Appunti Appunti di Tecnologie per l'automazione e la robotica sui dispositivi di misura

TENSIONE

DI del

Resistenza

uscita potenziometro

FILI LUNGENERICO

DV con

qq.gg SPOSTAMENTO Lair

Particolare

N r

t E E

Un Va

Va L Funzione

D D ditrasferimento

Imax gna

R 0 SENSIBILITÀ

DEL

SENSORE

Esistono due tipi di potenziometri: a lo avvolto o a strato e a seconda del tipo sono realizzati in

materiali diversi. L’ultima distinzione si fa tra i potenziometri di tipo rettilineo e di tipo angolare: nel

caso di tipo angolare si hanno potenziometri ad un giro (alphamax = 360 gradi) e potenziometri a n

giri (alphamax = n*360). EE

Eh.EE

Parametri caratteristici DEI POTENZIOMETRI

LINEARITÀ CONFORMITÀ

E OSSERVABILI Grafico

DAL seguente

DEL

POTENZIOMETRO

Va

d

grafico

spostamento EEEE

Ò

migliore

approssimazione REALE misurando

DELLACURVA vaneggia

CURVAROSSA

ERRORE LINEARITÀ

DI PERCENTUALE MAX Dello

tra il scostamento

DELLA REALE

CARATTERISTICA RISPETTO MIGLIORE

ALLA APPROSSIMAZIONE

LINEARE DELLA CARATTERISTICA REALE DEL POTENZIOMETRO Genere

in Present

di ELI

linearità

errore 100 VALORIBASSI

EFFETTO DEL CARICO d

LA DÀ

Va DEVE

TENSIONE LA

CHE POSIZIONE ESSERE

INSIEME A

Misurata carico

se il valore

il

Ho cambia

THEVENIN

TEOREMA DI LINEARE

QUALUNQUE CIRCUITO È EQUIVALENT

VISTO DA TERMINALI

DUE

AD GENERATOREIDEALEDI

UN TENSIONE

SERIE

IN UN RESISTORE

A

t BILEIFIELE

APPLICANDO IL

THEVENIN Fetti

ho

non

Hose II.fi

collegate

resistenze

CIRCUITO CHE Rappresenta carico

pe

POTENZIOMETRO DIVENTA

Come Rg

Vg

OTTENGO e circuitoEQ dithevenin

IT

FEI E pe

8 tot

A I

R 2 H BIR

BIR.BR 1 ottengo

come

E G Rg

R

BR B BRfgBIm

B R p 1

R

RI BR M

In R

3 e RIR

ditensione

sure

pegnfyp.pro_caduta PARTITORE DI

Va TENSIONE

EEEE

te TEETETO

P BE

V

Un BER BHAR

BR

Et Bra p B

E Re

BABIR B

1311

iore Re

Più

E

di

TENSIONE PIU

Yu PICCOLO

GRANDE

Yatico ALIMENTAZIONE É Ec

L'ERRORE

del E

POTENZIOMETRO FOSSEUN

SE CI

COME E NON

CIRCUITOAPERTO Re

SCORRECORRENTE

SU

CHE

GENERA DI

CADUTA

POTENZIALE

ENCODER

L'encoder E un tuteordPozione IN GENERE Posizioni

ESISTONO

ANGOLARI TIPI DI

DUE ENCODER assoluto ed

Partiamo

NCREMENTALE dal tipo

Primo

Encoder ASSOLUTI MISURANO LA POSIZIONE DEL

ASSOLUTA

Sono

DISCO sagomatureichepossessere

da

composti diverse

Sul

O

onduttrici ISOLANTI dell'encoder

disco delle

scorrono spazzi

È

AD DELLE

OGNUNA QUALI Se

ASSOCIATO

UNBIT il contatto

nafta AvviettFTAETD

E il Disco VERRÀ

ELETTRICA TRASMESSO IL

alore Basso SE INVECE IL CONTATTO AVVIENE IN UNAZONA

conduttrice VERRÀ

allora

rasmesso il valore A

alto seconda Varie

delle combinazioni Ho

di bit una

osizione diversa del disco pò dividere

pin genera

L'ANGOLO 2

GIRO POSIZIONI

IN

SI UTILIZZA

D CODICE

IL GRAY DI

Il BIT ma

spazzole

es BIT

CONFIGURAZIONE A 4 0000 Posizione o

0001 POSIZIONE 1

11 POSIZIONE

00 2

Rrore ALL'AUMENTARE

DI DEL

DIMINUISCE NUMERO

QUANTIZZAZIONE

DI BIT Max

amento del disco

BIT

Con 4 360 E

2 2,5 Gradi

in PER4 BIT ÉLITE

EEEE

Encoder Incrementali per

configurazione

Le principali di erenze tra l’encoder assoluto e l’incidente incrementale sono: l’uso più

frequente di led-fototransistor al posto delle spazzole e il fatto che non restituisce

t

direttamente la posizione a cui si trova il disco, ma devono essere contati i fronti di salita

tu

(corrispondenti al valore alto) forniti dai led e sommandoli capisco di quanto ha ruotato il

disco.

Anche questi dischi vengono divisi in zone (sagomature) e distinguiamo tra zone non opache e zone

trasparenti. Quando le coppie di foto-transistor vedono la zona non opaca (colorata in gura)

trasmette valore alto, se vedono la zona opaca (bianca) invece trasmettono valore basso. In genere

vengono utilizzate due coppie di led foto-transistor in modo da individuare anche il verso di

rotazione del disco. Il disco viene diviso in un numero dispari di quarti di passo (un quarto di passo

rappresenta la distanza tra le coppie di foto transistor; e quindi il passo indica la distanza tra gli inizi

di due settori opachi). Prendiamo un esempio di 90 gradi come passo e quindi come quarto di

passo abbiamo 22,5 gradi; questo indica che ogni fronte di salita mi sono spostato di 22,5 gradi.

È

90

se Passo

il

di

22,5

uno

Azogenetoedsponde spostamento

mo

FRONTE Di

SE salita

Radio IL È IN

EL FOTOTRANSISTOR

PRIMO VALOREALTO

DEL

CORRISPONDENZA

SECONDO

EL FRONTE DI SALITA 0 1

FRONTE DI

NTI

ORARIO SE SALITA

IL È IN

DEL FOTOTRANSISTOR

PRIMO VALOREBASSO

DEL

CORRISPONDENZA

DEL SECONDO

ESTENSIMETRI

Gli estensimetri sono degli altri trasduttori di posizione, in particolare per piccoli

spostamenti. L’estensimetro, anche detto strain gage, è un sensore che rileva deformazioni

elastiche di organi meccanici, trasformandole in variazioni di resistenza (misurata con

variazioni di potenziale). E’ costituito da un elemento sensibile (di materiale metallico o

semiconduttore; in genere quelli a semiconduttore sono molto più piccoli e hanno una

sensibilità molto più elevata) la cui resistenza varia a seguito di deformazioni a causa della

variazione della geometria. Ad esempio la misura di una forza incidente su un oggetto può

essere ottenuta misurando la deformazione o la variazione della geometria che l’oggetto in

questione subisce. µ

Quando si usano tipi di trasduttore di posizione che lavorano con spostamenti molto piccoli,

bisogna far attenzione anche a deformazioni indesiderate, come ad esempio quelle dovute

alla temperatura. Infatti le variazioni di resistenza dovute alla deformazione e quelle dovute a

variazioni di temperatura sono dello stesso ordine di grandezza. Per eliminare l’e etto della

temperatura, si usano delle particolari strutture a ponte, come ad esempio il ponte di

Wheatstone. Rab rap

EQUILIBRIO K Rara RER

p

TENSIONE

p SEITA

U

umana DISPOSTI

UNATRAVE CON

HO e

sopra

E estensimetri

SE

DUE EQUILIBRIO

SOTTO HO

MA R

Ra

RERZER

RISULTA CHE

i

rapper

Ra R

Rae

ALTRIMENTI HO E

IN COMPRESSIONE

Rs trazione

Rs in

e

deformazione I E

F E K

Va

Dimostrazione RIR

Ia

RIR

Il

ht

ET ti

p E

_Ra

B RIR

Va attiri

finiti E

E NON

ESTENSIMETRI

GLI

QUANDO

Va

R

Ra

R D O

Ra

RI A DEFORMAZIONE

SONOPOSTI

D è

bilanciato

ponte

il deformazione

compressione

trazione

Aso HO una

in cui R

RER

_R3

Ra R R fattore

fattore dovuto alla

dovutoalla compressione

tua n

trazione art

Dri IR

Rt E

Va

Va Ponte

DEL

DL D

NELLA

FORMULA

SOSTITUISCO RARI

RAR

AR

R

RAR RIARIZAR E

RIARIIPER D

I E

E K

PPI E

K INDESIDERATI

e COMPORTAMENTI

effetto NON

ho HO

termico

RERERERLIRTDFEEEIEIYErm.co

RAR ARTARTIRIYAFILIOTE

Ra R

Ra

ART Ra arida

Del R

DR

R

Va

applico ponte

formula del

la ZARA

ZR

ZARA

ZR

AR I E

REGIE

NON

DI CONTO

TENGO

FORMULA QUANDO

D STESSA

OTTENGO LA È TRASCURABILE

QUEST'ULTIMO

QUINDI

DELL'EFFETTOTERMICO

Applicazione degli estensimetri: Misura di una forza

Gli estensimetri, misurando le deformazioni prodotte da una forza, possono essere utilizzati

c

come trasduttori di forza, coppie e pressioni.

costa goanna gauge

Alla forza

applicata

ponte

del

formula

solita

applico la Drop

RARI R

P DR

R E

Va

a D DRL.IRTARI

DRIIR

DR RTDRITR

R

Ra

2 RIDRI.ZRDRI

RIDREZRDR. E

iERI

IDRI

ZRIARatDRI

DRII. DTASCUR.IE

MIIFIÈEILIFFIELE

QUANTITA PIÙ

QUANTITÀ

QUADRATI QUANTO QUADRATI

SONO DI

IN MOLTO

PICCOLE 1

Di GRIARI AR

GR

DR

ZR DRI DRI

DRI

una E I

R

4 DRI Dri s

IDRATARE E

a ZR

Possiamo misurare la forza anche utilizzando due o un unico estensimetro, con lo

svantaggio però di penalizzare la sensibilità del dispositivo: If

E E

GRIDA sensi

a

zegengggggggreggypnee IEIEITEIETIEN

DR

R

Ra Ari

RIR

RIPARI

Va

PONTE

DR FORMULA

R

Ra RTDRTRIIR

AR.IR

R

R

Ra RAR

RDR

R R

3 E

AR

AR

DR

KR II E

E E

ri RESISTENZE

E 3

ESTENSIMETRO

SOLO

UN

AVESSI

NEL CASO

D È

SENSIBILITÀ INFERIORE

VOLTE

CHE RISPETTO

LA

AVREI 4

ESTENSIMETRI

CASO CON

AL 4

Encoder come trasduttore di velocità

La struttura rimane la stessa di quella precedentemente vista. In corrispondenza dei fronti di

salita, in questo caso, però, vengono generati degli impulsi. Intuitivamente possiamo

dedurre che se il disco che costituisce l’encoder gira lentamente allora avremo la

generazione di un numero basso di impulsi; se il disco gira velocemente allora avremo un

maggiore numero di impulsi. Il contatore di impulsi viene periodicamente azzerato. Usando

poi delle formule, possiamo ricondurci alla velocità angolare della macchina a cui è

attaccato il dispositivo. Alza

1

p ama

Un altro modo per utilizzare l’encoder come trasduttore di velocità:

Gli impulsi provenienti dall’encoder vengono inviati ad un dispositivo che genera impulsi in

c ste

pari numero, ma di ampiezza e durata costanti e calibrate con precisione: il valore medio del

segnale così ottenuto, che da esso si può ricavare mediant