Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Átírás

1 Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

2 Nem villamos jelek mérésének folyamatai.

3 Érzékelők, jelátalakítók felosztása. Passzív jelátalakítók. 1.Ellenállás változáson alapuló jelátalakítók -nyúlásmérő ellenállások (bélyegek) nyomás, erő, rezgés, mechanikai feszültség,.. -hőellenállások - fém anyagból - félvezetőből 2.Kapacitív jelátalakítók elmozdulás, szögelfordulás, szintérzékelők, páratartalom, dinamikus nyomás, rezgés,

4 Érzékelők, jelátalakítók felosztása. 3.Mágneses ( induktív ) érzékelők : elmozdulás, elfordulás, - Aktív jelátalakítók. 1.Mágneses ( indukciós) jelátalakítók: elmozdulás (elektronikus mérleg),fordulatszám térfogatáram,. 2.Piezoelektromos érzékelők: erő, nyomás, rezgés, gyorsulás,..

5 Érzékelők, jelátalakítók felosztása. 4. Ultrahangos jelátalakítók: térfogatáram, szintmérés,.. 5. Optoelektronikai jelátalakítók: jelenlét, sebesség, alakfelismerés, nyomás, erő, gázok koncentrációja,

6 Hőmérsékletérzékelők jelleggörbéi. Statikus jelleggörbék Dinamikus jelleggörbék A statikus jelleggörbe a bemenő jel és a kimenő jel kapcsolatát adja meg, függetlenül az időtől és más zavarjelektől. A dinamikus karakterisztika a hőmérséklet érzékelő viselkedését az idő függvényében mutatja meg.

7 Ellenállás változáson alapuló hőmérséklet érzékelők. Fém hőmérők. A fémek fajlagos ellenállása hőközlés hatására nemlineárisan megváltozik: ρ T a fajlagos ellenállás változás [Ω] ρ 0 az anyag fajlagos ellenállás 20 0 C-on [Ω] α hőmérsékleti tényező, amely egy-egy intervallumra érvényes α 1 K ( ) ρ =ρ 1+α T T T 0 0

8 Ellenállás hőmérők statikus jelleggörbéi. R 0 - alapellenállás [Ω] R t -a hőmérséklettől függő pillanatnyi ellenállás [Ω]

9 Hőmérséklet érzékelő időállandójának meghatározása. A közeg hőmérséklete:t 1 Hőcsere alapján a hőmérő felvesz: dq = α A( T T ) dt 1 A tárolt hőmennyiség: dq = mcdt T- a közeg pillanatnyi hőmérséklete α- a hőátadási tényező a közeg és a hőmérő között A- a hőmérő felülete m- a hőmérő tömege c - a hőmérő anyagának fajhője

10 t- a pillanatnyi idő τ -időállandó Ha a leadott és a tárolt hőmennyiség azonos: α A( T T ) dt = mcdt τ = 1 A differenciál-egyenletet rendezve és a konstrukciós és anyagjellemzőket összevonva, az időállandó fogalmát bevezetve: mc α A

11 A differenciál egyenlet változóit összevonva: dt dt = T T τ 1 Integrálás után a differenciál egyenlet megoldása: T T = ke τ 1 τ t

12 Ha feltételezzük, hogy a pillanatnyi idő egyenlő az időállandóval: t = τ Az időállandóhoz tartozó hőmérséklet: e t τ 1 = e 1 = = e 0,369 T τ = T(1 0,369) 1

13 Az időállandó ismeretében a közeg hőmérsékletének 63% - át lemérjük, ebből a 100% számítható: T τ = 0,631T 1 Ha a közeg max. hőmérsékletét ismerjük, az időállandó meghatározható. T τ = T 1 63%

14 Viselkedhet-e a hőmérséklet érzékelő az ábrán látható válaszfüggvények szerint? A közeg maximális hőmérséklete :T 1. T[ 0 C] T[ 0 C] T1 T 1 T kör T kör 0 0 t (s) t=0 t=0 t (s) a. egységugrás szerint b. lineáris függvény szerint

15 Hőmérséklet érzékelők (PT1) jelátviteli tag dinamikus jelleggörbéje. T[ 0 C] T 1 T τ 67,2% Tmax =Tτ T kör 0 t τ t (s) t=0 Ha a hőmérséklet érzékelőt a meleg közegből kivesszük,és állandó hőmérsékletű közegben lehűtjük, az exponenciális jelleggörbe x-tengelyre vetített tükörképét kapjuk.

16 Péda: Egy csőben áramló füstgáz hőmérsékletét kell megmérni, pl. digitális kijelzővel rendelkező műszerrel. Vásároltunk egy hőmérséklet érzékelőt, amelynek működési elve a példa szempontjából érdektelen.( ellenállás változás, hőelem,stb.) Az érzékelő időállandója 8 perc, és a közegbe helyezve, a kijelző C-ot mutat. A környezeti hőmérséklet 20 0 C, amely, az érzékelő kezdeti hőmérséklete is. A kijelzők 0 0 C-ról indulnak, pozitív, illetve negatív irányban. Mivel az exponenciális görbe a környezeti hőmérsékletről indul, az időállandóhoz tartozó hőmérséklet: 0 T = 260 τ 20 = 240 C T T 1 *0,63 T = τ Tτ 0 1 = = 0,63 380,95 C

17 Ellenállás hőmérők tekercseinek kivitele. a. Nikkel tekercs prespán szigetelőtesten b. Tekercselés kerámiatestre c. Tekercs üvegburokban

18 Félvezető ellenállás hőmérők statikus jelleggörbéi 0 B [ ] RT ( ) = Re T Ω R 0 a félvezető ellenállása 20 0 C-on B termisztor állandó (anyagfüggő,egy intervallumban állandó) a. Platina ellenállás hőmérő b. NTK félvezető ellenállás c. PTK ellenállás d. Terjedési ellenállás alapú szilícium érzékelő.

19 Hőelemek elvi felépítése A mérendő közeg hőmérséklete Ko- konstantán, réz és nikkel 47%-os ötvözete Cu réz huzal kompenzált környezeti hőmérséklet A hőelemek, jól megválasztott,fémesen összekapcsolt (hegesztett, forrasztott, összetekert), huzalpárból (-párokból) állnak.

20 A hőelemek termoelektromos átalakítók, amelyek összeerősített pontját ( melegpont) a mérendő közegbe helyezve, a környezeti hőmérsékleten lévő hidegpontjukon termofeszültséget adnak le. A termofeszültség csak a huzalok anyagától és a mérendő közeg hőmérsékletétől függ. P T P T a kötés által leadott teljesítmény [W] I az áramkörben folyó termoáram [A] π U T Peltier-tényező [V] (anyagfüggő) termofeszültség [V/K] PT U T a mérendő hőmérséklet [K] T = [ ] π I W T T 2 = 1 π T dt

21 Hőelemek elhelyezkedése védőtokban. összetekert huzalpár a védőtokba behegesztve forrasztott huzalpár a védőtoktól elszigetelve

22 Néhány hőelem statikus jelleggörbéje. U [mv] Fe-Ko (vas-konstantán) NiCr-Ni (nikkelkróm-nikkel) Cu-Ko (réz-konstantán) PtRh-Pt (platinaródium-platina) T [ C]