SCHEMAT SYSTEMU MECHATRONICZNEGO

SCHEMAT SYSTEMU MECHATRONICZNEGO WEJŚCIE UKŁAD MECHANICZNY WYJŚCIE NASTAWNIKI CZUJNIKI procesor(y)

Czujnik to urządzenie, dostarczające informacji o pojawieniu się określonego bodźca, przekroczeniu pewnej wartości progowej lub o wartości rejestrowanej wielkości fizycznej. W tym ujęciu układ czujnika składa się z: czujnika, przetwornika Czujniki (sensory) często układu kondycjonowania sygnału i telemetrycznego. Czujnik (sensor) jest jednostką funkcjonalną systemu mechatronicznego umożliwiającą przetworzenie wielkości nieelektrycznej (temperatury, położenia, siły) na proporcjonalną wielkość elektryczną.

Klasyfikacja czujników CZUJNIKI AKTYWACJA AKTYWNE PASYWNE DETEKCJA KONTAKTOWE BEZKONTAKTOWE ODCZYT WIELKOŚCI ABSOLUTNE WZGLĘDNE FOTOELEKTRYCZNE ZASADA DZIAŁANIA ELEKTROCHEMICZNE INNE POLE MAGNETYCZNE MIERZONA WIELOŚĆ ZWIĄZKI CHEMICZNE INNE NAUKA ZASTOSOWANIE TRANSPORT INNE

CZUJNIKI AKTYWACJA AKTYWNE PASYWNE DETEKCJA KONTAKTOWE BEZKONTAKTOWE ODCZYT WIELKOŚCI ABSOLUTNE WZGLĘDNE FOTOELEKTRYCZNE ZASADA DZIAŁANIA ELEKTROCHEMICZNE INNE POLE MAGNETYCZNE MIERZONA WIELOŚĆ ZWIĄZKI CHEMICZNE INNE NAUKA ZASTOSOWANIE TRANSPORT INNE

Klasyfikacja czujników ze względu na aktywację (źródło energii sygnału pomiarowego): pasywne - energia potrzebna do wytworzenia sygnału wyjściowego jest czerpana ze zjawiska fizycznego (pomiar temperatury termometrem rtęciowym) aktywne - wymagają zewnętrznego źródła energii do wytworzenia sygnału wyjściowego (pomiar naprężenia z wykorzystaniem tensometru)

Czujnik pasywny zjawisko piezoelektryczne

CZUJNIKI AKTYWACJA AKTYWNE PASYWNE DETEKCJA KONTAKTOWE BEZKONTAKTOWE ODCZYT WIELKOŚCI ABSOLUTNE WZGLĘDNE FOTOELEKTRYCZNE ZASADA DZIAŁANIA ELEKTROCHEMICZNE INNE POLE MAGNETYCZNE MIERZONA WIELOŚĆ ZWIĄZKI CHEMICZNE INNE NAUKA ZASTOSOWANIE TRANSPORT INNE

Czujnik kontaktowy wymaga fizycznego kontaktu z bodźcem (większość czujników temperatury). Czujnik bezkontaktowy nie wymaga żadnego fizycznego kontaktu (większość optycznych i magnetycznych czujników).

CZUJNIKI AKTYWACJA AKTYWNE PASYWNE DETEKCJA KONTAKTOWE BEZKONTAKTOWE ODCZYT WIELKOŚCI ABSOLUTNE WZGLĘDNE FOTOELEKTRYCZNE ZASADA DZIAŁANIA ELEKTROCHEMICZNE INNE POLE MAGNETYCZNE MIERZONA WIELOŚĆ ZWIĄZKI CHEMICZNE INNE NAUKA ZASTOSOWANIE TRANSPORT INNE

Czujnik absolutny reaguje na bodziec o absolutnej skali, np. termistor, który zawsze odczyta temperaturę absolutną. Czujnik względny wykrywa bodziec w stosunku do ustalonej lub zmiennej wartości odniesienia, np. który termopara która mierzy różnicę temperatur. Termistor to opornik półprzewodnikowy, którego rezystancja (opór) zależy od temperatury. Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) - czujnik temperatury wykorzystujący zjawisko Seebecka.

Klasyfikacja czujników CZUJNIKI AKTYWACJA MECHANICZNE POTENCJOMETRYCZNE DETEKCJA POJEMNOŚCIOWE INDUKCYJNE ULTRADŹWIĘKOWE ODCZYT WIELKOŚCI TENSOMETRYCZNE PIEZOELEKTRYCZNE PIEZOREZYSTYWNE ZASADA DZIAŁANIA ŚWIATŁOWODOWE FOTOELEKTRYCZNE ELEKTROCHEMICZNE MIERZONA WIELKOŚĆ TERMOELEKTYCZNE TERMOOPTYCZNE TERMOMAGNETYCZNE ZASTOSOWANIE ELKTROSTRYKTYWNE INNE

off on Czujniki mechaniczne

sprzęgło przeciążeniowe wyłącznik krańcowy wyłącznik krańcowy Sprzęgło zazębione (włączone) Sprzęgło wyzębione (rozłączone) on off

Bimetal - trwale połączone na całej powierzchni styku elementy z dwóch różnych pod względem właściwości fizykochemicznych metali lub stopów. metal A metal B

Manometry sprężynowe rurkowe, zwane też ciśnieniomierzami ze sprężyną rurkową składają się z wygiętej w łuk lub wielu zwojów rurki, zwanej od nazwiska konstruktora Eugène Bourdona rurką Bourdona.

Czujniki potencjometryczne Potencjometr to opornik z możliwością zmiany rezystancji (oporu).

Potencjometry

Czujniki pojemnościowe Pojemność kondensatora zależy od materiału przez który przenika pole elektryczne. Czujnik pojemnościowy wykrywa zbliżenie do jakiegokolwiek materiału o stałej dielektrycznej różnej od stałej powietrza. If ε r >1 then C

Schemat pojemnościowego czujnika przyśpieszenia (akcelerometr, grawimetr)

Czujniki indukcyjne Czujnik indukcyjny wykorzystuje zjawisko zmiany natężenia pola magnetycznego wewnątrz uzwojenia spowodowane zmianą położenia rdzenia ferrytowego. Generator Detektor

Czujnik indukcyjny LVDT/RVDT (Linear/Rotational Voltage Differential Transformer) różnicowy przetwornik przemieszczeń liniowych/kątowych przemieszczenie Napięcie wyjściowe położenie

Czujnik indukcyjny - resolwer Napięcie wyjściowe

Czujnik wykorzystujący efekt Halla, który polega na tym, że w półprzewodniku w którym płynie prąd i umieszczonym w polu magnetycznym o indukcji skierowanym prostopadle do tego prądu, pojawia się siła elektromotoryczna prostopadła zarówno do prądu, jak i do pola magnetycznego. napięcie Halla pole magnetyczne pole elektryczne półprzewodnik przyłożone napięcie

Czujniki ultradźwi więkowe Ultradźwięki to fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości uważa się wartość około 16 lub nawet (u ludzi bardzo młodych) 20 khz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

Metody wytwarzania ultradźwięków mechaniczne -układy drgające (struny, płytki sprężyste, piszczałki), wykorzystujące drgania samego tworzywa albo przepływ gazów czy cieczy, termiczne - poprzez wyładowania elektryczne w płynach i gazach, poprzez ciągle lub impulsowe podnoszenie temperatury przewodników prądu, magnetostrykcja - zmiana długości rdzenia magnesu pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid nawinięty na ten rdzeń, odwrócenie efektu piezoelektrycznego - polega na doprowadzeniu do przeciwległych płaszczyzn kryształu kwarcu lub innego minerału szybko zmiennego napięcia elektrycznego. Prowadzi to do rozszerzenia lub skurczenia płytki i do powstania drgań o odpowiedniej częstotliwości. optyczne - laserem można wytworzyć fale sprężyste w szerokim zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do zakresu hiperdźwiękowego.

Czujnik ultradźwiękowy mierzy czas rozchodzenia się fali ultradźwiękowej od źródła fali do odbiornika przy założeniu stałej prędkości rozchodzenia się fali w ośrodku. Czas rozchodzenia się fali jest wprost proporcjonalny do odległości między źródłem fali a odbiornikiem.

Czujniki ultradźwiękowe wykorzystujące zjawisko magnetostrykcji Zmiana długości rdzenia magnesu pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid. Drgania ultradźwiękowe są wytwarzane zazwyczaj w zakresie niskich częstotliwości. generator Deformacja ferromagnetyka pod wpływem pola magnetycznego

Czujniki ultradźwiękowe wykorzystujące zjawisko piezoelektryczności Drgania ultradźwiękowe są wytwarzane zazwyczaj w zakresie wysokich częstotliwości.

Czujniki ultradźwiękowe wykorzystujące zjawisko Dopplera Efekt Dopplera zjawisko obserwowane dla fal, polegające na powstawaniu różnicy częstotliwości, a tym samym i długości fali, wysyłanej przez źródło fali oraz zarejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem źródła fali.

Czujnik wykorzystuje zjawisko Dopplera polegające na zmianie częstości fali wywołanej względnym ruchem źródła fali i odbiornika lub też przemieszczaniem się ośrodka między źródłem a odbiornikiem.

Czujniki tensometryczne Czujniki tensometryczne wykorzystują zjawisko zmiany rezystancji drutu pod wpływem zewnętrznego naprężenia. Pracują w granicach odkształceń sprężystych. P

2 R 1 R 4 1 4 Vs R 2 3 R3 V o

klejenie tensometru Wierzchnia warstwa ochrona Druty czujnika podkładka klej Materiał napręż ężany

tensomety z uzwojeniem kompensacyjnym R R k R k R

tensometry foliowe

rozety tensometryczne

rezystancyjne tensometry foliowe

Czujniki piezoelektryczne Podstawą fizyczną jest zjawisko piezoelektryczne wykorzystujące polaryzację niektórych dielektryków krystalicznych lub polikrystalicznych poddanych naprężeniom mechanicznym.

Czujniki piezoelektryczne wykorzystują efekt piezoelektryczny polegający na pojawieniu się napięcia na brzegach kryształu pod wpływem jego odkształcania. Płytki piezoelektryczne F Przeniesienie siły membrana Elektroda wyjściowa obejma

Czujniki piezorezystywne Wykorzystują efekt piezooporu polegający na zmianie przewodnictwa elektrycznego pod wpływem naprężeń wywołanych siłami zewnętrznymi powodującymi odkształcenia. Efekt piezorezystywny różni się od efektu piezoelektrycznego tym, że występuje jedynie zmiana rezystancji, nie powstaje żadna siła elektromotoryczna (SEM).

Czujniki optyczne Czujniki optyczne są urządzeniami, których działanie opiera się na zasadzie wysyłania wiązki promieni świetlnych przez nadajnik i ich odbieraniu przez odbiornik. Czujniki optyczne reagują na obiekty, które znajdują się na drodze przebiegu wiązki światła.

Rodzaje czujników optycznych: optyczny odbiciowy, odbiciowy z eliminacją wpływu tła, refleksyjny (retro-reflective sensor), optyczne typu bariera (through-beam sensor).

czujniki światłowodowe Światłowód to struktura prowadząca fale elektromagnetyczne o częstotliwościach optycznych. Światłowody są wykorzystywane jako elementy urządzeń optoelektronicznych, składniki optycznych układów zintegrowanych lub do transmisji sygnałów na duże odległości, jak również do celów oświetleniowych.

płaszcz rdzeń pokrycie

W czujnikach światłowodowych, światło (laser) po odchyleniu przechodzi przez światłowód i jeśli końcówka znajduje się w powietrzu, całe światło ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu i wraca do detektora. Gdy pojawi się jakieś medium, zmienia się kąt graniczny całkowitego wewnętrznego odbicia i do detektora wraca tylko cześć światła. Źródło światła obszar światłowód detekcji Jednostka badana

Czujniki fotoelektryczne Fotorezystor jest elementem światłoczułym. Jego rezystancja zmienia się pod wpływem padającego promieniowania i nie zależy od kierunku przyłożonego napięcia, podobnie jak rezystancja zwykłego rezystora. Oświetlenie fotorezystora powoduje zwiększenie przepływającego prądu. Fotorezystory wykonuje się z materiałów półprzewodnikowych Wadą fotorezystora jest wrażliwość temperaturowa.

Fotodioda jest zbudowana podobnie jak zwykła dioda krzemowa. Różnica jest w obudowie, gdyż znajduje się tam soczewka płaska lub wypukła, umożliwiająca oświetlenie jednego obszarów złącza. Fotodiody wykonuje się z krzemu lub arsenku galu. Fotodiodę można traktować jako źródło prądu o wydajności zależnej od natężenia oświetlenia.

Fototranzystor jest elementem półprzewodnikowym, działajacym tak samo jak tranzystor z tą różnicą, że prąd kolektora nie zależy od prądu bazy, lecz od natężenia promieniowania oświetlającego obszar bazy. Fototranzystor jest detektorem o czułości wielokrotnie większej niż czułość fotodiody, ponieważ prąd wytworzony pod wpływem promieniowania ulega dodatkowemu wzmocnieniu.

Fotokomórka to urządzenie, którego zasadniczą częścią jest fotoelement (fotorezystor, fotodioda, fototranzystor). Prąd płynący przez fotokomórkę zależy od ilości promieniowania elektromagnetycznego (np. światła) padającego na fotokatodę.

Pierwsza fotokomórka została zastosowana jako czujnik w mechanizmie automatycznego otwierania drzwi w 1931 roku. Użyto jej w restauracji w USA, a dokładnie zamontowana była w drzwiach obrotowych pomiędzy kuchnią, a salą jadalną. Nazywana była magiczne oko".

Czujniki elektrochemiczne Ze względu na rodzaj sygnału wyjściowego czujniki chemiczne dzielimy na: potencjometryczne (pomiar napięcia) amperometryczne (pomiar prądu) konduktometryczne (pomiar przewodnictwa)

Półprzewodnikowe przetworniki stężeń substancji chemicznych CSSD (ang. Chemically Sensitive Semiconductor Devices). Czujniki te są pomostem pomiędzy układami elektronicznymi a układami chemicznymi, a w szczególności układami elektrochemicznymi. Możliwość przetwarzania w tych urządzeniach wielkości chemicznych na sygnał elektryczny prądowy bądź napięciowy pozwala na późniejszą łatwą obróbkę tego sygnału i w efekcie na otrzymanie wielkości wyjściowej w dowolnej postaci analogowej bądź cyfrowej.

Najbardziej rozpowszechnioną odmianą czujników CSSD są jonoczułe tranzystory polowe ISFET (ang. Ion Sensitive Field Effect Transistor). Czujniki te łączą w sobie cechy klasycznych czujników elektrochemicznych (np. znanych od dawna szklanych elektrod jonoselektywnych) z cechami tranzystorów polowych FET.

Czujniki termoelektryczne Czujniki termoelektryczne są to przyrządy reagujące na zmianę temperatury zmianą siły termodynamicznej wbudowanego w nie termoelementu.

Termopara Termopara składa się z pary (dwóch) różnych metali zwykle w postaci przewodów, spojonych na dwóch końcach. Termopara Jedno złącze umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia") powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną, proporcjonalna do różnicy tych temperatur. T 1 T 2 + V -

Termistor Termistor jest elementem półprzewodnikowym którego rezystancja zależy od temperatury. Zmiana wartości rezystancji może nastąpić na skutek wzrostu temperatury otoczenia termistora lub wydzielanego w nim ciepła.

Termorezystor Termorezystor metalowy stanowi uzwojenie wykonane z metalu (niklu, platyny,miedzi) nawinięte na kształtkę z materiału izolacyjnego. Działanie jego polega na zmianie rezystancji przewodnika pod wpływem zmiany temperatury. Powstałe w ten sposób zmiany rezystancji są mierzone i stanowią miarę temperatury.

Klasyfikacja czujników CZUJNIKI AKTYWACJA DETEKCJA ODCZYT WIELKOŚCI ZASADA DZIAŁANIA czujniki do pomiaru wielkości mechanicznych czujniki do pomiaru wielkości cieplnych MIERZONA WIELKOŚĆ czujniki do pomiaru wielkości chemicznych ZASTOSOWANIE INNE

Klasyfikacja czujników CZUJNIKI AKTYWACJA DETEKCJA ODCZYT WIELKOŚCI ZASADA DZIAŁANIA czujniki do pomiaru wielkości mechanicznych czujniki do pomiaru wielkości cieplnych MIERZONA WIELKOŚĆ czujniki do pomiaru wielkości chemicznych ZASTOSOWANIE INNE

Czujniki do pomiaru wielkości mechanicznych

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki siły W przetwarzaniu siły na sygnał elektryczny wykorzystuje się: element odkształcany: zmiana rezystancji, zmiana indukcyjności, zmiana pojemności, bezpośrednio zjawisko: magnetospręzyste, piezoelektryczne.

zmiana rezystancji Odkształcenie elementu sprężystego mierzy się czujnikiem naprężenia mechanicznego - tensometrem rezystancyjnym (oporowym). P

sprężyste elementy odkształcane czujników siły F F F

czujniki tensometryczne do pomiaru siły

zmiana indukcyjności Element sprężysty jest tak zaprojektowany, aby mierzona siła wywoływała jak największe przemieszczenie pomiędzy określonymi jego punktami. Generator Detektor

Czujnik składa się z cewki z rdzeniem ferromagnetycznym 1, zwory 2, oraz ze stalowej obudowy sprężynującej z pierścieniowymi żeberkami 3. Wykorzystano w nim zjawisko dużych zmian indukcyjności cewki i rdzenia przy niewielkich zmianach szczeliny s na skutek nacisku na zworę magnetyczną 2.

zmiana pojemności Element sprężysty jest tak zaprojektowany, aby mierzona siła wywoływała jak największą zmianę pojemności połączonego z nim kondensatora.

Wartość siły powoduje odkształcenie elementu sprężystego wpływając na zmianę pojemności c kondensatora.

zjawisko piezoelektryczne Podstawą fizyczną jest zjawisko piezoelektryczne wykorzystujące polaryzację niektórych dielektryków krystalicznych lub polikrystalicznych poddanych naprężeniom mechanicznym. Siła F kryształ Elektrometr

O podstawowych właściwościach czujnika piezoelektrycznego decyduje materiał piezoelektryczny. Po przekroczeniu temperatury Curie materiał traci właściwości piezoelektryczne. Po usunięciu naprężeń materiał powraca do stanu pierwotnego.

zjawisko magnetosprężyste Właściwości magnetyczne materiałów ferromagnetycznych zależą od budowy jego elementarnych siatek krystalicznych, ich orientacji względem zewnętrznego pola magnetycznego oraz względem kierunku działania naprężeń mechanicznych. Ponadto zależą one od stopnia i rodzaju deformacji elementarnych kryształów materiału.

Czujnik składa się z pakietu blach (1) transformatorowych z symetrycznie wykonanymi czterema otworami, w których umieszczone są dwa uzwojenia, skrzyżowane wzajemnie pod kątem prostym. Uzwojenie pierwotne (2) zasilane jest prądem zmiennym. Jeżeli na czujnik działa siła ściskająca F, to na skutek sprężystego odkształcenia pakietu zmienia się przenikalność magnetyczna (zmniejsza się w kierunku działania siły, a zwiększa w kierunku poprzecznym), przez co w uzwojeniu wtórnym (3) zaindukuje się napięcie proporcjonalne do działającej siły.

Siłowe czujniki taktylne Matryca oporowa stanowi dwie prostopadłe płaszczyzny równoległych elektrod oddzielonych od siebie piezorezystancyjnym materiałem.

Rozróżnia się: magnetyczno-rezystancyjny sensor taktylny sensor taktylny z warstwą piezoelektryczną sensor taktylny pojemnościowy inne

POJEMNOŚCIOWY CZUJNIK DOTYKOWY A A ELEKTRODY MEMBRANA Si PODŁOŻE SZKLANE

Sensory taktylne stosuje się w chwytakach robotów do zbierania informacji o manipulowanym obiekcie.

Czujniki przyspieszenia (akcelerometry, grawimetry) ma = kx b dx dt

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki przyspieszenia W przetwarzaniu przyspieszenia na sygnał elektryczny wykorzystuje się zjawiska: zmiany pojemności kondensatora indukcyjne oparte na efekcie Halla piezoelektryczne piezorezystywne termiczne magnetorezystywne optyczne inne

czujnik przyspieszenia pojemnościowy

czujnik przyspieszenia indukcyjny

czujnik przyspieszenia oparty na efekcie Halla

czujnik przyspieszenia piezoelektryczny

czujnik przyspieszenia piezorezystywny

czujnik przyspieszenia termiczny

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta k obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki kąta k obrotu W przetwarzaniu kąta obrotu na sygnał elektryczny wykorzystuje się: potencjometry ze stykiem ślizgowym enkodery resolwery

Czujniki kąta obrotu W przetwarzaniu kąta obrotu na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne (potencjometry ze stykiem ślizgowym), indukcyjne (resolwery), czujniki cyfrowe: absolutne, inkrementalne.

Czujniki kąta obrotu W przetwarzaniu kąta obrotu na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne (potencjometry ze stykiem ślizgowym), indukcyjne (resolwery), czujniki cyfrowe: absolutne, inkrementalne.

potencjometry ze stykiem ślizgowym Napięcie między stykiem ruchomym a nieruchomym jest proporcjonalne do położenia kątowego ramienia ze stykiem ruchomym. α

Podstawowe zastosowania to: odczyt położenia w mechanizmie serwa siłomierze dźwigniowe uchylne pozycjonowanie krzywek i przepustnic regulatory walcarek wahadłowych pomiary goniometryczne w przegubach.

Czujniki kąta obrotu W przetwarzaniu kąta obrotu na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne (potencjometry ze stykiem ślizgowym), indukcyjne (resolwery), czujniki cyfrowe: absolutne, inkrementalne.

resolwery Resolver, podobny do małego silnika elektrycznego jest urządzeniem służące do pomiaru kąta. Stojan ma dwa uzwojenia ustawione pod kątem prostym, a wirnik jedno uzwojenie, z którego odczytywany jest sygnał.

Czujniki kąta obrotu W przetwarzaniu kąta obrotu na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne (potencjometry ze stykiem ślizgowym), indukcyjne (resolwery), czujniki cyfrowe (enkodery): absolutne, inkrementalne.

enkodery Działają na zasadzie obracającej się tarczy z wycięciami, które blokują lub przepuszczają światło generowane, np. przez diody LED. Odbiorniki światła np. fototranzystory generują sygnały poddawane dalszej obróbce.

enkoder absolutny czujnik fotoelektryczny 2 ścieżki 4 części n scieżek 2 n częsci n barier optycznych

enkoder absolutny Enkoder absolutny - impulsator, który przyporządkowuje odpowiednim wartościom kąta, kodowane wartości liczbowe. Na wałku napędowym enkodera znajduje się tarcza kodowa, która zawiera w formie kodu wartości liczbowe odpowiadające przesunięciom kątowym. Pozwala to na zadawanie wartości absolutnych w dowolnym momencie, bez konieczności porównywania z punktem odniesienia. Enkoder absolutny pozwala określić dokładną informację o pozycji po ponownym uruchomieniu, gdy zanikło napięcie zasilania systemu lub enkodera.

Czujniki kąta obrotu W przetwarzaniu kąta obrotu na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne (potencjometry ze stykiem ślizgowym), indukcyjne (resolwery), czujniki cyfrowe (enkodery): absolutne, inkrementalne.

enkoder Inkrementalny Enkoder inkrementalny - impulsator, który zlicza impulsy (przyrosty kątowe) odpowiadające ruchowi obrotowemu. Charakterystyczną cechą tych urządzeń jest stała, niezmienna ilość impulsów na wyjściu np. 1024 (maksymalnie 10000 imp./obrót), odpowiadająca rozdzielczości systemu pomiarowego. Do kontroli kierunku (prawo-lewo), drugi w kolejności sygnał jest przesunięty fazowo o 90. Licznik zewnętrznego systemu kontroli, może być ponownie ustawiany dodatkowym zerowym impulsem.

enkoder Inkrementalny A B R 1 znak = 4 części

0 1 P Q 200 x 4 = 800 P Q

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki przemieszczenia W przetwarzaniu przemieszczenia na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne, indukcyjne, LVDT (Linear Voltage Differential Transform), magnetorezystywne, czujniki cyfrowe: optyczne.

Czujniki przemieszczenia W przetwarzaniu przemieszczenia na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne, indukcyjne, LVDT, magnetorezystywne, czujniki cyfrowe: optyczne.

potencjometr liniowy R

Czujniki przemieszczenia W przetwarzaniu przemieszczenia na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne, indukcyjne, LVDT, magnetorezystywne, czujniki cyfrowe: optyczne.

indukcyjny czujnik przemieszczenia 0,2 mm

Czujniki przemieszczenia W przetwarzaniu przemieszczenia na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne, indukcyjne, LVDT (Linear Voltage Differential Transform), magnetorezystywne, czujniki cyfrowe: optyczne.

czujnik LVDT LVDT = Linear Voltage Differential Transform) przemieszczenie linowe uzwojenia

v V 1 V 2 przemieszczenie linowe V 1 V 2 V 1 - V 2

Czujniki przemieszczenia W przetwarzaniu przemieszczenia na sygnał elektryczny wykorzystuje się: czujniki analogowe: rezystancyjne, indukcyjne, LVDT (Linear Voltage Differential Transformed), magnetorezystywne, czujniki cyfrowe: optyczne.

czujnik magnetorezystywny

inkrementalny czytnik absolutny

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki odległości (zbliżenia) W przetwarzaniu odległości na sygnał elektryczny wykorzystuje się czujniki: indukcyjnościowe pojemnościowe ultradźwiękowe fotoelektryczne

czujniki indukcyjnościowe zasada pracy Generator wytwarza pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej. Obecność metalu w polu jest wykrywana jako zmiana obciążenia generatora. Odpowiednie nastawienie progu wyzwalania (trigger) pozwala na sygnalizację zbliżenia czujnika do obiektu na nastawiona odległość.

czujniki pojemnościowe zasada działania Pojemność kondensatora zależy od materiału przez który przenika pole elektryczne. Czujnik wykrywa zbliżenie do jakiegokolwiek materiału o stałej dielektrycznej różnej od stałej powietrza.

czujniki ultradźwiękowe zasada działania Wysyłana jest krótka paczka sygnału ultradźwiękowego i odbiera się sygnał odbity od obiektu. Okres czasu pomiędzy wysłaniem a odbiorem sygnału jest miarą odległości od obiektu. Może być też użyty do wykrywania obecności obiektu

różne konfiguracje zastosowań czujników ultradźwiękowych

czujniki fotoelektryczne zasada działania Nie mierzy odległości a jedynie stwierdza obecność obiektu. Nadajnik i odbiornik promieniowania widzialnego lub podczerwonego umieszczone sa w tej samej obudowie. Odbiornik odbiera impulsy świetlne nadane przez diodę LED (light emitting diode) i odbite od obiektu wykrywanego. Istnieją czujniki wykrywające wyłącznie obiekty pojawiające się w określonej strefie.

laserowy odległościomierz triangulacyjny

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędko dkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki prędko dkości liniowej W przetwarzaniu prędkości liniowej na sygnał elektryczny najczęściej wykorzystuje się: indukcyjnościowe czujniki różnicowe, czujniki pojemnościowe czujniki indukcyjne (wiroprądowe)

indukcyjnościowe czujniki różnicowe

Czujnik indukcyjnościowy różnicowy w układzie detektora fazowego; 1 obudowa ferromagnetyczna, 2 uzwojenie zasilające, 3 i 3 uzwojenia różnicowe, 4 rdzeń ferromagnetyczny, 5 trzpień pomiarowy, 6 sprężyna zwrotna, 7 łożysko toczne.

czujniki pojemnościowe Czujnik pojemnościowy w układzie uniwibratora; 1 obudowa metalowa, 2 elektroda stała, 3 elektroda ruchoma, 4 dielektryk stały, 5 trzpień pomiarowy, 6 sprężyna zwrotna, 7 łożysko toczne.

czujniki indukcyjne (wiroprądowe) Zasadniczymi elementami czujnika jest cewka 1 zasilana prądem sinusoidalnym I1 z generatora GS oraz mocowana do badanego obiektu płytka 2 wykonana z metalu (zwykle z ferromagnetyka ). W zależności od odległości płytki od cewki (przemieszczenia) zmienia się indukcyjność cewki L1 oraz prąd zasilania I1.

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędko dkości kątowej k czujniki ciśnienia

Czujniki prędko dkości obrotowej Rozróżnia się czujniki: analogowe: prądnice prądu stałego, prądnice prądu przemiennego inne cyfrowe.

Metody analogowe polegają na wykorzystaniu do pomiaru prędkości obrotowej przetworników ruchu obrotowego, których sygnał wyjściowy (zwykle napięcie) jest ciągłą funkcją mierzonej prędkości. Zjawiskiem wykorzystywanym w przetwornikach jest indukcja elektromagnetyczna. Φ S N N S S N α n

W metodach cyfrowych przetwarza się ruch obrotowy na ciąg impulsów, których liczba jest zależna od mierzonej prędkości. Wyróżnikiem metod cyfrowych jest dyskretny charakter wielkości wyjściowej sensora prędkości np. ciąg impulsów.

Klasyfikacja czujników do pomiaru wielkości mechanicznych ze względu na mierzoną wielkość: czujniki siły czujniki przyspieszenia czujniki kąta obrotu czujniki przemieszczenia liniowego czujniki odległości (zbliżenia) czujniki prędkości liniowej czujniki prędkości kątowej czujniki ciśnienia

Czujniki do pomiaru ciśnie nień W przetwarzaniu ciśnienia na sygnał elektryczny wykorzystuje się: element odkształcany w postaci: rurki, membrany, puszki, mieszki, zjawisko fizyczne: zmiany indukcji, zmiany rezystancji elektrycznej (tensometria), zmiany pojemności, piezoelektryczne.

elementy odkształcalne rurkowe jednorodna z wewnętrznym trzpieniem asymetryczna bourdona

elementy odkształcane - membrany cienka gruba falista

elementy odkształcane -puszkowe pojedyncze wielokrotne

elementy odkształcalne mieszkowe

Indukcyjnościowe czujniki ciśnień

Tensometryczny czujnik ciśnienia - z mechanicznym elementem przeniesienia siły p

Tensometryczny czujnik ciśnień rurowy p

Tensometryczne czujniki ciśnień z membraną p

Pojemnościowe czujniki ciśnień Okł.nieruchoma Okł.. ruchoma Obudowa

piezorezystwny czujnik ciśnienia typu MEMS Piezorezystywne elementy SiO 2 p + Si <100> Si podwarstwa

CZUJNIKI DO POMIARU WIELKOŚCI CIEPLNYCH

Klasyfikacja czujników CZUJNIKI AKTYWACJA DETEKCJA ODCZYT WIELKOŚCI ZASADA DZIAŁANIA czujniki do pomiaru wielkości mechanicznych czujniki do pomiaru wielkości cieplnych MIERZONA WIELKOŚĆ czujniki do pomiaru wielkości chemicznych ZASTOSOWANIE INNE

czujniki termiczne

Istota działania ania czujnika termicznego Działanie czujnika można podzielić na trzy związane ze sobą fazy: zamiana energii dostarczanej do czujnika na strumień ciepła w strukturze odczytanie różnicy temperatur wywołanej przez strumień cieplny zamiana różnicy temperatur na sygnał elektryczny przy pomocy przetworników termoelektrycznych

Zasady pomiaru temperatury: rozszerzalność cieplna ciał stałych, cieczy lub gazów zmiana właściwości elektrycznych ciał pomiar energii promieniowania

CZUJNIKI TEMPERATURY rezystancyjne termoelektryczne metalowe RTD SPRT półprzewodnikowe termistory monokryształy jonowe kontaktowe ultradzwiękowe piezoelektryczne inne

CZUJNIKI TEMPERATURY rezystancyjne termoelektryczne metalowe RTD SPRT półprzewodnikowe termistory monokryształy jonowe kontaktowe ultradzwiękowe piezoelektryczne inne

termometry rezystancyjne metalowe Zasada działania termometrów rezystancyjnych polega na wykorzystaniu zjawiska zmiany rezystancji metali wraz z temperatur. Dokonuje się to poprzez zastosowanie rezystora termometrycznego, którego głównym elementem jest metalowe uzwojenie rezystancyjne, zmieniające swą rezystancję w funkcji temperatury mierzonej.

współczynnik temperaturowy rezystancji α Względny przyrost rezystancji przy zmianie temperatury o 1K (lub o 1 C) w zakresie 0 C C do 100 C α = 1 Δ R 1 R R = 100 0 R Δ t R 100 0 0 np. dla platyny europa α =0,385 USA α=0,392

termometry rezystancyjne metalowe

Termometry rezystancyjne metalowe Przetworniki programowalne Przetworniki głowicoweg

CZUJNIKI TEMPERATURY rezystancyjne termoelektryczne metalowe RTD SPRT półprzewodnikowe termistory monokryształy jonowe kontaktowe ultradzwiękowe piezoelektryczne inne

współczynnik temperaturowy rezystancji NTC termistorów α R R25 25 t R = R B e T = R e 0 25 B B T 298 α = - B/T 2 B - Stała materiałowa, 2000 do 4000 K

Właściwości termometrów w półprzewodnikowychp przewodnikowych temistory (NTC) Wartość rezystancji maleje ze wzrostem temperatury są 5 do 50 razy czulsze od termometrów metalowych

Termometry KTY Obszary domieszkowane typu n Styki poli -Si o średnicy ok. 20 μm ok. 0.5 mm Izolacja SiO 2 Krzem Metalizacja strony spodniej ρ - rezystywno rezystywność, ρ =ok. 7 Ω cm D - średnica styku R = ρ π D

Termometria termoelektryczna Zasada działania ania: Powstawanie siły y termoelektrycznej przy istnieniu gradientu temperatury wzdłuż przewodnika złącze zimne złącze ciepłe Mat A Mat A Mat B Mat B U te = α ΔT

Wykonania termometrów termoelektrycznych

Wykonania termometrów termoelektrycznych

TERMOMETRIA RADIACYJNA i TERMOWIZJA

Widmo elektromagnetyczne Podział widma elektromagnetycznego ze względu na długość fali

Podstawowe elementy składowe termometru radiacyjnego Optyka lustrzana Czujnik temperatury detektora Promieniowanie podczerwone Przesłona wirująca S M U X A/C μp Układ elektroniczny Chłodziarka Peltiera RS 232 Czujnik radiacyjny

Detektory promieniowania pojedyncze (termometry) matryce detektorów (kamery): bolometryczne termoelektryczne piroelektryczne kwantowe

Stos termoelektryczny Metal A (antymon) Metal B (bismut) Masywny blok krzemu odprowadzajacy ciepło Zimne końce na grubej ramce krzemowej Warstwa poczerni ona Membrana 0.7 1 μm A B C D Gorące końce na cienkiej membranie krzemowej Czujnik temperatury zimnych końców Izolacja z SiO 2

Przetwarzanie sygnału Schemat blokowy

Wygląd matrycy detektorów - przykład Matryca detektorów o rozmiarach 320x240 Moduł kamery obserwacyjnej

Przykładowe termogramy budownictwo hutnictwo elektroenergetyka