Érzékelők és beavatkozók

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Érzékelők és beavatkozók"

Ödön Boros
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Mechatronikai szakirány Érzékelők és beavatkozók 2. előadás: Érzékelés és mérés egyetemi docens - 1 -

2 endszer Mérés Adatgyűjtés Kommunikáció Beavatkozás Detektálás Irányítás Mérés, érzékelés - 2 -

3 Mérés, érzékelés Célok: Megismerés Absztrakció Döntéshozatal Irányítás Tudományos megismerés, Elméletalkotás Matematikai modellalkotás, endszeridentifikáció, Modell paraméterbecslés Eseménydetektálás, Változásdetektálás, Hibadetektálás, Hibadiagnosztika Vezérlés, Szabályozás u + u P P C? y y y - 3 -

4 Érzékelés, mérés Érzékelő x(t) y(t) z(t) Feldolgozó Átalakító Érzékelő/átalakító (szenzor, távadó): feldolgozható formára hozza a mért jellemzőt Példák: Kinematikai érzékelők: sebességmérő, tachográf, GPS Dinamikai érzékelők: gyorsulás-, giro érzékelő Hőmérsékleti érzékelők: termoelem, ellenálláshőmérő Nyomásérzékelő: barométer, nyomáskülönbség távadó Villamos érzékelők: feszültségmérő, árammérő Komplex érzékelők: video kamera, GPS - 4 -

Érzékelők Fizikai mennyiségeket villamos jellegű mennyiségekre : feszültség, áram, frekvencia, vagy Villamos elven mérhető mennyiségekre: ellenállás, kapacitás, induktivitás alakítanak át.

5 Érzékelők Fizikai mennyiségeket villamos jellegű mennyiségekre : feszültség, áram, frekvencia, vagy Villamos elven mérhető mennyiségekre: ellenállás, kapacitás, induktivitás alakítanak át. Érzékelők osztályozása a kimenet jellege szerint: Analóg kimenetű érzékelők: kimenet folytonos skálán változik. Kétállapotú: a kimenet két állapot között változik. Digitális: a kimenet diszkrét skálán változik

6 Érzékelők Néhány egyszerű példa érzékelőkre: Mikrokapcsoló (limit-switch) Potenciométer (szervo potméter) - 6 -

7 Érzékelés, mérés Példa: félvezető nyomásérzékelő A nyomáskülönbség deformálja a vékony Si lapot. A deformáció ellenállás változást okoz villamos módszerrel, pl. mérőhidakkal (Wheatstone-híd) mérhetők

8 Példa: mágneses térérzékelő Érzékelés, mérés Magnetorezisztív hatás: A mágneses tér megváltoztatja a permalloy anyag (egy vasötvözet) ellenállását. Mérés: Wheatstone-híd

9 Érzékelés, mérés Példa: nyúlásmérő bélyeg Mechanikai deformáció (nyúlás): megváltoztatja egy vékony vezető réteg ellenállását. Alkalmazás: erőmérő cella. Mérés: Wheatstone-híd

10 Hőmérséklet mérés Hőmérséklet érzékelők típusai: Kétállapotú hőmérséklet érzékelők (hőmérséklet kapcsolók, termosztátok): Bimetál kapcsoló Folyadék- vagy gáztöltésű harmonikás kapcsoló Arányos (analóg) hőmérséklet érzékelők: Ellenálláshőmérő (TD esistor Temperature Detector) Termoelem (TC Thermocouple), Termisztor Félvezető alapú érzékelők Érintkezés nélküli infravörös érzékelők

11 Hőmérséklet mérés Kétállapotú hőmérséklet érzékelők (hőmérséklet kapcsolók, termosztátok): Határoló kapcsolók (limit switch): valamilyen hőmérsékleti szint túllépésekor állapotot vált. Bimetál kapcsoló ~T V / = Fogyasztó Kettősfém szalag különböző hőtágulási tényezőjű fémekből összeállítva: az eltérő hossznövekedés miatt elhajlik. L L T LT LT relatív hosszváltozás 0 0 T T0 hőmérsékleti tényező

12 Hőmérséklet mérés Gáz- vagy folyadéktöltésű harmonikás kapcsoló ~T V / = Fogyasztó Gázok nyomásának ill. térfogatának hőmérsékletfüggése: (egyesített gáztörvény) pv T const. A harmonika állandó nyomást tart fenn: V k p T V T T 0 T 0 Folyadékok térfogatának hőmérsékletfüggése: relatív térfogatváltozás V L T V V L LA T T V T V T 0 k pa 0 T 0 T 0 T T0 térfogati hőmérsékleti tényező

13 Hőmérséklet mérés Ellenálláshőmérő (TD esistor Temperature Detector) Alapelv: a vezető anyagok ellenállásának hőmérsékletfüggése: T T 0 T Másodrendű közelítés: T 0 T0 T T0 1 T T hőmérsékleti tényező 2 T T 1 T 0 (lineáris közelítés) magasabb rendű közelítések: az (T) függvény Taylor-sor alapján ref=(t0) T0 T

14 Hőmérséklet mérés Ellenálláshőmérők: a leggyakoribb Pt Ω platina Szabvány: DIN IEC 751 Osztályok tolerancia szerint: Anyagok: A: ± [ ( t ] C B: ± [ ( t ] C Platina Ω/Ω/ C C éz Ω/Ω/ C C Nikkel Ω/Ω/ C C

15 Hőmérséklet mérés Pt100 TD jellemzői (IEC751 szabvány szerint): Névleges ellenállás 100 C hőmérsékleten: 100Ω. Lineáris hőmérsékleti tényező α= (átlagos meredekség 0 és 100 C között) Pontosabb nemlineáris összefüggés: 2 3 T 1 st bt c( T 100 T 0 ) a = x 10-3 b = x 10-7 c= x C < T < 0 C, és 0 0 C < T < +850 C (Callendar-Van Dusen összefüggés)

16 Hőmérséklet mérés Mérés ellenálláshőmérővel: az TD-re eső I Feszültséggenerátoros gerjesztés S U O U I S TD TD torzító tag nem lineáris U I TD U O Áramgenerátoros gerjesztés U O I TD lineáris Állandó árammal való gerjesztés a kedvezőbb: nincs torzítás, a hozzávezetések ellenállása nem játszik szerepet

17 Hőmérséklet mérés Mérés ellenálláshőmérővel: mérőhíd egy Wheatston-híd A híd egyik eleme a változó ellenállású TD, a többi (legtöbbször azonos) értékű konstans ellenállás. Mérjük U o kimeneti feszültséget. ±r ±r U e I U o U o Feszültséggenerátoros gerjesztés Áramgenerátoros gerjesztés

18 Hőmérséklet mérés Termoelemek (ThermoCouple TC) Termoelektromos hatás (Seebeck effektus): különböző fémekben az elektronok mozgékonysága különböző hőmérsékleten eltérő: ez potenciálkülönbséget kelt, amely mérhető. T sense kromel réz árnyékolás T ref V T m alumel réz szigetelőanyag K-jelű termoelem (IEC 584 szerint) kromel(+) - alumel(-) 41μV/ºC Csupasz kromel: nikkel (90%) króm (10%) ötvözet alumel: nikkel (95%) mangán (2%) alumínium (2%) - szilícium (1%) ötvözet Burkolt Árnyékolt (földelt csomópontú)

19 Termisztorok Hőmérséklet mérés Félvezető kerámia anyagokból készült ellenállások: NTC negatív hőmérsékleti tényezőjű ellenállás PTC pozitív hőmérsékleti tényezőjű ellenállás Általában NTC-t használunk: (Steinhart-Hart) Hőmérsékletmérés: feszültségmérés A, B, C, D általában tapasztalati úton nyert konstansok (katalógusadatok) áramgenerátoros gerjesztéssel vagy feszültségosztóként, Hídkapcsolásban

20 Termisztorok Hőmérséklet mérés Félvezető kerámia anyagokból készült ellenállások: NTC negatív hőmérsékleti tényezőjű ellenállás PTC pozitív hőmérsékleti tényezőjű ellenállás Általában NTC-t használunk: (Steinhart-Hart) Hőmérsékletmérés: feszültségmérés A, B, C, D általában tapasztalati úton nyert konstansok (katalógusadatok) áramgenerátoros gerjesztéssel vagy feszültségosztóként, Hídkapcsolásban

21 Hőmérséklet mérés Félvezető hőmérsékletmérő szenzorok, példa: LM20 Si félvezető PN átmenet hőfokfüggését használja ki. Analóg kimenetű közel lineáris érzékelő:

Hasonló dokumentumok

TERMOELEM-HİMÉRİK (Elméleti összefoglaló)

Alapfogalmak, meghatározások TERMOELEM-HİMÉRİK (Elméleti összefoglaló) A termoelektromos átalakítók hımérsékletkülönbség hatására villamos feszültséget szolgáltatnak. Ezért a termoelektromos jelátalakítók