Wykład 10. Struktura toru pomiarowego. Interfejsy, magistrale, złącza. Eksperyment pomiarowy zjawisko lub model metrologiczny mezurand, czujniki przetwarzanie na sygnał elektryczny, kondycjonowanie sygnału wyjściowego z czujnika, akwizycja (zbieranie) danych, przetwarzanie wyników, wizualizacja (wykresy, tabele, itp.), ocena niepewności pomiarów (jeśli jest potrzebna), przesyłanie wyników do innych użytkowników (jeśli trzeba). Tor pomiarowy czujnik przetwornik ADC akwizycja DAQ przetwarzanie danych wizualizacja decyzja transmisja danych Przykład 1. ΔΤ ΔR ΔR I I ΔŤ Czujnik Pt100 APTR ma + Zasilacz 0-24V
Przykład 2. ΔΤ ΔR ΔR I I U U Nx Ť=mUx+n Ux Nx N Ť Czujnik Pt100 APTR Ro + Zasilacz 0-24V Ro=100 Ω, APTR: we 0-300⁰C, wy 4-20 ma; 0 = m 0,8 + n m=250 C/V 300 = m 2,0 + n n=-200 C Przykład 3. termoelement Karta DAC PC A. odizolowana od płaszcza B. wyeksponowana z płaszcza Spoina pomiarowa C. spoina uziemiona do płaszcza Przykład konfiguracji toru pomiarowego A. Co trzeba mierzyć? Zakres temperatur. B. Jak szybkie są zmiany temperatury i czy są one istotne dla wyniku pomiaru? C. Czy czujnik powinien być odizolowany od u? Czy wprowadzamy izolację galwaniczną w torze pomiarowym? A. Spoina termopary jest w pełni odizolowana od płaszcza, który jest szczelnie zaspawany. Jest to standardowy rodzaj spoiny ze względu na możliwość stosowania termopar w pobliżu urządzeń mogących wytwarzać pole elektromagnetyczne, które powoduje zakłócenia przy innych rodzajach spoin pomiarowych. B. Spoina termopary jest szczelnie wyeksponowana od płaszcza, zapewnia to bardzo szybki czas reakcji na zmianę temperatury. Brak ochrony drutów termoparowych w kontakcie z cieczami i gazami. C. Spoina termopary połączona z denkiem, które jest szczelnie zaspawane z płaszczem. Zapewnia to krótki czas reakcji na zmianę temperatury, przy zachowaniu ochrony na zewnętrzne czynniki środowiska (ciecze, gazy). D. Jaka odległość dzieli miejsce pomiaru od karty zbierania danych? E. Jaką kwotę możemy przeznaczyć na taki tor pomiarowy? E. Jak dokładny powinien być ten pomiar?
Typy termoelementów: Grupa I zakres temperatur od -200 do +1200 o C. Brak metali szlachetnych. Grupa II zakres temperatur od 0 do +1600 o C. Platynowo-rodowe. Grupa III zakres temperatur od 0 do +2200 o C. Wolframowo-renowe. Grupa I Typ K -NiCr-Ni Stosowany w zakresie temperatur od -200 do +1200 o C. Zależność SEM od temperatury dla tego termoelementu jest prawie liniowa, a jego czułość wynosi 41µV/ o C. Typ J oraz L -Fe-CuNi Ma on mniejsze znaczenie w przemyśle ze względu na ograniczony zakres mierzonych temperatur (od -40 o C do +750 o C). Ich czułość wynosi 55µV/ o C. Typ E - NiCr-CuNi -wysoka czułość (68µV/ o C), -stosowany jest przede wszystkim w zakresie niskich temperatur kriogenicznych od -200 do +900 o C, -jest to materiał niemagnetyczny, co może być cenną zaletą w niektórych zastosowaniach specjalnych. Typ N - NiCrSi-NiSi -bardzo dobra stabilność termiczną, porównywalna z termoparami platynowymi, -znakomita odporność na utlenianie aż do wysokich temperatur, -idealne narzędzie do dokładnych pomiarów temperatury w powietrzu do +1200 o C. Czułość wynosi 39µV/ o C.
Czujniki termorezystancyjne - w zakresie od 200 o C do 0 o C Maksymalny prąd zasilający czujnik termorezystancyjny wynosi 1 ma. R t = R o [ 1 + At + Bt 2 + C ( t - 100 o C ) t 3 ] - w zakresie od 0 o C do +850 o C R t = R o (1 + At + Bt 2 ) Dla platyny o jakości zwykle stosowanej w przemysłowych czujnikach rezystancyjnych wartości stałych w tych równaniach są następujące: A = 3,9083 x 10-3 o C -1 B = -5,775 x 10-7 o C -2 C = -4,183 x 10-12 o C -4 Tolerancje błędów Czujniki termorezystancyjne Norma PN-EN 60751:1997+A2 rozróżnia dwie klasy dokładności: A i B. Klasa A: t = ( 0.15 + 0.002 x t ) Klasa B: t = ( 0.30 + 0.005 x t ) t = temperatura w o C Czujniki termorezystancyjne Dopuszczalny błąd dla rezystorów o podwyższonej klasie dokładności. Klasa 1/3 B : t = ( 0.10 + 0.0017 x t ) Klasa 1/10 B : t = ( 0.07 + 0.0007 x t ) Interfejsy szeregowe - Przewodowe (RS-232, RS-42, RS-423, RS-485 i USB) - Bezprzewodowe (IrDA, Bluetooth) DTE (Data Terminal Equipment), modem DCE (Data Communication Equipment), S1 sprzęg telekomunikacyjny, S2 sprzęg bezpośredniego połączenia (do 15m). Zdefiniowany standard (RS-232 Recommended Standard 232) w 1962r. Wersja udoskonalona w 1969 nosi nazwę RS-232C. Zdefiniowane elektryczne i mechaniczne parametry połączenia między terminalem DTE (Data Terminal Equipment) i modemem DCE (Data Communication Equipment). Modem przetwarza sygnał binarny na sygnał odpowiedni dla kanału komunikacyjnego (zwykle analogowy). S1 sprzęg telekomunikacyjny, S2 - sprzęg bezpośredni
Interfejs RS-232C Zasięg w standardzie RS-232 przy zastosowaniu pętli prądowej wynosi 4000m, przy szybkości transmisji 9600 bit/s. Interfejs RS485 - symetryczny i zrównoważony obwód transmisyjny, -możliwość dołączenia wielu nadajników i odbiorników pracujących w trybie adresowym, -dopasowanie torów transmisyjnych za pomocą rezystorów Rpi Rk. Interfejs USB - przewód czterożyłowy: linia zasilająca (2) i linia sygnałowa (2); - zasięg 15m przy szybkości 480Mb/s (USB 2,0); - łatwość podłączania urządzeń; - łatwość rozbudowy (koncentratory) do 127 urządzeń. Interfejs bezprzewodowy IrDA (Infrared Data Association) - tylko dwa urządzenia; -zasięg 1m przy szybkości 2,4 kb/s; - wykorzystanie w pomiarach z użyciem konwertera RS-232/IrDA; - dioda emisyjna + fotodioda oraz układy cyfrowe kodujące sygnały z UART. Interfejs bezprzewodowy Bluetooth - maksymalnie 8 urządzeń; - zasięg 10m przy szybkości 1Mb/s; - częstotliwość pracy 2,4020 do 2,4835 GHz; - wykorzystanie w pomiarach z użyciem konwertera RS-232/IrDA; - każde urządzenie ma adres w postaci 32 bitowego słowa; - hierarchia master and slaves;