Velocità - ARScontrol

SENSORI DI VELOCITA’
Presentazione di:
Luca Pozzetti
Roberto Porpora
Marco Lotti
DINAMO
TACHIMETRICA
Struttura
Albero in rotazione
Spazzola
Magnete permanente
Traferro
Conduttore attivo
Rotore
Collegamento frontale Collettore a lamelle
Dente di rotore
Corona di statore
Cava di rotore
Albero in rotazione
Magnete permanente
Collettore a lamelle
Spira in rotazione in un campo magnetico costante
flusso concatenato
 t   BS cos t
d t 

dt
 BSsent
tensione indotta VAB t   
Tensione indotta ai capi della spira
Spira in rotazione in un campo magnetico costante
flusso concatenato
 t   BS cos t
d t 
tensione indotta VAB t   

dt
 BSsent
Tensione indotta ai capi della spira
tensione indotta VAI B I t   BSsent
 VAI B I t   BSsent
tensione generata VAB t   
 VAI B I t   BSsent
per
0  t  
per   t  2
Tensione generata prelevata alle spazzole
Tensione generata
tensione indotta in ciascun conduttore Vi  Blv
velocità periferica v   r  Vi  Bl r
regime di rotazione  
2n
2
 Vi  Blr n
60
60
flusso per polo  p  Blr  Vi 
2
pn
60
Tensione generata
tensione indotta in ciascun conduttore Vi  Blv
velocità periferica v   r  Vi  Bl r
regime di rotazione  
2n
2
 Vi  Blr n
60
60
flusso per polo  p  Blr  Vi 
tensione indotta totale V 
2
pn
60
N
N
Vi  a  p n
2
60
Tensione generata
tensione indotta in ciascun conduttore Vi  Blv
velocità periferica v   r  Vi  Bl r
regime di rotazione  
2n
2
 Vi  Blr n
60
60
flusso per polo  p  Blr  Vi 
tensione indotta totale V 
Ep
Na
pn
60
E
2
pn
60
N
N
Vi  a  p n
2
60
p Na
pn
a 60
Prestazioni
uscita
K p n  V
ingresso
V
VMAX
Vmin
t
Andamento nel tempo della tensione generata presente alle spazzole
Tipologie
Con flangia di accoppiamento
Con albero cavo
Campi di applicazione
Cr
10V a 1000rpm

Regolatore
I*
*
Set-point
velocità
^
10V a 1000rpm
10
Anello
corrente
I
Cem
Km
3V a 1000rpm
3
Amplificatore
1
sJ s

Velocità
angolare
albero motore
Dinamo
tachimetrica
Sensore di velocità standard negli azionamenti con motori in corrente continua
Pregi e difetti
Economico
Passivo
Assoluto
Idoneo al funzionamento in ambienti ostili
Ripple di tensione in uscita
Corrente assorbita in uscita limitata
Facilmente deteriorabile
Inerzia meccanica elevata
Velocità massima limitata
Bassa risoluzione se il numero delle coppie polari è ridotto
Ruota fonica induttiva
SENSORE
(PICK-UP)
RUOTA DENTATA
FERROMAGNETICA
Elemento Sensore
Legge di Faraday-Neumann.
Principio fisico
Legge di Faraday-Neumann.
Costante del magnete.
Al passaggio di un
dente della ruota.
Al passaggio della
cavità tra due denti.
Si ottiene un segnale in tensione periodico.
La frequenza è determinata dalla velocità di rotazione.
La forma d'onda è determinata dalla geometria della ruota.
Segnale elettrico in uscita
L'informazione di velocità è contenuta nella frequenza del segnale.
Elaborazione del segnale
tensione
Contatore e
calcolatore
Trigger
Trigger analogico
velocità
Prestazioni
Prestazioni
PREGI
• trasduttore molto robusto adatto anche per applicazioni
soggette a ripetuti urti
• l'assenza di contatto tra le parti in movimento lo rende
poco soggetto ad usura
• alto range di temperatura (da -40 a +107 °C)
• basso costo
• lo sporco, l'acqua e l'olio non creano problemi
DIFETTI
• necessità di hardware per l'elaborazione del segnale
• la ruota dentata in materiale ferromagnetico ha peso e
inerzia non trascurabili
• presenza di campi magnetici di entità non trascurabile
nelle vicinanze del sensore
• difficilmente utilizzabile a bassa velocità
Sistema anti-bloccaggio (A.B.S.)
Soluzioni alternative
Ruota fonica con sensore ad effetto hall
Effetto Hall
Effetto Hall
ALIMENTAZIONE
SEGNALE IN TENSIONE
PREGI
• segnale più “pulito”
• minore interferenza sul moto (migliore per
applicazioni a bassa potenza)
• ingombro leggermente minore
DIFETTI
• necessità di un circuito di alimentazione
Soluzioni alternative
SENSORE
(PICK-UP)
RUOTA DENTATA IN MATERIALE
CONDUTTORE
NON FERROMAGNETICO
Principio delle correnti parassite
Principio fisico
Legge di Faraday-Neumann.
Al passaggio di una cavità la forza magnetomotrice
è determinata solo dal magnete.
Al passaggio di un dente le correnti parassite generano
un campo magnetico che si oppone alla forza magnetomotrice,
riducendo il flusso magnetico.
Costante se il materiale non è ferromagnetico.
Si ottiene un segnale in tensione periodico.
La frequenza è determinata dalla velocità di rotazione.
La forma d'onda è determinata dalla geometria della ruota.
Encoder
Tipologie di encoder
Tipologie di encoder rotativi:
●
Incrementali
●
Assoluti
Descrizione dell’encoder rotativo
Nella forma più semplice si possono distinguere
due parti:
●
Il corpo
●
Il rotore
Principio di funzionamento
Un encoder rotativo è costituito da 3 parti:
●
sorgente di luce
●
disco fotoinciso
●
sensori fotoelettrici
Encoder incrementale
Risoluzione angolare: 360°/N
N: numero di fori
Conteggio e verso di rotazione
Si ottengono due serie di segnali ad onda quadra, fra loro
sfasati di un ±¼ di periodo (±90) in funzione del senso di
rotazione
Contatore Up-Down
Encoder come sensori di velocità
La velocità di rotazione può essere misurata in modo molto
semplice, fissando un tempo di campionamento T:
Conteggio[kT] − Conteggio[(k −1)T])
V[kT] =
T
Prestazioni
Gli encoder incrementali presentano:
●
vasta gamma di impulsi per giro, lo standard è 5000
●
frequenza di esercizio elevata 300 KHz
●
velocità di rotazione anche oltre i 12000 rpm
Tuttavia presentano anche degli inconvenienti:
●
●
strumento delicato, non deve ricevere urti
non deve essere installato in posti con polveri, vapori,
gas corrosivi
Generalmente nei dati tecnici si riscontrano gradi di
protezione IP 54, 64 e 65.
Pregi
● Costo contenuto, incremento limitato con l’aumento
della risoluzione
● Affidabilità
● Trascurabili forze di reazione in opposizione al verso
di rotazione dell’albero mobile
Difetti
● Perde
l’informazione di posizione in assenza di
alimentazione, necessità di azzeramento
● Necessità di elettronica esterna per il conteggio e la
discriminazione del verso di rotazione
Campi di applicazione
Questo tipo di trasduttori, per la loro vastissima
gamma di modelli, sono validamente applicati in
tutti i settori industriali:
●
controlli di processo industriale
●
robot industriali
●
macchine utensili
●
macchine tessili
●
ecc.
Encoder Sin/Cos
Gli encoder di tipo Sin/Cos sono una variante degli encoder incrementali:
●
stessa meccanica di costruzione
●
l’elettronica che amplifica i segnali provenienti
dai sensori fotovoltaici fornisce delle forme
d’onda sinusoidali in relazione fra loro
come sin e cos
Gli encoder Sin/Cos disponibili in commercio forniscono in uscita :
●
segnali digitali, usati per il
conteggio dei passi
●
segnali analogici, usati per ottenere la
posizione precisa all’interno del passo
θ = tan−1
𝐴
𝐵
Pregi
●
Elevatissima risoluzione, 8 milioni di impulsi giro
Difetti
●
●
Costo elevato
Necessità di un’elettronica di acquisizione
abbastanza sofisticata
Sono utilizzati in applicazioni che richiedono un’elevata
precisione (controllo hard-disk, robotica,…)
Esempio di applicazione encoder 1
Controllo della velocità di avanzamento
di un nastro trasportatore
Esempio di applicazione 2 – Muose a
sfera
Il mouse a sfera è il classico esempio di applicazione dell’encoder
incrementale: la rotazione della sfera permette la rotazione di due
alberi in quadratura per il rilevamento degli spostamenti sul piano.
Su ogni alberino è calettato un encoder incrementale che
determina la velocità e il verso di rotazione della sfera.

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