Podstawy mechatroniki 4. Sensory

Podobne dokumenty
PRZETWORNIKI POMIAROWE

Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

Spis treści 3. Spis treści

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

REZONANS SZEREGOWY I RÓWNOLEGŁY. I. Rezonans napięć

Miernictwo I INF Wykład 13 dr Adam Polak

E107. Bezpromieniste sprzężenie obwodów RLC

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

BADANIE PRZERZUTNIKÓW ASTABILNEGO, MONOSTABILNEGO I BISTABILNEGO

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, Spis treści

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

1 Czujniki indukcyjne Informacje podstawowe Podstawy teoretyczne Układ rezonansowy Układ elektroniczny...

Czujniki. Czujniki służą do przetwarzania interesującej nas wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Najczęściej spotykane są

12.7 Sprawdzenie wiadomości 225

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Aktory

Cyfrowe Elementy Automatyki. Bramki logiczne, przerzutniki, liczniki, sterowanie wyświetlaczem

Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski. Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

Politechnika Gdańska WYDZIAŁ ELEKTRONIKI TELEKOMUNIKACJI I INFORMATYKI. Katedra Metrologii i Optoelektroniki. Metrologia. Ilustracje do wykładu

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

BEZDOTYKOWY CZUJNIK ULTRADŹWIĘKOWY POŁOŻENIA LINIOWEGO

Diagnostyka układów elektrycznych i elektronicznych pojazdów samochodowych Podstawowe wielkości i jednostki elektryczne

Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, Zakład Energoelektroniki i Sterowania Laboratorium energoelektroniki

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

(zwane również sensorami)

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

Badanie zjawiska rezonansu elektrycznego w obwodzie RLC

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski. Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

I= = E <0 /R <0 = (E/R)

Indukcyjny czujnik kąta z wyjściem analogowym Ri360P1-QR14-ELiU5X2-0,3-RS5

Podstawy elektroniki i metrologii

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

Wykład Drgania elektromagnetyczne Wstęp Przypomnienie: masa M na sprężynie, bez oporów. Równanie ruchu

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

Temat: Elementy elektroniczne stosowane w urządzeniach techniki komputerowej

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Wzmacniacz jako generator. Warunki generacji

Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Pytania podstawowe dla studentów studiów II-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

Moduł wejść/wyjść VersaPoint

Struktury specjalizowane wykorzystywane w mikrokontrolerach

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

Pracownia Automatyki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 2 str. 1/7 ĆWICZENIE 2

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

Opis przedmiotu 3 części zamówienia Zestawy ćwiczeń

Indukcyjny czujnik przemieszczenia liniowego LI300P0-Q25LM0-LIU5X3-H1151

241 ü Obudowy z tworzywa lub metalu ü 4- lub 2-przewodowe ü Regulowane zasięgi działania ü Detekcja wszystkich rodzajów materiałów

Pomiar indukcyjności.

Ćwiczenie 4 Badanie wpływu napięcia na prąd. Wyznaczanie charakterystyk prądowo-napięciowych elementów pasywnych... 68

Ćwiczenie nr 8. Podstawowe czwórniki aktywne i ich zastosowanie cz. 1

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 14. Pomiary przemieszczeń liniowych

M-1TI. PRECYZYJNY PRZETWORNIK RTD, TC, R, U NA SYGNAŁ ANALOGOWY 4-20mA Z SEPARACJĄ GALWANICZNĄ. 2

Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

Generatory przebiegów niesinusoidalnych

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Przetwornik temperatury RT-01

Tranzystory bipolarne elementarne układy pracy i polaryzacji

2.3. Bierne elementy regulacyjne rezystory, Rezystancja znamionowa Moc znamionowa, Napięcie graniczne Zależność rezystancji od napięcia

Czujniki i urządzenia pomiarowe

BADANIE ELEMENTÓW RLC

Podstawy Automatyki. Człowiek- najlepsza inwestycja. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ASTOR IC200ALG320 4 wyjścia analogowe prądowe. Rozdzielczość 12 bitów. Kod: B8. 4-kanałowy moduł ALG320 przetwarza sygnały cyfrowe o rozdzielczości 12

Parametry częstotliwościowe przetworników prądowych wykonanych w technologii PCB 1 HDI 2

E 6.1. Wyznaczanie elementów LC obwodu metodą rezonansu

Indukcyjny czujnik przemieszczenia liniowego LI300P0-Q25LM0-LIU5X3-H1151

Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski. Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

POLITECHNIKA ŚLĄSKA INSTYTUT AUTOMATYKI ZAKŁAD SYSTEMÓW POMIAROWYCH

Przetworniki pomiarowe obrotu i przesunięcia liniowego

14 Modulatory FM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE Podstawy modulacji częstotliwości Dioda pojemnościowa (waraktor)

Indukcyjny czujnik kąta z wyjściem analogowym RI360P1-DSU35-ELIU5X2-H1151

Millenium II+ Moduły programowalne. jeszcze więcej możliwości NOWOŚĆ! FUNKCJA

Klasyfikacja metod przetwarzania analogowo cyfrowego (A/C, A/D)

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Modelowanie systemów mechatronicznych Platformy przetwarzania danych

Programowanie sterowników przemysłowych / Jerzy Kasprzyk. wyd. 2 1 dodr. (PWN). Warszawa, Spis treści

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Przetworniki C/A. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Ośrodek Egzaminowania Technik mechatronik

Podstawy mechatroniki 5. Sensory II

Laboratorium tekstroniki


Wykaz ćwiczeń realizowanych w Pracowni Urządzeń Mechatronicznych

PL B1. Sposób i układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego silnik indukcyjny

Szczegółowy Opis Przedmiotu Zamówienia: Zestaw do badania cyfrowych układów logicznych

Teoria obwodów / Stanisław Osowski, Krzysztof Siwek, Michał Śmiałek. wyd. 2. Warszawa, Spis treści

DTR.ATL.GI-22.LI-23 APLISENS PRODUKCJA PRZEMYSŁOWEJ APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

Indukcyjny czujnik kąta z wyjściem analogowym RI360P1-QR14-ELIU5X2-0.3-RS5

Impedancje i moce odbiorników prądu zmiennego

Transkrypt:

Podstawy mechatroniki 4. Sensory Politechnika Poznańska Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn Poznań, 07 grudnia 2015

Wprowadzenie stotnym składnikiem systemów mechatronicznych są sensory, tzn. urządzenia przeznaczone do pomiaru wielkości fizycznych określających stan zespołów lub procesów w tych systemach. Sensory są odpowiednikiem zmysłów w układach technicznych. Sygnały elektryczne z elementów czujnikowych (sensorów) są dostarczane dalej do urządzeń przetwarzających (sterowników, regulatorów, komputerów itp.), lub też przekazywane jako dane np. przez sieć komunikacyjną. W zależności od rodzaju sygnałów rozróżnia się następujące wejścia tych urządzeń: wejścia analogowe, wejścia cyfrowe (w tym binarne), wejścia licznikowe lub wejścia impulsowe.

Rodzaje wyjść w czujnikach Wejścia analogowe. Oprócz mierzonej wielkości (napięcie, prąd, oporność, ładunek, pojemność) należy również uwzględnić możliwe zakresy pomiarowe, oporność wewnętrzną (własną), czułość, rozdzielczość i dokładność. Wejścia cyfrowe. Sygnały cyfrowe są opisywane ich szerokością (= liczba bitów) i poziomem sygnału (0 V/ +10 V, TTL, CMOS, +/-12 V). Za pomocą jednego bita można np. określić stan przełącznika (inicjatora). Jeżeli wejście jest zorganizowane w byte (= 8 bit), to wartość sygnału przekazywana jest najczęściej jako liczba dziesiętna lub heksadecymalna. Wejścia impulsowe. Jako impuls określa się krótkotrwałą zmianę pomiędzy dwoma stanami poziomu sygnału (napięcia). Wejście impulsowe reaguje na taką zmianę.każdy impuls nadaje (zmienia) wartość liczbową wewnętrznego licznika.

Definicja Czujnik jest urządzeniem, w którym wielkość fizyczna na wejściu jest przetwarzana na elektryczną wielkość na wyjściu. nne określenia czujnika to sensor, przetwornik pomiarowy i dajnik sygnału. Za pomocą sensora można elektrycznie mierzyć różne wielkości fizyczne.

Budowa sensora Funkcjonalnie sensor składa się z:elementu czujnikowego, który zamienia wielkość mierzoną na sygnał elektryczny oraz układu przetwarzania sygnału, który dostarcza znormalizowanego sygnału wyjściowego.

Przykład sensora ciśnienia Na rys. pokazano przykład sensora ciśnienia. Układom elektronicznym do przetwarzania sygnałów stawia się wysokie wymagania. Realizują one zwykle następujące funkcje: wzmacnianie, linearyzacja, kompensacja temperatury, powiązanie sygnałów oraz przetwarzanie sygnału na postać analogową lub cyfrową.

Klasyfikacja Ze względu na szeroki zakres zastosowań sensorów, a szczególnie różnorodność mierzonych wielkości, są one różnie klasyfikowane. Podstawą klasyfikacji są mierzone wielkości, zasady działania sensorów, technologie wytwarzania, postacie sygnału, a także koszty. W zależności od stopnia integracji elementu czujnikowego z przetwarzaniem sygnału rozróżnia się (rys. następny slajd): sensory elementarne (proste), sensory zintegrowane, sensory zaawansowane (inteligentne). Działanie sensorów jest oparte na różnych zasadach, w których wykorzystuje się wszelkiego rodzaju zjawiska fizyczne. W niektórych przypadkach bezpośredni pomiar danej wielkości jest bardzo utrudniony lub wręcz niemożliwy. Wówczas stosuje się pomiar wielkości pośredniej, która jest skutkiem działania wielkości mierzonej.

Stopnie rozwoju sensorów

Wymagania Ogólne wymagania dotyczące sensorów są następujące: jednoznaczne odwzorowanie wielkości wejściowej w wielkość wyjściową, nieczułość na oddziaływania innych czynników niż mierzona wielkość, w tym na zakłócenia elektromagnetyczne, liniowość charakterystyki pomiarowej, normalizacja sygnału wyjściowego (sygnały analogowe: 0... +5 V, -5... +5 V, -10... +10 V oraz pętla prądowa 0 20 ma lub 4 20 ma; sygnały cyfrowe z interfejsami: Centronics, RS232, RS485, lub systemy sieciowe: Profibus, nterbus, CAN, AS, Ethernet), łatwe zasilanie prądem (np. +5 V, +24 V), możliwość kontroli sprawności działania (np. dioda świecąca, zdalne odpytywanie, własne nadzorowanie sensora).

Klasyfikacja Sensory można klasyfikować wg różnych kryteriów. Takimi kryteriami mogą być np.: rodzaj mierzonej wielkości, wykorzystane zjawisko fizyczne, rodzaj sygnału wyjściowego, zakres pomiarowy, rozdzielczość, wymiary, itp.

Sensory pasywne i aktywne

Zjawiska wykożystywane w sensorach W celu przetworzenia sygnałów wejściowych na sygnały wyjściowe, stosowane są różne zjawiska (efekty) fizyczne. Dlatego też rozróżnia się sensory: pojemnościowe, indukcyjne, rezystancyjne (oporowe), piezoelektryczne, magnetooporowe, termoelektryczne, piezoelektryczne, ultradźwiękowe, wykorzystujące zjawisko Hall a, itd.

Czujniki indukcyjne budowa Czujniki indukcyjne stanowią najpopularniejszą grupę czujników stosowanych w układach automatyki. Wykorzystywane są one do kontroli położenia, przemieszczeń i ruchu mechanizmów związanych ze sterowanymi urządzeniami. Czujniki te reagują, na przedmioty metalowe. Podstawowymi składnikami czujnika indukcyjnego są (rys.): głowica zawierająca cewkę indukcyjną z rdzeniem ferrytowym, generator napięcia sinusoidalnego, układ detekcji (komparator) i wzmacniacz wyjściowy.

Czujniki indukcyjne - zasada działania W elektrycznych układach rezonansowych całkowita energia jest zgromadzona w postaci energii pola magnetycznego E L cewki indukcyjnej i energii pola elektrycznego naładowanego kondensatora E C. W każdej chwili suma tych energii jest taka sama tzn. E = E L + E C = const. (rys.).

Czujniki indukcyjne - zasada działania W rzeczywistych obwodach LC występują zawsze dodatkowe straty energii, związane z własną rezystancją cewki i kondensatora. Z tego powodu oscylacje obwodu z rezystancją RLC będą tłumione (rys.). Oscylacje obwodu można podtrzymać, zasilając go z zewnętrznego źródła napięciem sinusoidalnym.

Czujniki indukcyjne - zasada działania gdzie: f częstotliwość zewnętrznego źródła sinusoidalnego, f 0 - częstotliwość własna nietłumionego obwodu LC, L indukcyjność [Henr], C pojemność [Farad]. Jest to warunkiem wystąpienia rezonansu napięć lub prądów w obwodzie. Maksimum amplitudy oscylacji w obwodzie jest tym wyższe im większa jest wartość współczynnika dobroci obwodu.

Czujniki indukcyjne - zasada działania Współczynnik dobroci Q jest miarą strat powstających w elementach L i C, reprezentowanych przez rezystancję równoległą R. Bezstratny obwód miałby w warunkach rezonansu, nieskończenie dużą rezystancję równoległą R. m większe są straty w obwodzie tym rezystancja równoległa jest mniejsza, a tym samym współczynnik dobroci też jest mniejszy.

Czujniki indukcyjne - zasada działania Rysunek: a. Przykład układu generatora LC, b. Współczynnik dobroci Q układu rezonansowego. Poziom sygnału wyjściowego zależy od współczynnika dobroci Q układu rezonansowego. Mała dobroć istotnie zmniejsza sygnał wyjściowy z układu elektronicznego.

Czujniki indukcyjne - zasada działania

Czujniki indukcyjne - histereza Rysunek: Histereza czujnika indukcyjnego Wartość histerezy zależy od rodzaju i wielkości czujnika i nie przekracza 20% zakresu pomiarowego. Występowanie histerezy zapewnia prawidłową pracę czujnika, gdy wykrywany przedmiot znajduje się na granicy strefy działania czujnika.

Czujniki indukcyjne - zakres działania Rysunek: Związek pomiędzy średnicą czujnika a nominalną strefą działania standardowych czujników indukcyjnych. Dla zwiększenia pewności działania czujnika zalecaną strefą jest Strefa robocza Sa 0.8Sn. Rzeczywista strefa działania Sr ustalana w procesie wytwarzania czujnika może odbiegać o 10% od wartości Sn.

Czujniki indukcyjne - korekcja Rysunek: Skorygowane zakresy działania czujnika indukcyjnego dla różnych materiałów przedmiotu wykrywanego. Czujniki z wysuniętą cewką charakteryzują się większą czułością i jednocześnie większą wrażliwością na obecność innych obiektów metalowych w ich otoczeniu.

Czujniki indukcyjne - rodzaje obudowy Rysunek: Czujniki indukcyjne z osłoniętą i nieosłoniętą cewką: a) charakterystyki, b) zalecenia montażowe. Czujniki o konstrukcji osłoniętej charakteryzują się większą strefą działania niż czujniki nieosłonięte, więc wolna strefa wokół nich musi być też większa.

Czujniki indukcyjne - pomiar prędkości obrotowej Rysunek: Wymagania narzucone przez normę EN 50010 przy wyznaczaniu maksymalnej częstotliwości przełączeń wyjścia czujnika indukcyjnego. Maksymalna częstotliwość przełączania wyjścia f obliczana jest z zależności: f = 1/(t 1 + t 2 )

Czujniki indukcyjne - pierścieniowe Rysunek: Czujnik indukcyjny pierścieniowy: a) widok, b) związek między wielkością czujnika a minimalną wielkością wykrywanego przedmiotu.

Czujniki indukcyjne - odpornych na silne pola magnetyczne Rysunek: Cewki czujników indukcyjnych odpornych na silne pola magnetyczne. Najwyższą odporność na działanie zewnętrznych pól magnetycznych mają czujniki całkowicie pozbawione rdzenia, który w tradycyjnych czujnikach koncentrował wokół siebie zewnętrzny magnetyzm.

Czujniki - detekcja kierunku ruchu Rysunek: Rozpoznawanie kierunku ruchu dwoma czujnikami standardowymi i czujnikiem bistabilnym.

Czujniki indukcyjne - specjalne Rysunek: Czujnik indukcyjny z wyjściem analogowym.

Czujniki rezystancyjne Rysunek: Czujnik typu NAMUR a) charakterystyka, b) obwód elektryczny, są 2-przewodowymi czujnikami, których wewnętrzna rezystancja zmienia się w wyniku wykrycia metalu.

Łączenie czujników Rysunek: Łączenie szeregowe czujników w grupy (funkcja logiczna AND).

Łączenie czujników Rysunek: Łączenie równoległe czujników w grupy (funkcja logiczna OR).

Podłączanie czujników do sieci komunikacyjnych Rysunek: Uproszczona struktura systemu komunikacji bez sieci i z siecią.

Aplikacje Rysunek: Wykrywanie złamania wiertła i obiektów na taśmie.

Aplikacje Rysunek: Kontrola ciągłości drutu.