Sensoren en meetsystemen

Citation for published version (APA):Schoot, van der, H. W. P. (1985). Sensoren en meetsystemen. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde,Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPB0160). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date:Gepubliceerd: 01/01/1985

Document Version:Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can beimportant differences between the submitted version and the official published version of record. Peopleinterested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit theDOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and pagenumbers.Link to publication

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, pleasefollow below link for the End User Agreement:www.tue.nl/taverne

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us at:openaccess@tue.nlproviding details and we will investigate your claim.

Download date: 28. Feb. 2021

SENSOREN EN MEETSYSTEMEN

Auteur: ing. H.W.P. van der Schoot

WPB-Rapport nr. 0160 febr.'85

Trefwoord: Sensoren, meetsystemen.

Dit rapport bevat hoofdstuk 2 van het dictaat behorende bij het college: Werktuigbouwkundige Meettechniek.

INHOUD

2.1. Inleiding ..................................................... 2.1

2.2. Indeling van transducers, sensoren, opnemera ... ~ ... , .......... 2.2 2.2.1. Wat wordt er gemeten? .................................. 2.3 2.2.2. Wat is het tastend element? ............................ 2.3 2.2.3. Het omvormend element .................................. 2.3 2.2.4. Aard en grootte van het uitganssignaal ................. 2.4 2 .2. 5. Het meetbereik ......................................... 2. 6 2.2.6. Toelaatbare omgevingscondi ties ......................... 2.8 2.2.7. Speciale voorzieningen ................................. 2.10 2.2.8. Toepassingsgebied ...................................... 2.10

2.3. Communicatie .................................................. 2. 10

2.4. Omzet- en tastprincipes ....................................... 2.14 2.4.1. Het weerstandprincipe ........................... ;...... 2.14 2.4.2. Ret capacitieve principe ............................... 2.15 2.4.3. Ret inductieve principe ................................ 2.17 2.4.4. Ret piezo-elektrische principe ., ....................... 2.19 2.4.5. Ret thermo-elektrische principe ........................ 2.20 2.4.6. Ret elektronenemissie principe ......................... 2.21 2.4.7. Het ionisatie principe ................................. 2.22 2.4.8. Ret Rall-effekt principe ............................... 2.23 2.4.9. Diverse principe's ..................................... 2.24

2.5. Praktische voorbeelden: verplaatsing, translatie, rotdtie ..... 2.24 2.5.1. Algemeen ............................................... 2.24 2.5.2. Absolute en incrementele meetsystemen .................. 2.26 2.5.3. Meetsystemen voor roterende en lineaire bewegingen ..... 2.26 2.5.4. Benadering, kleine verplaatsingen ...................... 2.27 2.5.5. De fotanic sensor ...................................... 2.30 2.5.6. Inductieve verplaatsingsopnemers, korte meetweg ........ 2.32 2.5.7. Inductieve opnemers voor meting van kleine tot middel-

grote verplaatsingen ................................... 2.34 2.5.8. Variabele transformator, LVDT en RVDT .................. 2.37 2.5.9. Patentiometrische systemen ............................. 2.37 2.5.10.Geluidimpuls meetsysteem ............................... 2.39 2.5.11.Meetsysteem met magnetische merktekendraqer ............ 2.41 2.5.12. De inductieve hoekmeter·, resolver I synchro ............. 2.43 2.5.13.De inductosyn .......................................... 2.48 2.5.14.High gain inductosyn ................................... 2.52 2.5.15.Absolute digitale meetsystemen ......................... 2.53 2.5.16.Interpolatie ........................................... 2.56 2.5. 17.Incrementele digitale meetsystemen ..................... 2.58

2.5. 18.Meetsystemen met statische bemonstering van de merktekendrager ........ '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.58

2.5.19.Interpolatie .. '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.60 2.5.20.Signaalbehandeling ..................................... 2.61 2.5.21.Dynamische bemonstering van de merktekendrager ......... 2.64 2.S.22.Het philips translatiemeetsysteem met optoscanner . : .... 2.65 2.S.23.Array's ................................................ 2.70

2.6. Praktische voorbeelden, algemeen .............................. 2.70 2.6. 1. Inleiding .............................................. 2.70 2.6.2. Snelheid, versnelling ............................... '" 2.70 2.6.3. Kracht, koppel, druk ................................... 2.80 2.6.4. Piezo-elektrische meetschakeling, ladingsversterker .... 2.81 2.6.5. Rekstroken ............................................. 2.83 2.6.6. Temperatuur ............................................ 2.87

Literatuur.

-2.1-

WERKTUIGKUNDIGE MEETTECHNIEK

HOOFPSTUK 2. Sensoren en meetsvstemen.

~.1. Inleidinq.

In onze omgeving (ons milieu) z~Jn talloze processen. gebeurtenissen en boedanigbeden die wij belemaal. ten dele of in bet gebeel niet kunnen beinvloeden. In de meeste gevallen is bet verwerven van gegevens van belang bij bet bepalen van ons bandelen. Om gegevens van fysiscbe grootbeden of boedanigbeden te verkrijgen maken wij gebruik van onze zintuigen en van ons tastvermogen. Daar waar ons waarnemingsvermogen tekortschiet of waar bet ons onmogelijk is om waar te nemen, maken wij gebruik van meetsystemen. In Fig. 2.1 is een acbematiache voorstelling van een meetsysteem gegeven.

WQ.o.rd ta.s~

si.g na.a. L-Ult lezing

p behonde-e omvo,..me,.. L LI19

ene""9Le b,..on

Fig. 2~1. Meetsysteem.

Een zeer belangrijke plaats in een meetsysteem wordt ingenomen door een element (een ding) dat in direkt ·contact- staat met bet (de) te meten objekt (grootbeid). De moeilijke omschrijfbaarheid van deze -apparaten­(gadgets, device's) en bet feit dat ze vaak een dubbele funktie hebben, tasten en oazetten, zijn wellicht een verklaring voor de veelbeid van aanduiding: taster, sensor, meetwaardeomvormer, transducer, probe. detektoI. gauge, pick-up enz. Vele benamingen worden door elk~ar gebruikt. De naam sensor ontbreekt in vele woordenboeken en encyclopedische werken. De duidelijkste definitie's van sensor en transducer zijn waarschijnlijk de Yolgende: Sensor een apparaatje (ding) dat reageert op een fysische excitatie

(zoals warmte. lIcht, beweging) en als gevolg daarvan een signaal afgeeft.

-2.2-

Transducer: een apparaat dat door enerqie uit een systeem (bediend) geaktiveerd wordt en dientenqevolge energie in enig andere vorm levert aan een tweede systeem (bijv. microfoon, geluidinput, wisselspanningoutput),

Deze vr~J vertaalde detinities zijn in originele engelse versie te vinden in: ·Webster's Seventh New Collegiate Dictionary-, Ook deze omschrijvingen zijn, omdat zij op een breed spektrum van toepassing moeten zijn, vaag, De vele verschijningsvormen van sensoren, zelfs als zij volqens hetzelfde principe werken, kunnen mogelijk ook een verklaring zijn voor de veelheid van juiste en minder juiste benamingen.

Zoals uit het voorgaande duidelijk zal zijn heeft het eerste element in een meetsysteem, de taster/omvormer, vaak een ·vertaalfunktie". De te meten grootheid wordt in een of meerdere stappen omgezet in een andere glootheid die in het meetsysteem verwerkt kan worden; vaak komen in een meetsysteem meerdere ·omvormers· (transducers) achter elkaar voor. Voordat het uitgangssignaal van de taster/omvormer geschikt is om geinterpreteerd te worden kan het nodig zijn nog Meen aantal bewerkingen erop los te laten*, Een te zwak signaal moet versterkt worden; een niet lineair verband tussen meetgrootheid en meetwaarde kan gelineariseerd worden. Oit SOOtt bewerkingen vallen onder het begrip signaalbehandeling (signal conditioning). Afhankelijk van de plaatsing en aard van de componenten kunnen een of meer verbindende elementen, communicatie-element(en), in een meetsysteem voorkomen,

Tenslotte komen de meetwaarden aan op het punt waar afhankelijk van de waarden lets gedaan moet worden: a) de uitlezing (meter) die we aflezen geeft aanleiding om meteen aktie te

nemen. b) de waarden worden ter eveluatie genoteerd. Een ander eindstation is

bijvoorbeeld een registrerend element, een regelaar, of een combinatie van genoemde mogelijkheden.

Alle mogelijkheden kunnen ruim geinterpreteerd worden: een regelaar kan een eenvoudige elektrisch bediende klep Zl)n of een computer die via een regelprogramma (algorithme) voor de door ons gewenste procesbeheersing zorqt,

2.2, Indeling van transducers. sensoren, opnemers.

De veelheid van meetprincipe's, te meten grootheden, omgevingsconditie's, bet be lang van metingen of projekten waaraan gemeten moet worden leveren reeds vele uitgangspunten voor de contructie of de keuze van opnemers, Voegen wij bieraan toe de fantasie, de technische en wetenschappelijke kennis en mogelijkheden, alsmede de economische mogelijkheden, dan spreekt het voor zich dat een schier oneindig arsenaal van opnemers ont~ikkeld of nog te ontwikkelen is. Hiervan uitgaande zal het duidelijk zijn dat een

-2.3-

indeling naar soort opnemer bijna onmogelijk is. Toch wordt hier een poging qedaan om een aantal "kriteria" (liever: overwegingen), op een rij te zetten.

2.2.1. Vat wordt er qemeten?

Translatie, rotatie, Iichtsterkte, druk, kracht, spanning, temperatuur, elektrische spanning, stroom, tijd, frequentie, aantal? Of wordt er door een van de bovenstaande grootheden te meten een van de andere grootheden bepaald of een aanverwante grootheid bijvoorbeeld: snelheid, versnelling, rek, hoeveelheid, volume, vloeistofniveau, hoeksnelheid, hoekversnelling. qeleidbaarheid voor warmte of elektriciteit, doorstroming, verlichtinq5sterkte, dichtheid enz.

2.2.2. Vat is het tastend element?

Velk element staat in -direkt contact" met de te meten grootheid? Het tastend element kan een onderdeel zijn van een machine, dat onder belasting vervormt, of het tastend element is extra toegevoegd, Kan er weI van tastend element gesproken worden?

2.2.3. Bet omvormend element.

Dit element vormt het ·uitgangssignaal M van het tastend element om in een ander signaal dat beter te verwerken is. Bijvoorbeeld bij rekstroken geplakt op het vervormend machine-onderdeel uit 2.2.2. wordt de vervorming, rek, omgezet in een weerstandsverandering. In Fig. 2.2 is een voorbeeld gegeven waarin een hijskatrol gelagerd is op een meetas waarin rekstrookjes zijn aangebracht. Dergelijke meetassen zijn voor een aantal belastingwaarden a15 standaardprodukt te koop.

Tast- en omvormende funkties z~Jn vaak in een element gecombineerd. In dit verband kunnen we nog wijzen op een drievoudige onderverdeling: a) Zelf opwekkende elementen: deze elementen zetten de te meten grootheid

direkt om in een andere grootheid. Voorbeelden van dit 500rt elementen zijn: piezo-elektrische elementen, thermo-elektrische e1ementen, fotovoltaische en elektromagnetische elementen. Dit 500rt elementen ontieent aile energie voor de omzetting aan het proces.

b) Elementen die door de teO meten grootheid bediend worden en a15 een kraan meer of minder energie, die extra van buitenaf wordt toegevoerd, doorlaten. Dit 500rt elementen ontleent in het algemeen aanzienlijk mindel energie aan het proces.

c) Elementen die verstoring van een evenwicht doorgeven aan een regelsysteem dat de verstoring terugregelt. Het regelsignaal levert tevens de

-2.4-

aeetwaarde. In dit soort compenserende systemen worden geneel andere eisen gesteld aan net tastelement.

Qpmerkinq: de bendmingen pdssieve en aktieve elementen worden niet door iedereen in dezelfde zin gehanteerd. Er zijn beschrijvingen waarin deze twee begrippen verwisseld worden; bij het lezen van deze verhandelingen moet men zich steeds bewust blijven van de verwisseling. Veel publicisten bezigen de hier gebruikte of zeer verwdnte omschrijvingen o.a.: ·self generating- en -.eer passief-. Elementen vallend onder a) worden door velen passief, die onder b) aktief genoemd.

~-------------------------------.

~'::;~

Wit4-

toad measuremem al~ pulley

Fig. 2.2. Meetas.

toad measurement allhe rope t.xa\lon POIl1\

2.2.4. Aard en grootte van hct uitgangssignadl.

- Het uitgangssignaal kan stdtisch of dynamisch van aard zijn.

-2.5-

Statisch: ais de te meten yrootheid niet verandert dan verandert oak het uitgangssignaal niet. Bijvoorbeeld gelijkspanning of gelijkstroom. QvnamiscQ: oak bij niet veranderende ingangsgrootheid een wei veranderend uitgang5signaal, waaruit pas na bewerking werkelijk informatie verkregen wordt over weI of niet veranderen van de ingangsgrootheid.

- Het uitgangssignaai kan ana1009 of digitaal zijn. Ana100g: de uitgangsgrootheid is via een eenduidig verband gekoppeld aan de ingangsgrootheid; bij elke ingangswaarde hoort een overeenkomend uitgangssignaal. Digitaql: het uitgangssignaal'is ook nu eenduidig verbonden met de ingangsglootheid echter zodanig dat voor elke uitgangswaarde een ·gebi~d van waarden e is aan te geven voor de ingangsgrootheid; dit gebied wordt in beide richtingen ingeklemd door gebieden van ge1ijke grootte. De grootte van het gebied: 1 L.S.B. of ~.n "Least Significant Bit" (zie Fig. 2.3A/B).

uitgo.nq A

u

, , .

Fig. 2.3. Aoa1009 eo digitaal.

uiiqo..ng /0

oJ/I

OliO

0/01

0/00

0011

00/0

0001

B

OOO~-L ______ ~~ ________ -,

o (, ".90.. I1!1

- Er zijn weinig fysische verschijnselen die stapvormige veraderingen van waarden te zien geven. Daarum zijn slechts weinig transducers van nature digitaal. De behandeli~g van digitale signalen biedt echter een aantal voordelen t.o.v. de behande1ing van analoge signalen, o.a.: * Betere mogelijkhedeo om resultaten, ook met zeer hoge nauwkeurigheid,

storingvrij te transporteren (redundant codes). • Geen atleestoutenj in een aantal gevallen staat hier het nadeel

tegenover, dat aan de cijfers niet te zien is of er -speake is van grater ot kleiner wordende signalen. Dit wordt thans meer en meer ondervangen door een edigitale wijzerschaal- (balk) toe te voeqen voor het waarnemen van de toe- of afname (tendens aanwijzing).

• Detectie van maximale en minimale waarden is betrekkelijk eenvoudig. • Omzetten van meetwaarden naar ctndere eenheden is eenvoudig (druk op de

knop) . * Het middelen van waarden is eenvoudig omdat het opzamelen van waarden

eenvoudig is en de toeg<lIIqkeli jkheid van die waarden groat is.

-2.6-

t Selektie van te registreren waarden, bijvoorbeeld bij het verlaten van een bepaald (te kiezen) gebied, maakt een aanzienlijk kleinere lijst van zinvollere meetwaarden mogelijk.

t Manipulatie van aeetwaarden is eenvoudig. Bijvoorbeeld toerental x koppel = vermogen, toerental en koppel worden gemeten, het vermogen wordt als waarde uitgegeven. Dit is slechts een eenvoudig voorbeeld. Een andere mogelijkheid is het toetsen van een objekt aan een mathematisch model met behulp van een computer; hierbij is het model in een algorithme/programma vastgelegd (eventueel omkeerbaar).

- Afschoon bij het praten over signalen dit vaak elektrische grooth~den zoals spanning en stroom betreft, kunnen meer vormen voorkomen: lucht­/vloeistofdruk, geluid, magnetische veiden, elektromagnetische signalen, lichtintensiteit.

2.2.5. Het meetbereik.

Elke opnemer heeft een onderste waarnemingsgrens. Beneden deze grens is de waarneming onbetrouwbaar, onnauwkeurig of zelfs onmogelijk. Zo aok is er eeu bovengrens waarboven waarneming onmogelijk is of waarboven schade ontstaat aan de opnemer; deze schade kan bestaan uit een afwijkende karakteristiek maar ook totale destruktie is een mogelijk gevolg. Boven- en ondergrens samen bepalen het meetbereik waarbinnen kan worden waargenomen. Min of meer onafhankelijk hiervan zijn de dynamische eigenschappen van de opnemer. Begrippen die hierbij thuishoren; frequentiebereik, frequentiekarakteristiek, fasekarakteristiek, eigenfrequentie, impulsresponsie, nulde orde, eerste orde, tweede arde. Het verband tUBsen de ingangsgrootheid (1) en de uitgangsgrootheid {O} noemen we overdrachtsfunktie (H).

H = ¥ De overdrachtsfunktie van lineaire aystemen laat zich beschrijven door een stelael van lineaire differentiaalvergelijkingen:

Voor rekenwerk en studie aan overdrachtafunkties is het van groot voordeel oa gebruik te maken van de Laplace transformatie.

-2.7-

Fig. 2.4. Laplace transformutie.

rct) /(s) Lll.pL ace tro.ns/orm D.h.e

S (1) i.rat:. fl.A.~(.t~e) I Qfnne ,d", W1pl.Llc:. 1 -t op t=o 0

1·· -I 1 QQ., he j olsst.o.p -s op t=o .. t 0

/'tJ.,.,. P lu", c tie L 1 5:1.

-t 0 .

Sin wt 1lf\-/r T~t LV ,

O_\IjrV~_ St.+ Wi

-

COs, IA} t 11\JJ.J\ -.. t 5

0_ VJj _ V~'v_ 51.+ wI.

_4tt 1 e s+ 0( . - .. t • 0

.....",.t . t 1\'1\' -"---~ uJ e -SUI UI t o \/. y- --- (<;+0')2. + ().) 1. ."

",

" ."

1(51)= ~

.. [H(S)=t I

UCs)= I (5)· Ht.v=ia

L~t ....

L 0 o .t-

-2.8-

8ierbij worden funkties in het tijddomein omgezet naar het s-domein; s is te beschouwen als een complexe frequentie: 5 = 0 + jw. De overdrachtsfunktie is te schrijven als:

8(s)

Door de Laplace transformatie van de ingangsgrootheid 1(s) te vermenigvuldigen met de Laplace transformatie van de overdrachtsfunktie 8(5) verkrijgen wij de Laplace transformatie van de uitgangsgrootheid. In Fig. 2.4 zijn enkele Laplace transformaties met bijbehorende signaalvormen en een eenvoudig voorbeeld gegeven.

Opmerkinq: 8(s) = ~ bestaat in deze vorm niet; in werkelijkheid zal een overdxacht die hierop lijkt er uitzien als:

B(s) = 1+~T

V~~r 51 » 1 geldt bij benadering:

H(s) = ~ . i waarbij teen constante is.

De rekenwijze met Laplace transformaties biedt grote mogelijkheden bij het berekenen van overdrachtsfunkties, responsies, stabiliteitsberekeningen aan regelsystemen. Van verdere bespreking wordt hier afgezien. Ter illustratie is in Fig. 2.5 een overzichtsdiagram gegeven. Hierin zijn een aantal kenmerkende eigenschappen van een nulde-, een eerste- en een tweede-orde systeem geillustreerd.

2.2.6. Toelaatbare omgevingscondities.

Een opnemer wOldt niet allen blootgesteld aan de te meten grootheid of een daarmee verwant medium of gebueren. Bet milieu waarin gemeten moet worden kan gunstig zijn: bijvoorbeeld constante temperatuur, druk, vachtigi1eid, geen storende trillingen (versnellingen) enz. Er kunnen echter extreme omstandigheden vooIkomen: hoge temperatuurverschillen, agressieve chemisch invloeden, hoge drukken, extreme versnellingen enz. ·Specifiecatiebladen van opnemers behoren toelaatbare waarden van storende invlaeden te vermelden. evenals de invloed op de meetwaarde.

-2.9-

Fig. 2.5. Hulde-, eerste- en tweede-orde systemen.

sY$te.e"", . ovt r. n\4Lde- o,..de "erste-o,..de iweede-orde re" po" .ie

UCs) H(s.)= ~=A H(s)= 1(~

HCs) c A

H{~)= A

I!. t· fA Trfl~uen I.e-

en r-____ _..w

Ot------- 0+---_.

.71" l' --------

-7T

it------

op

eeltheidu,ictp • -t-------.... o 't t o

/

/

t •

-2.10-

2.2.7. Speciale voorzieningen.

Welke speciale maatregelen zijn genomen bij de constructie van de opnemer? Bijvoorbeeld speciale constructie voor eenvoudige montage of speciale nabewerkingseenheid geintegreerd in de opnemer.

2.2.8. Toepassingsgebied.

Opnemers kunnen door constructie en gebruik van speciale materialen aan bepaalde eisen voldoen. Daarnaast zijn andere faktoren van belang, zoals: uitwisselbaarheid, onderhoudsgevoeligheid, montagekosten, montagetijd, levertijd, prijs. Afhankelijke van het toepassingsgebied, beschikbare gelden en te stellen eisen zal een opnemer gekozen moeten worden.

2.3. Coamunicatie.

Reeds vroeger hadden onze voorouders behoefte aan communicatiemiddelen zoals tromgeroffel of zwaaien met vlaggen om hun soortgenoten van bepaalde gebeurtenissen op de hoogte te stellen. Ook nu nog maken wij gebruik van eenvoudige acoustische middelen zoals toeters, bellen en zoemers terwijl flitsende en knipperende lampen of zwaaiende ·vlaggen· ook nog niet tot het verleden behoren. Daarnaast heeft de mens door de loop der tijden enkele meer geavanceerde communicatietechnieken ontwikkeld zoals radio-apparatuur, televisie, laserstralen, kabelnetten (ook glasvezel). Deze zeqeningen der techniek kunnen wij, naast de meer eenvoudige en historisch bekende middelen, allemaal tegenkomen in meetsystemen. Hierbij moeten wij er ons van bewust zijn dat afhankelijk'van de omstandigheden en de funktie, diverse elementen op heel verschillende schaal kunnen voorkomen. Zo kunnen kabelverbindingen voor transport van elektrische signalen enkele centimeters, maar ook kilometers lang zijn. Een verbinding door middel van infrarood licht kan over enkele millimeters, maar ook (via glasvezelkabel) over kilometers plaatsvinden. Bij de soort verbindingen beperken wij ons niet tot licht, elektriciteit en aanverwante verschijnselen, maar denken wij ook aan geluid, druk in diverse media (via buizen of slanqeIl) en mechanische aiddelen zoals stangen, hefbomen en snaren. In Fig. 2.6 zijn enkele eenvoudige schematische voorbeelden gegeven.

Fiq. 2.6 .. CollUllunicatie.

Led.

-2.11-

Licht

•

i ;otocliode

....... J _____ ..J) ..... 9"" .. ",2eL­

kCl.el

a~t&~~~ ~~te~~e .. eLektro­

l't'tQ.g ,. at. ve1.Gl

%t'nde,..

-2.12-

De signaaloverdracht kan een statisch of een dynamisch karakter hebben. Statisch wil zeggen: de statische grootheid van het transportmedium (of verschijnsel) zoals lichtintensiteit, elektrische spanning of stroom, druk in een medium, is recht evenrediq met de meetwaarde. In het geval van dynamische overdracht wordt de meetwaarde als modulatie op een -draagqolf­meegegeven. Beide manieren van informatie-overdracht hebben eigen mogelijkheden, moeilijkheden, voor- en nadelen. Over het algemeen kan gesteld worden dat statische overdracht minder ingewikkeld is dan dynamische overdracht, wat niet inhoudt dat de elementen altijd eenvoudiger, goedkoper en robuuster zijn. Dynamische overdracht biedt diverse mogelijkheden die vooral op lange afstanden goede mogelijkheden bieden voor storingvrije informatie-overdracht. In Fig. 2.7 zijn een aantal dynamische signaalvormen geschetst die hier in het kort vernoemd worden: • Amplitude modulatie: AM (Amplitude Modulation).

Informatie wordt als amplitudevariatie op een (sinu5vormige) draaggolf overgebracht. Bij het terugwinnen van de informatie is de verhouding draaggolfamplitude/modulatiediepte van groat belang.

• Frequentie modulatie: FM (Frequency Modulation). Informatie wordt als frequentieverandering op een (sinu5vormige) draaggolf overgebracht. Stabiliteit en bekendheid van de draaggolffrequentie zijn van groot belang.

• Fase modulatie: PM (Phase Modulation). Informatie wordt als faseverschuiving op een draaggolf overgebracht. Stabiliteit van frequentie en fase van de grondgolf zijn erg belangrijk .

•• Impulsamplitude modulatie: PAM (Pulse-Amplitude Modulation). Hierbij wordt de informatie overgebracnt in de vorm van de amplitude van over te seinen impulssignalen; de waarden nul (of minimaal) en vol meetbereik (of maximaal) worden regelmatig meegezonden .

•• Impulsduur modulatie: PDM (Pulse-Duration Modulation). Informatie is hierbij terug te vinden uit de tijdsduur van overgebracnte signaalimpulsenj ook hier is het van belang dat regelmatig de minimale en de maximale waarde worden meegezonden .

•• Impulspositie modulatie: PPM (Pulse-Position Modulation). Het moment waarop een impuls aankomt na een referentietijdstip dat door middel van een rij tijdreferentie impulsen wordt overgebracht, geeft via het tijdverschil de grootte van net meetsignaal .

•• Impulscode modulatie: PCM (Pulse-Code Modulation). De informatie wordt als digitaal getal in de vorm van een impulsenrij overgebracht; afwezigheid of aanwezigheid van een impulsniveau betekent respectievelijk 0 of 1 op de overeenkomstige plaats van het overgeseinde (binaire) getal.

-2.13-

Fig. 2.7. ModulatievOlwen.

_~ !NSNJJflJl

!lJJfI1 FM PM -

---- ~ I sy"c:. "I . e.L.... d.o L '"'ft. "'01(.. rn e 1; ,..., Q. ..... ,.. .... '"

-- -pAM--sy"c.

- -ppM 00101100100000 1 ......... ..:.....p.; .... 1001101010'10

-2.14-

De hier gegeven opsomming is niet volledig; allerlei tussenvormen van communicatie zijn mogelijk. Opmerkelijke verschillen zijn aan te wijzen tussen de eerste groep (*) en de tweede groep (*t) van modulatie/communicatievormen. Bij de tweede groep is meer dan bij de eerste groep sprake van een verbindingsprotocoli afspraken over referentiewaarden, synchronisatie, -handshaking-, overdrachtvolgorde. Tevens is bij de tweede groep duidelijk een looptijd aan te wijzen, naast een of meer tijdconstanten (frequentiebereik beperkend).

In het voorgaande is nog gezwegen over uitgetypte lijsten met meetwaarden (·printout-), registraties op alleriei papiersoorten (en vormen), ponskaarten, magneetbanden, gesproken woord enz. ais communicatiemiddel. AIle vormen van communicatie kunnen afhankelijk van doel, storingvrijheid, bedrijfszekerheid, snelheid, tijdsduur, kosten, economisch belang, geheimhouding, milieu enz. als verantwoord communicatiemiddel hun toepassinq vinden. Bij de keuze van middelen kunnen bepaalde eisen vrij willekeurig de overhand nemen: bijvoorbeeld levertijd, kosten, bedrijfszekerheid.

2,4. Omzet- en tastprincipes.

2.4.1. Het weerstandprincipe.

De elektrische weerstand R van een geleider, van homogeen materiaal, met constante doorsnede, is bij gelijkblijvende voorwaarden uit te drukken in de Iengte 1, de doorsnede A en de soorteIijke weerstant Q:

R = Q . 1 Verandering van weerstand kan op drie manieren, of combinaties daarvan, plaatsvinden: - wijziging van doorsnede, - veranderen van lengte, - veranderen van soartelijke weerstand.

* Veel taegepast is de methode waarbij de lengte veranderd wordt door middel van een verplaatsbaar contact; een nog meer voorkamende variant daarop is de potentiometer. Zie Fig. 2.8.

-2,15-

R

U ------ -p;....~_.t-:----o -,- 0.- R. ~ t

t

R '" a.·U t

O~Q.~1

A B

Fig. 2.S. A) Variabele weerstand en B) potentiometer.

Vele varianten zijn hierbij denkbaar: lineair, rotatie, meer (oawentelingen) ·slagen" alsmede een niet-lineair weerstand~verloop als funktie van rotatie of translatie.

* Een zeer veel in sterk gevdrieerde vorm vooIkomend principe is het wijzigen van de geleidbaaIheid of soortelijke weerstand. Door de loop der tijden zijn vele legeIingen, zuivere en verontreinigde (stoffen) materialen ontwikkeld met specifieke eigenschappen. Zo zijn er material en die een veranderlijke soortelijke weerstand te zien geven als funktie van de temperatuur of materialen die gevoelig zijn voor magnetische velden, voor lichtintensiteit,' voor trek en voor druk. De laatste categorie staat oak bekend als piezoresistieve materialen; de verandering van de soortelijke weerstand van deze materialen tengevolge van de mechanische belasting, geeft een weerstandsverandering die faktoren groter is dan de verandering van weerstand tengevolge van de optredende verandering in afaetingen door de mechanische belasting (Arekstroken").

2.4.2. Het capacitieve principe.

Afgezien van randverschijnselen is de capaciteit tussen twee planparallelle geleidende platen, onder gelijkblijvende omstandigheden, uit te drukken in ·geaeenschappelijk oppervlakM A, afstand d tussen de platen en de dHHektrische constante (; van h'et medium dat zich tussen de platen bevindt; hierbij geldt voor £:

waarbij EO= de dielektrische constante voor vacuum (influentieconstante), en 'r= relatieve dielektrische constante van een specitiek medium, voor lucht £r" 1.

-2.16-

7 E ~ EO' Cr' £0= 4!~2F/m

:T :d.

~ __ --,'1. -\

Fig. 2.9. Capacitief principe.

r 1m

j ... ,--

In Fig. 2.9 zijn drie manieren gegeven waarop de capdclteit kan veranderen. De eerste variant geeft het volgende verband:

A C = 1 . £ ~ ; 1 . (constante)

Lm·U

dit is in principe een lineai! verband. De tweede vdridnt i~:

c = 1 . £ • A = ~ . (~unstante)

dit is een reciprook verbdnu. De derde variant geeft een iets ander beeId:

c=~ Hierbij is £L = canst. voor lucht en Er ~ canst. VOOf medium. In de uitdruklting is:

een constante, de *nulcapdclteit*, terwijl de faktor

in de tweede term een consttlnte waarde voorstelt; de uitdrukking kan vereenvoudigd geschreven worden:

2.17-

Afgezien van een (·offsetwadrde-) nulcapaciteit is de capaciteit recht evenredig met 1.

2.4.3. Het inductieve principe.

De zelfinductie van een (1all'1e) spoe1 kan. afgezien van randeifekten. uitgedrukt worden in de oppervlakte van de windingen A. de lengte van de spoel 1, het aantal windingen n en de permt!abiliteitsfctktor ~. De laatste faktor ~ = ~o' ~r waarbij ~r de permeabiliteit van een specifiek medium is en ~o = 4./107 Henry/meter (de inductieconstante).

L = ~ . t . n2 Henry

Mogelijkheden om de zelfinductie van een spoel te beinvloeden: - Veranderen van IAr van kerIlmateriaal aIs funktie van de te meten grootneid. - Wijziging van doorsnedc. - Lengteverandering. - Aanbrengen of verplaatsen van kernmateriaal. - Wijziging van net aantal windinljen.

L -Fig. 2.10. Wijziging van zelfinductie.

In Fig. 2.10 is bet principe van veranderinq van zelfinductie gescbetst door aanbrengen, verplaatsen van kernmateriaal (IA r ) en door wijziging van windingenaantal door een vel'plaatsbaaf lopercontact; n.b. in het laatste geval geldt dat L ev.enredig is met n2, waarbij men er zicb van bewust moet zijn dat alleen hele windingen bestaan. Bekend mag worden verondersteld dat de opgewekte' magnetische flux + bij een (spoel) zeIfinductie gevonden wordt uit:

• = L . I

hierbij is I de stroom door de zelfinductie. Een minstens zo bekende vergelijking is:

U =-L . ~

-2.18-

Of: een IIklgnetische fluxverallderinq in een zelfinductie L heeft een spanninq U aan de zelfinductie tengevolge evenredig met de fluxverandering per tijdseenheid (beter: met de aigeleide van flux naar de tijd). Een fluxverandering kan o.a. bereikt worden door een bewegende permanentmagueet of een verplaatsing van een stuk ijzer of ander materiaal lOet hoge ~r-waarde in een magnetisch veld. Dit verschljnsel wordt dagelijks door ons benut: generator in centrale, tachogenerator, fietsdynamo. Diverse opnemers zijn op dit principe gebaseerd. De vraag is of dit principe onder inductid of elektromagnetisch principe geplaatst moet worden; dit onderscheid maken wij hier niet.

Bij meer dan een zelfinductie kennen wij het begrip wederzijdse inductie Mi hierin wordt het verband uitgedrukt tussen de stroomsterkte en de magnetische flux in elk der lelfinciucties. V~~r twee zel finductles L1 en LZ geldt:

M = k . IL" L2

Hierin is k de kopperlfijktor tussenL, en LZ' dat is de mate waarin de flux van de ene ze1finductie omvat wordt door de andere.

A B c Fig. 2.11. WederziJdse lnductie.

In Fig. 2.11A en 8 zijn twee manieren geschetst om de kupp~ltaktor van twee zelfinducties te beinvloeden: A) veranderen van de afstand tU5sen L, en L2. B) verplaatsen van een gemeenschappelijke kern met grate ~r-waarde. A1s een van de zelfinducties gevoed wordt met een wisselspanning U1 (sinusvoraig) zoals in Fig. 11C, dan wordt de in de tweede zelfinductie opgewekte spanning U2 gevonden uit:

.~ 1 "

of andersom:

.~ 2

Eenvoudig cijferwerk levert:

-2.19-

of

Veel opnemers werken volgens dit principe.

2.4.4. Het piezoelektrische principe.

Een aantal materialen zoals Rochellezout, bariumtitanaat en kwarts geven onder mechaniscne belasting ~en lading at tussen twee oppervlakken. Kwarts is van nature anisotroop, d.w.z. heeft in verschillende richtingen andere eigenscnappen, en vertoont V.ln nature het genoemde effekt. Bij andere kristalstrukturen daarentegen moet deze anisotropie -geschapen- worden door bijvoorbeeld tijdelijk een hoge elektrische veldsterkte aan te brengen. Door de superieure eigenschappen van kwarts is de volgende beschrijving toegespitst op kwarts.

• F F

.. .. .. - ! + 1.. I -. , .. :; +

~: i-.. . iF f

- -+ .. - -~-+ + -

A B Fig. 2.12. Piezo-el~ktrisch principe.

In Fig. 2.12 is scnematiscn weergegeven hoe men zich de voor het plezo­elektriscne eftekt noodzakelijke anisotropie (richtingongelijkheid) voor kan stellen. Afhankelijk van de manier waarop een blokje uit een kristal gesneden is kan er sprake zijn van een (A) longitudiaal of van een (B) tlansversa~l piezo-elektrisch effekt. Bij het longitudinaal effekt treedt de lading op aan de oppervlakken waarop de Kracht aangrijpt. Bij het transversaal etfekt treedt de lading op aan twee oppervlakken waarvan de

•

-2.20-

normaal loodrecht staat op de asrichting van de aangebrachte kr3cht. Voor beide effekten is een verband tussen Kracht en lading te omschrijven.Bij het longitudinaal effekt heeft de geometrie van het kristalblok geen invloed op de grootte van de lading, dit in tegenstelling tot de situatie bij het transversaal effekt. Longitudinaal : Q = C . F Transversaal : Q = C . i . F Hierin is, zonder voorteken; Q = lading; F = mechanische belasting, Kracht; C = piezo-elektrische constante, uitgedrukt in pico-Coulomb per mechanische eenheid; y en x afmetingen van het piezo-blok (zie Fig. 2.12).

Door keuze van y en x kunnen grotere gevoeligheden verkregen worden; dit kan bij longitudinale elementen alleen door stapelen. Bij dit laatste ontstaat de kans op verminderde lineariteit tengevolge van vering tussen de elementen ( en hulpelementen, contactringen). Het is gebleken oat door gunstige snederichting transversale kwartselementen zijn te verkrijgen met hoge gevoeligheid en geringe temperatuurinvloed op de gevoeligheid. Vergeleken met de gevoeliger ceramisch~ materialen heeft kwarts vaor opnemers enkele voordelen van overwegend belang: - geringe invloed van de temperatuur op de gevoeligheid over een groot

teaperatuurbereik mogelijk, - bestand tegen veel hogere temperaturen (tot 500°C), - hoge toelaatbare bela~tinq (4 . 105 N/cm2), - hoge isolatieweerstand , minder weglekken van lading, - door de extreme lineariteit en het ontbreken van hysteresisverschijnselen

zijn extreme meetbereiken mogelijk (1 : 106). Het hier beschreven principe vindt zeer veel toepassing in dynamische opneaersi voor extreem Idngz~me verschijnselen kan (door weglekken van lading) van dit principe geen gebruik gemaakt worden.

2.4.5. Het thermo-elektrbche principe.

Worden draden van twee materiaalsoorten x en y met elkaar verbonden zoals in Fig. 2.13, dan zal bij ongelijke temperatuur van de lasplaatsen een spanningsverschil U optreden aan de uiteinden van de Ius.

u.. Fig. 2.13. Thermo-elektriciteit.

-2.21-

De spanning U is evenrediy met het temperatuurverschil (vrijwel linealr verband). Oit effekt staat ook bekend als Seebeck-effekt. In de figuuI zijn de letters M en R bij de lassen geplaatst; M = meetlas en ~~ referentielas. Bij grote temperatuurverschillen en niet te extreme nauwkeurigheidseisen tan de referentielas op omgevingstemperatuur gelaten worden. Bij kleine temperatuurverschillen en/of sterk wisselende omgevingsttmperatuur moet de referentielas op een constante temperatuur gehouden worden; bijvoorbeeld in smeltend ijs (ODC) of in een speciale referentie-oven.

2.4.6. Het elektronenemissie principe.

Elektronenemissie komt afhankelijk van het emitterende materiaal op verschillende manieren tot stand. • Ibermfsche emissie, hierbij worden tengevolge van verhitting van materiaal

elektronen uitgestoten.

1

IIII +

U

A B

u'" LA... aI()orf. $,P,,*1'l1'l J ~ ~

Fig. 2.14. Emissie.

In Fig. 2.14A is het schema getekend van een vacuumdiode. De kathode is het eaitterend lichaam; in het vacuum zijn aIleen negatieve ladingdragers aanwezi9. naaelijk de geemitteerde elektronen. Oit houdt in dat in de diode aIleen een elektronenstroom kan lopen van kathode naar anode; in termen van -elektrische strooa is transport van positieve lading- komt het er op neer dat aIleen stroom door de diode kan vIoeien van anode naar kathode (getekende pijl). Oe met meer (stuur) elektroden uitgeruste elektronenbuizen, camerabuizen, beeldbuizen en vele andere elementen werken op het principe van thermische emissie.

• Foto emissie, hierbij emitteert een materiaal elektronen als gevolg van zichtbare of onzichtbare straling. Om emissie te krijgen moet voldaan zijn aan:

-2.22-

h.v2.e.1jI

Hierbij is h ; constantc Vdn Planck. v ; golflengte van het opvallende licht (straling). e = lading van e~n elektron. IjI = uittreedpotentiaal.

Uit: 1/2 mv2 = h.v-e.1jI kan de uittreedsnelheid v van de elektronen bepaald worden. Deze emissievorm i:3 het basisprincipe van diverse vacuum en gasgevulde -fotodetectors-.

• Secundaire emissie, hierbij wordt een (hulp) anode getroffen door versnelde elektronen, waardoor uit het hulpanodemateriaal een aantal elektronen vrijgemaakt worden, geemitteerd worden; deze elektronen kunnen op hun beurt weer versneld worden o~ weg naar een andere elektrode. Het aantal vrijgemaakte elektronen is afhankelijk van de snelheid van de aanstormende elektronen, dus van het potentiaalverschil dat zij doorlopen hebben en van het dynode (liulpanode) materiaal; de verhouding bombarderende elektronen/'Jeemitteerde elektronen noemt men de secundairc emissiefaktor 6. Zie Fig. 2.14B waalin schetsmatig het verband is weergegeven tussen li en de energie van de a'cmstormende elektronen. Di t type emissie vormt de basi~ van fotomultiplier buizen (10 of meer dynodes), een opnemer die speciaal geschikt is voor het meteh Vdn lage licht en stralingsniveau·~.

* Veldemissie, spontane uitstoot van elektronen onder illvloed van zeer hoge plaatselijke elektrische v~ldsterkte.

2.4.7. Het ionisatieprincipe.

Hierbij kan gedacht worden duD geleiding in vloeistoffen door ionisatie van opgeloste stoffen maar ook adn ionisatie van gassen. De ionisatie van gas sen kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van elektromagnetiscbe golven (radiozender, radar), r6ntgenstraling, madr oak van deeltjesstraling. Een voorbeeld is de Geiger-Muller buis waarmee het mogelijk is am binnenkomende deeltjes te tellen (signaleren); zie Fig. 2.15.

o..node. I { venstcr p;r\r--C~3:-"':::J;1- i. on .. se rend. sos ~+-------~~~--~~ cy

Fig. 2.15. Geiger-Mull~r buis.

-2.23-

Welke deeltjes de buis binJlen kunnen deingen en het gasmengsel in de buis ioniseren hangt af van het materiaal van het venster. De massaspectrometer is een heel ander instrument dat met -geioniseerde stoffen- werkt; hierbij worden versnelde lonen afgebogen, afhankelijk van de massa komen zij op een bepaalde plaats terecht. Dit instrument is een krachtig hulpmiddel bij het bepalen van voorkomende stoffen (kleine concentraties) in een massa.

2.4.8. Het Hall-effekt principe.

Wordt een stroomgeleider loodrechl op de stroomrichtil~ doorsneden door een magnetisch veld (8) dan ontstaat loodrecht op de andere twee ricntingen een elektrisch spanningsverschil U waarvoor geldt:

u - B . b . I - A . n . e

Hierbij is A :::: d.b, n :: aantdl vrije elektronen per m] (materiaalconstallte), e :::: lading van een elektrun. Zie Fig. 2.16.

u/ f""':" __ --:--__ /

Fig. 2.16. Hall-etfekt.

Substitueren wij v = tte de geJlliddelde snelheid van de elektronen, diW

vinden we voor U:

U :::: B . b . v

Realiseren wij nu dat 8 :: magnetische inductie, b : lengtemaat in meter en v = snelheid in meter/sec. ddrt staat er: IUdgnetische inductie madl oppervlak ; flux (t) per tijdseenheid!

U :::: Sf

-2.24-

Oit effekt komen we tegen in toegepaste vorm vaar meting van magneetvelden, maar ook als onderdeel in telmechanismen, rotatie-opnemers , naderingsdetectoren.

2.4.9. Diverse principes.

- Foto-elektriciteit. - Dielektrische verliezen , demping hoogfrequent oscillator. - Wervelstroom verliezen, evt. ala inductief te klasseren. - Magnetostriktie: lengteverandering tengevolge van magnetisch veld. - Lichtinterferentie , laserinterferometer. - Televisiecamerasystemen. - Bimetalen, tengevolge van verschil in uitzettingscoefficient van twee aan

elkaar verbonden elementen treedt bij temperatuurverandering vormverandering op ( bijv. buiging).

- Uitzetting van gassen, vloeistoffen en vaste stoffen als funktie van de temperatuurj vormverand~ring van balgen, spiralen enz. Voorbeeld: Bourdon tube.

- Verschil in soortelijke massa, opwaartse kracht; vlotterprincipe. - Doorbuiging, rek en stuik van materialen onder mechanische belasting. - Gyroscopisch effekt. - Eigenfrequentie als funktie van mechanische spanning. De frequentie waarop

een snaar trilt kan als voIgt worden uitgedrukt:

f = n .zE Waarbij f = frequentie, n = 1, 2, 3 "'1 C = voortplantingssnelheid van de trilling in de snaar waarvoor geldt:

c = I L o F = kracht op de snaar o = Massa per meter

Oe vooIgaande beschrijving geeft enigszins een beeld van de vele principes die in de meettechniek toegepast worden. Deze beschrijving is echter niet compleet, noch in de zin van opsomming noch in de zin van beschrijving van de diverse systemen.

2.5. Praktiscbe yoorbeelden: verplaatsinq, translatie, rotatie.

2.5.1. Algemeen.

Er zijn metingen waarbij slechts een asrichting ·speelt"; bijvoorbeeld de stand van een kraan, een klep of van een vlotter. Bij een groot aantal systemen/machines moeten translaties en rotaties in tweet drie of meer richtingen gemeten worden. Oe richtingen worden ten opzichte van elkaar

-2.25-

vastgelegd door een rechthoekig, rechtsdraaiend assenstelsel zoals in Fig. 2.17A is weergegeven. In Fig. 2.178 zijn de richtingen voor een twee-assige draaibankbesturing geschetst.

+2

J, +z

-X l}--.x .y

·2 A B

Fig. 2.17 Assenstelsel (A), 2-assige draaibankbesturing (B).

V~~r een draaibank is verplaatsing van de langsslede in de richting van de klauwplaat (naar de hoofdspil dus) een beweging van de z·-as in negatieve richting; beweging van de dwarsslede van de voorzijde af in de richting van de hartlijn van de hoofdspil, is beweging van de x-as in negatieve richting.

In het begin van de vorige eeuw werd in de chaos van maten en maatstelsels meer eenheid geschapen. Dit leidde tot de fabricage van betere meetmiddelen, in eerste instantie betere linialen. Tegen het einde van de vorige eeuw waren veel landen in het bezit van secundaire standaarden. Rond deze tijd werden de eerste sets eindmaten gemaakt. In het begin van deze eeuw kwam de lengtemeting met behulp van licht op gang. De status van de metingen met behulp van de golflengte van licht, in het bijzonder de rode spectraallijn van Cadmium, werd vastgelegd. nit betekende dat ijking van eindmaten, door middel van interferometrie, erkend werd (1927). De interferometrie ontwikkelde zich verder tot de laserinterferometrie. In laboratoria behaalt .en .et deze meetmethode nauwkeurigheden van 1 op 1010 tot 1 op 10 11 . Voor deze nauwkeurigheden is het nodig om in vacuum te werken; namel.ijk de golflengte van licht in lucht is afhankelijk van de brekingsindex van lucht, waarbij opgemerkt dat een graad temperatuurverandering van de lucht een golflengteverandering tot gevolg heeft van 1 op 106. Oit is gelijk aan de uitzettingscoefficient van kwarts en invar en ongeveer eentiende van de uitzettingscoefficient van staal. Daar temperaturen niet essentieel beter dan tot eenduizendste graad bepaald kunnen worden, houdt bovenstaande in dat de golflengte van licht in lucht bepaald kan worden met een nauwkeurigheid van 1 op 109 . Dit betekend dat bepaalde objekten nlet nauwkeurlger gemeten

-2.26-

kunnen worden dan met nauwkeurigheden van ongeveer 1 op 108. De grootste nauwkeurigheid van technische lasers ligt op ongeveer 1 op 101 .

In de laatste decennia zijn naast de toegenomen nauwkeurige meetmiddelen, de tolerantie-eisen voor fabricage van gereedschapswerktuigen gestegen. Het meten in werkplaatsen heeft zich geevalueerd van het meten met behulp van vlakplaten met eindmaten en meetklokken via de optische meetmachines, de meetmachines met elektrische c.q. elektronische meetsystemen tot de drie­dimensionale meetmachines met computer voor automatisch "richten en uitlijnen-, data-opslag en automatische verwerking van meetgegevens, die automatisch volgens een opgelegd programma verkregen worden. In de ontwikkeling zijn de mogelijkheden tot het meten direkt op de gereedschapswerktuigen, tijdens de fabricage van een produkt nlet verget~u. In de loop der jaren zijn vele soorten meetsystemen in gebrllik genomen. Een duidelijke indeling van de bestaa~de meetsystemen is niet zonder meer te maken, daar een meetsysteem vaak in meerdere groepen thuisboort. In 2.2 is in dit verband enige stof terug te vinden. Twee manieren van indelen met be trekking tot meetsystemen worden bier nog besproken: - absolute en incrementele meetsystemen, - meetsystemen voor roterende en voor lineaire bewegingen.

2.5.2. Absolute en incrementele meetsystemen.

Voor een absoluut meetsysteem geldt dat voor elke positie van de meetopnemer een uitgangsgrootheid vast ligt. Het nulpunt van bet meetsysteem is niet te kiezen of te verplaatsen; de plaats van bet systeem op een machine bepaalt -het nulpunt" van de machine. Incrementele meetsystemen daarentegen hebben geen vast nulpunt (referentiepunt). Eike positie wordt in principe opgegeven t.O.V. de voorgaande positie. Is het systeem huiten bedrijf geweest, dan moet voor gebruikname het referentiepunt bepaald worden; dit geldt dus ook bij tijdelijke uitval van de energiebron. Deze laatste "qebruik?aanwijzing" geldt niet voor absolute meetsystemen, waarbij na in bedrijf~tellen meteen de juiste positie aangegeven wordt; voordeel van bet incrementele systeem is dat grote vrijheid geboden wordt hij de keuze van het nulpunt van de machine.

2.5.3. Meetsystemen voor roterende en lineaire bewegingen.

Een meetsysteem voor roterende bewegingen (rotaties) is over het allJc;meen een meetsysteem, dat als een gesloten eenheid is opgebouwd, waarbij door middel van een uitstekende as een ronde merktekendrager verdraaid kan worden ten opzichte van de opnemer (of omgekeerd). Dit betekent dat de uitgangsgrootheid van een rotatiemeetsysteem overeenkomt met een hoekverdraaiing. Een meetsysteem voor lineaire verplaatsingen (translaties) is een meetsysteem, waarbij een opnemer linealr verplaatst wordt langs een

-2.27-

rechte merktekendrager (of omgekeerd). De uitgangsgrootheid V,ln het systeem tomt overeen met een lineaire verplaatsing (translatie). Is het nu zo, gezien bovenstaande definities, dat rotatiemeetsystemen aItijd en aIleen ingezet worden om hoekverdraaiingen te meten, en translatiemeetsystemen om lineaire verplaatsingen te meten? Zeer zeker niet! Ret is zeer goed mogelijk, vaak zelfs erg comfortabel en voordelig, om door middel van al of niet reeds aanwezige hulpmiddelen, rotaties om te zetten in translatie of translaties in rotaties. Worden meetsystemen op de laatst genoemde manier toegepast dan spreekt men ook wel van indirekte meetsystemen. Worden meetsystemen toegepast zonder gebruik van hulpmiddelen m.a.w. hoekverdraaiingen rechtstreeks gemeten met rotatiemeetsystemen en lineaire verplaatsingen met translatiemeetsystemen dan spreekt men Vdn direkte meetsystemen. De aanduiding direkte enindirekte meetsystemen zijn nlet te koppelen aan meetsystemen, doch veeleer van toepassing op de manier van inzetten van de systemen. Oat de aanduidingen weI eens verwdrd worden met translatie- en rotatiemeetsystemen is waarschijnlijk te verklaren uit het feit dat het aantal rotatiemeetsystemen, gebruikt voor meting van lineaire verplaatsing, verle het aantal translatiemeetsystemen, dat hoekverdraaiingen meet, overtreft. Rotatiemeetsystemen zijn over het algemeen eenvoudiger van constructie, goed afgedicht en beter beschermd tegen vuil, vocht en schadelijke invloeden van de omgeving; ook wat kosten betreft st'eken deze systemen af tegen translatiemeetsystemen.

eij de beslissing tot toepassing van rotatiemeetsystemen voar het meten vdn lineaire verplaatsingen spelen echter nog andere overwegingcn een rol. Zo zal de rij van mogelijke foutbronnen, verstoringen van nauwkeurigheden voor be ide soorten meetsystemen gelijke oorzaken vertonen: temperatuulveranderingen, onnauwkeurigheid van de merktekendrager, touten ten gevolge van onjuiste montage; de laatste foutbron zal voor rotatiesystemen, die gebruikt worden voor meting van lineair~ verplaatsingen, minder zijn dan voor translatiemeetsystemen. De Il) van mogelijke foutbronnen is voor het rotatiemeetsysteem waarmpt~ lineaire verplaatsingen gemeten worden echter uitgebreider dan voor een translatiemeetsysteem, namelijk: fouten ten gevolge van onvolkomenheden in de -hulpmiddelen· die de lineaire verplaatsing omzetten in een roterende beweginq, zoals: fouten in de spoed van een kogelomloopspindel, slijtage van de aandrijfspindel, speling in de spindel lagers en in de spindelmoer, torsie en buiging.

2.5.4. Benadering, kleine verplaatsingen.

Ret signaleren van het feit dat in een bewegingsafloop een bepaald punt genaderd of gepasseerd wOldt zal door velen nauwelijks als meting gezien worden. Ret belang van een delgelijke signalering is echter vaak erg groot. Zo kan gesignaleerd worden dat een klep of kraan een gewenste stand heeft ingenomen, of dat een slede van een machine haar maximale verplaatsing

-2.28-

benaderd. Hog belangrijker is een signalering dat een gebied bereikt is waarbinnen een referentiepunt bepaald moet worden. De eenvoudigste benaderingsdetectie gebeurt door middel van nokken en microschakeladrs (micro-switches); deze schakelaars hebben twee mechanisch stab~ele standen en zijn vaak uitgevoerd als wisselcontact. Het aantal uitvoeringsvormen met bedieningshefbomen en stangen al dan nlet voorzien van rollen of lagers is erg groot. Een variant op de microschdkelaar is het -reed-contact-; eveneens een schakelaar die echter niet door mechanisch contact bediend wordt maar afhankelijk van de aan- of afwezigheid van een magneetveld ettl andere stand inneemt. Een andere groep van naderingsdetectoren werkt op het principe van elektrische demping door wervelstromen. Naarmate de afstand tussen een oscillatorspoel en een metalen lichaam kleiner wordt zullen in het metaal grotere wervelstromen opgewekt worden. Doqrdat de energie di~ in het metaal gedissipeerd wordt aan de oscillator wordt onttrokken zal de oscillatie­amplitude afnemen en tenslotte slaat bij nog kleinere afstanden/grotere demping de oscillator af. WeI of nlet oscilleren kan in de vorm van een niveau worden uitgegeveni zie Fig. 2.18.

1 schoJcelerl cI.

I o.w.pLi tl4'le

L

I I

I _-'-_ -I. _ -'-

,

I 'X>A

! t -, - - l X<'A

opneme,..

-4-~-1~ - - - ~ ~~t£: ;pP{/vu{kZ?'

////;"/;"/////

Fig. 2.18. Naderingsdetectoren.

Een andere gebruikte methode is de oscillator zodanig te construeren dat de trillingsamplitude bij nadering wel afneemt maar dat van afslaan van de oscillator geen sprake is. Daar het opstarten van een oscillator tijd kost en deze eventueel bij een duidelijk andere conditie weer aanslaat, is de tweede methode sneller en nauwkeuriger. Op de tweede marlier zijn ook systemen gebaseerd voor het meten van kleine verplaatsingen. In Fig. 2.19 zijn enkele grafieken van complete systemen, evenals de maatschetsen van de bijbehorende opnemers gegeven die volgens dit principe werken. Naarmate de te detecteren afstanden groter zijn zal een opnemer (volljfm:.> wervelstrodm

-2.29-

principe) die hiervoor geschikt is grotere afmetingen bezitten (spoel met grotere diameter); het te detecteren voorwerp zal eveneens groter moeten zijn.

10

Il

• 1

6

Eo $ \I de

•

1

o ~

.-

,..----/

/ /

/

L /

r-- L /

/

7

6 -t--t---t

Eo ei -t--t---+ \Ide

4

I 2

o 0.1 0.2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,0 2.0 3,0 4,0 5,0 6.0 7.0 8,0 9.0 10,0. --~ .,2 .... ..,......,..."""r-.....,.~r"'"""'.,.-."'T-"~-,...-,.-..

~ + 1% - - -+---+--+-~£ 01--+~f~~r=i=~+!'~b=~~ .. ~~ .... e 1 ~ # -1% +--+-+--+----1-+---+ ~ -1~r-+-~

! -2%_.-J--...I_.J-__ ~ _____ "_'---'-_"___-'

" 01111&_11011

........

I.--- _~* _ .. ~

\ail .....

I 11 I ! '/ ..-" ....

~

=r-...-r- -- -",'- -- ~ L ~ ... - '.

c··:] 1··~r::J-l @fRla--~ ... .:' --. ;.,. if .~. -_.

~JJ.. --I "--+t-........... y

,tt ... t:\.ALi ~JI

Fig. 2.19 Naderingsdetector/meetsysteem.

Vaan detectors (Wvane-switch") werken \lolgens een ander principe. Een relatief dunnen metalen vaan (bijv. ijzer) kan bij verplaatsen of roteren een luchtspleet in een magnetisch circuit ten dele overbru']'Jen. Het l}<;vol<J is een toegenomen flux in het circuit; een magnetisch gevo~lig element (weerstand, Hall-element, reed-contact) kdn de verandering sbJnaleren. In Fig. 2.20 is een schets gegeven van een optische tegenhanger; in de ene ·poot- zit een lichtdiade, in de andere paat is een lichblevoelige transistor ingebouwd. Door op de juiste manier een vaan te verplaatsen kan het gewenste resultaat bereikt worden.

-2.30-

1 I" u.l.!~

l),tiKI

'-----.,....---rrlr--........I -'- t

'hili 1 t lIul j'lN I UHllf\l r A I II ,N MJ\HI(,

AU lJllnwnbU4~ Au: in it .. ,Jurt.

1--__ ~f:-------:-1 _ 0.1l" I}I.,

~ I IHlillS

t--...o...:-,O-----"o .. , --+-.... -:---r __ ~ - _. ..:...1 11.1',0

}J () '!U i

,-~~ _______ ~_.~~/ .. N',M ! (i)

U"O~

t , ',I I' 11.'00 NOM

-I r-'

Fig. 2.20. Optische vaandetector.

•

Er zijn veel optische systemen, al dan nlet werkend met objektieven of glasvezelkabels. Onder de glasvezelsystemen zijn er die met een -gemoduleerde lichtbundel M werken; bij deze systemen is e0n grotere (instelbare) detectie-afstand mogelijk (i 1m). Een glasvezelsysteem voor kleine meetbereiken wordt hier kort beschreven.

2.5.5. De totonic sensor.

De totonic sensor is een systeem voor het meten van kleine verplaatsingen; meetbereik a O,06-10mm afhankelijk van de gebruikte ameetkopM. Nauwkeurigheden in de orde van procenten. Door de hoge af::;nijfre<luentie (tot - 100 kHz) is het systeem zeer geschikt voor het meten van trillingen met relatief kleine amplitude. De fotonicsensor is opgebouwd met behulp van glasvezels. Deze glasvezels zijn zo dun, dat Iicht aIleen in en uit kan treden aan het begin- en het eindvlak. Een dunne glaslaag, met een andere brekingsindex, aangebracht om elke vezel, zorgt ervoor dat het uittreden van licht anders dan aan het begin- en eindvlak tot een minimum beperkt wordt. Beschouwen wij voor het werkingsprincipe twee gelasvezels. Aan een kant wordt via het eindvlak licht geworpen in een vezel, de ·zendvezel M

; bij het eindvlak van de andere vezel, de ·ontvangvezel-, is een lichtgevoelig element aangebracht. Aan de andere kant eindigen de beid .. :! vL~ze15, in de -meetkop·, in hetzelfde vlak. Deze kant is weergegeven in Fig. 2.21A. Wordt een reflecterend oppervlak voor de vezels gehouden d~n zal licht uit de zendvezel weerkaatst worden. in de ontvangvezel treden en de lichtgevoelige eel bereiken. In Fig. 2.21A zijn verschillende posities gctekend van het reflecterende oppervlak. In de onderstaande grafiek (2.21B) is het verband afstand - uitgangssignaal weergegeven.

-2.31

1"'" I I '1 ,J ...... I

/' I . I A

I I I I I I

.X 1 l t t

B

pos itie II. h.opp. X

Fig. 2.21. Principetekening van de fotonic sensor.

De uit de zendvezel tredende liehtkegel wordt door het oppcrvlak nls kegel weerkaatst. Wordt de afstand grater dan wordt het oppervLlk van de weerkaatste kegel groter en derhalve het belichte deel van de ontvdfllJvezel; dit resulteert in een lineair verband tussen verplaatsing ,~n

uitgangssignaal, totdat de lichtkegel het gehele oppervlak van de ontvangvezel bestrijkt. Bij nag groter wordende afstand verandert de verlichtingssterkte, die uiteindelijk de lichtgevoelige eel bereikt, ongeveer omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand; zie de niet lineaire staart van de grafiek 2.21B. De plaats van de top in de grafiek is niet afhankelijk van de refleeterende waarde van het oppcrvldk, deze is namelijk niet bepalend voor de plaats waar de lichtkegel de gehele ontvanqvezel bes tri jkt. De hoogte (,}evoeligheid) van de top is wd afhankelijk van de reflecterende waarde van het oppervlakj door instellen van de lichtsterkte van de zendvezel kan de ijking van het systeem beinvloed worden. Het lineaire meetbereik, het eerste stuk in Fig. 2.21B, is afhankelijk vande constructie, het aantal vezels en de rangschikking daarvan in het eindvlak.

-2.32-

2.5.6. Inductieve verplaatsingsopnemers, korte meetweg.

Voor het meten van kleine verplaatsingen in de orde van grootte van 10-4mm tot enkele millimeters zijn diverse inductieve opnemers te verkrijgen, die volgens het principe van veranderlijke zelfinductie welken. De opnemers, die aIleen maar oak vaak in paren gebruikt worden, zijn relatief klein van afllletingen, zeer robuust, goed bestand tegen vele schadelijke invloeden van buiten en door hun kleine afmetingen en massa ook geschikt om in dynamische massa's ingebouwd te worden. De meting gebeurt door de zelfinductie(s) in een brugschakeling op te nemen die gevoed wordt met een wisselspanning; zie Fig. 2.22C.

A c

Fig. 2.22. Inductievc opnemers.

De opnemers (spoelen) kunnen op twee manieren qeplaatst worden. Zualz in Fig. 2.22A is weergcgeven kan door verplaatsing van een f~rlom~gnetis~h plaatje tussen de twee opnemers de zelfinductie van beide opllcruers beinvloed worden; de een wordt groter, de ander kleiner. In Fig. 2.22B is e~n andere opstelling gekozen. Hier is ~~n ?pnemer op een vaste refcrentiestdnd LR ten opzichte van een ferromagnetisch plaatje of lichaam opgesteld; dit levert een referentiezelfinductie die voor nulpuntinstelling eventueel gewijzigd kan worden (schroevedraaierinstelling). Bij de andere opn~rner wordt de afstand (LA) tot het ferromagnetisch plaatje gevarieerd. Bij opstelling A kan voor een verplaatsing AL over een bereik dat kleiner of ~clijk is aan eenvijfde van de beginafstand LA een verband tussen verpI..iat:3 Lng en uitgangssignaal bereikt worden m~t een lineariteitsafwijking die kldiner is dan een procent. Opstelling B levert evenals een apstelling met een opnemer een niet lineair verband op tusst:n verplaatsing en UibJolll<.l:3Gignd.dl. In Fig. 2.23 zijn afbeeldingen, maatschetsen, gegevens en enkele diagrammen gegev.:!n van dit soort opnemers. In de diagrammen is het (relatieve) uLt~angssignaal aangegeven voor een AL = 0,1 mm. De frequentie van de brugwisselspanning bedraagt vaak 5 kHz.

-2.33-

Fig. 2.23. Uitvoerinqsvormen van inductieve opnemers voor meting van kleine verplaatsingen.

6

~l I

Ma..._ Muilw<lg bti. u" ..... ~,.l.,. "o'L\lJl' 0,2

"mphft<lllctll\old btiI Mooi;weg ,\l 0, I 1M!

1

HIm 0,4,

!»t:I!t:

I I

I I

6

® 1

P <> 'i

PI.I4I Co.I\,L

2- " Ob O,Q

!:>Il."-n~ ::.fdllc ~dhJ

i r- .

OlaghlmUI i tJltMjldmm2 Dhl\jidHun J UI."UCQI"IUII J

Nenn_",,"l>""""''11 tEn .... I.".."". \I 2!> l~ 2.5 :t.~

GoiI><~...ch 00t ~""""'''''''9 \I I b " I b (j

Tr"llUfllllqUUllz .tU s· b !>' 5

It'IdiJkbW'tlaa''' ~, mH 2 x t. ;tx] 2~.JL ~ ). ~i ..t

2.W I ~ .. ,!u 2. J:> I W_OIalI<l <;ii. \) ". 43

c...br~I""""''''tliU''''''' l., IbO , 1"1J i IbO t I~O lbO 11£0 lw • 12u I GoowtI;nl 0flIIII l\lIutlolfn 9 ~.O.~ 2,t; l,!) 2 x 3.5 2.13 I

"t:'f ....... [ ~. , '" ---~

- -~~-

.. - ,,- ~-

- Ii' J " t

I 1 t

Diagramm 1 Diagramm2

fl

_ I , 0.4 11.6 ~. 10 '2 1"

~~l_.lmml _w"

'14 r,'

, ?1I!'!il.

16 J fettoJHiiltlt O~21., lOrn l

lOU mill lon~

~!utlt!

Dks':.I'dlllfH 4

2,0 2:.

Ii 0

5 !;'

2/1;:)

,.J -tiol

2 lI.!JU O(j

100 100

2)' 1 :.El I 2;'

, IW

-2.34-

Wordt er met hogere frequenties gewerkt bijv. 50-200kHz dan kunnen ook metingen gedaan worden waarbij de spoel(en) niet ferromagncti5ch~ materialen naderen; hierbij verandert de zelfinductie tengevolge van wervelstromen. Men moet zich realiseren dat de zelfinductie bij nadering van ferromagnetisch aateriaal (zonder wervelstroomverliezen) groter wordt en dat het naderen van niet-ferromagnetische materialen, gebruik makend van het gcnoemde wervelstroomeffekt, een verkleining van de zelfinductie tot gevQlg heeft. Bovendien wordt bij het tweede effekt enerqie gedissipeerd in het te naderen lichaam.

2.5.7. Inductieve opnemers vaor meting van kleine tot middelgrote verplaatsingen.

Zeer verwant aan de in 2 5.6 beschreven inductieve opnemers zlJn de opnemers met twee spoelen waarbinnen een (bijv. nikkel-ijzer) kern verplaatst wordt; de zelfinductie van de ~poel waar de kern ingeschoven wordt, wordt groter; de zelfinductie van de spoel waar de kern Yiibewogen wordt, wordt kleiner. In Fig. 2.24 is een principeschets van opnemer en meetsch~keling geschetst. Er zijn ais standaard opnemers verkrijgbaar voor meetbereiken van enkele tienden van milimeters tot ~ 300mm. Bereikbare nauwkeurigheden: tot enkele tienden van procenten van het meetbereik. Montagevormen: met kogelgewrichtkoppelin9, trek/duwstang met draadeinde, kern met getapte gaten, tasteruitvoering met tastkogel en trek- of drukveer, met luchtdruk of vacuum om de tastdruk te leverenenz.

Fig. 2.24 principeschets meetschakeling.

-2.35-

Fi9. 2.25. Inductieve translatie-opnem0rs.

L --.'

~ c, ~l

1

f

~ ~l .. b I 'f ~ ~I

~~... 2L ~I '" ,- r -- r.J:t::·;:::· ~t=~~*,~~. +++ *f6~'-'1 r-" r,tp(:k~r l.-- . -.-c ___ 8 j 16 \_ ,I

1,4 10, 2.0 , 5°1100, 1DO

A ... ,6 I-

I I

I 1

.~------------------~ ~----------~----~ I ~

*K Abmesaungen on mm

l ! A' I B leo ,

' .. *: ± I! 11 I 2,sl .. ehe Abbildungen

. :: f·~ :T ~l:::t ,:: ::1 :::1 ::~; '.' 5~ r~- 5~Tt;5+~;'J;J3 r -~~-~'23j 1~6-r~.~­-100! ± 1~+,,20~_ t~~.~1.+~20 ~~o~t 225~~;'~-200' j 200 I 350 40 I BSB : 220 '431 T 444 :I

-~ , 411 -!4r

~ ~ '" " N

0, '5'

I]T .~' r' fT ~ .. £J:I-- ......... ~ .. ~!~

K2.. 1< S , K10, K2.0 -l ...

Weg3U!' INennweg I AOOlff-ssungen m mm nell""'" I ·"Auf \ r duch·· ' I nehfl16f anker'

Typ i on mm , in II In II I l A' B' C

21(1 t .-1- .. 2 23

51( I t 5 26 -\

35 10K ' T 10

-~j~~L~-~~, 50

_'~#W 95

lOOK t 100 170 ~_0_ __._,

2001( t 200 320

B

3.5, 50 20 25 19

23 4 64 28 35

5 97 32 47,5, 41 , ..... 139 i 45 68,5j 65 +. , . 1 j-_.. ,

; 261; 101123 : 128 i _·t ' ,~ ; "71 120 1230,5: 225

12

20 l" r-· -.

40 895 220: 431 444

-;- 'A -j

Vt..N-~=~~ __ ~::!--_ ... __ "._ .. --t-~._--I~:J 10 .2.0 • , 50 • ,

o

I.S

1.5

1.5

1,5

1,5

1.5

2

Wegau!· Nennweg Gewlcht Abm""sungen in mm Wegauf. Nennweg GewlcM Abme1lSunll"'n in mm n .... mllt ·'Auf· I rauch· I I n .... ."., "Au', I Tauch-

" .. nme( anker nahma, 1 an.", TVp inmm ing ong L A' B Typ inmm ;"g mg L A' 8

0.5 1:0.5 22 1 k2 1.f

,- ± 2 35 15 90 10 20 t 1 50 7 siene Abbildungen

1,2- t 1 85 " 1\5 t 5 40 7 110 12 20 _. r- . 10 ± 10 400 100 225 25 I 154 k lO :t 10 60 10 110 19 20 20 t 20 500 150 288 36 211

-\ 405 1(20 50 t50 750 250 475 66 t 20 75 15 231 30 20

T

-2.36-

Om enig idee te geven van maten l gewichten en vorm zijn in fig. 2.25 van een paar uitvoeringsvormen de afmetingen gegeven. De relatieve gevoeligheid van deze opnemers ligt op ongeveer 80mV/V voor het gehele bereik; nauwkeurigheid enkele tienden van procenten van het bereik. De nu beschreven systemen komen in vele varianten voor; ook als (rotatie) hoekmeter, met een draaibare kern (anker) of draaibare (kortgesloten) spoel.

Ul

(o..9te 0 CI J I

Us -Tr. --TT

Uo:' u.~ n';' atel:ecl:;""-. __ """T""'· -

Fig. 2.26. Variabele transformato!, LVDT, RVDT.

-2.37-

2.5.8. Variabele transformator, LVDT en RVDT.

Wat uitvoeringsvorm betreft veel gelijkend op de hiervoor beschreven "halve brug" inductieve opnemers zijn de LVDT en RVDT: - LVDT - Linear Variable Differential Transformer. ~ RVDT - Rotary Variable Differential Transformer. Deze opnemers hebben naast twee (secundaire) wikkelingen een derde (priaaire) wikkeling. Door een kern in deze spoelen te verplaatsen kan de koppeling tussen primaire en de ene spoel sterker en tussen primaire en de andere spoel zwaltker gemaakt worden. Doordat de secundaire spoelen met een kant (zelfde fase) aan elkaar verbonden zijn wordt tussen de twee andere uiteinden het verschil in (door de primaire) geinduceerde spanning gevonden; deze waarde (en fase) geeft de stand van de kern weer. In Fig. 2.26 zijn verduidelijkende schetsen gegeven. Het aantal uitvoeringsvormen van zowel LVDT als RVDT is erg groot. Voedingsspanningen: enkele volts tot' tientallen volts (effectieve waarde); frequenties: 50 Hz tot enkele tientallen kHz (~20

kHz) .

2.5.9. Potentiometrische systemen.

Deze systemen bestaan uit een elektrisch weerstandselement waarop een spanningsbron wordt aangesloten. Door middel van een glijdend contact wordt spanning afgenomen ten opzichte van een van de uiteinden. Het element is zo geconstrueerd, dat de weerstand homogeen verdeeld is; de mate waarin dit geldt wordt uitgedrukt in de lineariteit. De fijnheid van de verdeling, afhankelijk van vorm en 800rt weerstandsmateriaal, bepaalt de kleinst waarneembare eenheid: het oplossend vermogen. Vroeger werden vanwege de homogeniteit en de stabiliteit draadgewonden elementen toegepast. Tegenwoordig zijn nieuwe materialen met goede stabiliteit en ·oneindig oplossend vermogen" (Cermet) beschikbaar. Potentiometrische systemen zijn zowel voor translatie- als rotatiemetingen in veel uitvoeringen te verkrijgen. Rotatiepotentiometers: met. kogellagering, voor meer dan een omwenteling, in speciale "servo mount" uitvoering, voor mechanisch continue rotatie. Contactloze potentiometers: geconstrueerd met magnetisch gevoelig weerstandsmateriaal en een magneetrotor, of geconstrueerd met een lichtgevoelige baan tussen de weerstandsbaan en een "lopercontactbaan" met een lichtgevende diode als rotor. In Fig. 2.27 zijn enkele schematische voorbeelden gegeven van het mogelijke verband tUBsen verplaatsing/rotatie en relatief uitgangssignaal. Hierbij is niet tot uitdrukking gebracht dat een belasting van het ultgangssignaal een verstoring geeft van het lineaire verband tussen verplaatsing/rotatie en het relatieve uitgangssignaal. Potentiometrische systemen komen als onderdeel (o.zetter) oak voor in diverse opnemers voor het meten van fysische grootheden.

-2.38-

Fi9. 2.27. Potentiometrische systemen, schematische voorstellinq.

U. l' -----111....------.

I)C I ~I

e----t-I r

.. _----------.' .

\1

II .. ~--~----_4 __ ---X

-=-u.

f---""---1¥-1f---~""7r- tf

Uf U

1.

...::..lA.

- - - - - - - - - - - - - ,.1 -'-'-' I

I' . I • I

O'i'O~---It::.".----..,-4"'----bi-+-1"''f

-2.39-

2.5.10. Geluidimpuls meetsysteem.

De systemen die volgens dit abs01uut dynamisch ana100g principe werken (·ultraschall Wegmessysteme-) en geen extreem nauwkeurige metingen opleveren, zijn toch, door de constructie, de eigenschappen en de daaruit voortvloeiende mogelijkheden, zeer interessant te noemen. Lineairiteit, temperatuurscoefficient, reproduktie: enke1e honderdsten van procenten; meetlengten tot 10 m, contactloos, zonder slepende kabe1s, geen slijtage, ongevoelig voor vuil etc., oneindig oplossend vermogen, ook in roterende uitvoering beschikbaar. Het principe van deze meetsystemen berust op meting van de looptijd van een geluidimpuls. V~~r de opwekking van de geluidimpuls in een staaf metaa1, die ala -liniaa1- dienst doet, wordt gebruik gemaakt van het magnetostrictie of Joule effekt. Magnetostrictie: wordt een staaf ferro-magnetisch materiaal in eenmagneetve1d gebracht dat in de lengterichting van de staaf loopt, dan verandert deze staaf onafhankelijk van de richting van het veld van 1engtej de staaf wordt langer of korter afhankelijk van de materiaalsoort. De lengteverandering is afhnakelijk van: het materiaal (en de behande1ing die het ondergaan heeft), de temperatuur en de sterkte van het veld; de grootte-orde van de verandering is klein namelijk ongeveer 10-6

In Fig. 2.28 is een uitvoeringsvorm van een translatie geluidmeetsysteem afgebeeld. Fig. 2.288 is een schematische voorstelling terwijl C het mogelijke signaal verloop voorstelt. Een van de punten tussen welke de looptijd van de geluidimpuls gemeten wordt is vast en wordt gevormd door de ontvanger-zenderkantj het andere punt is de verplaatsbare -meetkop· die bestaat uit een ringvormige permanentmagneet, die op ruime afstand van een niet magnetische buis loopt waarin zich een draad van ferro-magnetisch materiaal bevindt, de magnetostrictieve draad. Het uiteinde van de draad is via een koperdraad verbonden met de zender. Draad en koperdraad vormen een stroomcircuit waardoor de zender met een vaste herhalingsperiode stIoomimpulsen stuurt. Ter plaatse van de ringvormige magneet, waar de magnetostrictieve draad voorgemagnetiseerd is, hebben de stroomimp~lsen een impulsvormige magneetveldverandering ten gevolge. Ten gevolge van het magnetostrictie effekt wordt ter plaatse van de (verplaatsbare) magneet een geluidimpuls (schokgolf) opgewekt die zich naar beide kanten voortplant. De i.puls die naar het einde van de draad beweegt wordt, om storende reflekties te voorkomen, gedempt. De impuls die in de richting van de ontvanger beweegt wordt bij de ontvanger omgezet in een elektrische impuls. Teqelijk met de zendimpuls wordt een elektronische geheugenschakeling, flip-flop, -gezet-. De ontvangen impuls wordt gebruikt om de flip-flop -terug te zetten". Het uitgangssignaal van de flip-flop heeft een tijdsduur gelijk aan de looptijd van de geluidimpuls van magneet tot ontvanger. De voortplantingssnelheid van de geluidimpuls in de merktekendrager is bekend zodat uit de gemeten tijd de afstand magneet/ontvanger bekend is.

A

B

c.

-

-2.40-

L *- Me&angv .. 4$0

M 18 .,.5

1

~ - - +FF~~~==:trE:~n

~'5' jal- r ~,~ r-155

37 -+ ____ Me=8li1=I19:;;"_-:--:--:-__ 156 ~ • 1 SO/300/500I7SOI100011500/2000

naar electroOica

electumpuls

LJL magneet, .

!(ft~ N Z 1Y.', ... ---~-:..----... ---- ...

J\... .... J'L gefuid-impuls

zendimpuls 0 n 0 p N -+I~-------+r~'------~I~------~,~---

on ang- Lr... .. "'--.!.-.._. p p i~puls I _ 0

~--~--~:~--~~,--I I Ii--__ -i, ;-1 ----it ;.-' __ _

flip-flop -t-·_·- j--(-- --tot -, -(-- ~Vgem.

Fig. 2.28. Translatie meetsysteem (A), schematische voorstelling (B) en signalen (C).

Doordat bij de opwekking van de impulsen een vaste herhalingstijd wOI'dt aangehouden is de gemiddelde waarde van het uitgangssignaal van de flip-flop dus evenredig met de te meten afstand. Duidelijk is dat de ontvangimpuls aterug moet zijn- voordat een nieuwe stroomimpuls wordt uitgezonden. Daar de voortplantingssnelheid van de geluidimpuls ongeveer 2800 meter per seconde

-2.41-

bedraagt, is bij grotere meetbereiken de tijd tugsen twee bemonsteringen betrekkelijk lang.

2.5.11. Meetsysteem met magnetische merktekendrager.

Bij dit meetsysteem wordt een·ferromagnetische staaf of "lint- als lineaal gebruikt; in deze lineaal is een sinusvormig magnetisch patroon aangebracht met een (constante) steek CA) van 0,2 mm. Ret aftasten van de lineaal gebeurt met een dynamische meetkop waarvan in Fig. 2.29 een principeschets gegeven is.

I""': -X -.! --A

Q)('~tQ.tL~­SPO~L

~L wt

Fig. 2.29. Dynamisch~meetkop.

In deze figuur is een elementair onderdeel geschetst bestaande uit een (ferromagnetisch) juk met twee wikkelingen; een meetwikkeling (magnetisch circuit 1) en een excitatiewikkeling (magnetisch circuit 2). Ala geen magnetische flux aan de luchtspleet wordt aangelegd dan blijft de (wisse1)f1ux tengevo1ge van de excitatie (sin 1/2 wt) nagenoeg binnen circuit 2. Afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld aan de luchtspleet, dus van de plaats van het juk ten opzichte van de

-2.42-

merktekendrager, zal in de ene helft de periode (sin 1/2 wt) het ma~Jneti5che veld in poot a tot verzadiqing leiden; daardoor zal een deel van de wisselflux door circuit 1 g~an (I). In de andere periodehelft zal poot b in verzadiging gaan (II). Zowel in de ene periodehelft als in de andere is de richting van het wisselveld door het meetcircuit dezelfde. Dit betelcent dat het in de meetspoel geinduceerde wisselspanningssignaal, waarvan de amplitude evenredig is met de magentische flux ter plaatse (dus met de plaats binnen een steek), een signaal met de dubbele frequentie (w) van de excitatiefrequentie (1/2 w) bevat (1/2 w ~ 25 kHz). Om verplaatsing en richting te kunnen bepalen zijn minimaal twee opneemelementen nodig die signaaltechnisch een vierde steek (1/2 A) ten opzichte van elkaar zijn aangebracht. In de praktijk bestaat elk element uit meerdere jukken die zodanig zijn samengebouwd dat invloeden van magneetvelden van buitenaf tot een minimum zijn teruggebracht. In Fig. 2.30 is een schets van het principe van het meetsysteem gegeven.

I filters. 1<1,U1

~

J1t k.f=k.!=k5 U!.

"" lD-: l.l-sin1.wt k2'U1, f.o.&e -

rJra.a. L e r'

~j.i~t ~Oo

sl .. (P-wt) Lt· Silt(p·",t)

fase- )(

Lt- si" wt \'neter

tf) sjrtwt

Fig. 2.30. Principe van het meetsysteem met magnetische merktekendrager.

De uitgangssignalen van de opneemkop (bestaande uit de meervoudige jukken J1 en J2) worden door twee gelijke bandfilters gestuurd om ontdaan te worden van ongewenste harmonischen. Na versterking (k 1 en k2) hebben de signalen de volgende vorll:

0 1 = k 1. U

U2 = k2. 0

COS 211' f sin 2. f

-2.43-

sin IUt

sin IUt

waarbij: k1. 0 . cos 211' f en k2. U . sin 2. * amplitudi voorstellen. Door U2 een fasedraaiing van 90° te geven, vervolgens U1 en U2 van elkaar af te trekken (aangenomen k,=k2=k3 ), wordt U3 verkregen:

U3= k . U . sin (wt - 2~x)

Dit is een dynamisch signaal, hoekfrequentie IU, met een faseverschuiving die evenredig is met de positie x binnen een steek ~. Door de hoge . interpolatiefaktor die bij het meten van de faseverschuiving gerealiseerd kan worden zijn (bij een steek van 0,2 mm) nauwkeurigheden van ± 0,01 mm (1m lengte) mogelijk, terwijl een oplossend vermogen van 0,01 mm zonder problemen mogelijk is. Behalve het meten van de fase moet natuurlijk het aantal gepasseerde steken geteld worden (up/down-teller). Oit meetsysteem is voor grotere lengten (± 30 m) verkrijgbaar met een lintvormige merktekendrager, hierbij zijn hogere onnauwkeurigheden te verwachten (enkele tienden van een millimeter).

2.5.12. De inductieve hoekmeter, resolver, synchro.

De inductieve hoekmeter is een rotatiemeetsysteem en lijkt in opbouw op een elektromotor. Heestal zijn twee of meer (veldwikkelingen) statorwikkelingen aanwezig en een rotorwikkeling. Om inzicht te krijgen beschouwen we Fig. 2.31 waarin een schematische voorstelling met een stator- en een rotorwikkeling is gegeven (niet praktisch). Door het samenstel te beschouwen als een transformator waarbij de koppeling tU5sen de wikkelingen gevarieerd wordt door de wikkelingen ten opzichte van elkaar te verdraaien kunnen wij het onszelf iets eenvoudiger maken.

u.s.

I Fig. 2.31. Voorstelling met een rotor- en een statorwikkeling.

-2.44-

De rotorwikkeling wordt gevoed met een wisselspanningsreferentiesignaal:

waarbij Uo de amplitude en w de hoekfrequentie voorstellen. De hoekfrequentie w = 2w . f, waarbij gebruikelijke waarden voor de frequentie f liggen tUBsen 60 en 1200 Hz; een veel gebruikte frequentie is 400 Hz. De amplitude van de in de stator geinduceerde wisselspanning is afhankelijk van de hoek die de rotor maakt met de stator, dus de hoek die het magnetische wisselveld maakt ten opzichte van de stator. De fase van het statorsignaal is gelijk aan de fase van het rotorsignaal of 1800 gedraaid. Voor het statorsignaal geldt:

waarbij C een constante is die onder andere afhangt van wikkelverhoudingen. Draait de rotor met een constante hoeksnelheid wr (wr « w), dan heeft het statorsignaal een amplitude. die verloopt als de cosinus van de verdraaiingshoek a = Wr' t, terwijl de fase van het signaal elke halve omwenteling 1800 verandert (omkeert). In Fig. 2.32 is dit in een 5chets weergegeven.

O+---f

Fig. 2.32. Signaalverloop in het voorbeeld.

Beschouwen wij de amplitude en de fase van het rotorsignaal dan zien we dat over een omwenteling, dus voor a van 0 - 2., twee gebieden aan te wijzen zijn waarbinnen dezelfde signalen voorkomen: 0 - n en • - 2 •. Ook volgende omwentelingen leveren dezelfde signalen op. Om aan het rotorsignaal een eenduidige interpretatie te geven, kan slechts van een van de gebieden gebruik gemaakt worden: een halve omwenteling. Een verdere beperking leveren de vlakke maxima (toppen) op die in ons voorbeeld opt~eden bij a = 0, w, 2w, 3. etc. Echt bruikbaar blijft daardoor een deel van de verdraaiingshoek ter

-2.45-

qrootte van 1100 tot maximaal 1500. Door gebruik te maken van twee

statorwikkelingen, die onder een hoek van 90° ten opzichte van elkaar geplaatst zijn, worden twee statorsignalen, U1 en U2 verkregen met een vast faseverband met het rotorsiqnaal (zie Fig. 2.33 resolver).

sta.tor! \ -.. ~ \ -)-~r

I-U1-1 '-n i \ "

\

Fig. 2.33. Resolver.

De amplitude van het ene siqnaal (U1) is evenredig met de cosinus van de (rotor)verdraaiingshoek, die van het andere signaal (U2) met de sinus van die hoek. Voor U1 en U2 geldt (C l en C2 zijn constanten):

sin wt cos a

sin wt sin a

Stel nu dat ·ons vertrekpunt- niet de hoek 0° was maar de hoek. ,. dus bekend!). Om de afgelegde hoek (a-.) te berekenen vermenigvuldigen we U1 en U2 respektievelijk met sin. en cos .:

U12 : °1 sin • : C1 . Uo' sin wt cos a sin cp

°22 = U2 cos cp = C2· Uo ' sin wt sin a cos • Aangenollen dan C1 : C2 : Cf geldt voor Uf : u22 - u12 :

Uf : Ct· Uo sin lilt (sin a cos cp - cos a sin cp)

of: Uf = Cf · Ur · sin(a-cp)

-2.46-

Deze eenvoudige goniometrische rekenwijze (of gelijkwaardige daarvan) wOldt gebruikt in een elektronische meetschakeling, MTracking resolver to digital converter-, om uit de resolversignalen u1, U2 en Ur de hoekverdraaiing (of verplaatsing) te berekenen (en uit te geven als digitaal getal). In Fig. 2.34 is een principeschets van de meetschakeling gegeven .

•

1- -I ._--------------------------------------------------, I

~! I ... ~i"us t---....~-__;

I U.t.:

- ......... --~I--I *eosinu; t--+-.--;

I

Up P.S.D

_---..J

U'I I::u.v L _ ~1) -eoun=- ____ _ 0(.

Fig. 2.34. Meetschakeling.

Nadat in de meetschakeling uit U1 en U2 het signaal Ufis berekend wordt dit toegevoerd aan een fasegevoelige detector (P.S.D. ; fhase ~ensitive Qetector). Uit de detector komt informatie over de bewegingsrichting, dus ook de telrichting van de heen/terug teller (up/down-cJbter), en een signaal dat door -afvLakken- (integreren) onder andere van draaggolftermen ontdaan wOldt en waardoor geldt:

hierbij is C een constante die onder andere afhangt van Cf.Ur . Vervolgens Levert een spanninggestuurde oscillator (Yoltage ~ontrolled Qscillator) een impulsenrij met een frequentie die evenredig is met Uvi de tellerinhoud zal nu zo veranderen dat de waarde ~ gelijk wordt aan a of deze voIgt (tracking). Hieruit kunnen ·wij afleiden dat Ur de hoeksnelheid van de resolveras vertegenwoordigt!

"

-2.47-

Naast de resolver komt ook de synchro veel v~~r. Oit is een variant met drie statorwikkelingen die telkens 1200 ten opzichte van elkaar verschoven zijn. In plaats van twee vinden we hier drie meetfasen (zwevende spanningen):

sin wt sin wt sin wt

sin a sin (a+1200) sin (a+2400)

Vaor verwerking worden deze drie signalen met behulp van de ·Scott­transformator" omgezet naar twee resolversignalen. De ·synchromethode M biedt betere mogelijkheden om signalen storingvrij over te brengen, zeker ala de signalen op meerdere plaatsen nodig zijn. De Scott-transformator bestaat uit twee transformatoren die geschakeld zijn zoals in Fig. 2.35 geschetst is. Voor gelijke amplitudi aan primaire en secundaire kant gelden de aangegeven transformatieverhoudingen. Deze transformatie kan ook lnvers worden toegepast.

U lA .. Si • .,t· .... ""

l..(3

I Fi9. 2.35. Scott-transformator.

Er zijn vele uitvoeringsvormen van inductieve hoekmeters (resolvers, synchro·s). Maataanduidingen: diameter in 0,1 inch, naar boven afgerond. Zo geeft size 12 aan dat de diameter tUBsen 1,1 en 1,2 inch ligt. Voorkomende diameters 0,5 tot 3,5 inch. Om betere oplossende vermogens en grotere meetnauwkeurigheden te bereiken werden combinaties van meerdere hoekmeters gemaakt bijvoorbeeld grof, middel en fijn waarbij de mechanische koppeling door middel van precisieta~dwieloverbrengingen gerealiseerd werd. Om de nadelen van tandwielkasten te vermijden zijn hoekmeters met veel wikkelingen ontworpen (multi-speed). De afmetingen daarvan zijn over het algemeen grater dan van de eenvoudige typen; vaak als ·Slab resolver- geconstrueerd, d.w.z. losse stator en rotor voor inbouwdoeleinden. Bereikte nauwkeuriqheden: - enkele boogminuten voor standaarduitvoeringen, - 10 a 20 boogseconden voor precis ie- en meer poolsystemen.

-2.48-

2.5.13. De inductosyn.

De werking van de inductosyn berust op hetzelfde analoge principe als dat van de inductieve hoekmeter; bij een inductosyn zijn ook rotor- en statorwikkelingen te onderscheiden. De wikkelingen zijn in een plat vlak aangebracht, ingebed in of met drager gekit op: kunststof, glas, (gedemagnetiseerd) staal etc. Door de constructie zijn de optredende aagnetische veldsterkten veel kleiner dan bij de inductieve hoekmeter. Om geinduceerde signalen van voldoende grootte te verkrijgen wordt hier met draaggolfsignalen gewerkt met een aanzienlijk hogere frequentie (10-20 kHz). De inductosyn wordt als translatie- en als rotatiemeetsysteem uitgevoerd. Beschouwen wij de translatie-uitvoering. In Fig. 2.36 is een achematiach voorstelling gegeven. De lineaal komt overeen met de rotor van de inductieve hoekmeter; het bewegende deel wordt gevormd door twee, eveneens meandervormige, ·wikkelingen M die overeenkomen met de statorwikkelingen. De steek van aIle wikkelingen is gelijk, in Fig. 2.36 aangegeven met A (veel voorkomend: 2mm).

I H I X I ...

Ur

..

.. liniaal (rotor)

opneemkop (stator)

Fig. 2.36. Schematische voorstelling van de translatie-inductosyn.

De statorwikkelingen zijn ten opzichte van elkaar een geheel aantal steken plus ~~n-vierde deel van een steek verschoven, zodat zij elektrisch gezien 90° verschoven zijn. Voor de in de figuur aangegeven spanningen gelden soortgelijke formules als de spanningen die voorkomen bij de inductieve hoekmeter. Voor U1 en U2 kan geschreven worden:

x . 3600 Hierbij geldt voor Q: Q = - 'A--- (voor s zie de figuur).

-2.49-

N.B. In de praktijk wordt de lineaal niet met spanning maar met stroom gevoed. Zoals bekend verondersteld mag worden ijlt de spanning over een zelfinductie voor op de stroom. Voor Ir = 10 sin wt vinden we dus Ur= Uocos wt waarbij Uo= 10 , wL.

Voor een verdere beschrijving van signalen, signaalbehandeling en werkingsprincipes verwijzen'wij naar het analoge verhaal over de hoekmeter. In Fig. 2.36 zijn stator- en rotorwikkelingen naast elkaar getekend, in werkelijkheid worden de statorwikkelingen op ongeveer een-tiende steek (0,1A) afstand boven de lineaal bewogen. In Fig. 2.37 is dit 5chematisch weergegeven; stator 1 is hier maximaal-, stator 2 minimaal gekoppeld met de lineaal.

liniaal

Fig. 2.37. Zijaanzicht inductosyn (schematisch).

Het aantal (meandervormige)wikkelingen per statorwikkeling beloopt enkele tientallen. De keuze van het aantal berust op technische, funktionele, constructieve gronden; een bespreking hiervan voert te ver. Thans kunnen inductosyn systemen op specificatie in de constructie van de klant ·geintegreerd- worden zonder noemenswaardig ruimte in beslaq te nemen en met een geringe gewichtstoename. De constructieve vrijheden/mogelijkheden van deze systemen zijn zeer groot. Inductosyn systemen kunnen voor grote lengten (30m) geleverd worden, hierbij is de Wrotor- op een verenstalen -lint­gekit. Bereikbare nauwkeurigheden:

rotatiesystemem ~ 1 boogseconde translatiesystemen ~ 2,5 ~m (250mm) (niet accumulatief)

In Fig. 2.31a en b zijn enkele gegevens te vinden van verkrijgbare systemen.

-2.50-

Fig. 2.31 a. Overzicht translatie-inductosyn.

Linear Inductosyn Transducers ----Linear Inductosyn transducers consist of a slider and a scale. AI fight is a wide, 10 inch bar scale.

Tape scale spars may have cable entry at eIther end as specified by user (rtght end shown). lengths to 60 feet (18 meters) or more can be supplied. Contact lactory for bar scale spars and cassettes. Adjustable scale elements are supplied 4

for direct mounting only. ~~ .. . .-'.~ ~.~ /~~, ----~ ~~--~/

~-..- ••• ...0;1:

ALIGNMENT REFERENCE TYP. 2 ;>LACES

L I PARALLEL TO TAPE 1.81 . ~ ~

I :t .002 ( :t .051 mm) (46 mm) t

~-4~~-I--------~-------' I~J-

~,f.L5"" lJTRAVEl (,;-~] (145mml

RIGHT HAND CABLE ENTRY SHOWN

TRAVEL + 953 (242 mm) (APPROX., ~I·----- -~

~~----~~--~mM~~fll~l~, ~o oF* 6JNY1 SLiDER./ l-.4.000......l----T-EN-;~~~~; • (101.6 mm)

O , (;:[ ~Jj.::====-EPP-·--·· .~, J -. t

.012 ~31 mml

Tape Scales

Some units are available with selected higher accuracies.

L. SCALE VTR RESISTANCE

STANDARD CYCLE TYPE LENGTH AIR H, [l110 kHz OHMS (±20%) ACCURACY LENGTH (Note 1, 2. (Note 31 GAP (Note 4) H. (Note 61 SCALE SLIDER

LINEAR INDUCTOSYN TRANSDUCERS WITH INCH PITCH· ALL DIMENSIONS IN INCHES

±.OOC)1 .1 IN. WIDE 9.990 .007 .762 3.480 5011 3.3 1.6 ±.OOOI .2 IN. WIDE 9.990 .007 .762 3.480 15/1 0.80 0.50 ±.OOOl .1 IN. NARROW 9.990 .0075 .762 1.881 9011 1.2 0.83 ±.0002 .2 IN. NARROW 9.990 .0075 .762 1.881 3311 0.50 0040 (Note I) .1 IN. TAPE To 120 feet .001 1.235 1.825 7011 2. lilt. 0.80 (Note 1) .2 IN. TAPE To 120 feet .007 1.235 1.825 2311 .75/ft. 0.30

UNEAR INDUCTOSYN TRANSDUCERS WITH METRIC PITCH· ALL DIMENSIONS IN MILLIMETERS

±.0025 2mm WIDE 249.8 .178 19.4 ±.0025 2mm NARROW 249.8 .178 19.4 (Note 1) 2mm TAPE To 36 m .178 31.4 (Note 5) Imm ADJUST To 2.05 m .127 17.8 (Note 5, 2mm ADJUST To 2.05 m .127 17.8

Not •• : 1. Accuracy 01 bar scales is slated for 1 scale length, nanaccumulallve.

Accuracy of tape scales is .0001 inchllaol T.l.R. ,.0025 mm/300 mm T.I.R.).

2. Standard material lor all bars and sliders is hoi rolled ::otee/ iH.A.S.J. Standard material lor tape scales is spring steel

3. Totallenglh required in bar scale installations equals lotal travel plus length 01 slider Combine individual 10 inch (250 mm) ,.Ldles a" fCQUlfcrt. Can be cut to customer specilied lenQlh,

88.4 55/1 4.5 1.0

47.9 77/1 2.5 0.50

46.2 7711 9.93/m 1.2

37.3 -- CONTACT FACTORY--

37.3 -- CONTACT FACTORY--

4. Overall installed height of standard unll. not includmg teads or terminals.

5. Errors can be reduced virtually 10 zero, limltpil by user's pnmary slandard and readout resolution.

6. Mew ured With shdm excited.

-2.51-

Fig. 2.37 b. Overzicht rotatie-inductosyn.

MATERIALS Hoi rolled steel. standard. Other !>ubslr,lle5. !>peclal order Tdpe 5cdles are terlllJered spring steel

TEMPERATURE 0" 10 150°F ( ·18" to 66°C). standard.-65" 10 300" F (-·54 n 10 149"Cl, special order

VACUUM C.11I be supphed 10 operdle III vawum or outer space environment on special order

Key properties 01 standard rotary and linear elements are tabulated here. Special units can be provided with nonstand ard dimensions. materials. or pitch.

Request separate brochures on custom designed High Gam Inductosyn transducers. Model CVU Indudosyn to Digital Converter. and digital readout systems.

Rotary Inductosyn Transducers --------

STATOR -.....

10 --,...-,

ROTOR

ROTARY 0 f 1 1 l TRANSFORMER

AIR GAP -< (Note 1) Each rotary Inductosyn con~,,<;ts of a rotor ilnd stator Above 15 il tYPICal 7 inch rotor

Mounting 10 can be supplied to cuslomer specifications

Some units are available with selected higher accuracies.

STANDARD SIZE (Inches) VTR ACCURACY NO. POLES (ARC. SEC.) (Note 1)

D (Inches) AIR GAP H (Inches) @ 10 kHz (Note 2) (Inches) (Note 3) (Note 4)

±4 31360 3.681 .005 .487 50011 ±4 3/360 3.660 .005 .371 65011 ±3 41512 3.937 .004 .378 200011 ±3 11256- 7.000 .008 .632 20011 ±3 7/360 1.000 .010 .634 67/1 ±4 7/360- 7.000 .005 .629 145/1

±2 71720 7.000 . .005 .629 45011 ±2 71720· 7.000 .006 .630 126011

±2 7/512- 7.000 .0065 . 630 3500/1 ±2 71512 7.000 .006 . 630 200/1

±1 121360 11.890 .007 .747 5011 ±1.5 121360- 11.890 .007 .747 100/1

±2 121512 11.890 .007· .747 45/1 ±1 121720- 11.890 .008 .748 14011 ±1 121720 11.890 . 008 .147 70fl ±2 1212000 11.890 .005 .745 2500/1 ±2 1211024- 11.890 .010 .150 300011

±U 1211024 11.890 .olO .750 341/1

Notes: 1. Standard rotor connections are made by direct wIfing or ,ntegral rotary transformers

·Oenotes transformer coupled units. Long hie slip rings are available on speCial order

2. Outside diameter is concentriC With Inductosyn conductor pattern for alignment.

3. Overall installed height of standard umt, not IOcludmg leads or termmals.

RESISTANCE OHMS (±20%)

ROTOR STATOR MATERIAL

5.0 3.5 H.R.S.

5.0 3.S Alum.

9.0 12.0 Alum.

2.0 1.0 Alum.

2.2 2.2 H.R.S.

2.2 2.2 H.R.S.

8.0 7.0 H.R.S .

8.0 7.0 H.R.S.

4.1 3.7 Alum .

4.1 3.7 Alum .

3.8 4.6 H.R.S.

3.9 4.6 H.R.S.

4.5 3.5 H.R.S.

8.0 5.0 H.R.S.

8.0 5.0 H.R:S . 60.0 55.0 H.R.S. 16.0 12.5 H.R.S.

16.0 12.5 H.R.S.

4. Voltage Transformation Ratio (VTR) is the rallo of input stator vollage to maximum open circuit output voltage. measured at 10 kHz with the specified air gap. Oulpul voltage Increases directly as freQuency increases. Operation at carrier lrequellel<' above 100 kHz or below 2.5 kHz IS n01 IPcommended

-2.52-

Door qebruikmakinq van twee "multi.speed" systemen, in feite twee inductosyns die mechanisch een qeheel vormen, met een ·periode M verschil over het hele bereik, kunnen zeer nauwkeurige absolute meetsystemen verkreqen worden. Zie de schematiach weerqave in Fiq. 2.38.

I"" 1'-\

AISOUJTE 11ItIUCT1IS'N TIlAIiSDUC£Il

'-+-'" r II2BXlSaAlS

1II0UCTDSYII AIIAUMI TO

~ OItllTAL CONVERTERS

11-, DIGITAL SUaTRACTQR r PLUS CORRELATDR COl I . I

......-.-. .............. IIOUT

-COl

20 BIT DllllTAl 11171) _U-' ABSOlUTE AIIGI.£

Fiq, 2.38. Absoluut rotatiemeetsysteem.

2.5.14. High gain inductosyn.

Terwijl met inductosyn systemen problemen ontstaan bij metinqen in aanwezigheid van maqneetvelden, kan met de "high gain inductosyn M zonder hinder gewerkt worden. De naam "high gain inductosyn" is misleidend; het systeem is een capacitief meetsysteem. Op het eerste gezicht lijkt de lineaal een inductosynlineaal; de meandervorm is hier echter isolatiemateriaal tussen twee "harkvormige capaciteitsplaten" terwijl bij de inductosynlineaal de ~ (geleider) de meandervorm heeft! High gain slaat op hoqe versterkingen die nodig zijn bij de siqnaalinterpretatie in verband met de lage signaalniveau·s. In Fiq. 2.39 is een schets van de lineaal gegeveni tevens is hier aangegeven dat de ·platen· in "balans· worden aanqestuurd (frequnetie 10-250 kHz).

I. .1 ~

Fig. 2.39 High gain inductosyn lineaal.

-2.53-

In de aftasteenheid Zl)n twee harkvormige platen, signaaltechnisch (1/4 A) eenvierde steek verschoven, aangebracht. Deze eenheid wordt op zeer kleine afstand boven de lineaal bewogen; de veranderende capacitieve koppeling met de twee "lineaalharken" heeft twee uitgangssignalen tot gevolg:

U1 = k1' Uosin wt sin 2u f cos 2u f

hierbij is x de verplaatsing binnen een steek. Of schoon dit systeem een geheel ander systeem is dan de inductosyn zien we in de signalen een analoog gedrag. Deze meetsystemen zijn ook in vele translatie- en rotatie­uitvoeringen verkrijgbaar en maken nauwkeurige metingen mogelijk; oak treffen we soortgelijke systemen aan in handmeetgereedschappen.

2.5.15. Absolute digitale meetsystemen,

. aij de absolute digitale meetsystemen is voor elke positie in de merktekendrager een kenmerkende getalwaarde neergelegd in de vorm van een binaire code. Ret positieverschil tussen twee codes is het oplossend vermogen. In ons bekende decimale talstelsel, grondtal 10, stelt het getal 9543 voor:

Het binaire stelsel heeft het grondtal 2; getallen worden voorgesteld met "nullen· en "enen" , Zo komt het binaire getal 1101101 overeen met:

(1x26) + (1x25) + (Ox2 4) + (1x2 3) + (1x22) + (Ox2 1) + (1x20) of:

64 + 32 + 0 + 8 + 4 + 0 +

hetgeen overeenkomt met het decimale getal: 109. In de loop der tijden zijn diverse binaire codes ontwikkeld die afwijken van de zuivere binaire code. Zo is er de BCD voorstellingswijze (Binay Coded Decimal) waarbij het binaire getal opgebouwd is uit groepjes van "4-bits·, waarbij elk groepje een digit, dit is een cijferplaats in het decimale stelsel, vertegenwoordigt, Ret getal 109 dat zoals hiervoor beschreven, in het binaire stelsel door 1101101 wordt voorgesteld, wordt in het BCD stelael voorgesteld door 000100001001. Realiserend, dat elke bit een ·codespoor" vertegenwoordigt in een lineaal, zal het duidelijk zijn, dat reeele lengtes van linialen met een goed oplossend vermogen verkregen worden met uigebreide codes, dus veel codesporen. Willen wij een lineaal met een lengte van een meter met een oplossend vermogen van 0,01 mm, dan betekent dit dat de lineaal voorzien moet zijn van een 17 bits binaire code! Het oplossend vermogen van 0,01 mm betekent verder, dat de minst significante codebaan op 0,01 mm bemonsterd moet worden; de volgende baan heeft een ·steek· van 0,02 mm etc. Het

-2.54-

aftasten van de merktekendragers kan nare fouten opleveren. Bij de zuiver binaire code veranderen vaak meerdere bits bij het passeren van een overgang. Door onnauwkeurige overgangen of onnauwkeurige aftasting ontstaan grove fouten. Een oplossing voor dit probleem is het gebruik van speciale codes zoals bijvoorbeeld de Gray-code; dit is een binaire code die zodanig opnieuw is gerangschikt dat voor elke overgang naar de volgende code slechts een bit wijzigt. De binaire waarde komt niet overeen met de toegekende waarde. Ret decoderen van de Gray-code is wat lastiger. Andere nadelen zijn: - voor rotatie-opnemers kan slechts een beperkte keuze gemaakt worden voor

het aantal codes per omwenteling (begin en einde moeten ·passen·), - de nauwkeurigheid van de grofste verdeling moet even goed zijn als die van

de fijnste verdeling. In Fig. 2.49 zijn twee stukjes merktekendrager getekend met een 5 bits code: een zuiver binaire- en een volgens de Gray code.

I I I I I I til I I

I 0 11 I 2 I 3 I 4 ' 5 I 6 I 7 1 8 I 9 110' I , J I I I I I I

Fig. 2.40. Linealen met Gray- en binaire code.

Voor fijne verdelingen wordt vaak gebruik gemaakt van de ·V-aftasting M•

Hogere codebanen worden dubbel bemonsterd; voor- en naijlend op de minder significante baan. De waarde (0 of 1) van de -fijne- baan is bepalend voor het ageldig· zijn van de voorijlende- (Bv) of de naijlende bemonstering (BN) van de -grove- baan. In Fig. 2.41 is het principe van de V-aftasting schematisch weergegeveni tevens zijn de alogische ingredienten- geschetst waarmee de geldende waarde Bt voor de grove baan wordt bepaald.

INVERTER

~ -A A

0 1. 1- 0

A

-2.55-

AND

~.=[)-frB

A B 0 0

'1 0 0 1 1 1

·A Bv ---I -----I

EN --I --~

A":B 0 0 0 1

Fig. 2.41. V-aftasting.

If/ //;

OR

~~ P ex ~+Q 0 0 0

1 0 1-0 t t 1 1 1

De zeer fijne verdeling en de problemen bij de bemonstering hebben het toepassingsgebied van dergelijke meetsystemen beperkt. Absolute digitale merktekendragers worden weI toegepast in rotatiemeetsystemen l waarbij met een beperkt aantal stappen per omwenteling volstaan kan worden en waarbij meetbereiken groter dan een omwenteling gemaakt worden door relatief eenvoudige systemen te koppelen via tandwieloverbrengingen. AfhankeIijk van de gebruikte code kunnen tot meer dan 4000 posities per omwenteling onderscheiden worden; het aantal te meten omwentelingen kan vele tientallen bedragen. In Fig. 2.42 is een afdruk gegeven van een code-schijf

-2.56-

van een aptisch ratatiemeetsysteem met een oplossend vermogen van 1/400 amwenteling.

Fig. 2.42. Code schijf.

2.5.16. Interpalatie.

Tot ongeveer 14 codebanen kunnen gerealiseerd worden in een meetsysteem. Naast de fijnste ba~n (L.S.B.) kan nog een baan aangebracht worden die niet gewoan 0 of 1 signalen levert bijuitlezing maar twee ana loge signalen kan verschaffen C;sin a en C.COS a waarbij

a = T-~~~2~!~~~~ 1 L.S.B. afstand (C = constante).

Oit soort meetsysteem wordt ·optische resolver M genoemd en biedt de mogelijkheid tot verbetering van het oplossend vermogen door interpolatie.

- Statische interpolatie. Met behulp van potentiodelingen, inversie en sommatie kunnen nieuwe (statische) sinussignalen gemaakt worden uit de beschikbare signalen. In Fig. 2.43 zijn vijf signalen gemaakt volgens:

C . sin a . cos ~ + C . cos a . sin ~ = C sin (a+~)

Hierdoor kan een L.S.B. afstand in twaalf stapjes onderverdeeld worden. In de praktijk kunnen 3 tot maximaal 5 bits worden toegevoegd.

· -2.57-

Fig. 2.43. Statische interpolatie.

- Dynamische interpolatie. Bij deze manler van interpoleren wordt de informatie a omgezet in een faseverdraaiing van een draaggolfsignaal; dit gebeurt zoals in de principeschets in Fig. 2.44 is aangegeven door sin a en cos a respektievelijk te vermenigvuldigen met cos wt en sin wt.

"* s.i nO(." Cos wi ~si.n(wt~ ...... -, COSo( .. sinwt V * t

si.~wt fa.ze- ~ sl"wt COSwf: meter r--

sio/cos ~

Wo vormer sync "ron j s.a:f:ie

J\.f'L J)eLer-Wo

clock-w:::~ w~ geneta..to,...

.J) Wo

Fig. 2.44. Dynamische interpolatie.

I .1

-2.58-

Daar w door deling (D) uit een veel hogere hoekfrequentie Wo is verkregen kan door meting van de faseverschuiving a een hoge interpolatiefaktor bereikt worden. Fase meten kost tijd; een looptijdje in ons meetsysteem is dus het gevolg. Maximaal 7 bits kunnen worden toegevoegd; nog verdere verbetering van het oplossend vermogen zou te hoge eisen meebrengen voor de signalen C . sin a en C . cos a.

2.5.17. Incrementele digitale meetsystemen.

Een belangrijke plaats is ingeruimd voor de digitale systemen van het incrementele type. Sij deze systemen is de merktekendrager over het gehele meetbereik in gelijke delen verdeeld. Voor systemen, die van licht gebruik maken, een groot aantal, betekent dit dat de merktekendrager verdeeld is in ·strepen- die refiekteren en -strepen M dieabsorberen of ·strepen M die absorberen en ·strepen" die licht doorlaten; in beide gevallen zijn de strepen van gelijke breedte. Een doorlatende en een niet doorlatende streep (of een reflekterende en een absorberende streep) vormen samen een ·verdeling·, anders: een steek. De maat van de steek is mede bepalend vaor het oplossend vermogen van het meetsysteem. De steek van verschillende meetsystemen kan sterk uiteenlopen (20 ~m - 640 ~m) waarbij de aplossende vermogens van de systemen in dezelfde ordegrootte liggen. De'verklaring hiervoor wordt gevonden in de manier waarop de merktekendrager bemonsterd wordt. Grovere steken komen wij tegen bij meetsystemen met dynamische bemonstering van de merktekendrager, waarbij goede mogelijkheden tot interpolatie, binnen een steek, aanwezig zijn.

2.5.18. Meetsystemen met statische bemonstering van de merktekendrager.

Fig. 2.45 geeft een schematische voorstelling van een merktekendrager die met een opneemkop met twee opnemers bemonsterd wordt (A en B bijbehorende signalen UA en US), Aan het,signaal van een opnemer is niet te zien, of at te leiden, of de verplaatsing naar links of naar rechts is geweest. N.B. Het getekende signaal is niet met de tijd gecorreleerd anders dan door de snelheid van de verplaatsingj geen beweging, dan ook geen veranderend signaal: statisch. Om de richting van een verplaatsing te kunnen detecteren zijn minimaal twee opnemers nodig in een opnemerkop. Door twee opnemers signaaltechnisch een vierde steek verschoven (n + 1/4 waarbij n een geheel getal is) aan te brengen kan niet aIleen de richting van de verplaatsing bepaald worden, maar kan een oplossend vermogen van een vierde steek verkregen worden; twee signalen hebben samen vier overgangen per steek verplaatsing, deze treden op per eenvierde steek verplaatsing. Door differentieren van de twee opnemersignalen worden per slgnaal een opgaande en een neergaande flank verkregen. Door de toestand van het andere signaal als conditie in te voeren bij het gedifferentieerde signaal, zijn uit de

-2.59-

twee signalen impulsen af te leiden waarvan bekend is welke richting van beweging er bij hoort.

I I

1· I

!l 4\0--

I 1-~-

lJso- . I

UA RJ

Us

Fig. 2.45. Merktekendrager met dubbele bemonstering.

Voor kleine steken zullen de opnemers lichtgevoelige elemeten ZlJn; het medium licht. Bij kleinere steken zal het onderscheidende vermogen van de lichtgevoelige elementen de oorzaak zijn van minder goed gedeiinieerde uitgangssignalen; signalen van de vorm zoals in Fig. 2.4Sb zullen het gevolg zijn. Nog kleinere steken veroorzaken soortgelijke signalen met kleinere amplitude die nauwelijks of niet meer te interpreteren zijn. Dergelijke effekten kunnen bij vervuiling van de merktekendrager ook bij grovere steken optreden. Om bij zeer fijne verdeling (kleine steek) toch goede signalen te verkrijgen worden hulprasters toegepast. De hulrasters hebben dezelfde verdelinq als de merktekendrager en zijn (signaaltechnisch) een kWart steek verschoven ten opzichte van elkaar aangebracht op een drager, voor de lichtgevoelige elementen. Het hulpelement (rasters) vormt samen met de lichtbron,' fotocellen en eventueel objektief een geheel: de opneemkop. Om minder afhankelijk te zijn van het contrast worden voor elk signaal ook weI twee fotocellen toegepast elk voorzien van een hulpraster; deze rasters zijn signaaltechnisch een halve steek verschoven zodat de belichting van de twee cellen in tegenfase plaatsvindt, hetgeen een beter signaal oplevert. In Fig. 2.46 is een schematische voorste11ing van een dergelijk meetsyste~, een translatiemeetsysteem volgens hetzelfde principe als.meetsyste.m~die door de firma Heidenhain geproduceerd worden: In dit systeem is een referentiemerkteken aangebracht dat het vastleggen van een machine nul punt vergemakkelijkt. N.B. Bij rotatiemeetsystemen wordt vaak per omwenteling een markeringssignaal afgegeven.

-2.60-

merktekendrager

condensor

cotl , {J t.'

/ fotocellen

Fig. 2.46. Translatiemeetsysteem met vier fotocellen.

2.5.19. Interpolatie.

Door interpolatie kan bij een bepaalde steek een gunstiger oplossend vermogen worden verkregen. Een beter oplossend vermoqen houdt in: meer impulsen, lineair verdeeld over een traject van een steek verplaatsing. Meer impulsen kan betekenen: meer opnemers, of signaalbehandelinq langs elektronische weg. Om meer opnemers toe te kunnen passen moeten de hulprasters op de drager in aantal verm,eerderd worden, de versc'huivinq ten opzichte van elkaar moet aangepast worden. Realiseren wij ons dat het aantal impulsen dat per steek verplaatsinq verkreqen kan worden twee per opnemer bedraagt dan zal het duidelijk zijn dat interpolatie door vergroting van het aantal opnemers een omslachtiqe zaak is. Hierbij tekenen wij aan dat niet aIleen de afmetingen van de opneemkop ons parten gaat spelen maar oak de nabewerking van de uitgangssignalen. Om aan de noodzaak van een groot aantal rasters te ontkomen kan gebruik gemaakt worden van het Moire-fringe verschijnsel. Door een hulpraster met dezelfde steek als de merktekendrager een kleine hoekverdraaiing te geven ten opzichte van de merktekendrager, ontstaan -donkere en lichte banden-. Bij verplaatsing van het raster langs de merktekendrager verplaatsen deze banden loodrecht op de bewegingsrichting van het raster. De afstand tussen de banden, de steek, is afhankelijk van de steek van de merktekendrager en de verdraaiingshoek van het raster. Fig. 2.47 geeft een voorstelling van het hier beschrevene; 5 is de steek van het

-2.61-

raster. Do is de steek van de banden, ~ is de hoekverdraaiing van het hulpraster, d geeft de verplaatsingsrichting aan van de banden terwijl x de richting van de verplaatsing van het hulpraster aangeeft. De vergrootte steek biedt de mogelijkheid om meerdere opnemers (bijv. fotocellen) aan te brengen.

- ............... - x

s

Fig. 2.47. Moire-fringe, steekvergroting.

2.5.20. Signaalbehandeling.

In Fig. 2.48 zijn over de afstand van enkele steken de tot "blokspanning" bewerkte uitgangssignalen van twee opnemers (1/4 s verschoven) weergegeven als funktie van de plaats.

A J t1 2f 2U: , I t I ....+.2 1 I , t L ... X . ...R ....-...., I I t _ H I I I . I

I

t1 !1 21 2f it B

Fig. 2.48. Uitgangssignaal van twee 90° verschoven opnemers A en B.

-2.62-

Wordt van Links naar Rechts verplaatst (1) dan wordt signaal A = Hoog terwijl B = Laag, vervolgens wordt B = H terwijl A = H, daarna wordt A = L terwijl B = H tens lotte wordt B = L terwijl A = L waarmee een steekverplaatsing heeft plaatsgevonden. Bij verder verplaatsen herhaalt de voorgaand beschreven cyclus zich voor elke steek verplaatsing. Wordt een verplaatsing van Rechts naar Links uitgevoerd (2) dan is er voor een steek verplaatsing eenzelfde soort reeks van vier gebeurtenissen echter de voorwaarden zijn verschillend van die in gebeurtenis 1. Om te constateren of een signaalwaarde verandert kan het signaal gedifferentieerd worden, of er kan langs digitale weg geconstateerd worden of de actuele waarde afwijkt van de voorgaande waarden (ook differentieren). V~~r dit doel 'wordt gebruik gemaakt van J-K Masterslave Flip Flops; eenvoudig vertaald zijn dit elektronische geheugenschakelingen met twee ingangen J en K waarop een waarde H of L (aan J) en de inverse daarvan L of H (aan K) aangeboden worden. Tijdens een impuls die aan een Rsleutelingang- (de klokingang) wordt aangeboden, wordt de informatie in de ·voorkamet a (de Master Flip Flop) binnen gelaten. De uitgangen, zijnde de uitgangen van de Slave Flip Flop, veranderen nog niet: bij beE:£indiging van de klokimpuls wordt de "voorkame,'c" afgegrendeld en de deur naar de achterkamer (de Slave Flip Flop) geopend, de informatie wordt doorgegeven naar de uitgangen, die de waarde van het ingangssignaal en de inverse daarvan ·vasthouden a

• Bieden wij dus signaal A en de inverse A aan, dan is na een klokimpuls de waarde van de uitgang Q gelijk'aan de waarde van A tijdens de klopimpuls. Schakelen wij nu twee Flip Flops achter elkaar zoals in Fig. 2.49 dan beschikken wij na een klokimpuls over de waarde van A na een klokimpuls, maar tevens over de waarde van A vobr de klokimpuls. Immers de waarde van de ultgang van de eerste Flip Flop is tijdens de klokimpuls de waarde van A voor de klokimpuls en is de ingangswaarde voor de tweede Flip Flop tijdens de klokimpuls! Bij de volgende klokimpuls (tweede) wordt'de veranderde waarde doorgegeven aan de tweede Flip Flop.

A J a A\ J a

A\\

('I 1 - ~I 2 -, K is ii K a ii

klokimpulsingang

Fig. 2.49. Twee gekoppelde Flip Flops.

Twee schakelingen zoals in Fig. 2.49 (voor beide signalen A en B) zijn vereist om de nodige signalen met behulp van poortschakelingen te kunnen selecteren.

-2.63-

In Fig. 2.50 a en b zijn de signalen A en B geschetst als Funktie van de tijd, indien met een eenparige snelheid van L naar R (a) en van R naar L (b) wordt verplaatst; tevens is ingetekend een kloksignaal, ddt een continue rij klokimpulsen omvat.

1 steek van L-R 1 steek van R- L

I I I I I I f I I I -1- ~ __ I 1-0---. I I I I I I I I .

I J I I f I I I I j I I I

/ I I I 1-,---r1---I------t---- --

..J

-: ,

, · · , .......... , _I ---!.-l- -t- ~ ---'---..... ----~ - - - -- --- ~ -I I I III

I 1- --~I i -- -:- -I I -- ---'+-1- -~ -~ --~_ ..... Il -;""";,,......;..-

I ' I' I I I I I I I I I I I I f !!

I I , j

I I I I I

2 ---1-31---r4" ----rts-I---t-i 171

.............. tijd

a

Fig. 2.50 Signaalverloop als funktie van de tijd bij verplaatsinq met een eenparige snelheid.

b

I I

/S

De herhalingsperiode van het kloksingaal en de duur van de impulsen zijn terwille van de duidelijkheid erg lang verondersteld ten apzichte van de signalen A en B. In de figuur zijn de gebeurtenissen over een steek verplaatsing weergegeven (1 tim 6). Met behulp van elektronische 5chakelingen kunnen de gebeurtenissen vastgelegd en geselecteerd worden. Zo geldt in Fig. 2.50a voar tijdvakje 1, dat signaal A van L naar H verandert terwijl B = L en za blijft. Gevalg: gedurende een tijd gelijk aan een

· - - - -

-2.64-

klokperiode is A' = H ~ A" = L of IT = H ~ B' = L of ~ = H en BM = L of

ST- H. In formulevorm weergegeven: A'. IT. gT. ~= H. Met deze voorwaarde kan een klokimpuls doorgelaten worden naar een teller, waarmee de verplaatsing geregistreerd wordt. V~~r Fig. 2.50a en b kunnen de tijdjes 1 tot en met 4 en de tijdjes 5 tot en met 8 bekeken worden; dit levert ap:

1: A' .V.gT.BT 5: A' .IT.B' .S"

2: A' .A".B'.ST 6 : A' .A" .1f'.B"

3: AT.A" .B' .B" 7: AT.A" .Jjl"".fP 4 : IT.V.lV.B" 8: AT.IT.s' .1rr

Door 1 tot en met 4 samen te voegen en 5 tot en met 8 samen te voegen kunnen voar bewegingen van Links naar Rechts (1 tIm 4) en vaar bewegingen van Rechts naar Links (5 tIm 8) per steek verplaatsing 4 klokimpulsen naar een teller doorgelaten worden, een teller die een ingang heeft am "rechtse impulsen" op te tellen bij en een ingang om "linkse impulsen" af te trekken van de tellerstand (up/down-counter).

2.5.21. Dynamische bemonstering van de merktekendrager.

In principe kunnen wij een meetsysteem met dynamische bemonstering van de merktekendrager voorstellen zoals in Fig. 2.51; het betreft vaak systemen, die toals geschetst van het medium licht gebruik maken.

"l "

~~tim~'aal~~~~~~~"~ I

i . -j I !" Ii~=:~n vast

hulpraster I .-_ ..... --...... " • '-..fotocel.....-"

meetsignaal

liniaat

lopend - - ....... raster

L . reterentie __ S_ig_"_aat

.- OPNEEMKOP -. ---

Fig. 2.51. Dynamische bemanstering van de merktekendrager.

-2.65-

De liniaal, merktekendrager, is van het doorlatende type. De liniaal wordt via een continu lopend raster, met dezelfde verdeling als de (projektie van de) merktekendrager, met behulp van een fotocel (lichtgevoelige eel) bemonsterd. Het uitgangssignaal van de fotocel is een driehoekwisselspanning. Als de meetkop met een constante snelheid verplaatst wordt ten opzichte van de liniaal, dan zal de afbeelding van de liniaal met het lopend raster meebewegen of tegen de richting in. Bij meelopen van het raster zal de frequentie van het fotocelsignaal proportioneel met de snelheid van de opneemkop ten opzichte van de liniaal lager zijn dan de frequentie van het signaal in stilstand; bij tegenovergestelde bewegingsrichting zal de frequentie van het fotocelsignaal proportioneel met de snelheid hoger zijn. Om te kunnen meten is een referentiesignaal nodig. In Fig. 2.51 zijn daartoe een • vast hulpraster·, fotocel en lic'htbron getekend, die een geheel met de opneemkop vormen. De fotocel bemonstert via het lopende raster het hulpraster; het uitgangssignaal is een vaste frequentie, die gelijk is aan de frequentie van het meetsignaal indien de opneemkop ten opzichte van de liniaal in rust is. Langs elektronische weg kan de frequentieverandering van het meetsignaal ten opzichte van het referentiesignaal gemeten worden. Daar de verandering van de . meetsignaalfrequentie proportioneel met de snelheid van de opneemkop ten opzichte van de liniaal is ~an uit deze meting de verplaatsing bepaald worden. De nauwkeurigheid, het oplossend vermogen, waarmee bet frequentieverschil gemeten wordt bepaalt de interpolatiefaktor die op de steek van de liniaalverdeling wordt toegepast. De manier waarop het lopende raster en het hulpraster, of de funktie daarvan, gerealiseerd worden is verschillend. In het te bespreken Philips meetsysteem, met de ·optoscanner­zijn lopend raster en hulpraster fiktief, hier worden, uitgaande van een stabiele oscillator, langs elektronische weg de problemen opgelost. Opmerking: vervuiling van de merktekendrager en/of opneemkop zijn te constateren aan het kleiner worden van de (dynamische) wisselspannings~itgangssignalen van de fotocellen.

2.5.22. Het Philips translatiemeetsysteem met optoscanner.

In Fig. 2.52 is een schematische voorstelling gegeven van het meetsysteem met optoscanner. Dit meetsyteem is een optisch incrementeel systeem met een liniaal (merktekendrager) van het reflecterende type. De liniaal bestaat uit een glazen drager, voorzien van een reflecterend raster met een steek van 0,635 ma, die op een vlakke drager van chroomstaal (5,5 x 22 mm) is gelijmd. Lengte van de merktekendrager 1m, breedte 12 mm, dikte 0,8 mm. Uitzettingscoefficient van de drager 11 x 10-6 per graad Celsius, komt overeen met de uitzettingscoefficient van gietijzer. De grove steek van de verdeling is onder andere gekozen: - omdat een grove steek de gevoeligheid voor stof, olie en ander vuil sterk

vermindert; het contrast wordt minder verstoord.

-2.66-

- om de samenbouw van meerdere elementen tot een langere liniaal te vereenvoudigen.

liniaal

Fig. 2.52. Meetsysteem met optoscanner.

N.B. 0,635 mm is gelijk aan een veertigste inch, waardoor overschakeling van metrische eenheden naar inch maten elektronisch eenvoudig te verwezenlijken is door de keuze van een iets andere interpolatiefaktor: 1270 metrisch, 1000 inch maten.

De plaatsing van de lichtbron in het brandpunt van de condensor (zie Fig. 2.52, waarbij een halfdoorlatende spiegel in de meetkop moet worden toegepast, heeft tot gevolg dat het licht als een evenwijdige bundel via de condensor op de liniaal wordt geworpenj dit betekent dat de aistand tussen de liniaal en de meetkop geen invloed van betekenis heeft op de vorming van het beeld van de liniaal op de optoscanner. Met andere woorden de afstand waarop de meetkop ten opzichte van de liniaal gemonteerd wordtis, binnen gestelde grenzen. niet kritisch. Daar een halfdoorlatende spiegel een kostbaar, lichtverlies opleverend onderdeel is, wordt in de praktijk een lichtbron met kleine afmetingen toegepast in de vorm van een lichtemitterende diode (t.E.D.>. De afmetingen van een dergelijke lichtbron maken montage vlak naast het objektief mogelijk zodat slechta een geringe fouthoek wordt geintroduceerd, die nauwelijks effekt heeft op het eerder beschreven lichtverloop en de beeldvorming. In Fig. 2.53 is een schematische ruimtelijke voorstelling gegeven.

-2.67-

spiegel

Iiniaal

Fig. 2.53. Schets van de toepassing van de L.E.D. Ret hart van de opneemkop wOldt gevormd door de Optoscanner.

De optoscanner is een geintegreerde schakeling die als compromis uit een pakket eisen, wensen en mogelijkheden ontwikkeld is. In de optoscanner is een raster ondergebracht dat opgebouwd is uit fotocellen met afmetingen van 1,8 x 0,01 mm. De cellen zijn in een rij aangebracht op een steek van 0,02 mmi in totaal 220 cellen. Schakeltechnisch zijn de 220 cellen in 22 groepen van tien cellen verdeeld waarbij elke groep van 10 cellen een ~teek van de liniaal bemonstert. De lengte van een groep bedraagt 10 x 0,02 = 0,2 mm, terwijl de steeklengte van de liniaal 0,635 mm bedraagt. Ret in de opneemkop toegepaste objektief zorgt voor de benodigde verkleiningsfaktor van 3,175 maal. De fotocellen kunnen in- en uitgeschakeld worden. De elektronische opbouw is zodanig, dat de uitgangen van aIle fotocellen tezamen de uitgang vormen; de schakelfunkties zijn zo gekoppeld dat van de 22 groepen alle eerste cellen tegelijk bediend worden, aIle tweede celen tegelijk etc. De schakelfunkties worden bediend door middel van een ringeUer die met ingangsimpulsen (-scanimpulsen- = aftastimpulsen) gestuurd wordt. De ringteller heeft tien uitgangen om de tien groepen (van 22) fotocellen te bedienen. De uitgangssignalen zijn zo georganiseerd dat vijf naast elkaar liggende cellen bekrachtigd zijn en de daarnaast liggende groep van vijf cellen uitgeschakeld is, bij elke scanimpuls schuiven de groepen van vijf een (cel) plaats op. Zo wordt een lopend raster gevormd met dezelfde steek ais de (projektie van de) liniaal. In Fig. 2.54 is de schakelcyclus aangegeven ais tunktie van de scanimpulsen; de bekrachtigde cellen zijn

-2.68-

aangeduid als bolletje op de kruisinq van horzontale lijnen die de tijd of het -nummer- van de scanimpuls vertegenwoordigen, en de verticale lijnen die de plaats van de fotocellen markeren.

11

f: _8 "0 E,7 .:. ce .. :;5 Go

.54 i3 I.,)

-2

1

o • 1 2 4

.

5.6 7 8 9 10: 15. - .20 _~ ____ fO..!.OC~ nr~ _!

'-liniaa I projectie

Fig. 2.54. Werkingsprincipe van de optoscanner.

uitgangssignaal

In de figuur is de toestand voor een beperkt aantal tijdstippen en voor een twintigtal cellen aangegeven, voldoende om een idee te geven van de werking. In de deelfiguur rechts is het uitgangssignaal van de optoscanner weergegeven, dat geldt voor de projektie van de liniaal zoals aangegeveni slechts een positie van de liniaal projektie is aangegeven hetgeen innoudt dat de gegeven figuur geldt voor een stilstaande opneme~. In de praktijk is het uitgangssignaal meer sinusvormig zoals in de figuur gestippeld is. Wordt de opneemkop verplaatst met een zodanige snelheid dat de rasterafbeelding van de liniaal in een scancyclus een fotocel opschuift dan wordt de periodeduur van het sinusvormige uitgangssignaal, afhankelijk van de bewegingsrichting, een scanperiode langer of korter dan de periodetijd in stilstand. Anders gezegd: wordt er afhankelijk van de bewegingsrichting in de tijd van 9 of 11 scanperiodes een afstand afgelegd die overeenkomt met een steek van de fotocellen dan duu'rt de periode van het sinusvormige uitgangssignaal niet 10 maar 9 respectievelijk 11 scanperiodes. Een verschil in periodeduur van het uitgangssignaal gelijk aan een scanperiode komt overeen met een verplaatsing van een fotocelsteek (eentiende liniaalsteek) in de tijd van 9 respektievelijk 11 scanperiodes: een frequentieverandering komt overeen met een snelheid. Lagere verplaatsingssnelheden. kleinere verplaatsingen per tijdseenheid, leveren een kleinere afwijking in ~

periodeduur van het uitgangssignaal. Het meten van de periode met behulp van

-2.69-

scanperioden wordt in dat geval lastig. Door uit te gaan van een veel hogere frequentie waaruit door deling de scanfrequentie wordt gemaakt wordt het lopende raster in feite opgewekt met behulp van het hoogfrequente signaal en kan dit zonder bezwaar als referentiesignaal dienen. De veel kortere periodeduur van het hoogfrequente referentiesignaal maakt een meting van de periodeduur van het uitgangssignaal met een veel beter oplossend vermogen aogelijk. De afwijking ten opzichte van de periode bij stilstand, dUB de bepaling van de snelheid, kan nauwkeuriger plaatsvinden. Het aantal hoogfrequentperioden per tijdseenheid dat de afwijking voorstelt komt overeen met de snelheid. Integratie, in dit geval tellen van de perioden, Levert de verplaatsing op. De deelfactor die op het referentiesignaal wordt toegepast bepaalt de interpolatie die geldt voor een fotocelsteek, dUB voor eentiende liniaalsteek. De totale interpolatiefaktor bedraagt: deelfaktor x 10. Door keuze van de deelfaktor die (ter verkrijging van de scanfrequentie) op het referentiesignaal wordt toegepast kan het gewenste maatstelsel gekozen worden: metrische maten, deelfaktor 127: inch maten, deelfaktor 100. In Fig. 2.55 is een schets yan de meetkop gegeven. Het oplossend vermogen dat met het translatie meetsysteem bereikt wordt is 0,5 ~m. De standaardnauwkeurigheid, voor 1 meter meetlengte, is gekenmerkt door afwijkingen kleiner dan 0,01 mm ( 0,005 mm mogelijk). Voor het rotatiemeetsysteem, werkend volgens hetzelfde principe, is een oplossend vermogen van 1 boogseconde mogelijk.

a) Gehause bl PI'Iolooiooen-Ablaslzellen cl Spiegel dl LED-LlChlqueUe elOblekhv fl Feldltn!ie gl Ma6stab hi Slecker

Fig. 2.55. Meetkop met opto5canner.

-2.70-

2.5.23. Array's.

In de voorgaande paragrafen is aandacht besteed aan diverse meetsystemen en sensoren voor het meten of detecteren van verplaatsingen en rotatie's. Als laatste is hierbij een tran~latiemeetsysteem besproken waarin een rij van enkele honderden lichtgevoelige cellen, een lineair (eendimensionaal) array, is toegepast. Soortgelijke, maar ook meerdimensionale, array's vinden steeds meer toepassing als onderdeel van meetsystemen. Evenals bij videocamera's, waarbij het beeld langs elektronische weg in beeldelementen (pixels) verdeeld wordt, gaat het vaak om gecompliceerde systemen, die met behulp van specifieke programmatuur ingezet worden voor produktherkenning en plaatsbepaling. Bespreking van dergelijke systemen valt buiten het kader van di t college.

2.6. Praktische voorbeelden. alqemeen.

2.6.1. Indleiding.

net zou dwaas zijn te veronderstellen dat, haewel een beldngrijk aantal gangbare meetsystemen de revue gepasseerd is, de beschrijving van translatie- en rotatiemeetsystemen uit paragraaf 2.5 volledig is. Veel van deze systemen worden terugqevonden als (secundair) tweede omvormend element van meetopnemers voor het meten van graotheden zoals: snelheid, versnelling, kracht, temperatuur, torsie, flow, druk enz. De nag qrotere veelheid van meetsystemen voor het meten van andere physische grootheden dan translatie's en verdraaiingshoeken, de voor de stof "beschikbare ruimte" en de verschillende mate van belangrijkheid voor de werktuigbouwer hebben geleid tot de hier en daar fragmentarische bespreking die hier vol'1t.

2.6.2. Snelheid, versnelling.

Voor het meten van translatiesnelheid kan voor beperkte meetbereiken (tot ~Or5m) gebruik gemaakt worden van meetsystemen die bestaan uit een spoel vaaIin door middel van een trek-/duwstang een magneet verplaatst kan worden. Aan de spoel wordt volgens:

u = - ~ . constante

een spanning U opgewekt die evenrediq is met de afgeleide van de flux <St), die over het gespecificeerde meetbereik van de opnemer evenredig is met de verplaatsinqssnelheid van de magneet. De uitgangsspanning van verkrijgbare systemen liqt in de aIde van 2-20 vim/sec; lineariteitsafwijkingen liggen in de ordeqrootte van een procent. Voar trillinqsmetingen (kleine verplaatsingen) komt dit soort snelheidsopnemers ook voor in seismische

-2.71-

opnemers; in deze paragraaf wordt daar nog aandacht aan besteed. Een andere mogelijkheid om translatiesnelheid te meten is: het uitgangssignaal van een analoog translatiemeetsysteem (bijv. potentiometrisch) differentieren. Me~ moet hierbij bedenken. dat altijd aanwezige stoorsignalen, ruis en eventueel voorkomende discontinuiteiten, voor grote problemen kunnen zorgen door de relatief grote uitgangssignalen die er het gevolg van zijn; het beperken van het frequentiegebied (de doorlaatband) van de differentiator, om oversturing te voorkomen, is een noodzakelijk kwaad. Over het algemeen kan gesteld worden dat een differentiator technisch/elektronisch gezien een Mmoeilijk apparaat- is. Bij resolver en inductosyn systemen wordt in de "tracking resolver to digital converter" een snelheidssignaal aigeleid; zie paragraaf 2.5.12. Vaak worden translatiesnelheden omgezet in (rotatic-) hoeksnelheden; ook stroomsnelheden van gassen en vloeistoffen worden door middel v~n schoepenwielen, propellers en radertjes omgezet in hoeksnelheden. Snelheden (van of) ten opzichte van gassen en vloeistoffen worden ook omgezet naar drukverschillen, zoals dat gebeurt bij de Pitot-buis. Voor het meten van hoeksnelheden (toerentallen) staan diverse opnemers ter besl~hikking. Een daarvan is de tachogenerator (tachodynamo). De werking b~ru5t op:

k = constante.

In Fig. 2.56 is schematisch het principe geschetst; een wikkeling die roteert in een magnetisch veld.

Fig. 2.56. Principe van de tachogenerator.

Stel de maximaal omvatte flux gelijk aan 'max' Afhankelijk van de verdraaiingshoek a bedraagt de omvatte flux: + = 'max' cos a. Vaor de verdraaiingshoek a geldt:

a = ao + ~ . t + l d22 t 2+

Ul:. "dt' ...

-2.72-

ao ::::: beginwaarde.

2 Hierbij stelt Sf de hoeksnelheid w VOOI, :t2 stelt de hoekversnelling v~~r. Nemen we nu ter vereenvoudiging aan dat ao = 0 en dat de rotatie eenparig is dan geldt:

a ::::: lilt zodat . ;:: +max' cos wt en d+ = - ·max· III sin wt lilt

Voor de opgewekte spanning geldt:

U ::::: -at . k ::::: k +max' w sin wt

Daar k en .max constanten zijn betekent dit: de spanning is evenredig met de hoeksnelheid w en heeft een in de tijd gezien sinusvormig verloop (wisselspanning); zie Fig. 2.S7a.

O~--------~------~ ---1:\ .. .-A .--V he-v ~

O-L--~----~---------b

Fig. 2.57. Spanningsverloop.

-, \ I

r, I \

I

0' V

, / "f

"'se..)\ I \ I \

\ I \ / I

" V

c

Wordt de wikkeling uitgevoerd via een commutator, beter bekend als collector met borstels, dan hebben wij een gelijkspanningstacho gekregen. Het uitgangssignaal daarvan is in Fig. 2.S7b geschetst; voor de gemiddelde waarde geldt:

de constante ke geeft de -gevoeligheid M van de tacho aan. Door de grate ·wisselspanningscomponent- zou een tachogenerator met een wikkeling slecht bruikbaar zijn voor een groot toerentalbereik. Door een groter aantal wikkelingen toe te passen (en overeenkomstige meervoudige collector) kan een uitgangssignaal met kleinere rimpel (ripple, welligkeit) verkregen worden, zodat ook bij lagere toerentallen een goede gemiddelde uitgangsspanning verkregen wordt zonder lange integratietijdconstanten toe te moeten passen; genoemde tijdconstanten leveren een bandbreedtebeperking op waardoor een

-2.73-

snelle meting (en sturing) niet mogelijk is (zie Fig. 2.S7c). Wisselspanningsgeneratoren worden als meerfasengenerator uitgevoerdj voordeel van deze generator is het ontbreken van de collector (slljtage, stoorpiekjes). Nadeel van de wisselspanningstacho is het benodigde gelijkrichtcircuit, dat bij lage toerentallen niet linealr gedrag veroorzaakt. Het aantal uitvoeringsvormen van tachogeneratoren is erg groot, %0 zijn er onder andere tacho's met: - permanent veldmagneet, - veldwikkeling,

een gewikkeld anke! met 1Jzeren kern, - een zelfdragende ankerwikkellng met stationaire kernj lage massatraagheid, - geprint anker; lage massatraagheid. Naast de tachogenerator worden veel hoeksnelheidsmeters gebruikt die dezelfde opbouw hebben als de incrementele hoekverdraaiingsmeters echter met een uitgang, die een impulsenrij levert; of een uitgangssignaal van een hoekverdraaiingsmeter wordt voor het doel gebruikt. De frequentie van de impulsenrij is recht evenredig met de hoeksnelheid. De uitgangsimpulsen worden ook weI met constante tijdsduur en amplitude uitgegeven, zodat de gemiddelde waarde overeenkomt met de hoeksnelheid; nadeel: bij lage hoeksnelheden treedt een hoge -rimpel" op. Een robuust type opnemer dat in vele uitvoeringen verkrijgbaar is moet hier nog vernoemd worden: de magnetische impylsgeyer. Deze opnemer bestaat uit een spoel met kern en een magneetj het magnetische circuit is -niet gesloten-, zodat door ferro-magnetische lichamen in de nabijheid te brengen, of te verwijderen, de flux verandert. In Fig. 2.58 is een principe schets gegeven; hierbij is de opnemer in de nabijheid van een (ferromagnetisch) tandwiel aangebracht.

t • o ;:~---------+--------~== ..

-........ -Fig. 2.58. De magnetische impulsgever.

Elke tand die passeert zal een spanningsimpuls in de spoel veroorzaken zoals in de figuur is weergegeven. Voar tanden en symmetrische nokken zal de vorm van de spanningsimpuls niet afhankelijk zijn van de naderingsrichtingj of de nok nu van links of van rechts nadert in beide gevallen neemt de flux toe, wordt maximaal (spanning minimaal doordat ~ minimaal is; in de figuur aangegeven met een pijl) en neemt bij verwijderen van de nok weer af. De hoogte van de impuls is evenredig met de snelheid van de naderende nok,

-2.74-

meestal wordt deze hoogte niet als informatie gebruikt maar wordt het aantal impulsen per tijdseenheid, de frequentie, gemeten. Voordat de frequentie gemeten wordt moet de impulsvormige spanning nag nabewerkt worden om foutloze frequentiemeting mogelijk te maken. Er zijn opnemers met ingebouwde schakelingen om de impuis te "fatsoeneren" , Men moet zich realiseren dat hierdoor het temperatuurbereik waarbij de opnemer zijn werk doet beperkt kan worden. Als laatste wordt in deze paragraaf aandacht besteed aan de ~eismische opnemers. Oit type opnemer is een tweede orde systeem opgebouwd uit een massa die via een veer en een demper met "de wereld" verbonden is; 8de wereld" is het huis van de opnemer waarmee deze op het te meten objekt bevestigd wordt. In Fig. 2.59 is een schematische voorstelling van een seismische opnemer gegeven; hierin is tevens een omzetfunktie 0 aangegeven. Bij veel metingen gaat het om dynamisch gedrag, we meten trillingen. De aa,rd van het objekt bepaalt het frequentiegebied dat van belang is.

Fig, 2,59. Seismische opnemer.

, Ervan uitgaande dat 0 de (relatieve) verplaatsing (xo) van de massa m ten opzichte van het huis weergeeft, kan de opnemer afhankelijk van de bepalende elementen en van het gebruikte frequentiegebied, verschillende grootheden registreren: verplaatsing (uitwijking), snelheid, versnelling. Volgens eenvoudige wetten zoals:

kracht = massa , versnelling

kunnen wij de volgende vergelijking opstellen:

Hierbij is kv de veerconstante, kd de visceuze demping en m de massa, *0 is de (relatieve) snelheid van de massa ten opzichte van het huis, xm is de (absolute) versnelling van de massa. Verder geldt:

-2.75-

in woorden: de versnelling van de massa Uem) is op een verschil U'o) na gelijk aan de versnelling van het huis (x· )

1 van de opnemer; dit leidt tot:

kv . Xo + kd Xo + 111. X :: m 0 x· 1

Met behulp van de Laplace-transformatie kunnen wij schrijven:

kyo xo+ kd · S xot 111. s2. xo= m s2, X· 1 (a)

of kv' xot kd' 5 xo+ m 52. Xo= 111. 5 t· 1. (b)

of kv' xo+ kd' S xot m s2. xo: m x· 1 (e)

Door de vergelijking in de vorm (a) te schrijven en uit te werken vinden wij de voorwaarden waaraan voldaan moet zijn om de verplaatsing Xi terug te vinden in Xo en voor welk frequentiegebied dit g.eldt. Uit (a):

:::

k waarbij wn= I kv/m de eigenfrequentie voorstelt en D :: 2J k~, ~ de demping;

deze termen zijn bij elke beschrijving van een tweede orde systeem terug te vinden. Schrijven wij de uitdrukking om naar het frequentiedomein dan vinden we vaor onze trillingen:

Hieruit leren wij dat voor W » wn de uitdrukking overgaat in:

Door een slappe veer (kvklein) en een grote massa toe te passen wordt wn kleiner, het bruikbare frequentiebereik wordt groter; zie Fig. 2.60a.

-2.76-

I~; I I~~I ..

w -~ 1 1..4>" \... 1 .1_ brv.ikb(M).C' w,.,

a.. b b'i ~rote.1)-woo.n:1e

I~I

1 c ~----------------~--.. ~ Wit

Fig. 2.60. Overdrachtkarakteristieken.

I~~I

d

- - -/-;.----r i, I

I. I I"'br"~~ -i

Zijn wij geinteresseerd in de snelheid xi dan kunnen wij door uitwerking van (b) tot de volgende uitdrukkinq komen:

~ (jill) = ____ 1!....-...._--...-.. ... 2_ ... 2 A 1' "'n ..,

20.lIIn - j( III )

V~~r III ~ IIIn kan deze uitdrukkinq vereenvoudigd worden tot:

~ (jill) =--.1_ ]t. ~

1 Voor het frequentiegebied om IIIn is het uitgangssignaal dus evenredig met de

snelheid Xi' Door 0 . IIIn groot te maken door de demping 0 grater te kiezen kan het bruikbare frequentiegebied verruimd worden; dit gaat dan weI ten koste van de gevoeligheid. Zie Fig. 2.60b voor de overdracht.

Door (e) uit te werken vinden we de conditie's:

-2.77-

~ 1/w 2

(jw) = n

S x· 1 + 20j ~ -·1 wn wn

V~~r de waarden van w « wn gaat de uitdrukking over in:

Xn 1 ~ (jw) = x· ~ 1 n

Het bruikbare frequentiegebied begint bij w = 0, er kunnen statische waarden gemeten worden; zie Fig. 2.60c. Hoe hoger wn hoe groter het bruikbare frequentiegebied; dit geeft een verklarinq voor de belangrijke plaats die piezoelektrische versnellingsopnemers (hoge eigenfrequentie) thans innemen. Een beperking van deze opnemers ligt in het piezoelektrische principe zeif. Maatgevend is namelijk de lading op een condensator, die altijd belast is met een lekweerstand (oneindige weerstand, ideale isolatie, bestaat niet!). Oit betekent dat voar piezoelektrische opnemers een extra overdrachtsterm voorkomt van de vorm:

S1 1 + 5T waarbij t = r . C

c = meetcondensator r = lekweerstand

In het frequentiedomein:

iWT 1 + JWT

Het gevolg van deze term (onbruikbaarheid voor statische metingen; lage w) is te zien ale we Fig. 2.60d en c vergelijken. Fig. 2.60d geeft de vorm van de frequentiekarakteristiek aan zo~ls die geldt vaor piezoelektrische versnellingsopnemers. De constructie van dit soort opnemers is zeer robuust; het piezo principe geeft grate vrijheden in constructie en afmetingen. In Fig. 2.61 zijn enkele voorbeelden van piezoelektrische versnellingsopnemers gegeven; in Fig. 2.62 is een tabel gegeven van enkele typen met ingebouwde -ladingomzetter- (Mosfet). Oit type heeft door de lage uitgangsweerstand minder problemen met lekweerstanden ten gevolge van vuile of slechte kabels en pluggen; de uitgang is geen ladings- maar een spanningsuitgang. Nadeel van dit type is een beperkt temperatuurbereik.

j

s.

max. Meubereich Amprecluchwelle max. z.ul. Seitenbeschleunigutlg

Empfindl i chke it 1llWl. Seihtnempfindlichkeit* Eigenfrequenz (mantlert) ANtieg$".it

I IoOlat ioolwiderstand Kapc;U'.it<it r.mperatur-Koeffizient 8etrieb5templratur-Bereich Gewicht

9 9 9

pC!g % kHz IU

min. {l pF 'KI°C °C 9r/ oz•

I 1

Fig. 2.61. Piezoeiektrische

-2.78-

lO-32Nf I- ---;

1

t~L~ .........

* s ~ Ach5e dcr kl.in$ten SCli-TECHNISCHE OATEN tconompfindlichkeit

!' 5'000 9 !' 10'000 !;l +50'UOO, -: 20'000 0,006 9 0,03 9 0,06 500 9 1000 9 5000

!l,O pC/g 1,0 pC/G 0,:) 3 % 3 rr~ 5 20 kHz 40 kHz 40 20 11$ 10 ~a 10

10 13 min.a 1013 min.a 1013

165 pF 92 pF 38 -0,025 'KI°C -0,025 %/oC 0,U25 - 150, + 240 °C -150,.240 °C -150, +240 64/2,25 gr/o". 21/0,75 gr/oz. 10/0,35

versnellingsopnemers.

DVNAMIC RANGE t

APillttlt .... 1'I Villralion

Mo~tl Numbtr 302A

S,nsltivity I:! 2%1 miUivolu t, 10

ResolutIon 1200 J1.V p.p Elect NOise) 9 .... 02

Ae,o"fnl FrequeO(.v (mounted) >Hz 45.000

f,.q)/.nc~· Rang. 11; 5%} • Hz 1 to 5000

Overtoad Recovery <.:M~crosec 1O

O .• el,arge Time CanHam(Z, Ii> lOaF >sec .5

Arr:~ .. tade lineamv %' I

Range Ifor .1 5 volt. OUtpUI} .tg 500

OulPul Imptdince < .. hm. * 100

T IIMYfm Sensltiv.ty <% 5

SIt.,n S.nsitlVlty g/J.Lin/1A 01

T em perature CotUit'ent %loF 03

hmp€f.ture BiingeC*t Of -100 >250

V.brllIQIl 1M .... :tV 2000

Snnr' (Max.! 9 ,

5000

SH.(IU'e (lso-tOmpre$$lonj tnverted

SIU (Nex_ I HelgllU In 112 • 1.3

W"gIIl gl.ms 18

COrHH!ctof MICro 10-32 lOP -. CaU! M.'fI,aj 5S 30l

OptJollll Models 302A04 GnClIL bolattoft.

NOTES ;."01"'0 ....... *pI ;)"".' cnariicter,'t'l,:l

I" I Pontf reft<t1fM 2 to 20: rna dv,.i C": thooe from .. t8 to • "l4V O( "}"PU'\< to, ! volts OvfQ.;1 J 0'14 5..tPP1V \In-..M up to

t 000 It ~~"i,Jle

en ... l • .J$<.!ffi ihOCU i.llng • hl'w '" of rt,Khar., time conua"t.

i

I i

I I

0.1 to 500 - Ganeral PurpO$lt 1 to 100,000 "".fCft£QUf!N(:V - MI~IATU.~

Snock V.bratlOn TI;~xla; Vtbra'H.ln She<;k oJ< V.bra"~n

302A02 302AOl J06A 305A02 Bu.1t I., Ci"n (S)

10 I "lOO 10 .114)

! ... 005 -

.... 02 , . ... U2 2

• j 45.000 I 4S 000 zrroo ... 6QOGO

.0510 5000 110 5000 I I 110 1000 .2510.,000

10 10 1'; 10

10 .~ 5 2 , ..

I 1 1 1

SOD 16 500 50.000

• 100 i lOOm .. 100 ... 100

5 5 !i

.01 .01 2

.03 .03 1 01 .03

-100 T ISO . -1iS '2:.0 lW·60 -100 +250

2000 100 1000 15,000 -

30.000 5000 i 500 i zoon T~.1n.I'''''

InvertEd i Hhlerted ,['l..-tlf'$.o:j Invent{j .-~-.

li2 • 1.3 S'8. 1 S I I" tub. ... 5,16 •. 65

18 25 100 *4.5

lOP top lOP 2 s.des lOp

303 303 303 17..01 PH

306M2 305A ShOC"_ lOOK. I, .O$mV I.

'J' 6 .. ,IHn CJitm .c<;e~'(..;'!)t!r.,-:. ftO·d on!Y' "'1 .It~ ~tttl ",&Clal Ptlwet k-Pi·;y Nomtn.¥ Not sunaarC.Ztr\!

L Mltfrf't .Hput ;:#J •• dr' /1"9 ,zan.,d:-)' to 50 f~ St."tIC.a: to 44(lO" .ilt) t31S0F From p(Mti'f i'.ICIPiy lOOohm'~trorn accel.rOfTleuw :?UOO;J!hms

Snod. or Vibration

305A03

.5")

I .:0.000

.2510 '.1100

to

2

I

10,000

*100

5

.2

03

100 + 250

20000

30.000 'frAnne'".

Inver tet

-!i;16. .65

* •. 5

rop

114PH

JO~At)C $1<, JmV/t

.., .... .a

.Ot to 50 HI SENS1TtV.TY tNOU$T,UAL

Shock or V.bratlon Shoe« ar V,brat'on

lO8A J08A02 .\.Iin-'n G.II'~ ,I)

*'00 *1000

-002 .... 0005

25.000 25.aOn

x~i ~~ :- CI J>

~.!-'.

~~i 0"" ~~!: /

1<0 {~f ~ .., i "'i ... f- .... tl .,~ l "''''

N

0\ N

< I'D

"'" CII ::s I'D I-' I-' • ....

1 to 3000 110 lODD CI. ::s IQ

10 10 u. 0 'C

.5 .5 ::s I'D

t 1 e I'D

"'" I

50 2.5 CII N

e ...., -100 100(7) (l) 1.0

1'1" I

1 1 .... ::s

2 .2 IQ I'D

.OJ .03 0-0 c::

1,)0-250 -65 +250 ~ 0-I'D

SOil 100 ;:; I-'

500 200

-' "~"lJh! uprlgtq

314 • 1.3 3:4 x 1.3

" ~ ~

;; ~ "

jl.> 0-.... ::s IQ 0 e N

81 81 I'D 1'1" 1'1"

side side I'D

"'" 303" Alum. 303" Alu.n

31laA03 60lftV/t

-2.80-

Naast de plezo-opnemers die vooral·voor dynamische metingen erg geschikt zijn, zijn er vele soorten versnellingsopnemers werkend met: - rekstroken aangebracht op het verend element, waarbij de verplaatsing (xo)

in feite in de vorm van rek gemeten wordt. Ook toegepast worden vrijdragende rekstroken (unbonded strain gauges) die in dat geval het verende (metende) element vertegenwoordigen. inductieve opnemertechniek zoals beschreven in paragraaf 2.5.7. De kern die de massa vertegenwoordigt is via een veer met het huls verbonden, terwijl een olievulling van de opnemer als demping fungeert.

Seismische opnemers waarin niet een verplaatsing gesignaleerd wordt door de omzetfunktie 0 (Fig. 2.59) maar een snelheid, waarbij geldt:

uitgangssignaal Uo= k . Xo waarbij k = constante

leveren een snelheidsopnemer op waarvoor dezelfde overdrachtsfunktie getekend kan worden als die in Fig. 2.60a waarbij de aanduiding bij de verticale as vervangen moet worden door:

u 1721 X· 1

2.6.3. Kracht, koppel, druk.

Opnemers voor kracht-, koppel en drukmeting Zl)n in veel uitvoeringen verkrijgbaar. Afzonderlijke bespreking blijft hier achterwege. In literatuur en catalogi van opnemerproducenten kan men het nodige materiaal vinden. Veel van deze opnemers werken volgens het piezo-electrische principe, waarbij het meetkristal rechtstreeks (of vrijwel-) de kracht (of kracht ten gevolge van een koppel) of druk opneemt. Het opnemen van de belasting gaat g~paard met zeer kleine verplaatsingen (samendrukking, verdraaiing). Deze opnemers zijn geschikt voor dynamische metingen, zeer langzaam verlopende processen kunnen met dit soort (piezo-) opnemers niet gevolgd worden. IJkwaarden worden' uitgedrukt in pico-Coulomb per mechanische eenheid: pC/N, pC/bar enz. In paragraaf 2.6.4. wordt het meetprincipe voor piezo-elektrische opnemers kort besproken. Andere opnemers werken met een elastisch vervormend lichaam, bijvoorbeeld een veer, een buigende stang, een membraan, een torderende as enz. Door met zorg de materialen te kiezen en te construeren nemen de elastisch vervormde materialen (Mmeetlichamen B

) na wegnemen van de belasting hun oude vorm weer in. De vormverandering kan als rotatie of als translatie gemeten worden; diverse systemen zoals in 2.5 beschreven kunnen in de praktijk aangetroffen worden. Het mechanisch vervormde deel, meetlichaam, van de opnemer is in hoofdzaak bepalend voor de gevoeligheid, meetbereik en dynamisch qedraq. De vervorming van meetlichamen kan ook gemeten worden door deze over te brenqen op aanqehechte (vastqelijmde) piezo-resistieve elementen: rekstroken. Rekstroken zijn omvormende elementen die door hun

-2.81-

grate verscheidenheid in uitvoering (en geringe ruimtebehoefte)' op een zeer breed front toepassing vinden. In paragraaf 2.6.5. worden de rekstroken kort besproken.

2.6.4. Piezo-elektrische meetschakeling, -ladingsversterker M•

In Fig. 2.6.3. zijn twee meetschakelingen geschetst: a. een met piezo-kristal, m~t lekweerstand Ri van pluggen en kabels,

parasitaire paraUelcapaciteit Ci en een meetcondensator C. b. dezelfde opstelling als in a., de meetcapaciteit is hier echter, zoals in

ladingsversterkers, vervangen door een versterker met hoge versterking (-Ao) waarbij de meetcapaciteit C voor tegenkoppeling zorgt.

C r---- -.. __ J--

f{

~ t ~ c C,

UQ. v/, y/. t E.

~ t a.. b

Fig. 2.6.3. Ladingsversterker, principe.

De werking van de ladingsversterker kunnen wij het eenvoudigste als voIgt beschouwen: Stel, het piezo-kristal levert ten gevolge van een belasting een ladinq Q. - In geval a. heeft dit een spanning Ua als uitgangssP4nning tot gevolg:

terwijl een lekstroom ontstaat door Ri die begint als:

U I - ~ - ~",",*Q~..­ao- Ri - {ei + C) . Ri

en afneemt (even als Ua ) volgens een e-macht. In geval b. treedt aan de ingang van de versterker een spanning op die we even t noemen; aan de uitgang van' de versterker heeft dit de uitgangsspanning Db tot gevolg:

-2.82-

Over de condensator C staat een spanning:

dat betekent dat C een lading Qc heeft opgenomen:

De spanning aan de ingang van de versterker is de spanning over Ci waarmee de lading op Ci bekend is:

De totale lading is Q:

hieruit is & te berekenen:

De laatste uitdrukking gaat voor Ao» 1 en Ao' C » Ci • aan welke voorwaarden in de praktijk ruim voldaan wordt, over in: Ub= - ~. De lekstroom die in dit ge~al aan het ingangscircuit loopt, begint met de waarde:

Uit bovenstaande beschouwing zijn enkele conclusie's te trekken: - voor C » Ci is de winst aan uitgangsspanning bij b. ten opzichte van a.

gering; dit geldt zeker voor de minder gevoelige meetbereiken waar voor C een relatief grote waarde wordt toegepast.

WeI winst in b. ten opzichte van a.: - de belastbaarheid van het uitgangssignaalj de uitgangsimpedantie van de

versterker is *laag*. - het uitgangssignaal is vrijwel onafhankelijk van de parasitaire

capaciteiten, zodat ijking eenvoudig is. - lekstromen zijn sterk gereduceerd. De invloed van de lekweerstand op de

tijdconstante van het meetcircuit in vergelijking met de invloed van de schakeltechnisch aanwezige parallelweerstand R (gestippeld in Fig. 2.63) is sterk gereduceerd. Zolang geldt:

of

-2.83-

is aan het gestelde voldaan. Voor IAol = 105 en R = 1011Q moet Ri» 106Q,

een redelijke eis die evenwel zorgvuldigheid vraagt (zonder versterking Ri» 1011 2!).

In Fig. 2.64 is een principeschets,van de ladingsversterker gegeven.

r - r-Rt.1 , a"'· :! ~

o---tJ--o o--;~

o---t~ I t--o I

I ~t---o I

·'."o,.t' '". erJ.1 t4"": 'Lo"" ~

L _ C - ..J ber-eik

Fig. 2.64. Ladingsversterker.

In deze figuur zijn te onderscheiden:

ven.terki tI)~ C-ikLl1 g)

- een bereikschakelaar, waarmee door inschakelen van andere capaciteitswaarden voar C de gevoeligheid stapgewijs gekozen kan worden.

- een tijdconstanteschakelaar, waarmee drie standen along·, "medium" en ·shart- gekozen kunnen worden (weerstandswaarden); de tijdconstante is hierbij mede afhankelijk van de gekazen meetcandensator C.

- Een versterker met instelbare versterking , zodat de gevoeligheid aangepast kan worden op diverse opnemers. Heeft men een opnemer die bijvoarbeeld 23,2 pC per mechanische eenheid afgeeft, dan wordt, door de regelbare versterker af te regelen op de stand 23,2 pC, zijn versterking afgeregeld op een waarde waarin de faktor 1/23,2 voorkamt, zodat in de bereiken die met de stappenschakelaar (vaor C) gekazen kunnen worden, gehele waarden gelden vaor de gevoeligheid. Bijvoorbeeld 10, 20, 50 of 100 mechanische eenheden voar volle schaaluitslag.

2.6.5. Rekstroken.

Rekstroken zijn (zaals in 2:4.1 kart aangeduid) pieza-resistieve elementenj d.e elektrische weerstand verandert ten gevolge van mechanische belasting. Hierbij is de weerstandsverandering ten gevolge van geametrische veranderingen gering in vergelijking tot de verandering die het gevolg is

-2.84-

van de veranderde soortelijke weerstand door mechanische belasting. Volgens de engelse fysicus Robert Hooke (1635-1103) geldt het volgende: in een stuk materiaal met doorsnede A waarop een mechanische belasting F wordt uitgeoefend heerst een (materiaal) spanning a waarvoor geldt:

o = i Deze spanning, die moeilijk of niet meetbaar is voldoet verder aan:

a = t . E

hierbij is t ~ de relatieve Iengteverandering (rek, stuik) en E is de elasticiteitsmodulus van het materiaal. Uit deze twee gegevens voIgt:

F = £ • E . A waarin A en E constanten zijn.

Voorwdarde hierbij is, dat de belasting binnen het "elastische gebied M

blijft. Door e te meten kunnen we dus de belasting F bepalen. Rek (en stuik) is meetbaar. Rek is ·overdraagbaar· van meetlichaam via een lijmlaag en drager op het rekstrookmateriaal; E en A zijn grootheden, die bepaald zijn door materiaal en geometrie van het ameetlichaam N

• De weerstandsverandering van de rekstrook wordt hierbij uitgedrukt in rek (e) en de °k-faktor" , een gevoeligheidsfaktor die de relatieve weerstandsverandering (k = ~) van dit rekstrookmateriaal per eenheid rek weergeeft. N.B. de rek wordt uitgedrukt in meter per meter (m/m) of in mm/m, ~m/m enz.

De uitdrukkingen microrek (~£), ·micro-strain~, "mikro-Dehnung N en procent moeten als minder gelukkige benamingen worden gekenmerkt.

V~~r de relatieve weerstandsverandering van een rekstrook kan geschreven worden:

At = k . t

De verandering van de weerstandswaarde van een rekstrook met weerstand R bedraagt:

AR = k . t . R

Daar het am kleine weerstandsveranderingen gaat van 2-4\ (in bijzondere gevallen tot 10\) wordt bij het meten met rekstroken gebruik gemaakt van een brug van Wheatstone; zie Fig. 2.65. Om aan meettechnische eisen te kunnen voldoen, temperatuursinvloeden te compenseren (temperatuurgevoeligheid van de weerstandswaarde en/of k:waarde) en om een zo groot mogelijke gevoeligheid te verkrijgen streeft men ernaar om voor de vier weerstanden in de brugschakeling vier Maktieve M rekstroken toe te passen.

-2.85-

Fig. 2.65. Brug van Wheatstone.

Aktief wi! hier zeggen dat elke strook zodanig is aangebracht dat een bijdrage aan de gevoeligheid geleverd wordt; wordt R1 bijvoorbeeld gerekt (grotere waarde) door een bepaalde belasting dan is R2 zodanig aangebracht dat deze gestuikt wordt (kleinere waarde). Als minimale configuratie moet beschouwd worden: een aktieve strook, bijvoorbeeid R1 en een passieve strook R2 die zodanig aangebracht is dat geen beinvloeding door mechanische belasting optreedt; de passieve strook R2 zorgt voor compensatie van temperatuurinvioed (weerstandswaarde), mits voor R2 thermisch dezelfde conditie's gelden als voor R1. V~~r de uitgangsspanning van de brugschakeling geldt:

of:

Er van uitgaande dat R1=R2=R3=R4 en dat de weerstandsveranderingen AR klein zijn kan men schrijven:

~ 1 ~R2 ~R~ ~ AR1 U- = 1 (~ + ~ - ~ - ~)

2 3 4 1

Wetend dat voor rekstroken geldt Ai = k . e en aangenomen dat voor de vier stroken hetzelfde materiaal is toegepast zodat k1=k2=k3=k4=k kan de laatste uitdrukking als voIgt geschreven worden:

-2.86-

Geldt nu dat '2 en £3 rek voorstellen en £1 en £4 stuik (of omgekeerd) dan kan, mits rek en stuik van gelijke grootte zijn de uitdrukking vereenvaudigd worden tot:

~ = k . £ 1 ~ of: e = K . rr

Ingevuld in de formule vaor de mechanische belasting geeft dit:

U F = ~ . t . E . A

U We zien dan een uitdrukking met drie constanten en een variabele waarde UO

die door meting met de brug gevonden wordt, waarmee de mechanische belasting F bekend is! De brug van Wheatstone wordt zowel met gelijk- als wisselspanningsvoeding toegepast. Over het algemeen biedt een dynamisch systeem (wisselspanningsvoeding) voordelen bij nauwkeurige statische aetingen doardat verstorende invloeden beter uitgeschakeld kunnen worden (o.a. nulpuntdrift). Statische systemen, met geIijkspanningsvoeding dus, bieden door het ontbreken van detectiesch~kelingen (met integrerende netwerken, voor afvIakking) meer mogelijkheden voor het meten van snelle verschijnselen. Er zijn grofweg vier hoofdsoorten bij rekstroken te onderscheiden: 1. het draadtypei hiervan zijn twee ·ondertypen-: de vrije voorgespannen

draad (unbonded strain gauge) en de draad op een drager, die als geheel met een daartoe geschikte lijm op een meetliehaam gekit wordt. Ret eerste type vindt onder andere toepassing in kleine versnellingsopnemers. Ret draadtype heeft nog mogelijkheden bij hoge temperaturen. Draadsoolten o.a. koper/nikkel en nikkel/chloom legeringeni draaddikten ~ 20 ~m.

2. het metaalfilmtype; een dunne metaalfilm (2-5~m dik; geetste vorm) op een drager (dikte ~ 25~m) van kunststof, bijvoorbeeld bakeliet of aeryl, papier. Door de eenvoudige fabricage, lage prijs, het ernorme assortiment, stabiliteit, nauwkeurigheid en toepasbaarheid is dit type rekstrook het belangrijkste type geworden voor de vervaardiging van allerlei opnemers, vooral voor het oplossen van specifieke meetproblemen.

3. het halfgeleidertypei ook bij deze soort zijn twee ·ondertypen" te onderscheiden: een type op een drager (bonded gauge) en een diffusie-type waarbij in een meetliehaam, bijvoorbeeld een membraan van een drukopnemer bestaande uit een zuiver halfgeleidermateriaal (silicium), door middel van een diffusieproces de ·rekstroaklichamen" zijn aangebracht. Voordelen van de halfgeleider rekstroken: - een relatief grote k-faktor; in de orde van grootte van 150 (voor

constantaan k ~ 2), - eenvoud van opnemerconstructie. Daarteqenover staan: - een grotere temperatuurgevoeliqheid zowel voor de weerstandswaarde ais

voor de k-faktor, - een lagere mechanische belastbaarheid,

-2.87-

- een beperkter temperatuurbereik, - een gevoeligheid voor agressieve stoffen.

4. het opgedamptetype; ook hier twee typen: het vacuum opgedampte type en het -gesputterde· type. Sputter en is een speciale technlek die lijkt op opdampen, waarbij met elektrisch versnelde ionen van een inert gas metaal wordt -losgeschoten- uit een (voorraad) kathode; het losgeschoten materiaal (damp) wordt onder invloed van het elektrische veld naar het Mdoeloppervlak·, dat tevoren van een dunne isolatielaag (bijv. A1 203) is voorzien, van het te vervaardigen produkt getrokken. Op deze manier wOldt een zeer hechte verbinding tot stand gebracht. Speciale technieken zoals sputteretsen geven de mogelijkheid om zeer nauwkeurige, uiterst stabiele opnemers te produceren. Nadelen: een beperkt produktenscale, vooral membranen voor drukopnemers, met een relatief hoge prijs.

Dunne film rekstroken (2) zijn in diverse uitvoeringen en voor bevestiging op diverse metalen (temperatuur-compensatie, uitzettingscoefficient) verkrijgbaar. Voor toepassing van rekstroken, de manier van aanbrengen, positioneren, voorbehandelen van oppervlakken, keuze van lijmsoort, de manier van afdekken en beschermen tegen vocht en andere invloeden, is enig vakmanschap vereist. Behandeling van deze facetten valt buiten het kader van deze bespreking. In de figuren 2.66-2.68 zijn enkele afbeeldingen en specificatie's van folie rekstroken gegeven.

2.6.6. Temperatuur.

Het is vaak van groot be lang om de omgevingstemperatuur, de temperatuur van een onderdeel van een machine of van een medium (enz.) te kennen of te beheersen. De meetomstandigheden, vereiste meetnauwkeurigheid en budgettering hebben geleid tot een groot aantal temperatuursensor~. Vloeistofthermometers zijn zeer sterk verbreid evenals sensoren/meetopnemers die gebruik maken van een bimetaallichaam. Deze laatste qroep treffen we in allerlei schakelende en aanwijzende varianten aanj in het dagelijkse leven bijvoorbeeld als temperatuurschakelaar in diverse huishoudelijke apparaten of als schakelend regelelement (C.V. thermostaat), maar ook als aanwijzend instrument bijvoorbeeld: thermometer in thermostaten, oventhermometer. Uitlezing kan ook gebeuren door middel van een verplaatsingsopnemer die de vormverandering (verplaatsing, hoekverdraaiiing) van het bimetalen lichaam meet. Een andere soort temperatuursensor maakt gebruik van de uitzetting van vloeibare/dampvormige stoffen; hierbij bouwt het medium in een afgesloten ruimte druk op ten gevolge waarvan een daarmee verbonden spiraalvormig of balgvormig lichaam een vormverandering ondergaat. De vormverandering die in een translatie of rotatie van een vlak tot uiting komt kan met een langs een schaalverdeling bewegende wijzer of met een verplaatsingsopnemer uitgelezen worden.

Fig. 2.66. Folierekstroken.

FOLIEN-DMS SERlE Y 'batI~L __ ~

mit 1 MeBgitter

LYll .. su.r. LV 13 IUr """-n

LV 21

"" su.r.

LV 51 IUr su.r. LVii 1IIr~

LV 11 IUrSIaN

LY63 1Ur~

LV., uSlllhl

LY43 IIIrAluminoum

0.61120 1.51120

0.61120 1.$/120

0,6/12

w 1.51120

1.51120

I ~ 0.6/120 l.Iill20

I~

0Ai120 1,51120

1.5t35O

31120 .

61120" 3/350 61350

31120 6/120 3IJ5O 613':.0

31120

m-31120

31120

t!j ~ 3/1211" 611<0 " 31350 1j,350

31120 61120 6/350

.

i rJ l!J 3/120 " 61120" 31350 61350 31700 tlt700

3/120 61120 JI350 61350 3/700 61700

\

-2.88-

101120 10/350

10/120 10/350

61120

101120 201\20 10/350 101700 2\)1700

101120 201120 101350 101700

01& mil • gel<lIOOZlOIClmolen I/ow"jl)typtil1

<:18< s..n.. Y ..00 ..... eIl "' 1I'01!..f",. _1\j8Il

aDLaQs<Iiel_,

HBM

501120 1001120 1501120

50/700 1001700 1501700

501120 1001120 1501120

'iOI700 l00!/{)O 15(1'700 --'-~ ---

Fig. 2.67. Folierekstroken.

mit 2 MeBgittern

DY 11 IUf SIanI

XY 11 lUi Stahl

XY 13 lUi AIurnIn&um

XY21

mit 4 MeBgittern

VY1t Iur SI.aIlI

MY 21 .;J120 I", SIanI

31120

~il~v .

J/J~.>U

-2.89-

6/350

61120 *

61120

mit 3 MeBgittem

o 14$ /90 ·R" .... II.

RYl1 61120*

IUf Slahi

RY13 61120 tilI'Atuminium

lr/45 11O'·~

~~Tl.:\ ,<-'~ .. ~~~ .

y .'.,-t.. J'

RV31 6/120 IUf SlaIl!

RV33 61120 till' Aluminlum

O/8O"12O·~

RV41 61120 lUi Slahl

RY43 6/120 tilI'A1urmnium

o '6O"f1ao"~

/~ ~~.

ft ~i 'flY _~y/

RY71 IUrSiall!

RY73 tIlf Alum .... ,,'"

Rva1 'IJi Sla1l!

RV83 till' AlumInium

6/120

61120

1,5/120

101120

10/120

/-r::>\

~~~I ~,......J..., ""

10/120

10/120

101120

101120

/~lh i' " C;:' ~1 ''"' t",./ .. ""--""

101120

101120

31120

31120

15il2O

151120

~---- .. ~--

,--r . 'lj.'-' ~'" -'\ ;',~'

15/120

151120

15/120

151120

6/120

-2.90-

Fig. 2.68. Gegevens van folierekstroken.

Technische Daten der Folien-DMS der Serie Y DMS-K""""",,,1Ion

Mef)gttt ... WetkaIoIf OidIe

Trilger Workslotl BaSisdiCl<e DocIIendICke

AnschIusM aul!erbel LY 41/43. LV 61/63. RV 31133. RY71173 RY 81183

~nd

Wl<Io!r~8fll pro P8Cl<un9 aul!e< bel den KY -Typen pro Katie

k·FlII<lor

Noor_ des k-FaktOtll

k-FlII<tor·T_8N

Re/e<ltfll1emr>o<awr

Gebf~r"lUfbefoic/} lur_Mee.....-.gen IUr ~ ~'"')<In

T_ratlltgang

Tert>perlll\ufjilng nech Wahl atl<Jt!P8B1 an Wa,meau:ldehnunqSI<(Jt'ffll1enlen _, ., IUf ffKnttsctum Siahi II lUI AlumlMlm f I liJf Kunstslcff .. I .... ~schen Stahl .. fu, Titen " f..., Moiybdan "fur Qua ..

Toleraru det Temperaturg",'!l$

T"",PI"1lIutbet1llCll de< AnpI1ll1\UOg 00s T "mpel atu'9an9s

MecI ... IISC1le Hysternse.

b8t Referan.ztemperaltJI Uf\(. O:ihnull9 I '1 [)('Xt i un/m am OMS· Typ 61120 L Y 11

bel 1 BelM"'nguyl<lus und Xlet!$toll Z 70 b<o 3. Belil$lU"9SZyI<lu. un<i K1et>"',," l 70 bel 1 Belastungs.tyklus und I<lebl!'vll )( lit) bel 3 Belastuogsryklus Ulld Klebstoft X 60 bel 1. BelasltJngsryklus un<i XleOst(JfI EP zr" bet 3. BelasItJ"!Is.tyl<hJs und Klet!$toll EP 250

Maxirnale ~.

bPI Re/8fenzte<nl, .. nllur unler Varwendung VQfI KlOOsloft l 70 amOMS.Typ6/12OlY 11

o..nnungsbetrag f be< po!UllVe, Ric!ltung ~ I bel flagahV.". RIdlIUIIg

~en· bel Relerenz!ompe,atur UtlIet' VetwenOOng von Kleb-slolf )( 60 am OMS-Typ 61 120 LY 61

Enllichbare l.alIIsptei.zahl bel

W~ f .. ~ ~ 1000 Ilmlm un<i NullpunklanOOrung . \1 ~ .

.\".

KIe_ ~ac:IIus langs un<i que, bet Rcle,,"'ztemparalur bet OMS mil AmioNuIlbilndem '* OMS mIIlntegruirlen AnscIlIuBlfachen

JIll BerGlCh des Meflgmere In Bereich de< AnIlChIuBllachen

~!!eI~nel ~ lO8bI$IoI!" MiflI18nende KIebeIoIItt

-,-,'

"'" 11m 11m

n.

c

c c

I'K 11K I'K 11K 11K 11K 11K

11K

c

Ifnvm IHH,m

IItnfm IIm/m

H"lIm urn/m

mm

mm mm

Konst ..... lan!"",, 3 otlm 5. Ie nach OMS-Typ

PoIYlmld 25 • ~ 12! 2

nickelplanuN1e C,,·Bander, ca 30 mm lang Inle<J"flr1e AA'lCnlullllachen, ca, 1.5 mm lang, ca 1.6 2.2 mm bre<f

120. 3[,0 (ldef 700. je nach OMS- Typ

.. 0.2"· ! 0,,)

ca. 2

au! ,_- Packunq angegaben

+ ,

10 ·200

11 10' 1..lla OMS) 23 to ~ t!'l1ehe St;nentahfHh,~J 65 to"! \j • .oha bonentat'..I<Mle, 16 It) - ,.,o! An'ra<j<ll 9 H)" (ml' Antraqu) 5,4 10' lauf AnlraQ"l o I au' Anf"'9'l1

:-1 'Of>

• 10 • 120

, 0.5 2,5

500()(11 5%, 5(01)\)1 5 N n)

:. " 10' (Prulung wUfde be! H)' abqebrOChenl / lO',Pm'unq wurdeoe. 10' ab<j_l

0,3

0.3 2

Z70 Xfl(] EP;:5Q E.PJHl

• 0.. 03"", s.nd ihhangig """ den .er~n Pura""ltem de. "WiII<atoon un<i de~halb nur lUI repr!isAnlatlve Betsplele angcr;clit'fl .. Be; Mebgtt~ """ 0,6 rnm k"nn 00t Nenn",ld<lfstand urn. 1% abwnlchtin

-2.91-

Ook dit type opnemers komen Wi] in zeer veel vormen tegeni in auto's in wasmachine's, in verwarmingsinstallatie's enz. Veel verbreid maar een geheel andere soort zijn de temperatuurgevoelige weerstanden van halfgeleider­materiaal. De meest bekende soort is de weerstand met Hegatieve Iemperatuur toefficient; het verband tussen weerstandswaarde en temperatuur is sterk niet-lineair. Afhankelijk van de gebruikte ·uitleesmethode" kunnen min of meer lineaire schaa1verdelingen verkregen worden. NTC weerstanden zijn in vele uitvoeringen .te verkrijgen: schijfvormig (disc), buis- en staafvormig, druppelvormig, a1 of niet voorzien van aansluitdraden of gemonteerd in een schroefvatting als complete sensoreenheid. De druppelvormige uitvoering kan in afmetingen gelijk zijn aan een speldekop; dit soort wordt veel als onderdeel in allerlei temperatuurtasters, o.a. voor het meten van vloeistoftemperatuur of oppervlaktetemperatuur, voor (hand)meetapparatuur ingebouwd. Het spanning/stroom verband bij halfgeleiderovergangen zoals in transistoren en diodes is temperatuurafhankelijk. Dit effekt is toegepast in een geintegreerde schakeling, bijvoorbeeld ondergebracht in een klein metalen (transistor}huis, die een stroom levert evenredig met de temperatuur. De tot nu toe besproken temperatuursensors kunnen beschouwd worden als goedkope (low cost) oplossingen, die veelal voor een beperkt temperatuurgebied inzetbaar zijn en waarbij aan meetafwijkingen in de orde van grootte van enkele tienden van een graad Celsius gedacht moet worden (O,SoC). Uitschieters in kosten en nauwkeuriheld (beter, duurder, goedkoper, onnauwkeuriger) zijn zeker te vinden. Twee soorten sensoren zijn van bijzondere betekenis: - de weerstandsthermometerj RTD = Resistance Thermal Detector. Met deze naam

worden meetelementen aangeduid die gemaakt zijn van normale geleidende materialen zoals koper, nikkel en platina en ~ van halfgeleidermaterialen zoals gebruikt bij N.T.C.'s.

- het thermokoppel (zie par. 2.4.5.). Seide typen zijn voor veel meetgebieden (ook grote meetbereiken in vergelijking tot de eerst besproken soorten) en in veel uitvoeringsvormen verkrijgbaar. Onder de RTD sensoren zijn zeer lineaire typen, geschikt voor temperatuurmetingen tot ~1100oC (platina tot ~1000oC, wolfram tot _1100

oC). De weerstandsverandering is relatiefklein, daarom wordt bij het meten met RTD's gebruik gemaakt van brugschakelingen, terwijl de (bekende, stabiele) niet-lineariteit in de meetapparatuur gecorrigeerd wordt . . ,

Thermokoppels, zo mogelijk in nog meer uitvoeringsvormen, hebben o'ver het algemeen een iets Minder lineair verband tussen temperatuur en uitgangsgrootheid; zij zijn in eenvoudiger, goedkopere uitvoeringen beschikbaar dan de R.T.D. In Fig. 2.69 worden enkele wetenswaardigheden met betrekking tot thermokoppels gegeven. In Fig. 2.70 zijn enkele uitvoeringsvormen afgebeeld. In extreme gevallen waarbij speciale materialen gebruikt worden, kunnen met thermokoppels temperaturen tot ongeveer 21000 C gemeten worden.

;m'c UXrC I 1

I .loo~r ,...oo'f

·c ·m15 -Ill 86l

'"ud Al>oo, IoIIia9 c..t.1 ........ "' ... ....... 1

'o"u. z. •• 010.,\1_ 'r ·4511,67 ·291,ll2

Th.rmoc"upw. -21J"C -lOO4C

I: (NI·CrICu·N.) [··--1 I. ••••

J(h/CII·HI) fl .. I (HI·Cr/N.·AI) r····1

L .... a (l'I·ll\\oRh/Pl)

S (Pt·l0""fthlPl)

T (CIlIC .. ·th) n EMf Vel"lUI Temper.ture

Referene. Curve. eo 7

7

II

II Ii

5

5

0 5

.. 50 g .. 5 € .. :I

0

5 . J

3{

:1

2

, 5

0

5 ? 0" !ill'

/ ..,i1

...I, , .?Y-: I:'g)

J I V 1 IF)

/1 1/ II/, r£!'..;; ~/ !7 ...

1 ° !>OO 1000 1500 :'000 2! 0

TempP'lh.J'ef"'F)

ANSI Symbol J 1ron vs Constantan K Chr0lTl@l vs "Iumel T COPDf'r VS, Constantan E Chromel V$ Constantan

n

U'C 100 C jOO'C 5QC'C IItAJC 2(JW'C Thermocouple Environmental I I

I I I I I eouid.i.tiona 100'1' jOO'r sw'r 1000"f 200U'r 4OOI)'f

Io.l O' ..... liI CNIIWi4Ml>M ........ .-.,;,-

0,01 100 .IIlSll I&U3 1064 tl

~ c.w;. •• uoa f ... I;.~ III .......... ., c.a, ... t...'''"V ...... aa4 f;"'" hi ..

r"pJ. Iolliaq ' ..... AII '-11 """"9 s..iptl", .... 1'1a9 ...-C:UCoMM

'Olft' '_1 ' ..... 1 ...... 1 ',",ol .... ~""'''l 01 Walo. oIW ..... 01 ZIIJC oIStI ••• 01 Gold

3202 ~12 '187 l+t 1163,"4 11147,1114 -. o.Mi",a'i~d , .. ...e-.., ._~ .. ill ..... iaIUol.u-tK:I .. UW» ... Hot

Temper.mu. hllge ~ fKoaG-.4ed "' • ..,. ,.,(1 ............. ........... ~ ........... O·C JOO4C 200°C s004C lOOO·C 200Q·C .... .... .-.

- 2OO"C 10 ... 850°C C~1 I..:

~ ....... oc:.to .. t4 ... " .~,.. ..

. ... L·l qoud NQI f«:., ........... .., .. Jp .........

>- .. f_-.c ... ~ ......

- 2OO"C 10 ... 850°C f : .... "'1+ •.• IX;

J~J II . - 2OO"C to ... llOO·C ~ ~.IOc.a ....... , ..............

... ry qo.d.ad. tQ INVCW, .~., ... , \· .. ·1 ~ "'" peltOr ft.. c~.w." .tIc ... by

.~ "."""',. lMw' .......... t\ad i I

r-···· I

l ....

O·C 10 + 1.00·C til II

thfC\l, ... to • ...t~ ..... ,. ~ .. J 0-I ·r"l >-

I-< O·C 10 '*' 14PO·C ",.

......... J I-< ....... KI.'&KHI .a-4 ,-'IitC'1aq

I~---""'·-"'~"'·"" G> '-041"'. til' ~ ."'C klt..-:t \0

- 250°C 10 ... 400·C ..tJa ............... _"",.....at 0- ,.. • .,f.aQp of c.w:. ....... ~ • .ao·c II.

>- i'WQA-...d..:l: 10 • ....c: ... , .. ww ........ " (~ ..... -......-.~. .... 01 .. ,.. ...... s.~J_"'. no·c

Grounded Juncllon Ungrounded Junction

ThermOcouple Eleme'1l

Electrical Insulating _ Malenal

,~ 'protection Tube TlleE,mOCOUPle

. lemen!

Insulalor

limit. of Error tor Thermocouple ... Thermocoup'e WI,. - Reference Junction O· C (32 OF,

Urnlt. 01 £"'0' - R.'erence Junction G'e (32 'f')

Thtlrmo- Temperatur. "a"g. Stand.rd 8pK18I coup'e 'C (whlchtlnr ·C (whleheY.r Type °C OF

Ilg,u'fr) OF

,. gr •• "t) .,

J 010750 32101400 t2;; 01 to 1~" l' I 01' 04%

K 0101250 1;> 10 2100 '2? 'If '075" tl I 0' t04%

E 010900 3;> 10 160(1 .17"..05% t I Of to 4'" T 010350 3;' 10 iOO " Of ,075." Nel" f '050' 04% NOI<' 1

Nole I-Where hm.ls of eno' all! gIVen In pfO'cenl the per..:!'ntage applIes 10 Ille 'emperalure being ml?a~ur .. d whfOn e.ore~sed II' ""G'N'S Gels" I~ T () dele'lmn,' me ""HI 01 e"Of .n (leU'pt's f ahlenhE'11 mulhplv Ihe 10m.· 01 t"ttOf 111 de9'e"s CelSIUS by 9 '5

I

I to.>

I.D IV

I

-2.93-

Fig. 2.90. Enkele uitvoering~vormen van thermokoppels.

~ ____ ]_~~~~fr:~~~:-_ r~~;~tuP~I~~ N~ '-'-'r" . -.,'-,------.-- ---," -, ~----,. ta.nDo<:O\Ip" Ploe. TY'P'I Ty".<".! f " .. 1\41_'

.... d A\-plOC"llo1oO; -- -' - . ------ .. _~ _.w , -.. _-

~AINLESS STEEL SHEATH MINERAL INSULATED PROBES f9R GENERAL I:lJBPQ$~ APPUCATIONS _ ___ _ __

+ Hoo'C Ie lM1SIOH2 The,... psobea .t. d .... u;Jnttdl ... , Ih¥ ,-. m"""I1 ... ",olol 0'- .ond bql.uQ ., - .

;1.$- hunpel41l1r.llp 11:1. ",4XlI2HUn at ............... j • ..... lloo·C . Th", _mbWM compn.w 4 _mlMU

... Hoo·C K lMisaoH2 1141111_ 51Hl5h&4ln In wiu"h I.b4t

10400·C T TMl~H2 Lhellllocolip" concludou 4'e --- embedd...d ill h,OWy compr~

~----); , I ... aoo·C J JMlsaoH2 millllll." powder . 1.--_. The PIOha C.u\ be b.!nt w.thout .-f-------... lloo·C It.: lM:lO:IIlH2 ..clv""Wlly .. Uechn\jLh.m p"rlo.m .... ce

Lh .... ,by ..JJo",.nq ""'" til u&.aCe"",,,bl .. ...-----:.00. ... " . - ... 400·C T TM:I03OH2 \c;.c41IOM

~-).i , -----':; Th ....... ml_ mlfl4l sh .... thli or. l.G ......... ".

... aoo·C J JM:lOOOH2 unperv,oll$lo liqu.d. dnd 9-...,..j

+ Hoo·C K lMl~ c"n w.Lh:il4nd high IIxl"rtldlpl_u,_ ... Rapid •• pense to temp .. rolilite

~r--.-- -'. - ,~, .--- - . -t400"C T TMl530L2 c honqWi .ue .lKIl1re of thia c&ll9_ 01 . problila . • -taoo'C J JMl530L2 1.1_41". •

+ lloo·C K KM3030L2 GemuaJ Note; LuI d!qlt in type ...

+ 400°C ~;

.. --~--.----, -'-~ --.--- --.-.... T TM:lOOOL2 number 1ACbc;.t.lol41lMd IINlq1b r ! which is 2 metl ..... ilandatd. U '~o... .. _.1 1'SOO"C J JM3030L2

r8quued longer. thw I ... citqil shoWd

~MlProbt '.o-ella. + lloo'C K CKMRJO:lOH2 be chdnqed to incbcale tol4llenqth

.,- f8q'Jued in met ... , Unl_ othe, .. _

~ r--- ...... _--.---, (f) Specifled, no plug IS IUppliiod, U" .-.- "--- -- ... -' " -- htted plu; II requited, the • ..th..& MP

l.O ...... dlG. shoWd be addlid 11:1 the I:yp4t nw:nbef,

, ... 100& Probt +500"C K CKBG FlWOn tool probe. Dvve1opcod tor \hit

C:::;-e1kalWdlG'

mlil4>urem8i:lt of IWilon 1001 Note: Suppll.,d complete with litIed compatible lnaUillal tamperatu.r. in Ib .. 96;1 iAdWlt'1'.

. -- ph ... 4nd 1 melre 01 utenalon ca.ble.

Qal ... altm.:: GAI,sSS OuYe gl4.llds m<Id. from st"uIllWO :;Ieei

=a~4··"'-101 mounting And w.ilin9 Ml thermo

GA~ cOllples wo bullduwc:a, etc. Typu GA1SSS lor 1.5mm dia. shHlh 1Ul4 Type GAJOSS lor 3.0 mm cU" . .u ..... th.

~ProDeSloPl

~~ STlS Adlu.sl.obl .. probe 1iI0pa 10 lit 1.5nun. sm 2.5mm And 3.Omm dtameltir prob... 8T30 .. USllI .. repoNled m..er\lQn c.n b..

·(tmm4lQ. ach .. ved 10 4 p, .. datennined ..... ";n.

FAST RESPONSE GENERAL PURPOSE EXPOSED JUNCTION THERMOCOUPLES fTFE lAaulGtiaD Q.lf._ cUo. wire ~Onl!'l OIl$~?I'!~ TheliOt los! re.tijXlnM ~luas "fe

2SO"C 300· K K76Pl small UI siw olnd of low mlIIi.$. They IIU S·;::·:::..~ 25Q"C 3OO"C J J'/6PI &l~II.obI .. lor .. wKie vanely 01 . 250~C 3OO"C T 1761"1 "PPUC;"liOnll olnd 9.ye exc .. ll4H11

" - '''p .... I.l:nlliy. AU 1unc:1I0nll 4nt weld....! ~ ~ Lrawklltl_ Q.lllaurl clig. wit. 630"C 700·C K. iC76fl undllr strw;:t1y conlToll...d condltlOw. III ". 3SOoC 700·C J 1'16fl oln ,ugon pu.rqed o1Im~phece.

; ~ 22O·C 310'C T 176fl Wh .. n Wied III conjunehOfl ","th ComMie MIIl·adhesiv. "Uolcrunenl ~

~ 11I1JI.kltlCMl O.:U_ clig. wire 63Q"C 700·C K CK12Fl (200·C m4JI.l. thew Ihermocoupl...s

" 3SO"C 100'C J Cll2Fl provide" quick ilIld auy IOlul1Ol1 10 It

~ 22O·C 370'C T CT12Fl 1n801$I1rement of 1Ur14C.lempeI6l,u.lllli

They .. r .. aJao Kiea.l lor IIJIt With mull1p

"'wiIe 0.'''' dlG. 63Q"C 12SO"C K CK76Bl mplll ualrumeilk.

3SO'C 760"C J CJ10Sl : ~ 220·C 370·C T CT7bBl 1500"C 16SO"C R CR7tiBI GenerAl ooIea "Pply. 1500"C 16SOoC S CS76Bl

AlrProb. ..... -t lSO"C K CKAP Su,I.obI" lor m_llru.'iI au or 9 .......... ~--- - ) ... ~----- --{l" ----.--~ -- \0 lSO·C. Uniqutl caJ.i.wo"Iiuo.ld.

delllqll permits 11\4JI.1In wn aU tlc:rw " NOI .. , Suppll..ct camplllle with Illted compeubJe .r. .. h.nal <·1 ..... acrOll$ the l11_nnq IUnCUOQ. IkalWlllo .... 1'1"9 alld 1 row' u, 01 .... t.nsion c.oble.

- - --'-'- ,. ""." ---.-.---'---.~-

-2.94-

Bereikbare nauwkeurigheden voor RTD enthermokoppel liggen in de orde van grootte van O,OSoC, met zorgvuldige technieken zelfs nog beter. Voor goede nauwkeurigheden moet bij de thermokoppels de koude lascompensatie zorgvuldig gedaan worden. Voor speciale toepassingen zijn er systemen die gebruik maken van infrarood gevoelige (halfgeleider) elementen en camera's; het gaat veelal om relatief kostbar~ installatie's waarbij al dan niet van computerapparatuur gebruik gemaakt wordt. Deze 500rt is een specialisme dat hier niet besproken wordt.

Literatuur.

aezier, P. Numerical control: Mathematics and Applications Wiley, London, 1972.

Doebelin, E.O. Measurement Systems. McGraw-Hill, London, 1983.

Erdem, U. Force and weight measurement. J.Phys.E: Sci.rnstrum., VallS, 1982, pg 857-872.

Hart, H. Einftihrung in die Messtecbnik. VEa Verlag Technik, Berlin, 1977.

Herold, H.H.; W. Massberg, G. Stute. Die numerische Steuerung in der Fertigungstechnik. VOl, Dusseldorf, 1971.

Johnson, C.B. Proces control instrumentation technologie. John Wiley and Sons, New York, 1982.

Jones, a.E. Instrumentation, measurement and feedback. Mc.Graw Hill, London, 1977.

Martini, K.H. Piezoelektrische und piezoresistive Druckmessverfahren. Technica 2i (1980), pg 2223-2228 en pg 2235-2239.

Medlock, R.S. Sensors for mechanical properties. J.Phys.E: Sci.rnstrum., Vo116, 1983, pg 964-972.

Miller, R.W. Servomechanisms, Devices and Fundamentals. Reston Publishing Company, Inc., Reston, Virginia, 1977.

Mitthof, F. Numerisch gesteuerte Fertigung. Krausskopf, Mainz, 1973

Muller-Gerbes, H.; e. Kup. Wegmesssysteme in Werkzeugmaschinen. Werkstatt und eetrieb, 110 (1977) Nov., Heft 11, pg 737-800.

Norton, H.N. Sensor and Analyzer Handbook. Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ07632, 1982.

Praktijk van het meten (bundel n.a.v. studiedag van de Vereniging voor Werkplaatstechniek, nov. '78). Gepubliceerd in Metaalbewerking, nov. 1978.

Rohrbach, C., e.a. Handbuch fur elektrisches Messen mechanischer Grossen. VOl, Dusseldorf, 1967.

Simon, W. Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen. Hanser, Munchen, 1971.

Spescha, G.; E. Volle. Piezoelektrische Messgerate. Kistler Instrumente FmbH, 0-7302 Ostfildern.

Sydenham, P.H. Transducers in measurement and control. Adam Hilger Ltd., Bristol, 1980.

Synchro and Resolver Conversion. ed: Boyes G.S. Memory Devices Ltd., Central Avenue, East Molesey, Surrey, 1980.

Transducer Interfacing Handbook. ed: Sheingold, O.H. Analog Devices Inc., Norwood Massachusetts, 02062 USA, 1980.

Week, M. Werkzeugmaschinen, Band 3. VOl, Dusseldorf, 1978.