Mérés és adatgyűjtés

Átírás

1 Mérés és adatgyűjtés 7. óra Mingesz Róbert Szegedi Tudományegyetem március 19. MA - 7. óra Verzió: 2.0 Utolsó frissítés: március 18. 1/38

2 Tartalom I 1 Házi feladatok 2 Szenzorok 3 Hőmérséklet mérése 4 Fény érzékelése 5 Mágneses tér érzékelése 6 További szenzorok MA - 7. óra 2/38

3 Házi feladatok Gyakorló feladatok megoldásokkal: nem kell beküldeni 1. feladatsor beadási határideje: április 2. 23:00 Követelmények a megoldással kapcsolatban: Legyen olvasható Részletes levezetés, indoklásokkal A végeredmény legyen kiemelve Mértékegységek használata Beadás módja: Papíron Elektronikusan cím: mingesz@inf.u-szeged.hu Levél tárgya: MA - Házi feladat 1 Formátum: 1 db pdf fájl Honlap címe: MA - 7. óra Házi feladatok 3/38

4 Digitális mérőműszer Külső jelek Szenzorok A/D Fizikai mennyiségek Elektromos jelek Digitális jelek Digitális feldolgozás Beavatkozás Aktuátorok D/A MA - 7. óra Szenzorok 4/38

5 A szenzorok működése Zavarjelek Bemenet Szenzor Kimenet Fizikai mennyiség Segédenergia (Elektromos jelek) Energia-átalakítás történik Energiafajták: Sugárzási energia, mechanikai energia, hőenergia, villamos energia, mágneses energia, kémiai energia MA - 7. óra Szenzorok 5/38

6 Szenzorok jellemzése Bemeneti fizikai mennyiség pl. hőmérséklet, elmozdulás, mágneses térerősség... Kimenő fizikai mennyiség (általában elektromos mennyiség) pl. feszültség, áramerősség, ellenállás... Aktív (termóelem, ph-mérő, fényelem) Passzív - működéséhez segédenergiára van szükség (termisztor, fotóellenállás, Hall-szonda) Karakterisztika: a kimenet függése a bemeneti mennyiségtől lineáris / nem lineáris Működési elv Kialakítás MA - 7. óra Szenzorok 6/38

7 Szenzorok tulajdonságai Mérési tartomány Zajhatár: ennél kissebb jelek változása már elvész a zajban Túlterhelési tartomány Felbontóképesség Nullpont-hiba Érzékenység hiba Hiszterézis Linearitás-hiba / alakhiba Drift (kúszás) Hőmérsékletfüggés Környezeti hatások (rezgések, nyomás, nedvesség...) Beállási idő Frekvenciakarakterisztika MA - 7. óra Szenzorok 7/38

8 Hőmérséklet mérése A legtöbb folyamat, fizikai, kémiai... tulajdonság hőmérsékletfüggő pl. sűrűség, ellenállás, reakciósebesség... Az egyik leggyakrabban mért paraméter Mérés elve: a hőmérsékletváltozás hatására változás áll be a szenzorban vezetőképesség megváltozása thermoelektromos effektusok hőtágulás hallmazállapot-változás kémiai reakció (egyensúly eltolódás) Biztosítani kell a megfelelő hőátadást hőátadás - közvetlen érintkezés hővezetés - valamilyen közeg viszi át a hőenergiát hősugárzás - elektromágneses sugárzás útján MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 8/38

9 Bimetál kapcsoló Két állapot Hiszterézis MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 9/38

10 Ellenállás hőmérők (RTD) Fémek ellenállása hőmérsékletfüggő Leggyakrabban alkalmazott fém: platina PT100 szenzorok: 0 C: 100 Ω Mérési tartomány: -260 C C MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 10/38

11 Ellenállás hőmérők (RTD) Nagy pontosság Alacsony drift Széles mérési tartomány A termisztorokhoz képest lassaúbb reagálási idő (néhány másodperc) Típikus méret > 3 mm Ár > 2000 Ft MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 11/38

12 Ellenállás hőmérők mérése Feladat: nagy pontossággal és felbontással mérni az ellenállás változást MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 12/38

13 Ellenállás hőmérők mérése MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 13/38

14 Félvezető hőmérsékletmérő szenzorok: Termisztor (NTC) Hőmérséklet növekedése töltéshordozók számának növekedése ellenállás csökkenése Általános képlet: R(T) = R ref e A+ B T + C T 2 + D T 3 Gyakran használt formula: B 25/85 = B 25/85 B 25/85 T T R(T) = R 25 e 25 T(R) = 1 1 T B 25/85 ln R R 25 MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 14/38

15 Termisztor Mérési tartomány -90 C C Átmérő > 1,5 mm Ár > 100 Ft MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 15/38

16 Termoelem Seebeck-effektus: Termoelem (Réz-Konstantán vezetékek) MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 16/38

17 Termoelem - hidegpont Hidegpont kompenzálás MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 17/38

18 Termoelem Kis impedancia, kis feszültség: nagy erősítés szükséges Jó közelítéssel lineáris Átmérő > 1.5 mm Ár > 2000 Ft Mérési tartomány K típusú termoelem esetén: -200 C C MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 18/38

19 IC hőmérsékletszenzorok LM35 Lineáris kimenet + 2 C C LM35 Digitális kimenet (I2C) - 40 C C MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 19/38

20 Pirométerek Hőmérséklet hősugárzás (általában infravörös) A sugárzás spektruma hőmérsékletfüggő a hőmérséklet meghatározható Kontaktus nélküli mérés Mérési tartomány: -32 C Celsius MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 20/38

21 Fény érzékelése Fény hőmérsékletváltozás elektronok gerjesztése elektronok kilépése MA - 7. óra Fény érzékelése 21/38

22 Bolométer Hőhatás mérése (infravörös fény detektálása) MA - 7. óra Fény érzékelése 22/38

23 Fotóellenállás (light dependent resistor) Félvezető Fény elektronok kerülnek át a vezetési sávba Hátrányok: lassú Előnyök: egyszerű alkalmazhatóság, ohmikus Spektrális érzékenység: típustól függ MA - 7. óra Fény érzékelése 23/38

24 Fotodióda Előnyök: gyors az áram arányos a fényintenzitással olcsó Érzékenység: szükség szerint optikai szűrővel módosítható MA - 7. óra Fény érzékelése 24/38

25 Fotodióda MA - 7. óra Fény érzékelése 25/38

26 Fotodióda MA - 7. óra Fény érzékelése 26/38

27 Fotótranzisztor Tranzisztor vezérlése: fény (a bázisáram helyett) Nagyobb érzékenység/áram MA - 7. óra Fény érzékelése 27/38

28 CCD MA - 7. óra Fény érzékelése 28/38

29 Hőkamera MA - 7. óra Fény érzékelése 29/38

30 Ionizáló sugárzások érzékelése Működési elv: Elektronok gerjesztése (vezetés, fényhatás) Ionizáció Geiger-Müller számláló Szcintillátor MA - 7. óra Fény érzékelése 30/38

31 Mágneses terek érzékelése Váltakozó mágneses terek mágneses indukció Állandó mágneses terek Hall-effektus,... MA - 7. óra Mágneses tér érzékelése 31/38

32 Hall-effektus Félvezetők esetén a töltéshordozók mint + mind előjelűek lehetnek MA - 7. óra Mágneses tér érzékelése 32/38

33 További mágneses érzékelők Reed-relé SQUID: gyenge terek érzékelése MA - 7. óra Mágneses tér érzékelése 33/38

34 Kémhatás mérése Nehézségek: nagy belső ellenállás, alacsony feszültség MA - 7. óra További szenzorok 34/38

35 Páratartalom mérése MA - 7. óra További szenzorok 35/38

36 Gázok érzékelése - Taguchi szenzorok Ellenállás változás Szenzor zajának változása MA - 7. óra További szenzorok 36/38

37 Oxigén koncentráció érzékelése - Lambda-szonda MA - 7. óra További szenzorok 37/38

38 Pulzoximéter Pulzusszám Oxigén szaturáció MA - 7. óra További szenzorok 38/38