Intelligens szenzorok

Átírás

1 Intelligens szenzrk 2. ELŐADÁS KÉSZÍTETTE: D. FÜVESI VIKTO

2 Mai témáink Jel típusk Hőmérséklet mérés Nymás mérés 2

3 Jel típusk 3

4 Jelek a világban Jel: valamely fizikai mennyiség (jelhrdzó) egy jellemző értékének alakulása (többnyire időbeli váltzása). A jelhrdzó típusa lehet: elektrms, pneumatikus, fény, stb. A jelhrdzó lehet a jel nagysága, frekvenciája, fázisa, stb. A jel által átvitt infrmáció és a jellemző érték kapcslatát a kódlás szabja meg. jel kódlás A jelek csprtsítása: analóg digitális kód Jel (vagy infrmáció) dekódlás 4

5 Értékkészlet szerint Jelek felsztása Időbeni leflyás szerint Példa AMPL. \ IDŐ FOLYAMATOS DISZKÉT FOLYTONOS T0 Legtöbb fizikai v. kémiai állapthatárzó (pl.: nymás, hőmérésélet) DISZKÉT A/D átalakító jele T0 BINÁIS kapcsló T0 5

6 Jelek felsztása Értékkészlet szerint: Flytns: értékkészletük összefüggő tartmány. Diszkrét: csak kitüntetett értékeket vehetnek fel Bináris: diszkrét jelek speciális esete csak két különböző értéket vehet fel Időbeni leflyás szerint: Flyamats: vizsgált időintervallumn belül bárhlt meghatárzható. (pl.: analóg műszerek) y=f(t), tϵ - < t < t: időváltzó Diszkrét vagy szaggattt: csak kitüntetett időpntkban (mintaételezéskr) ismert az értéke. (pl: digitális műszerek) y=f[k], kϵz kϵ [-,, -1, 0, 1, 2,, ] k: diszkrét idő 6

7 Jelek sztályzása Villams jelek Determinisztikus (meghatárztt) Peridikus (ismétlődik) Nem peridikus (nem ismétlődik) Szinuszs Általáns peridikus Kvázi peridikus Tranziens Sztchasztikus (nem meghatárztt) 7

8 Jelek sztályzása Meghatárzttság szerint: Determinisztikus: egyértelműen, meghatárztt időfüggvénnyel megadhatók. Az y(t) (y[k]) jel determinisztikus, ha értékét minden t időpillanatra előre ismerjük. Pl.: y(t) = t vagy y[k] = sin[k] Sztchasztikus: Idő függvénnyel nem megadható jel. Általában a rendszerben fellépő zajk, zavarásk kzta véletlenszerű hatásk miatt a jel ebben az esetben csak valószínűségszámítási módszerekkel írható le. Az y(t) (y[k]) jel sztchasztikus, ha időfüggését nem ismerjük előre, de meg tudjuk határzni biznys statisztikai jellemzőit. Pl.: Tipikus sztchasztikus jelek a különböző zajk. Melyek időfüggvény frmájában nem adhatók meg, de statisztikai tulajdnságaik ismertek. 8

9 Jelek sztályzása Szinuszs jel g t = A sin(2πf 1 t + φ) Amplitudó (A) g(t) t Periódusidő (T) Frekvencia: f = 1 T [Hz] Körfrekvencia: ω = 2πf 1 9

10 Jelátalakítók Mérő-átalakító (érzékelő, szenzr): A nem villams mennyiséget érzékelve azzal aránys jelet állít elő. Pl.: p - I Mérendő jel Fizikai mennyiség Jelváltó: Egy fizikai mennyiséget azns típusú mennyiséggé alakít. Pl.: erősítő, transzfrmátr, fgaskerék, stb. Fizikai mennyiség Azns típusú fizikai mennyiség 10

11 Hőmérséklet mérés 11

12 Fázisdiagram 12

13 Hőmérséklet skála Skála megnevezése Besztás Jég lvadáspntjának hőmérséklete Frrásban lévő víz feletti vízgőz hőmérséklete Celsius C 100 C Kelvin ,16 K 373,16 K Fahrenheit F 212 F éaumur

14 Celsius skála 1064,43 C Arany dermedéspntja 0,01 C Víz hármaspntja 231,9681 C Ón lvadáspntja -218,789 C Oxigén hármaspntja 1539 C Vas lvadáspntja (pntatlan) -182,962 C Oxigén frráspntja 1773 C Platina lvadáspntja -259,34 C Hidrgén hármaspntja 14

15 Szabványs ellenállás hőmérő Platina használatának kai: IEC 751 alapján Platina ellenállás-hőmérő Kémia ellenálló-képesség Hőmérséklet állandója kellően nagy ahhz, hgy mérhető ellenállás váltzás prdukáljn a hőmérséklet váltzásával Megmunkálás nem beflyáslja a próbatest ellenállását Közel lineáris összefüggés a hőmérséklet és a ellenállás között t = [1 + At + Bt 2 + C(t -100 C) t 3 ] α = ( ) értéke 0,00385 C -1, 100 A = 3, C -1 B = - 5, C -2 C = - 4, C az ellenállás 100 C -n, az ellenállás 0 C -n. Számításknál használjuk a pnts értéket: 0, C -1 15

16 Ellenállás mérés módszerei Az ellenállásn átflyó áram és a kapcsain észlelhető feszültségesés mérése (Vlt-Amper mérés). Az ellenállás mérésére szlgáló mérőhidak használatával Ohmmérők ellenállásméréshez kidlgztt lyan kapcslásk, amelyekkel az ismeretlen ellenállás értéke közvetlenül a műszerről lelvasható. 16

17 Ellenállás mérés I. Az ellenállásn átflyó áram és a kapcsain észlelhető feszültségesés mérése (Vlt-Amper mérés). I A U V t U U I = t u t + u t U I 1 U / I 1 u 17

18 Ellenállás mérés II. (2 vezetékes mérés) Az ellenállás mérésére szlgáló mérőhidak használatával v t v 1 G A t mérendő Minden ellenállás ismert ( 1, 2, SZ, N ) Egyenfeszültség megtáplálás DB pntk egyen ptenciáln ( N állításával) D N C 2 B G zérust mutat Híd kiegyenlített Pnts értéke: t N 1 2 SZ Számíttt érték: t 1 N 2 2 v v mérési hibát kt vezetékek melegedése 18

19 Az ellenállás mérésére szlgáló mérőhidak használatával hőmérséklet kmpenzálás v kiesik, ha 1 és 2 egyenlő (arányellenállásk) Bekötésnél t és N srs kapcslásban v N v t v N t Ellenállás mérés III. (3 vezetékes mérés) 19 2 G v N t v v 1 v N v t 2 1

20 Ellenállás mérés IV. (4 vezetékes mérés) Az ellenállás mérésére szlgáló mérőhidak használatával I m t v1 v3 v4 V A A feszültségérzékelő kapcskn nagy belső ellenállású ( be 10 7 ) műszerrel mérjük az t ellenállásn eső feszültséget. v3 és v4 vezeték-ellenállásk nem kznak feszültségmérési hibát, mivel a rajtuk flyó áram rendkívül kicsi na- A nagyságrendű. v1 és v2 -n eső feszültséget pedig nem mérjük, mivel a feszültségérzékelő kapcsk közvetlenül az t -n vannak elhelyezve. Az v ellenállásk értékeinek eltérése a mérés pntsságát nem beflyáslja. v2 Bemeneti fkzat 20

21 Ellenállás mérés V. Ohmmérők ellenállásméréshez kidlgztt lyan kapcslásk, amelyekkel az ismeretlen ellenállás értéke közvetlenül a műszerről lelvasható. I b Flyó áram: I U b t ma Műszer kitérés: ki ku b t U t k: műszerállandó Srs hmmérő kapcslás (állandómágneses műszer) U áll. és b áll. α = f( t ) 21

22 Hőelem v. termelem működése Hőelem hatás Seeback effektus (Thmas Seeback ) Két különböző vezetőből álló áramkörben hőelektrmtrs feszültség jelenik meg, ha a vezetők illesztései különböző hőmérsékleteken vannak. Hőmérséklet növekedésével különbözőképpen nő a két anyagban töltéshrdzók mzgéknysága. Melegebből töltéshrdzók vándrlnak a hidegebb felé. U = a T 1 T 2 + b T 1 T c T 1 T U T 1 és T 2 hideg és meleg frrpntk hőmérsékletei a,b,c anyagállandók E megjelenő feszültség Peltier hatás Ha a hőelemen áram flyik, hőátvitel következik be a melegebb illesztéstől a hidegebb felé. 22

23 Hőelemek alkalmazási tartmányai Jel Összetétel Hőmérséklet tartmány B Platina-30% -Platina-6% ódium 0 C C 600 C C 1200 C C E Chrmega - Knstantán -260 C C 350 C C J Vas - Knstantán -200 C C 500 C C K Chrmega - Almega -260 C C 300 C C 850 C C Jel Összetétel Hőmérséklet tartmány N Nikkel króm ezüst ötv. - Nikkel ezüst ötv C C 500 C C Platina-13% ódium - Platina -40 C C 550 C C 1150 C C S Platina-10% ódium - Platina -40 C C 550 C C 1150 C C T éz - Knstantán -260 C C 23

24 Alkalmazás K típusú a legnépszerűbb Hidegpnt kmpenzáció Linearizáció TC Hegesztés (kapacitív kisüléssel) Hidegpnt termsztát U = a T 1 T 2 + +b T 1 T c T 1 T TC U a T M T V Cu U a ~ T M - T V 24

25 Prblémák és alkalmazási megfntlásk Csatlakztatás Szándéklatlan hőelemképződés A hőelem vezetékek meghsszabbításáhz a hőelem típussal azns vezetéket kell használni. A csatlakzó dugók és aljzatk a hőelemnek megfelelő anyagúak és plaritásúak legyenek. Kalibárciós váltzás Szélsőséges körülmények között szigetelés sérülhet Zaj Kmpenzációs vezeték Kis jel rssz zaj viszny Speciális vezetékek a hsszabbítás ként Csavart ér pár használata Közös mdusú zaj kmpenzálás 25

26 Ipari példák SITANS T200 DIN rail váltzat Méréstartmány TD: -200 C 850 C, Hőelem: -200 C 1820 C mv: , Érzékelő: TD vagy hőelem Kimenet: 4-20 ma (Zöld/pirs LED) Hidegpnt kmpenzáció: 0, 20, 50, 60, 70 C Pntsság: tip. 0,25 % Alkalmazási terület: Univerzális alkalmazás 26

27 Ipari példák Méréstartmány: érzékelőtől függő Érzékelő TD: Pt25, Pt50, Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000 TC: B, C, D, E, J, K, L, N,, S, T, U Mérés: TD 2, 3, 4 vezetékes, hőelem, mv mérés Kimenet: 4-20 ma kétvezetékes kimenet, (TH300 HAT) Pntsság: tip. 0,1%, Alkalmazási terület távadó Zne2, Zne1, érzékelő Zne2, Zne1, Zne0 SITANS TH TH200/TH300 bbanás védett kivitel II 1G EEx ia IIC T6/T4, PTB 05 ATEX 2040X, II 2G EEx ia/ib IIC T6/T4 27

28 TH200 belső felépítése 28

29 TH200 bekötése 2 vezetékes bekötés 3 vezetékes bekötés 4 vezetékes bekötés Kimenet 29

30 TH200 tkzás Vezeték bevezetés Szerelő fedél Pt100 ögzítő menet Mérő pgácsa 30

31 Nymás mérés 31

32 Nymásmérés Legfntsabb jellemzők Mértékegységek Pa=N/m 2, 1 bar=10 5 Pa, psi pund/inch 2, 14,5 psi=1 bar Pa, MPa, Kpa, bar, trr, atm, psi, g/cm 2, inh2o, mmh 2 O, fth 2 O, inhg, mmhg Nymás, nymáskülönbség, vákuum relatív gauge és abszlút nymástávadók Közvetlen nymásmérők (múlt és jelen) U csöves manméter, ferdecsöves manméter merülőharangs, billenőgyűrűs, dugattyús Indirekt nymásmérők (távadó alapelvek) Burdn csöves, csőmembráns, diafragma típusú mérőeszközök 32

33 Nymástávadók Kapacitív nymástávadó Egy elektródás, két elektródás Távadók, átalakítók Induktív nymástávadó Linear Variable Differential Transducer ezisztív típusú nymástávadó Nyúlásmérő bélyeges, piezrezisztív Nymáskülönbség mérők Felépítés, jellemzők Nymás és nymáskülönbség mérők beépítési lehetőségei Gőz, gáz és flyadék mérése, csaptelepek használata 33

34 Átszámítási táblázat Mértékegységek 34

35 Tipikus felépítés Siemens DS III érzékelő P Si membrán Piezrezisztív érzékelő Tartó cső Si hrdzó Hőmérséklet érzékelő Piezrezisztivitásnak nevezzük azt a jelenséget, amikr a vezető vagy félvezető anyag mechanikai defrmációk hatására megváltztatja elektrms ellenállását. 35

36 Cella kialakítás érzékelő _ + elválasztó membrán membrán 36

37 Túlterhelés védelem dp 0 100% túlterhelés elválasztó membrán érzékelő P + P - P mérő membrán 37

38 Távadó családk Kmpakt srzat P200 srzat DS III srzat DP250 P280 srzat P300 srzat 38

39 elatív és abszlút nymástávadók SITANS P200 Méréstartmány: 1 60 bar relatív, 1 16 bar abszlút nymás Érzékelő P<1bar: piezrezisztív (SS membrán) P>1 bar: véknyréteg nyúlásmérő bélyeg (SS membrán) Kimenet: 4-20 ma, két vezetékes, vagy 0-10 V, 3 vezetékes (7 ma) Pntsság: tip. 0,25 %, max. 0,5 % Alkalmazási terület: energiaipar, gépgyártás, vegyipar, vízművek, hajóipar bbanásvédett kivitel: EX II 1/2 G EEx ia IIC T4 Feléledési idő (respnse time): < 0,005 s 39

40 elatív nymástávadók kis nymásra SITANS P210 Méréstartmány: mbar relatív nymás Érzékelő: piezrezisztív (SS membrán) Kimenet: 4-20 ma, két vezetékes, vagy 0-10 V, 3 vezetékes Pntsság: tip. 0,25 %, max. 0,5 % Alkalmazási terület: energiaipar, gépgyártás, vegyipar, vízművek, hajóipar Technlógiai csatlakzás: G½ male, ¼ -18 NPT male (female), M20x1,5 male, special versin 40

41 elatív nymástávadók nagy nymásra SITANS P220 Méréstartmány 2,5 600 bar relatív nymás Kimenet 4-20 ma, két vezetékes, vagy 0-10 V, 3 vezetékes Pntsság tip. 0,25 %, max. 0,5 % Alkalmazási terület energiaipar, gépgyártás, vegyipar, vízművek, hajóipar bbanás védett kivitel EX II 1/2 G EEx ia IIC T4 41

42 Nymáskülönbség távadók SITANS P250 Méréstartmány: mbar (0-40 inchh2o) bar (0-363 psi) Érzékelő: piezrezisztív (kerámia diafragma), acél membránnal Kimenet: 4-20 ma két vezetékes, 0-5 V, 0-10 V feszültség kimenet (< 5 ma) Pntsság: 1% Alkalmazási terület: flyadékk és (természetes) gázk mérése, Gyártásautmatizálás, épület autmatika, vízipar bbanás védett kivitel: EX II 1/2 G EEx d IIC T4/T6, PTB 99 ATEX 1160 EX II 1/2 G EEx ia/ib IIC T4/T6, PTB 98 ATEX 2003 Alkalmazás: szűrő eltömődés figyelése szivattyú üzem figyelése 42

43 Alkalmazási példák S I T A N S P

44 Bemerülő nymásmérő MPS Series Méréstartmány: mh 2 O, Érzékelő: piezrezisztív, SS membránnal Kimenet: 4-20 ma Pntsság: tip. 0,3 % Alkalmazási terület laj és gázipar, hajóipar, vízművek (ivóvizes engedély, OTH engedély) bbanásvédett kivitel: EX II 1 G EEx ia IIC T4 Védettség: IP68 44

45 Higéniás követelmények Cmpact Srzat Méréstartmány: mbar 0 40 bar relatív és abszlút nymás Érzékelő: piezrezisztív, SS membránnal, vákuum védett Kimenet: 4-20 ma két vezetékes, 0-20 ma hárm vezetékes Pntsság: tip. 0,2 % Alkalmazási terület: élelmiszeripar, gyógyszeripar, bitechnlógia (higiéniai követelményeknek megfelelő) bbanás védett kivitel: EX II 2G EEx ib IIC T6 Lehetőségek: Technlógia: max. 200 C Mérőrendszer vákuum védett IP65 védettség Beszerelés: bármilyen helyzetű lehet 45

46 Abszlút és relatív nymásmérés P300 Series Méréstartmány bar (O: 600) relatív nymás, 1 30 bar (100 bar) abszlút nymás 46

47 Nagy teljesítményű távadók SITANS P500 Alkalmazási terület: nymáskülönbség, áramlás szintmérés. Méréstartmány: 1, , mbar, Pstat: 160 bar Egyéb jellemzők: A DSIII adataival megegyező 47

48 Elválasztó membránk alkalmazása Felhasználási terület Hőmérséklet magasabb, mint a távadó specifikációja A közeg krrzív A közeg viszkzitása, vagy a szilárd anyag tartalma magas A közeg pulzál A közeg plimerizálódik, vagy kristálysdik mérés közben A flyamat érdekében tisztán kell tartani az érzékelési helyet (gyógyszeripar) 48

49 Elválasztó membránk elatív nymás MK II, P300, DS III, DS III PA Abszlút nymás P300, DS III, DS III PA, DS IIFF Nymáskülönbség és áramlás DS III, DS III PA, DS IIFF 49

50 Nymás távadók beépítése a mért médium szerint gáz, gőz flyadék dp flyadék 50