Sistem de etalonare al accelerometrelor [307147]

[anonimizat]. Titus Crișan

Absolvent: [anonimizat]: Titus Crișan

Absolvent: [anonimizat]: [anonimizat], [anonimizat].

Data: [anonimizat], raportată la unitatea de timp.

Metodele de măsurare care urmăresc determinarea parametrilor șocurilor și a vibrațiilor mecanice sunt parte integrantă a măsurării electrice a mărimilor neelectrice. Acestea fac parte din procesul complex de analiză și monitorizare a mărimilor mecanice care pot interveni în aplicațiile tehnologice actuale.

În tehnica de măsurare a șocurilor și a vibrațiilor, problema se poate pune în două moduri diferite .

Prima variantă se referă la măsurarea nivelelor vibrațiilor sau a mărimilor de ieșire și compararea lor cu anumite valori standard. [anonimizat].

Din a [anonimizat], de obicei armonice. În aceste condiții se măsoară mărimile de ieșire și se determină caracteristicile dinamice ale sistemului. Prin acest studiu se urmăresc:

– identificarea frecvențelor proprii și a formei modurilor proprii de vibrație;

– măsurarea caracteristicilor dinamice ale sistemului: amortizări, rigidități, mase echivalente;

– [anonimizat] a aprecia corectitudinea modelului matematic folosit;

– [anonimizat].

Mișcarea vibratorie (liniară sau unghiulară) produsă de un șoc sau de o vibrație a unui punct al unei structuri sau a [anonimizat], viteză, accelerație sau deformație specifică dinamică. [anonimizat], [anonimizat].

În figura de mai jos este prezentată dependența de frecvență a [anonimizat], pentru semnale sinusoidale.

Dependența de frecvență a deplasării, vitezei sau accelerației

Măsurarea deplasării pune accent pe componentele de frecvențe joase ale vibrației (limitate la ordinul sutelor de kHz).

[anonimizat]-le pe celelalte.

În functie de cerințele pieței și de prioritățile individuale, producătorii de traductoare de șoc mecanic și accelerometre s-au concentrat asupra unui segment special înspre care și-au îndreptat cercetările. În acest sens s-a pus accent pe trei mari direcții prioritare:

– realizarea unor traductoare analogice clasice, care utilizează cristale piezoelectrice sau elemente mecanice rezonante, atașabile pe diverse mase vibrante sau pe elemente de test (seriile Q- și ACCELEREX de la HONEYWELL);

– implementarea accelerometrelor și a traductoarelor de șocuri și vibrații în module complexe compatibile cu unitățile de comandă electronică a autovehicolelor (sistemele CLEAR sau TRANSVU de la SIEMENS);

– utilizarea tehnologiilor MEMS în realizarea unor senzori cu dimensiuni reduse și performanțe deosebite, ușor de adaptat în diverse module (accelerometrele triaxiale din seria SMB dezvoltate de BOSCH).

Traductoare pentru șocuri și vibrații

În tehnica măsurării vibrațiilor trebuie făcută distincția dintre traductor și senzorul de vibrații.

Prin senzor înțelegem acel element component al traductorului în care se realizează procesul fizic de conversie a variației mărimii mecanice (deplasare, viteză, accelerație, forță) în variație a unei mărimi electrice.

Traductorul

Este ansamblul constructiv care, în afară de senzor, conține încă o serie de elemente care fac posibilă prelucrarea semnalului și transmiterea lui dispozitivelor de măsură auxiliare.

Atunci când dorim să alegem un anumit tip de traductor de vibrații, trebuie să ținem cont de următoarele aspecte:

– sensibilitatea ansamblului element sensibil – adaptor;

– domeniul dinamic (valorile minime, maxime pentru porțiunea liniară a caracteristicii de transfer);

– domeniul de frecvență;

– precizia traductorului;

– stabilitatea caracteristicilor traductorului în timp și sub influența factorilor de mediu.

Traductoarele utilizate în măsurarea vibrațiilor sunt pasive (rezistive, tensometrice, inductive, capacitive, etc.) și active (piezoelectrice).

Calibrarea aparatelor

Calibrarea aparatelor folosite la măsurarea șocurilor și vibrațiilor constă în determinarea relației dintre mărimea de ieșire a traductorului (fie ea electrică sau mecanică) și mărimea de intrare (deplasare, viteză, accelerație), cu alte cuvinte determinarea sensibilității. Felul și numărul operațiilor de calibrare depinde atât de tipul aparatului cât și de destinația sa. În general sunt necesare următoarele determinări:

Sensibilitatea în intervalul util de frecvențe.

Este necesar să se cunoască raportul dintre mărimea de ieșire și cea de intrare la toate frecvențele de lucru. De regulă, acest raport se măsoară în apropierea mijlocului intervalului, reprezentând apoi grafic abaterile de la această valoare, variind frecvențele pe toată gama de lucru.

Sensibilitatea în diferite condiții de lucru.

Pentru a putea obține rezultate precise în condiții de lucru care diferă mult între ele, este necesar să se determine efectul anumitor factori asupra caracteristicilor senzorului. Dintre aceștia, cei mai importanți sunt: temperatura, variația tensiunii de alimentare, radiațiile, zgomotul acustic, câmpul electromagnetic, altitudinea și umiditatea.

Sensibilitatea în intervalul util de amplificare.

Dacă este de așteptat ca vibrația sau șocul care se va măsura să prezinte un interval mare de amplitudini posibile, caracteristicile senzorului trebuie stabilite atât la o amplitudine mare, cât și la una mică pentru a determina efectul zgomotului, precizia și neliniaritatea.

Stabilitatea în timp.

Sensibilitatea majorității aparatelor pentru măsurarea șocurilor și vibrațiilor este relativ stabilă în timp. Totuși, este bine ca aparatele să fie reetalonate periodic, pentru a se asigura precizia și siguranța în funcționare.

Toate considerațiile prezentate mai sus reprezintă doar o mică parte a domeniului abordat, cercetările tinzând permanent să perfecționeze soluțiile actuale și să găsească metode mai eficiente în determinarea, măsurarea și monitorizarea șocurilor mecanice.

Factori de influență

Rezultatele oricărui proces de măsurare pot fi influențate de diverși factori. Efectele perturbatoare pot fi generate de mediul ambiant în care se desfășoară măsurarea sau de materialele și aparatele auxiliare utilizate. Dintre cele mai importante surse de erori am putea menționa: variația temperaturii și a umidității, zgomotul acustic (efecte ale mediului ambiant) și influențele conductoarelor de legătura (efecte ale materialului auxiliar).

Temperatura.

Sensibilitatea, frecvența proprie și amortizarea unui senzor pot fi influențate de temperatură. Efectele care se produc depind de tipul senzorului și construcția sa. Pentru a minimiza efectele temperaturii se poate aplica una din următoarele metode:

– temperatura senzorului se menține constantă prin încălzire sau răcire locală;

– rezultalelor măsurărilor li se vor aplica anumite corecții adecvate.

Umiditatea

Poate influența caracteristicile unor anumite tipuri de aparate. În general, un senzor care are impedanța electrică mare este influențat de umiditate în măsură mai mare decât un senzor cu impedanța electrică joasă. Aparatele care pot fi influențate nefavorabil de umiditate sunt de regulă încapsulate ermetic.

Zgomotul acustic.

Vibrațiile sunt adesea însoțite de energie acustică de mare intensitate. Dacă părțile componente ale traductorului sau ale aparatajului auxiliar pot vibra ca urmare a excitării acustice, este posibil să apară erori mari în semnale generate. Uneori, sursa de energie acustică este tocmai vibrația care se măsoară, alteori energia acustică este cea care produce vibrația măsurată și în acest caz raportul dintre energia acustică și vibrație este destul de mare pentru a produce erori serioase. De regulă un accelerometru supus la zgomot acustic nu produce o mărime electrică de ieșire echivalentă cu tensiunea produsă de o accelerație de 1g decât după ce presiunea sonică a zgomotului acustic depășește 150 dB. La o presiune sonică atât de înaltă este probabil că elementele vibrației mecanice au valori ridicate și eroarea introdusă de zgomotul acustic nu va fi importantă.

Influența conductoarelor de legatură.

Funcționarea corectă a unei instalații pentru măsurarea vibrațiilor necesită caracteristici mecanice și electrice adecvate ale conductorului care conectează senzorul la aparatele auxiliare. Un cablu prea rigid sau prea greu poate altera răspunsul la vibrații al structurii pe care este montat aparatul. Caracteristicile electrice ale conductorilor sunt deosebit de importante în cazul aparatelor cu impedanță electrică mare, cum sunt de exemplu accelerometrele cu traductoare piezoelectrice. Deformarea mecanică a conductorului poate genera un semnal electric sau poate introduce în circuit un zgomot electric extern. Rezistența, capacitatea și impedanța electrică a cablului sunt factori care pot influența răspunsul la diferite frecvențe al multor tipuri de traductoare.

Aplicatii

Datorită necesității determinării unor deplasări, viteze sau accelerații aplicațiile traductoarelor de șocuri mecanice și a accelerometrelor se pot regăsi în:

– industria constructoare de mașini – sisteme active de siguranță și optimizare a ținutei de drum a autovehicolelor,

– medicină – metode neinvazive de determinare a presiunii sanguine;

– sport – monitorizarea parametrilor sportivilor (viteză, distanță parcursă);

– sisteme de securitate – sisteme antiefracție;

– logistică și transport – monitorizarea sau determinarea exactă a momentului în care s-a produs un șoc asupra încărcăturii;

– protecția dispozitivelor electronice portabile – sisteme de protecție a hard disk-urilor la laptopuri, pocket PC-uri, PDA-uri, etc;

– aparatură optoelectronică – stabilizarea imaginii prin sesizarea mișcărilor necontrolate.

Datorită dezvoltării în ultimii ani a tehnologiilor MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), s-a revenit la încorporarea în cadrul traductoarelor a unor elemente sensibile clasice cum ar fi elementele: piezoelectrice, piezorezistive, mangetoelastice, magnetostrictive, magnetorezistive, Hall, capacitive, etc.. Aceste elemente conduc la un răspuns cât mai ușor de prelucrat, stabil în timp și la condiții extreme.

Exemple

Senzori de Accelerație High g

Sisteme MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems) bazate pe accelerometre, fiind proiectate să detecteze schimbări în forță datorită căderii, mișcării, schimbării poziției, șocului, înclinării și vibrației. Portofoliul de accelerometre între 100g … 250g este soluția ideală pentru aplicații în industria auto. Portofoliul cuprinde accelerometre cu diverse tipuri de semnale de ieșire:
• ieșire analogică: MMA12XX, MMA 23XX,
• ieșire DSI: MMA16XX, MMA26XX, MMA8XXXEG

MMA9550L – Platforma inteligentă de sesizare a mișcării

Acest dispozitiv reprezintă în industrie prima platformă inteligentă, de mare precizie pentru sesizarea mișcării care poate controla multiple intrări de senzori și poate stabili decizii la nivel de sistem pentru a permite noi aplicații ca recunoașterea gesturilor, funcționalități legate de mers și compensarea înclinării și păstrarea echilibrului. Dispozitivul are un nivel ridicat de configurare și adaptare la diverse tipuri de senzori, iar deciziile se iau pe baza unor calcule complexe care interpretează informațiile de la senzori. Prelucrarea avansată este realizată printr-un procesor V1 ColdFire cu 32 biți care permite luarea de decizii contextuale. Având până la 12 intrări de la senzori, platforma MMA9550L este programată și configurată cu CodeWarrior Development Studio 6.3 software, care ridică aplicațiile la nivelul generației următoare, folosind algoritmi de bază pe 32 biți.

Rezonatorul Helmholtz

Acest experiment simplu folosește o sticlă de 2 litri și un accelerometru X6-2 pentru a demonstra ecuația Helmholtz pentru o rezonanță într-o cavitate. Procedura de testare este apoi aplicată pe un difuzor subwoofer pentru a determina frecvența de rezonanță a incintei și performanța difuzor.

unde: ∇2- este Laplacianul;

k- este forma de unda;

este amplitudinea.

Accelerometru X6-2 USB utilizează un accelerometru digital de zgomot redus pe 3 axe , timp precis de date de logare ștampilat, stocare de memorie microSD, accesul la date în timp real și conectivitate USB. Accelerația este măsurată în funcție de axele X , Y , Z și depozitate la o rată selectată de utilizator de până la 320Hz. Când este conectat prin USB la un calculator, accelerometrul X6-2 apare ca un dispozitiv de stocare care conține delimitat fișierele de date și fișiere de configurat de către utilizator . Bateria internă de tip litiu -polimer se încarcă utilizând USBoferă aproximativ 36 de ore deînregistrare a datelor de la 320Hz.

Pe vasele de croazieră pe mare

X2-2 este un accelerometru care surprinde zgomotul de pe un vas de croazieră, comparând vibrația între un interior și o cabină exterioară.

Accelerometru USB X2-2 are o sensibilitate ridicată , zgomot redus , 3 axe de măsurare. Accelerarea este colectată pe axele X , Y și Z, la o rată de utilizare selectabilă până la 512Hz . Datele sunt colectate în funcție de timp și se înregistrează la un card de memorie flash microSD. Când este conectat prin intermediul USB la un calculator , accelerometrul X2-2

apare ca un dispozitiv de stocare standard ce conține fișierelor de date și fișierele de configurare ale utilizatorului. Bateria internă de tip litiu-polimer se încarcă folosind puterea USB și oferă aproximativ 10 de ore de date înregistrate la 512Hz .

Pendul

Un pendul este un sistem fizic sau abstract care, dacă este scos din poziția de echilibru, poate exercuta mișcări oscilatorii.

Tipuri de penduluri:

1.Pendul abstract, în matematică,fizică:

-pendul gravitational;

-pendul cicloidal;

-pendul conic.

2.Pendul fizic, în știință, tehnică și tehnologie:

-pendul fizic;

-pendul de torsiune;

-pendul Foucault;

-pendul Kater;

-pendul balistic.

Pendul gravitațional

Pendulul gravitațional reprezintă un sistem fizic, format dintr-un corp de masă m suspendat de un punct fix printr-un fir de lungime l, care efectuează o mișcare oscilatorie sub acțiunea forței gravitaționale. El a fost studiat pentru prima dată în profunzime de savantul italian Galileo Galilei și aplicat în studierea mișcării corpurilor.

Pendulul ideal

Pendulul ideal reprezintă un model matematic, unde se consideră că firul pendulului este inextensibil și nu are greutate proprie, iar corpul este punctiform și toată masa sa este concentrată în punctul respectiv.

Izocronicitatea micilor oscilații ale unui pendul gravitațional

Perioada unei oscilații efectuate de un pendul gravitațional rămâne constantă, indiferent de masa corpului atârnat de fir, atunci când oscilațiile sunt mici.

Oscilațiile cu o amplitudine mare, unde deviația firului față de poziția de echilibru depășește 5-6°, nu sunt izocrone. Pentru ca oscilațiile să aibă aceeași perioadă indiferent de amplitudine traiectoria circulară trebuie înlocuită cu o traiectorie cicloidală, după cum a demonstrat Christiaan Huygens, care a folosit acest principiu când a construit pendulul cicloidal.

Mărimi fizice caracteristice

În cazul oscilațiilor de amplitudine mică perioada unei oscilații complete efectuate de pendulul galilean este dată de formula:

unde

T = perioada (măsurată în secunde)

π = 3,1415926… (raportul dintre lungimea circumferenței unui cerc și diametrul lui)

l = lungimea firului (exprimată în metri)

g = accelerația gravitațională, aproximativ 9,81 m/s2 (depinde de locul de pe glob unde se efectuează măsurarea și de altitudine)

La amplitudini mai mari perioada se poate calcula folosind o serie infinită:

unde θmax este amplitudinea unghiulară a pendulului.

Pendulul cicloidal

Un pendul cicloidal este un punct material constrâns se se miște, fără frecare, pe un arc de cicloidă situat în plan vertical, asupra punctului material acționând doar greutatea sa proprie.

Perioada

Oscilațiile pendulului cicloidal sunt izocrone, indiferent de amplitudinea lor, iar perioada este dată de relația:

unde: h este înălțimea cicloidei, iar g este accelerația gravitațională.

Perioada pendulului cicloidal este egală cu cea a unui pendul gravitațional de lungime l =  2 h.

Pendulul conic

Un pendul conic este un punct material constrâns se se miște, fără frecare, pe un cerc situat în plan orizontal, situat la o distanță determinată de un punct fix, a cărui proiecție pe planul cercului este chiar centrul cercului, asupra punctului material acționând doar greutatea sa proprie.

Perioada

Perioada oscilațiilor pendulului conic este dată de relația:

unde: h este distanța de la punctul fix la centrul cercului, iar g este accelrația gravitațională.

Perioada pendulului conic este egală cu cea a unui pendul gravitațional de lungime l = h.

Pendulul fizic

Un pendul fizic este un corp solid, care se poate mișca în jurul unei axe orizontale care nu trece prin centrul său de masă (centrul de greutate) și asupra căruia acționează doar greutatea proprie.

Ecuația de mișcare

Pendulul simplu

Dacă se neglijează frecarea, mișcarea pendulului fizic în funcție de timpul t poate fi descrisă de ecuația:

unde: θ este unghiul dintre perpendiculara din centrul de masă C pe direcția mișcării și verticală; m este masa corpului, g este accelerația gravitațională, l este distanța dintre C și axă, iar I este momentul de inerție al corpului față de axă.

Dacă este îndeplinită condiția de izocronism, adică unghiul θ este mic (mai mic decât 50), atunci se poate face aproximația sinθ=θ, soluția acestei ecuații este:

unde : θ0 este valoarea unghiului θ la momentul t0 =  0.

Frecvența pendulului este:

Pendulul conic

La un pendul conic alcătuit dintr-un corp cu dimensiuni finite, iar dreapta ce unește punctul de suspensie cu centrul său de masă coincide cu o axă principală de inerție a corpului, iar elipsoidul de inerție în raport cu punctul de suspensie are axa conului drept axă de simetrie, viteza unghiulară de rotație a pendulului este dată de:

unde: l este distanța de la centrul de masă la punctul de suspensie, A este momentul de inerție în raport cu axa de simetrie, B este momentul de inerție ecuatorial, iar  este unghiul pe care îl formează axa de simetrie a pendulului cu verticala.

Pendul de torsiune

Un pendul de torsiune este format dintr-un corp solid atârnat de un fir care poate efectua mișcări de oscilație prin torsiunea firului de suspensie

Ecuația de mișcare

Dacă se neglijează frecarea, mișcarea pendulului de torsiune în funcție de timpul t poate fi descrisă de ecuația:

unde: α este unghiul poziției momentane, I este momentul de inerție al corpului față de axa de torsiune, iar K este coeficientul de torsiune al firului, definit de relația:

unde: M este momentul de torsiune când partea de jos a firului este rotită cu unghiul α.

Soluția ecuației diferențiale de mai sus este:

Perioada oscilațiilor pendulului de torsiune este dată de relația:

Exemple de construcții

Exemple de aparate care se construiesc pe baza pendulului de torsiune:

Balanță de torsiune, folosită la măsurători gravitaționale, foarte sensibilă.

Pendul magnetic, folosit la măsurători de magnetism. Aici corpul este un ac magnetic sau o bară magnetică. Perioada oscilației acestui pendul la amplitudini mici este:

unde: mm este momentul magnetic al corpului, H este componenta orizontală a câmpului magnetic pământesc.

Pendul Foucault

Pendulul lui Foucault este un dispozitiv experimental bazat pe pendulul gravitațional, realizat de fizicianul francez Léon Foucault, care demonstrează că Pământul se învârte în jurul propriei axe.

Dispozitivul experimental

Dispozitivul experimental constă dintr-un pendul gravitațional capabil să oscileze în orice plan vertical. Prima demonstrație a avut loc în februarie 1851, în Camera Meridianului de la Observatorul din Paris. Câteva săptămâni mai târziu, Leon Foucault a suspendat o sferă cu o masă de 28 kg, prevăzută cu un vârf ascuțit, de domul Panthéonului, la capătul unui fir lung de 67 m. Pe podea este presărat un strat de nisip fin, pe care vârful pendului trasează o rozetă și revine în locul de unde a pornit după 32 de ore. La latitudinea de 30°, o rotație completă durează 48 de ore.

Explicația fenomenului

Corpurile care se rotesc își păstrează planul de rotație, fenomen fizic utilizat la construirea giroscoapelor și girobusolelor. Cummișcarea de oscilație este, în esență, o proiecție liniară a unei mișcări de rotație, pendulul gravitațional își păstrează neschimbat planul de oscilație liniară. În timp ce el oscilează în plan vertical, sub el Pământul se rotește, la latitudinea Parisului cu 11°19' pe oră.

Pendul Kater

Pendulul Kater este un pendul reversibil inventat de fizicianul britanic și căpitan în armată Henry Kater în 1817, pentru utilizare ca un gravitometrul pentru a măsura accelerația locală a gravitației . Avantajul său este că , spre deosebire de gravitometrele penduluri anterioare , centrul de greutate al pendulului și centrul de oscilație nu trebuie să fie stabilite , permițând o precizie mai mare . Pentru aproximativ un secol , până la 1930 , pendulul Kater și diversele sale rafinamente a rămas metoda standard de măsurare a gravitatiei a Pamantului în timpul supravegherii geodezice . Acesta este folosit acum doar pentru a demonstra principiile pendulului.

Descriere

Pendulul constă dintr-o bară de metal rigid , cu două puncte pivot , fiecare punct fiind apropiat de câte un capăt al pendulului . Acesta poate fi suspendat din oricare pivot și legănat . Ea are , de asemenea, fie o greutate reglabilă care poate fi deplasată în sus și în jos pe bară, sau un punct de pivotat reglabil , pentru a ajusta perioadele de basculare . În utilizare , se execută o lovitură de la unul din punctul de pivotat , și se cronometreză timpul , iar apoi se întoarce cu susul în jos și se execută o lovitură de la cealaltă punct pivotant, și se măsoară distanța . Greutatea mobilă (sau punctul pivotant) este ajustată până când cele două perioade sunt egale . În acest moment perioada este egală cu perioada pendulului simplu " ideală " de lungime egală cu distanța dintre punctele pivotante . Din perioada și distanța măsurată între punctele pivotante , accelerația gravitațională poate fi calculată cu mare precizie de ecuația periodicității unui pendul simplu.

Descrierea gravitatiei cu un pendul

Un pendul poate fi folosit pentru a măsura accelerația gravitațională g cauza perioadei sale de leagăn T depinde doar de g și lungimea L acestuia :

T =2π

Deci prin măsurarea lungimii L și periozii T a unui pendul , g poate fi calculată.

Pendulurile au fost atât de universal folosite pentru a măsura gravitația în timpul lui Kater, puterea locală de greutate nu a fost exprimată prin valoarea accelerației g acum folosit, dar de lungimea în locația respectivă a unui pendul, un pendul cu o perioadă de două secunde, astfel încât fiecare leagăn durează o secundă. Se poate observa din ecuația de mai sus, care pentru acest pendul, lungimea este pur și simplu proporțională cu g:

Aplicații

Creșterea mare în precizia de măsurare a greutății a făcut posibil ca pendulul Kater să fie folosit ca o parte regulată a geodezie . Pentru a fi util , a fost necesar pentru a găsi locația exactă ( latitudine și longitudine ) din " stația " în cazul în care a fost luată o măsură de greutate , astfel măsurarea pendulului a devenit parte a topografie . Pendulurile Kater au fost luate la marile măsurători geodezice istorice pe mare parte din lume, măsurători efectuate în cursul secolului 19 . În special , pendulurile Kater au fost utilizate în studiul trigonometric al Indiei .

Pendulurile reversibile au rămas metoda standard utilizată pentru măsurători gravitaționale absolute până când au fost înlocuite de Gravitometre în cădere liberă în 1950 .

Erori și incertitudini de măsurare

Erorile și incertitudinile de măsurare însoțesc orice proces de măsurare și sunt decisive în realizarea unor aplicații performante. Înainte de a aborda acest paragraf, să definim câteva dintre noțiunile cu care vom opera aici.

Valoarea adevărată este valoarea exactă a unei mărimi fizice. Scopul primordial al oricărei operații de măsurare este determinarea valorii adevărate a mărimii măsurate, fără erori și incertitudini asupra rezultatului obținut.

Valoarea convențional adevărată este o valoare de referință a mărimii măsurate determinată prin metode și mijloace de măsurare specificate. Deoarece rezultatele măsurărilor sunt afectate de erori, valoarea adevărată a mărimii fizice este o noțiune ideală, pe care nu o putem folosi la modul propriu în aprecierea rezultatelor măsurării. Din punct de vedere formal, trebuie să adoptăm o valoare convențional adevărată pentru estimarea preciziei rezultatelor măsurării.

Valoarea măsurată este valoarea indicată de aparatul de măsurare ca rezultat al măsurării. De cele mai multe ori este singura informație care o avem despre mărimea măsurată.

Eroarea de masurare este diferența dintre valoarea măsurată și valoarea adevărată a măsurandului. Realizarea unei măsurări precise presupune obținerea unui rezultat afectat de erori cât mai mici, cu un nivel de încredere al măsurării cât mai ridicat.

Incertitudinea de măsurare este intervalul în care se estimează că se află valoarea adevărată a măsurandului, cu o anumită probabilitate denumită nivel de încredere al măsurării. Din punct de vedere formal, se consideră că estimarea erorilor ca un interval de existenșă al valorii adevărate este mai corectă decât estimarea lor ca valori individuale.

Cu aceste prime noțiuni precizate, să încercăm să pășim acum în vastul domeniu al erorilor și incertitudinilor de măsurare.

Surse ale erorilor de măsurare

Din punct de vedere cognitiv există o multitudine de criterii de ordonare și clasificare a erorilor de măsurare. Pentru înțelegerea intuitivăcît mai bună a problemei, am preferat să adoptăm o clasificare simplă, bazată pe sursele erorilor de măsurare, care ne va permite o introducere sugestivă a subiectului.

Prima categorie de erori o constituie erorile de model. Acestea provin de la obiectul supus măsurării, mai precis de la modelele matematice utilizate în reprezentarea mărimilor fizice. În domeniul științelor inginerești, reprezentarea proceselor și fenomenelor fizice se face prin diverse modele matematice, mai mult sau mai puțin apropriate de realitatea înconjurătoare. Pe de o o parte, modelele noastre trebuie să fie cât mai exacte, deci complexitatea lor să fie cât mai apropriată de cea a lumii reale. Pe de altă parte, acestea trebuie să fie suficient de simple încât să permită înțelegerea lor de către cei care le utilizează, sau de cei cărora le sunt destinate. Astfel încât modelele matematice trebuie să realizeze un compromis optim între realitatea și capacitatea noastră de analiză și sinteză, ceea ce implicit le limitează complexitatea și face ca ele să fie afectate de erori. Putem spune că modelele matematice reflectă capacitatea noastră de înțelegere a lumii reale și nu întotdeauna realitatea însăși.

Să ne gândim, de exemplu, la variația rezistenței electrice cu temperatura: dacă pentru rezistoarele uzuale un model de tipul unui polinom de ordinul I este suficient, pentru cele etelon trebuie să considerăm un model cel puțin de ordinul II. Iată că pentru aceeași mărime fizică, utilizăm în mod curent două modele matematice diferite. Un alt exemplu este regimul tranzitoriu al dispozitivelor de măsurare magnetoelectrice. O reprezentare exactă a funcționării acestora preupune utilizarea unei ecuații diferențiale de ordinul III, dar în majoritatea manualelor este utilizată modelarea printr-o ecuație diferențială de ordinul II, care este suficient de conformă cu realitatea și permite în același timp explicarea comprehensibilă a funcționării.

Erorile instrumentale provin de la aparatele de măsurare și se datorează concepției, proiectării și tehnologiilor de fabricație utilizate. În general, acesteerori pot si identificate ți cuantificate cu precizie, astfel încât rezultatele măsurărilor pot fi corectate în funcție de specifiicațiile instrumentelor și conditiile în care se face măsurarea.

Erorile de interacțiune sunt datorate influențelor reciproce dintre obiectul supus măsurării și aparatul de măsurare. Așa cum am arătat la început, procesul de măsurare presupune un transfer de informație între măsurand și instrument, care are ca suport fizic un transfer de energie între cele două părții. Valoarea adevărată a mărimii fizice măsurate va fi afectată de conectarea instrumentului și de parametrii acestuia, iar rezultatul măsurării va depinde de această interacțiune. Să considerăm aici exemplul măsurării tensiunii la bornele unei baterii cu voltmetrul. Dacă se iau trei voltmetre cu caracteristici diferite și se măsoară aceeași baterie, ele vor indica trei rezultate diferite. Iată că interacțiunile măsurand-instrument fiind diferite și rezultatele masurărilor vor fi diferite. Cu cît energia solicitată de instrument de la măsurand va fi mai mare, cu atât rezultatul obținut va diferi mai mult față de situația în care instrumentul nu este conectat. De aici rezultă intuitiv unul din motivele pentru care impendața metrologică a unui voltmetru trebuie să fie cât mai mare, astfel încât interacțiunile să fie cât mai mici.

Erorile de influență sunt datorate mărimilor de influență ale mediului în care se face măsurarea. În această categorie putem considera factorii perturbatori de mediu ca temperatura, umiditatea, presiunea. De asemenea, tot aici trebuie să încadrăm perturbațiile produse de câmpurile electrice și magnetice. În condițiile evoției rapide a tehnologiilor din domeniile calculatoarelor și comunicațiilor caracteristice zilelor noastre, problema perturbațiilor produse de aceste câmpuri are o pondere din ce în ce mai mare. Se conturează astfel un nou domeniu de studiu, acela al compatibilității electromagnetice.

Erori la măsurări singulare

Cazul denumit de noi generic ’’ măsurări singulare’’ este cazul în care asupra unei mărimi fizice se face o singură măsurare, iar pe baza acesteia și a parametrilor instrumentului se urmărește estimarea valorii adevărate și a erorilor de măsurare. Dacă până acum am făcut o discuție calitativă a erorilor de măsurare, în acest paragraf vom introduce și exprimări cantitative ale acestora.

Erori la măsurări directe

Eroarea absolută, pe care o vom nota cu εa,se definește ca diferența dintre valoarea măsurată xm și valoarea adevărată a unei mărimi fizice x, conform relației:

εa=xm-x [ X]

având aceeași unitate de măsură [X

] ca a mărimii măsurate.

Limita maximă a erorii absolute se numește eroare absolută limită (sau eroarea absolută maximă). Dacă o notăm cu Δx, relația dintre eroarea absolută și eroarea absolută limită:

-Δx≤εa≤+Δx

După cum incertitudinea de măsurare, respectiv domeniul de variație a valorii adevărate va fi:

xm-Δx≤x≤xm-Δx

Dacă se cunoaște incertitudinea de măsurare, respectiv se cunosc limitele x1 și x2 ale intervalului în care se încadrează valoarea adevărată a unei mărimi fizice, x1≤x≤x2, pe baza acestora se pot estima valoarea adevărată și eroarea absolută maximă ale mărimii respective, cu relațiile:

=,

Δ

Similar erorii absolute se poate defini și corecția C, care este eroarea absolută cu semn schimbat, adică:

C=x-xm, [X]

Denumirea de corecție provine de la ideea că ea reprezintă valoarea cu care trebuie ”corectată” valoarea măsurată pentru a determina valoarea adevărată.

Eroarea absolută nu oferă informații suficiente asupra preciziei de măsurare. De exemplu, să considerăm cazul măsurării a două tensiuni electrice, una de 10V, cealaltă de 1000V, cu aceeași eroare absolută de 1V. Este evident că prima măsurare este mai puțin precisă decât a doua, chiar dacă erorile absolute sunt aceleași. Pentru aprecierea preciziei celor două măsurări vom avea nevoie de definirea și altor tipuri de erori.

Eroarea relativă εr, este raportul dintre eroarea absolută și valoarea adevărată, adică:

εr=

și este un parametru adimensional. Reluând exemplul anterior, dacăîn primul caz eroarea relativă este 0,1 în al doilea caz este 0,001. Iată că eroarea relativă caracterizează cantitativ precizia de măsurare, unei măsurări mai precise corespunzându-i o eroare relativă mai mică.

Exprimarea erorii relative sub forma unui număr se poate dovedi puțin practică în cazul măsurărilor precise, unde intervin multe zecimale. De aceea eroarea relativă se mai exprimă pe baza relației :

εr[%]=εr*100

În cazul măsurărilor foarte precise se mai utilizează și exprimarea erorii relative în părți pe milion sau părți pe miliard. De exemplu, eroarea relativă exprimată în părți pe milion este:

εr[ppm]=εr*

Datorită confuziilor care pot să apară la utilizarea simbolului ”ppm”, standardele internaționale nu încurajează acest tip de exprimare.

Pentru cazul în care eroarea absolută este foarte mică în raport cu valoarea adevărată, pentru exprimarea erorii relative se poate admite aproximarea:

εr

adică se poate admite raportarea erorii absolute la valoarea măsurată și nu la valoarea adevărată. Chiar dacă la prima vedere această aproximare nu este semnificativă, ea este hotărâtoare la calculul erorilor de măsurare pe baza datelor nominale ale instrumentului.

În sfârșit, putem defini și aici eroarea relativă limită ( sau eroarea relativă maximă), conform relației:

δx=

Eroarea raportată se definește asemănător erorii relative ca raport între eroarea absolută și o valoare de referință convențională:

εr=

Valoarea convențională Xc poate fi domeniul de măsurare, limita superioară a domeniului de măsurare. Clasa de precizie a unui aparat de măsurare este de obicei eroarea raportată maximă exprimată procentual, adică:

c=*100, [%]

De cele mai multe ori, în cazul măsurărilor singulare singurele informații pe care le avem despre aparatul de măsurare, sunt datele nominale ale acestuia și clasa de precizie.

Etalonarea

Un etalon poate fi:

o mărime acceptată oficial în știință, în tehnică sau în relațiile economice și care servește ca unitate de bază într-un sistem de măsurare

un obiect care materializează această mărime.

un aparat de măsură pentru reproducerea unei mărimi (exemplu: interferometru).

Etalonul în metrologie

În metrologie, un etalon este o măsură, aparat de măsurat, material de referință, sau sistem de măsurare destinat a defini, realiza, conserva sau reproduce o unitate sau una sau mai multe valori ale unei măsuri pentru a servi ca referință.

Exemple de etaloane

Etalon de masă.

Rezistor etalon.

Ampermetru etalon.

Etalon de frecvență cu cesiu.

Electrod de referință cu hidrogen.

Soluție de referință de cortisol în ser uman, cu concentrație certificată.

Un ansamblu de măsuri sau aparate de măsură similare, care, utilizate împreună, constituie un etalon se numește etalon colectiv.

Un ansamblu de etaloane de valori alese, care, individual sau prin combinare, furnizează o serie de valori ale căror mărimi sunt de aceeași natură este denumit etalon de grup.

Tipuri de etaloane

Etalon internațional – este un etalon recunoscut pe plan internațional.

Etalon național – este un etalon recunoscut pe plan național.

Etalon primar – este un etalon desemnat sau larg recunoscut ca având cele mai bune calități metrologice și a cărui valoare este atribuită fără raportare la alte etaloane ale aceleiași mărimi.

Etalon secundar – este un etalon a cărui valoare este atribuită prin comparare cu un etalon primar al aceleiași mărimi.

Etalon de referință – este etalonul cu cele mai înalte calități metrologice disponibil într-un anume loc sau într-o organizație dată.

Etalon de lucru – etalon curent pentru a etalona sau verifica măsuri, aparate de măsură sau materiale de referință.

Etalon de transfer – etalon intermediar pentru compararea a două etaloane.

Etalon itinerant – etalon de construcție specială, destinat să fie transportat la locul măsurătorilor.

Etalonarea mijloacelor de măsurare

În functie de tipul mijlocului de măsurare „indicația” poate avea mai multe semnificații:

pentru aparatele de măsurare indicația reprezintă valoarea arătată de aparat ( aparate indicatoare, înregistratoare,interogatoare, cu vizualizare).

pentru măsuri indicația reprezintă valoarea nominală inscrisă pe măsură sau data în documentația însoțitoare a măsurilor.

c) pentru traductoare indicația reprezintă funcția de conversie, pentru anumite valori ale măsurandului sau valorile mărimii de ieșire pentru anumite valori de mărimii de intrare.

Observații: Etalonarea este operați fundamentală in domeniul metrologiei, ea conferă calitatea de mijloc de măsurare a aparatelor care se etalonează și se aplică oricărui mijloc de măsurare a fabricarea acestuia.

Atunci mijlocul de măsurare suferă o etalonare inițială prin care i se transferă o informație de măsurare numită informație de etalonare.

Ea este înmagazinată de mijlocul de măsurare și folosită de acesta la efectuarea fiecărui măsurări.

Scopurile etalonării:

Gradarea si reglarea mijloacelor de măsurare la fabricarea sau repararea acestora.

Certificarea etalonării prin înscrierea într-un certificat de etalonare a rezultatului etalonării unui mijloc de măsurare.

Verificarea metrological prin compararea rezultatului etalonării cu caracteristicile metrologice normate de mijlocul de măsurare etalonat.

Alte scopuri: comparare, expertiză, studii, etc.

La etalonarea mijloacelor de măsurare valoarea indicată de etalon este considerată (convențional ) valoarea adevărată pentru mijlocul de măsurare care se etalonează.

Rezultatul etalonării trebuie să cuprindă și:

Incertitudinea de etalonare;

Durata de valabilitate a etalonării.

Metode de etalonare a mijloacelor de măsurare:

Metode de etalonare a aparatelor de măsură:

Metoda măsură-etalon ( ME ) este o metodă directă care nu necesită elemente suplimentare.Metoda constă în masurarea cu aparatul de etalonat a unui masurand de valoare cunoscută furnizat de măsura etalon. Ex. Etalonarea unui micrometru cu cale de plan-paralel etalon.

Metoda aparat-etalon ( AE ) este o metodă indirectă care constă în măsurarea unui măsurand de valoare necunoscută atât cu aparatul care trebuie etalonat, cât și cu un aparat etalon. Ex. Etalonarea unui manometru cu un manometru etalon prin măsurarea simultană a presiunii unui fluid.

Metode de etalonare a măsurilor:

Metoda aparat-etalon (AE )- este o metodă directă care constă în măsurarea cu un aparat etalon a măsurandului furnizat de măsura de etalonat. Ex. Etalonarea unei plăcuțe monstre de duritate cu un aparat etalon de măsurat duritatea.

Metoda etalon ( ME ) este o metodă indirectă care constă în compararea unui măsurand de valoare cunoscută de o măsură etalon și a măsurandului furnizat de măsură de etalonat cu ajutorul unui aparat de comparare. Ex. Etalonarea unei mase de lucru ( greutății) cu o masă etalon folosind ca un aparat de comparație o balanță cu brațe egale.

Metode de etalonare a traductoarelor

Traductoarele se etalonează prin metode similare celor folosite la etalonarea aparatelor și măsurilor deoarece ele se comportă att ca niște aparate, cât și ca niște măsuri:

la intrarea traductorului acesta se comportă ca un aparat de măsură pentru că el captează măsurandul;

la ieșirea acestuia, tracutoru se comportă ca o măsură pentru că furnizează valoarea măsurandului.

Metoda directă se caracterizează prin faptul că, atât la intrare, cât și la ieșirea traductorului se aplică măsurări directe. Metoda este cunoscută ca metoda ME-AE. Metoda constă în aplicarea la intrarea traductorului a unui măsurand de valoarea cunoscută furnizat de măsură etalon; la ieșirea traductorului se conectează un aparat de măsură etalon care masoară mărimeade ieșire furnizată de traductor. Ex. Etalonarea unui traductor rezistiv de forță cu ajutorul unei mase etalon și al unui milivoltmetru etalon.

Metoda semidirectă se caracterizează prin faptul că se efectuează măsurări directe numai la intrarea sau numai la ieșirea traductorului. Metoda semidirectă are două variante:

b1) Metoda măsură-etalon-masură-etalon (ME-ME); Metoda constă în aplicarea la intrarea traductorului de etalonat a unui măsurand de valoare cunoscută furnizat de o măsură etalon; mărimea de ieșire a traductorului se comportă a o mărime de valoare cunoscută furnizată de o măsură etalon. Pentru comparare se folosește un aparat de comparație.

b2) Metoda AE-AE constă în aplicarea la intrarea traductorului de etalonat a unui măsurand de valoare necunoscută care se măsoară și cu un aparat etalon; la ieșirea traductorului se conectează cum A-E care măsoară mărimea de ieșire furnizată de traductor. Ex. Etalonarea unui termocuplu cu ajutorul unui termometru etalon și al unui aparat de măsură electric etalon ( milivoltmetru etalon).

Metoda indirectă se caracterizează prin faptul că, atât la intrare cât și la ieșirea traductorului de etalonat se aplică măsuri indirecte. Metoda constă în aplicarea la intrarea traductorului de etalonat a unui măsurand de valoare necunoscută care se măsoară cu un aparat etalon. Mărimea de ieșire a traductorului se compară cu mărimea furnizată de o măsură etalon, folosindu-se pentru aceasta un aparat de comparații. Ex. Etalonarea unui frecvențmetru folosind un frcvențmetru etalon și un generator de semnal.

Metoda traductorului etalon (TE) constă în aplicarea unui măsurand de valoare necunoscută la intrarea traductorului de etalonat și a traductorului etalon. Mărimile de ieșire a celor 2 traductoare se compară cu un aparat de comparare. Ex. Etalonarea unui termocuplu cu ajutorul unui termocuplu etalon folosind ca aparat de comparare un milivoltmetru.

Metode speciale de etalonare

Sunt metode care se aplică a etalonarea mijloacelor de măsurare atunci când metodele directe sau indirecte cunoscute nu sunt comod de utilizat sau când datorită unor proprietății de mijloacelor de măsurare nu este necesară folosirea unor etaloane.

Metoda de etalonare pe componente: se aplică la etalonarea sistemelor de măsurare formate din părți componente distincte și pentru care etalonarea întregului sistem ca un tot unitar este greoaie, ineficientă, laborioasă.

Aceasta metodă constă în etalonarea separată a părților componente ale sistemului) prin metode directe sau indirecte cunoscute) și obținerea rezultatului etalonării pe baza funcțiilor cunoscute care determină legăturile dintre aceste părți componente. Ex. Etalonarea unei punți Wheastone prin etalonare separate a reyistențelor componente.

Autoetalonarea – este o metodă de etalonare autonomă care nu necesită vreun etalon datorită unor caracteristici specifice mijlocului de măsurare care se etaloneajă. Ex. Autoetalonarea poligoanelor de unghi( măsuri sub forma unor corpuri paralepipedice); etalonarea acestora se bazează pe proprietatea lor ca suma unghiurilor formate din laturile alăturate să fie de 860grade.

Arduino uno

Arduino este o placă de dezvoltare, cu un singur microcontroler, ce permite dezvoltarea unor proiecte multidisciplinare, mult mai accesibile. Este un dispzitiv uimitor care îți permite să realizezi aproape orice proiect, de la opere de artă interactive, la roboți mobili.

În forma cea mai simplă, o placă de dezvoltare Arduino, poate fi considerată ca un mic calculator căreia îi poți controla intrările și ieșirile de la chip. Placa de bază este alcătuit dintr-un microprocesor, un cistal sau un oscilator și un regulator de 5 V.

Aceasta este realizată dintr-un hardware și software (plăcuță fizică și program). Hardware-ul constă dintr-o placă open-source (sursă deschisă) concepută în jurul unui microcontroler Atmel AVR pe 8 biți sau un Atmel ARM pe 32 de biți. Partea de software, constituită dintr-un compilator cu limbaj propriu de programare executat pe microcontroler.

O placă Arduino constă dintr-un microcontroler și o serie de componente complementare pentru a facilita programarea și încorporarea în alte circuite. În funcție de tipul de plăcuță, acesta poate avea și un conector USB (universal serial bus) pentru a permite conectarea la un calculator. De asemenea, placa dispune de un anumit număr de pini pentru intrare (Input Pins) și pentru ieșire (Output Pins) prin intermediul cărora pot fi conectate alte circuite, cum ar fi senzori, LED-uri, motoare și altele.

Figura xx: Arduino uno

Pentru programare se va utiliza Arduino IDE (Integrated Development Enviroment), care este un soft oferit gratuit de această firmă pentru programarea microcontrolerului în limbajul pe care acesta îl înțelege și anume C și C++. Arduino IDE permite scrierea programului pe calculator, care este format dintr-un set de instrucțiuni pas cu pas pe care le încarci apoi în plăcuță. După încărcarea programului propriu-zis, Arduino va efectua instrucțiunile date și va interacționa cu mediul. Arduino numește această programare Sketches (schițe.)

Arduino UNO este o placă de dezvoltare bazată pe microcontroler-ul Atmega328. Acesta are 14 pini de intrare și ieșire digitală, din care șase pot fi utilizate ca ieșiri PWM (puls cu modulare), șase intrări analogice, un oscilator cu cuarț de 16 MHz, o conexiune USB, o mufă de alimentare și un buton de resetare. Însă, alimentarea se mai poate face și direct pe plăcuță, prin intermediul pinilor de alimentare de 5 V respectiv 3,3 V. Pentru a putea folosi Arduino pur și simplu se conectează cu un cablu USB la calculator, se instalează soft-ul oferit gratuit de pe site-ul lor și anume “www.arduino.cc”, se încarcă codul dorit și apoi este gata de execuție. Numele de UNO, care provine din limba italiană și înseamnă „unu” este o versiune standard pentru marca  Arduino.

Ca și parte constructivă, lungimea și lățimea maximă a plăcii este de 7,5 respectiv 5,3 centimetri, care este extinsă dacă este conectat cablul USB și mufa de alimentare. Placa este echipată cu patru găuri pentru a putea fi fixată pe orice suprafață folosind șuruburi.

Senzori

Odată cu dezvoltarea microelectronicii, noțiunile de impact, cum ar fi cele de „microprocesor”, „microcontroller”, „transputer”, „actuator”, s-a impus o noțiune nouă unei tehnologii tehnice, accea de senzor.

Termenul de „senzor” nu are o definiție unitară și necontestată, lăsând astfel loc pentru interpretări, ambiguități și confuzii, se preferă, astfel, folosirea sintagmei „ senzori și traductoare”. Cuvântul senzor provine din latinescul „sensus” , însemnând simț, care era folosit pentru a desemna competența organelor de simț de a colecta și traduce datele percepute din mediul ambient, transmitându-le creierului.

Structuri ale sistemelor senzoriale

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiții și limite, parametri ai mediului ambiant și să reacționeze la modificări ale acestora. Extrapolând considerațiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin senzor se va înțelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării mașinilor cu simțuri. Are rolul determinării unei sau unor proprietăți, și, în funcție de nivelul de integrare, poate avea funcții mai simple sau mai complexe ( ca în figura de mai sus). Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor și, eventual, pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor. Senzorul care include și unitățile micromecanice și microelectronice de prelucrare, realizate prin integrare pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlnește în literatura de specialitate și sub denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor). Producerea senzorilor inteligenți este facilitată de dezvoltarea tehnicii microsistemelor, care permite integrarea în volume extrem de mici atât a traductoarelor de diferite tipuri, cât și a micromecanicii și microelectronicii de prelucrare.

Clasificarea caracteristicilor senzorilor

Senzori de poziție și deplasare

Senzorii de poziție/deplasare fac parte din categoria senzorilor interni (figura de mai sus). Câte un astfel de senzor este amplasat în fiecare cuplă cinematică a unui sistem mecatronic, care trebuie comandată pe baza măsurării poziției, în vederea determinării poziției relative a celor două elemente ale cuplei. Toți roboții industriali, indiferent de generație, sunt dotați cu senzori de poziție/deplasare în fiecare cuplă cinematică, aceștia reprezentând elementul esențial în vederea rezolvării celor două probleme cinematice (directă și inversă). Totodată acest tip de senzor poate fi regăsit în anumite cazuri și la nivelul efectorului final, servind la măsurarea deplasării bacurilor de prindere. Roboții mobili pot fi dotați, în anumite cazuri, cu senzori de poziție/deplasare, montați la nivelul roților motoare sau a mecanismului de direcție. În cazul unui automobil performant, în rulmenții (lagărele) care susțin roțile, sunt integrați senzori incrementali, care permit măsurarea deplasărilor. Alt senzor măsoară unghiul volanului. Informațiile sunt utilizate de computerul de bord pentru cele mai diferite probleme de control: urmărirea presiunii în pneuri; ABS, ESP etc.

În foarte multe cazuri cuplele nu sunt înzestrate și cu senzori distincți pentru măsurarea vitezelor și accelerațiilor, vitezele și accelerațiile curente, utilizate de sistemul de comandă, fiind obținute prin derivarea informațiilor recepționate de la senzorii de poziție/ deplasare.

O schemă a principalelor tipuri de senzori de poziție/deplasare este redată în figura de mai jos, fiind prezentate totodată formele semnalelor de ieșire aferente.

Clasificarea senzorilor de poziție/deplasare

La amplasarea senzorilor care măsoară deplasările trebuie respectat un principiu foarte important și anume acela ca acestea să măsoare direct deplasarea elementului final al cuplei cinematice, sau, dacă acest lucru nu este posibil, pe cea a unui element cât mai apropiat de acesta. Se elimină astfel efectele unui lanț întreg de erori care nu pot fi suprimate constructiv și nu pot fi controlate de sistemul de comandă (jocuri în articulații, jocuri între flancurile angrenajelor dințate, deformații elastice ale mecanismelor de acționare etc). Cea mai comodă soluție presupune cuplarea senzorului direct pe axul motorului de acționare, cu atât mai mult cu cât firmele constructoare livrează motoare electrice rotative echipate cu senzori incrementali sau absoluți (eventual și cu tahogeneratoare pentru măsurarea vitezelor unghiulare) sau cilindri hidraulici/pneumatici care au încorporate sisteme pentru măsurarea deplasării tijei. Această soluție poate fi utilizată în cazul unor mecanisme de mare precizie, cu jocuri și uzuri minime, cum ar fi reductoarele armonice, sau angrenajele șurub cu bile-piuliță cu sistem de preluare a jocurilor. O atenție deosebită trebuie acordată elementelor constructive care servesc la cuplarea senzorului cu elementul mobil, a cărui deplasare se măsoară, astfel încât să nu fie afectată precizia senzorului și să nu se producă deteriorarea acestuia datorită unui montaj defectuos. Firmele producătoare de senzori pun la dispoziția utilizatorilor cuplaje cu caracteristici și performanțe deosebite.

Senzorii numerici (fotoelectrici, inductivi, pneumatici), care utilizează metoda de măsurare relativă, au ca principiu de lucru transformarea pașilor (cuantelor) de deplasare a elementului mobil în impulsuri electrice, care sunt însumate într-un numărător electronic. Cea mai mare utilizare în mecatronică o au senzorii incrementali fotoelectrici.

Configurația unui senzor incremental: a) liniar; b) rotativ. 1-sursă de lumină; 2-lentilă condensoare; 3-bloc de fotodetectori; 4-disc/riglă divizoare; 5-disc/riglă vernier; 6-rețea pentru impulsul de referință.