PRZETWORNIKI POMIAROWE

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "PRZETWORNIKI POMIAROWE"

Lech Kania
6 lat temu
Przeglądów:

1 PRZETWORNIKI POMIAROWE

2 PRZETWORNIK POMIAROWY element systemu pomiarowego, który dokonuje fizycznego przetworzenia z określoną dokładnością i według określonego prawa mierzonej wielkości na inną wielkość fizyczną. Znajduje się on na początku toru pomiarowego i na niego oddziałuje sygnał pochodzący z obiektu pomiaru. Przetwornik pomiarowy dokonuje: pomiaru wielkości fizycznej, przekształcenia sygnału pomiarowego w potrzebną postać i wartość, przedstawienia wyniku pomiaru.

3 BUDOWA PRZETWORNIKA POMIAROWEGO: energia pomocnicza wielkość mierzona CZUJNIK PRZEKSZTAŁTNIK WSKAŹNIIK wartość wielkości mierzonej

4 SENSORY przetworniki pomiarowe przetwarzające wielkości mierzone nieelektryczne na ujednolicone wielkości elektryczne. Wielkościami mierzonymi mogą być np.: długość, odległość, wymiar, czas, masa, temperatura, prędkość, siła, ciśnienie, natężenie oświetlenia. Wielkościami wyjściowymi elektrycznymi mogą być np.: napięcie elektryczne, natężenie prądu, opór elektryczny, pojemność elektryczna, Indukcyjność, natężenie pola elektrycznego, dobroć obwodu rezonansowego.

5 Przemysłowe pola zastosowań sensorów to m.in.: sterowanie procesami (kontrola procesów), kontrolowanie właściwości fizycznych w trakcie procesu produkcyjnego, monitorowanie stanu urządzeń w linii.

6 PODZIAŁ SENSORÓW ZE WZGLĘDU NA ZASILANIE: pasywne (bierne, modulacyjne) wymagają zewnętrznego zasilania do pobudzenia do działania. Sygnał ten jest modyfikowany w sensorze w celu wytworzenia sygnału wyjściowego, aktywne (czynne, generacyjne) nie wymagają dodatkowego źródła energii i generują bezpośrednio sygnał elektryczny w odpowiedzi na pobudzenie zewnętrzne. Energia pobudzenia jest przetwarzana przez sensor na wyjściowy sygnał elektryczny.

7 PODZIAŁ SENSORÓW ZE WZGLĘDU NA RODZAJ SYGNAŁU WYJŚCIOWEGO: analogowe które mają sygnał wyjściowy o charakterze ciągłym, binarne które mają dwa poziomy sygnałów wyjściowych 0 i 1, cyfrowe które mają sygnał wyjściowy kodowany w sposób binarny.

8 NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE SPOSOBY PRZETWARZANIA: taktylno-stykowe, rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe, ultradźwiękowe, optyczne, piezokrystaliczne.

9 PRZETWARZANIE TAKTYLKO-STYKOWE stosuje się głównie w czujnikach binarnych wykorzystywanych jako wyłączniki krańcowe. Fizyczny dotyk przesuwających się elementów poprzez rolki, popychacze, dźwignie itp. działają na zestyki urządzenia, powodując załączanie lub wyłączanie napięcia w układzie sterowania. Są to czujniki tanie, odporne na pola magnetyczne.

Źródło: Festo Didactic, Pneumatyka i elektropneumatyka, Warszawa 2007.

10 Źródło: Festo Didactic, Pneumatyka i elektropneumatyka, Warszawa sprężyna zwrotna 2 - obudowa 3 - trzpień prowadnicy 4 - dźwignia odbojowa 5 - profilowana sprężyna płaska 6 - sprężyna zwrotna styków 7 - styk ruchomy

11 PRZETWARZANIE REZYSTANCYJNE zmiana rezystancji czujnika pod wpływem różnych czynników zewnętrznych przy zastosowaniu odpowiednich materiałów rezystancyjnych. Wykorzystywane są w bardzo wielu zastosowaniach, dzięki możliwości uzależnienia wartości rezystancji od różnych czynników, np.: zmiany położenia suwaka potencjometru, dołączenia lub odłączenia rezystancji w obwodzie, efektu piezorezystywności, efekt magnetorezystancji, oddziaływania ciepła na rezystor.

12 Przykładem może być potencjometr liniowy w roli czujnika położenia liniowego. Taka sama zasada działania jest zastosowana dla czujnika położenia kątowego z potencjometrem obrotowym. U Z l x U X U x = U Z ( x / l )

13 PRZETWARZANIE INDUKCYJNE najczęściej zmiana indukcyjności własnej bądź indukcyjności wzajemnej cewek indukcyjnych. Wykorzystywane np. do pomiarów przemieszczenia (działanie jest oparte na zależności indukcyjności od przewodności obwodu magnetycznego) czy do pomiarów sił i odkształceń (działanie jest oparte na zjawisku magnetosprężystości).

14 Przykładem czujnika może być indukcyjny czujnik położenia z ruchomym rdzeniem: L x x x L L

15 PRZETWARZANIE POJEMNOŚCIOWE zmiana pojemności kondensatora wywołana zmianami wielkości fizycznych. Wykorzystywane np. do pomiaru przemieszczenia i ciśnienia. Zmianie mogą ulegać odległość między okładzinami, powierzchnia czynna okładzin oraz przenikalność materiału pomiędzy okładzinami. Wykorzystuje się tu zależność: C = 0 S/l

16 Przykładem czujnika może być pojemnościowy czujnik położenia. Można zmieniać: odległości okładzin poruszając jedną z nich w kierunku oznaczonym x 1, kiedy druga jest nieruchoma, powierzchnię czynną okładzin poruszając jedna z nich w kierunku oznaczonym x 2, kiedy druga jest nieruchoma, przenikalność dielektryka między okładzinami przesuwając go w kierunku oznaczonym x 3. x 1 x 3 C x 2

PRZETWARZANIE ULTRADŹWIĘKOWE wykorzystanie zmiany czasu pomiędzy wysłaniem impulsu ultradźwiękowego w kierunku obiektu, a jego powrotem po odbiciu się od obiektu.

17 PRZETWARZANIE ULTRADŹWIĘKOWE wykorzystanie zmiany czasu pomiędzy wysłaniem impulsu ultradźwiękowego w kierunku obiektu, a jego powrotem po odbiciu się od obiektu. Wykorzystywane głównie do pomiaru odległości. Źródło: M. Olszewszki, J. Barczyk, M. Bartyś, W. Mednis, R. Chojecki, Urządzenia i systemy mechatroniczne, REA, Warszawa 2009.

jako optycznych sensorów położenia liniowego i kątowego (np.

18 PRZETWARZANIE OPTYCZNE wykorzystanie nadajników promieni świetlnych (np. diod LED, IRED, laserowych) i odbiorników tych promieni (np. fotodiody, fototranzystory) np. jako optycznych sensorów położenia liniowego i kątowego (np. z wykorzystaniem tarczy kodowych), czy wykrywania obecności elementów. Źródło: M. Olszewszki, J. Barczyk, M. Bartyś, W. Mednis, R. Chojecki, Urządzenia i systemy mechatroniczne, REA, Warszawa 2009.

PRZETWARZANIE PIEZOELEKTRYCZNE wykorzystanie zjawiska piezoelektrycznego polegającego na wytwarzaniu ładunków elektrycznych na powierzchni niektórych kryształów pod wpływem naprężeń mechanicznych.

19 PRZETWARZANIE PIEZOELEKTRYCZNE wykorzystanie zjawiska piezoelektrycznego polegającego na wytwarzaniu ładunków elektrycznych na powierzchni niektórych kryształów pod wpływem naprężeń mechanicznych. Zjawisko to ma też działanie odwrotne oddziaływanie na kryształ piezoelektryczny zmienia jego wymiary. Wykorzystywane np. do pomiaru sił i odkształceń, lub jako akcelerometry (czujniki przyspieszenia). Źródło: M. Olszewszki, J. Barczyk, M. Bartyś, W. Mednis, R. Chojecki, Urządzenia i systemy mechatroniczne, REA, Warszawa 2009.

20 DOBÓR CZUJNIKA decyzja wyboru rodzaju czujnika wymaga wiedzy o możliwościach danych czujników oraz o potrzebach i wymaganiach dotyczących miejsca ich zastosowania. Przy wyborze czujnika należy: sprecyzować warunki pomiaru i ogólne wymagania dotyczące sensora oraz wpływu stosowania i warunków ograniczających. Należy określić: gdzie będzie stosowany czujnik, jakie są następstwa awarii czujnika, jakie wielkości mają być mierzone, jaki jest charakter wielkości mierzonej (statyczny czy dynamiczny), jak wysoko stawiane są wymagania co do parametrów czujnika, jakie są warunki pomiarów, czy występują pola zakłócające, jakie są dopuszczalne wymiary i masa czujnika, czy przewiduje się wymianę i kalibrację czujnika, w jaki sposób czujnik ma być włączony w układ automatyki,

21 DOBÓR CZUJNIKA decyzja wyboru rodzaju czujnika wymaga wiedzy o możliwościach danych czujników oraz o potrzebach i wymaganiach dotyczących miejsca ich zastosowania. Przy wyborze czujnika należy: określić możliwe zasady działania czujnika, sprawdzić możliwości pomiarowe dla wybranych zasad działania czujnika, sprawdzić dopuszczalne błędy wybranych zasad pomiaru lub wybranych sensorów, sprawdzić moc sygnału czujnika i uwzględnić konieczność jego zasilania, sprawdzić czynniki ekonomiczne i inne aspekty dotyczące czujnika: koszt zakupu lub wykonania czujnika, nakłady związane z konserwacją, bezpieczeństwo pracy, niezawodność i trwałość, określić typ czujnika do zastosowania w budowanym układzie automatyki.

22 Dziękuję za uwagę

Podobne dokumenty

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne Sensory (czujniki) 1 Zestawienie najważniejszych wielkości pomiarowych w układach mechatronicznych Położenie (pozycja), przemieszczenie Prędkość liniowa,