetico che elettromagnetico che modifica l’induttanza della modifica l’induttanza della bobinabobina

�� Si può dunque eseguire Si può dunque eseguire una misura di variazione di una misura di variazione di induttanzainduttanza


4


7

oscillatoreoscillatore

demodulatoredemodulatore

amplificatoreamplificatore

bobinabobina

conduttoreconduttore





8

Si misura una variazione di variazione di induttanzainduttanza

demod.demod.e F.P.B.e F.P.B.

bobinabobinaattivaattiva

bobina dibobina dibilanciamentobilanciamento

Trasduttori a correnti parassite: circuito Trasduttori a correnti parassite: circuito di misuradi misura

5


Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: circuito di misuracircuito di misura

9


10Eddy Eddy currentcurrent probeprobe

6


11

� Portata: 2 mm (a partire da 0,25 mm)

4 mm ( a partire da 1 mm)

� Diametro sonda: 5 ÷ 14 mm

� Sensibilità: 8 ÷ 4 V/mm

� Linearità: < 0,05 ÷ 0.2 mm

Trasduttori a correnti parassite: valori Trasduttori a correnti parassite: valori tipicitipici


Problemi tipiciProblemi tipici

• Centralina nasce per cavo di una determinata lunghezza• Taratura varia con materiale (diverso il meccanismo di

sviluppo delle correnti parassite)• Alimentazione tipica -18 V – -24 V: come si fa??• Uscita ha i 18 V dell’ingresso sovrapposti al segnale

(offest elettrico) – le schede raramente accettano più di 10V. Inoltre l’offset rischia di essere ben maggiore del segnale.

12

7


13

Trasduttori a correnti parassite: da un Trasduttori a correnti parassite: da un catalogocatalogo

13


Trasduttori a correnti parassite: la Trasduttori a correnti parassite: la centralina di condizionamentocentralina di condizionamento

14

8


Trasduttori a correnti parassiteTrasduttori a correnti parassite 15


0

1

0.5

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

usci

ta [

V ]

distanza relativa [mm]

22°C100°C177°C

Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale

[mm

]

0

1

0.5

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

usci

ta [

V ]


22°C100°C177°C

Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale

[mm

]

16Sensibilità alla temperaturaSensibilità alla temperatura

9


17

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

usci

ta [V

]


AISI E4140AISI 304AlCu

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

usci

ta [V

]


AISI E4140AISI 304AlCu

Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: sensibilità al materialesensibilità al materiale


18

� Trasduttori di prossimità on-off

� Trasduttori di spostamento

Trasduttori a correnti parassite:Trasduttori a correnti parassite:

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

10


19Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: applicazioni su ROTORIapplicazioni su ROTORI

© Misure e Tecniche Sperimentali - Alfredo Cigada2020

11


21

ωωωωCond.

[s]

[ V ]

ωωωωCond.

[s]

[ V ]

Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: RIFERIMENTO RIFERIMENTO DIDI FASEFASE


22Trasduttori a correnti parassite: Trasduttori a correnti parassite: spostamento relativo pernospostamento relativo perno--cuscinettocuscinetto

12



Salita 1Salita 1Salita 2Salita 2Salita 3Salita 3

0.20.2

00

0.050.05

0.10.1

0.150.15

0.20.2

00 0.050.05 0.10.1 0.150.15Spostamento X [mm]Spostamento X [mm]

Spo

stam

ento

Y [m

m]

Spo

stam

ento

Y [m

m]

= 0 rpm= 0 rpm

= 1500 rpm= 1500 rpm

LUOGO DEI CARICHI LUOGO DEI CARICHI DIDICUSCINETTO CUSCINETTO DIDI ALTERNATOREALTERNATORE

13


Sovrapposizione vibrazioniSovrapposizione vibrazioni--difetti difetti di formadi forma

25


Dilatazioni differenzialiDilatazioni differenziali 26

14


Vibrazioni assialiVibrazioni assiali 27


Lavorare con le armonicheLavorare con le armoniche 28

15


ΙΙ armonicaarmonica

ΙΙΙΙ armonicaarmonica

totaletotale

Transitorio di avviamento di un gruppo da 600 Transitorio di avviamento di un gruppo da 600 MW: rotore di bassa pressioneMW: rotore di bassa pressione

29


30Trasduttori a correnti parassite: ESEMPITrasduttori a correnti parassite: ESEMPI

16


31Trasduttori a correnti parassite: ESEMPITrasduttori a correnti parassite: ESEMPI


32

TRASDUTTORI TRASDUTTORI

CAPACITIVICAPACITIVI

17


33

� C = capacità [pF]

� ε0 = costante dielettrica dell’aria [pF/m]

� εr = costante dielettrica del materiale trale armature [pF/m]

� A = area delle armature

� d = distanza tra le armature

C =C =AAdd00εεεεεεεε εεεεr

Trasduttori capacitiviTrasduttori capacitivi


34

C =C =AAddεεεεεεεεrrεεεεεεεε00

Si può variare C variando εr: legame lineare


18


35

C =C = εεεεεεεε AAddrrεεεεεεεε00

Si può variare C variando A: legame lineare



36

Si può variare C variando d: legame non lineare

C =C = εεεεεεεε AAddrrεεεεεεεε00


19


37

Misura di Spostamento RelativoMisura di Spostamento Relativo

Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI


38

MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

dd



(AC)(AC)

SENSORESENSORE



(AC)(AC)

SENSORESENSORE

dd


20


39


(AC)(AC)

SENSORESENSORE

ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA

CHASSISCHASSIS


(AC)(AC)

SENSORESENSORE



(AC)(AC)

SENSORESENSORE


CHASSISCHASSIS



40

Si misura la variazione di impedenza Z:

CjZ

ω1=

VVee

SS

Z

circuito di circuito di condizionamentocondizionamento

Circuiti di misura: ponte di Circuiti di misura: ponte di WheatstoneWheatstonein C.A.in C.A.

21


ConsiderazioniConsiderazioni

• La capacità è un interruttore aperto per un circuito alimentato in continua.

• Per avere segnale deve continuamente variare la capacità• Se voglio misure in condizioni stazionarie devo alimentare

in alternata (si fa lavorare la capacità)

• Si fa vedere un esempio di che cosa succede quando alimento in continua

41


42

� Portata: 0,05 ÷ 10 mm

� Sensibilità: 1 ÷ 200 V/mm

� Risoluzione: 0,02 % f.s.

� Linearità: > ± 0,2 % f.s.

Figura Figura µεµε

Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:Valori tipiciValori tipici

22


43

Svantaggi:Svantaggi:

�� sensibili alle variazioni di capacità del cavosensibili alle variazioni di capacità del cavo

�� sensibili alle variazioni delle caratteristiche sensibili alle variazioni delle caratteristiche

del dielettrico (acqua, olio, umidità)del dielettrico (acqua, olio, umidità)

�� elevata impedenzaelevata impedenza

Vantaggi:Vantaggi:

�� elevata sensibilità e stabilitàelevata sensibilità e stabilità

�� poco sensibili alle variazioni di temperaturapoco sensibili alle variazioni di temperatura



44Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

Misure di LIVELLO

23


gapgap

minimo valore diminimo valore dicapacitàcapacità

gapgap

Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi: APPLICAZIONI APPLICAZIONI per misure diper misure di coppiacoppia

massimo valore dimassimo valore dicapacitàcapacità

45


Trasduttori capacitivi: catalogoTrasduttori capacitivi: catalogo 46

24


Trasduttori capacitivi: catalogoTrasduttori capacitivi: catalogo 47


48Trasduttori capacitivi:Trasduttori capacitivi:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

Misure di LIVELLO

25


49

LASER A LASER A TRIANGOLAZIONETRIANGOLAZIONE


50

FotorilevatoreFotorilevatore

diododiodolaserlaser

campo dicampo dimisuramisura

Laser a triangolazioneLaser a triangolazione

26


51

Sensore analogico

Sensore digitale



52

y = 0y = 0 -- yy+ y+ y

i = 0i = 0

-- ii

+ i+ i

foto rilevatorefoto rilevatore

lentilenti

diododiodolaserlaser

θ θ θ θ θ θ θ θ = 30= 30°°-- 5050°°

iA

iCxx


27


53

iiAA

iiCC

conver.conver.corr./tens.corr./tens.

conver.conver.corr./tens.corr./tens.

eeAA

eeCC

eeAA-- eeCC

eeAA+ e+ eCC

eediffdiff

eesomsom

eeddeess

eexx

GGxx

fasciofasciodi lucedi luce

Uscita indipendente dalla intensità del

fascio laser



54Laser a triangolazioneLaser a triangolazione

28


55

±±±±±±±±10%10%

--55 00 +5+5

distanza [mm]distanza [mm]

--55

00

+5+5

outp

ut [

V]

outp

ut [

V]

+10%+10% --10%10%

distanzadistanzadi misuradi misura

trasduttoretrasduttore

50 mm50 mm

45 mm45 mm

55 mm55 mm

--5 V5 V

0 V0 V

+5 V+5 V

regolazioneregolazioneguadagnoguadagno

portataportata



56

5050 5555mmmm

outp

ut [

V]

outp

ut [

V]

4545

00

+5+5

--55

campo di misuracampo di misura

sensibilitàsensibilità1 V/mm1 V/mm

Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:CAMPO CAMPO DIDI MISURAMISURA

29


57

� raggio laser visibile ( λ = 675 nm)

� spot di piccole dimensioni ( φφφφ = 0,1 ÷ 1 mm)

� poco sensibili alla rugosità superficiale e alle variazioni di colore del target

Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:CARATTERISTICHECARATTERISTICHE


58

� Portata: ± 0,25 ÷ 100 mm

� Distanza di misura: 5 ÷ 340 mm

� Linearità: 2 ÷ 600 µµµµµµµµm

� Risoluzione: 0,1 ÷ 60 µµµµµµµµm

� Tempo di integrazione: 0,01 ÷ 30 ms

Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:Valori tipiciValori tipici

30


59

posizionamentoposizionamentobraccio robotbraccio robot

misura dimisura divibrazionivibrazioni

Laser a triangolazione:Laser a triangolazione:APPLICAZIONIAPPLICAZIONI


60

misura dimisura dilivellolivello

misura dimisura dispessorespessore


31


61

controllo di processi produttivicontrollo di processi produttivi



APPLICAZIONIAPPLICAZIONI 62

32


63




33


--0.300.30

--0.200.20

--0.100.10

0.000.00

0.100.10

0.200.20

0.300.30

0.400.40

00 200200 400400 600600 800800

AM

PIE

ZZ

A [m

m]

AM

PIE

ZZ

A [m

m]

DISTANZA [mm]DISTANZA [mm]

APPLICAZIONI:MarezzaturaAPPLICAZIONI:Marezzatura 65


66TaraturaTaratura

34


67

TRASDUTTORI DIGITALITRASDUTTORI DIGITALIENCODERENCODER


68

alberoalberoEncoderEncoder

35


69EncoderEncoder


70

� Il segnale di uscita è costituito da una

successione di N impulsi per giro

(N = numero di incisioni)

� Il riferimento angolare viene perduto se si

interrompe l’alimentazione

tempotempo

uscitauscita[V][V]

Encoder incrementaliEncoder incrementali

36


71

� Monodirezionale:

� uscita A: N impulsi per giro

� uscita Z: 1 impulso per giro

uscita Auscita A

uscita Zuscita Z

NNon permette di ricavare il verso di rotazione on permette di ricavare il verso di rotazione dell’albero.dell’albero.



72

� Bidirezionale:

� uscita A

� uscita B

� uscita Zuscita Zuscita Z

uscita Auscita A

uscita Buscita BA in anticipo su BA in anticipo su B

rotazione orariarotazione oraria

uscita Auscita A

uscita Buscita BB in anticipo su AB in anticipo su A

rotazione antiorariarotazione antioraria

uscita Zuscita Z


37


73

� Il numero massimo di incisioni N che si

possono realizzare dipende dal diametro del

disco

� Da N dipende la Risoluzione Angolare ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ :

N360∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ ====

°°°°

N indicativo: 1 N indicativo: 1 ÷÷ 9000



74

� Possono essere utilizzati per misurare la

velocità angolare di rotazione di un albero:

� La rotazione dell’albero può essere

ricavata contando gli impulsi k dal

riferimento Z:

tempotempo

uscitauscita[V][V]

∆∆∆∆∆∆∆∆tt

ttωωωωωωωω ========

∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆∆∆∆∆∆∆∆

θθθθθθθθ = k = k ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ


38


75

� Disco codificato con n piste (bit) che vengono lette simultaneamente fornendo un’uscita in codice (binario, Gray)

� Per ogni settore angolare si ha un codice differente

� Con un solo disco il numerodi settori angolari N è pari a:

N = 2n

Encoder assolutiEncoder assoluti


76Funzionamento encoderFunzionamento encoder

39


77

� Le n piste vengono lette da n fotorilevatori differenti



78

� Dal diametro del disco dipende il numero di piste n (n = numero di bit)

� Da n dipende la Risoluzione Angolare ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ∆θ :

n = 2 n = 2 ÷÷ 1616

360∆ϑ∆ϑ∆ϑ∆ϑ ====°°°°

2 n


40


79

� In corrispondenza della zona limite non si conosce il valore assoluto della posizione



80

� CODICE GRAY:

cambia solo un bit alla volta


41


Binario tradizionale

Binario GREY Utilizzo di un numero di settori

minore

Le logiche digitaliLe logiche digitali81


82

La capacità del cavo limita la frequenza di uscitaarrotondando il fronte d’onda delle onde quadre

ININ OUTOUT

ININ

OUTOUT

Frequenza massima di uscitaFrequenza massima di uscita

42


83

0 2000 4000 6000 8000 10000100

10 k

rpm

N (

num

ero

di d

ivis

ioni

)

Frequenzemassime tipiche

10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz

[ ]ω maxmax= FN rpm60

0 2000 4000 6000 8000 10000100

10 k

rpm

N (

num

ero

di d

ivis

ioni

)

Frequenzemassime tipiche

10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz

[ ]ω maxmax= FN rpm60

Massima velocità angolareMassima velocità angolare


84Encoder: immagini e riferimenti Encoder: immagini e riferimenti angolariangolari

43


85Encoder: esempio di certificato di Encoder: esempio di certificato di taraturataratura


86Encoder: il problema del giuntoEncoder: il problema del giunto

44


87Encoder: il problema del giuntoEncoder: il problema del giunto


88

Encoder: catalogoEncoder: catalogo 88

45





46


91Utilizzi tipici dell’encoderUtilizzi tipici dell’encoder

Documents

TRASDUTTORI A CORRENTI PARASSITE - Dipartimento di ...misure.mecc.polimi.it/files/Materiale Didattico/Lez_08_Spostamento... · LASER A TRIANGOLAZIONE © Misure e Tecniche Sperimentali