CZUJNIKI I UKŁADY POMIAROWE

Podobne dokumenty
Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

PRZETWORNIKI POMIAROWE

PODSTAWY AUTOMATYKI I. URZĄDZENIA POMIAROWE W UKŁADACH AUTOMATYCZNEJ REGULACJI. Ćwiczenie nr 1 WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH

Wybrane elementy elektroniczne. Rezystory NTC. Rezystory NTC

Technika sensorowa. Czujniki piezorezystancyjne. dr inż. Wojciech Maziarz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel

(zwane również sensorami)

Czujniki i urządzenia pomiarowe

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

PRZETWORNIKI CIŚNIENIA. ( )

Projektowanie systemów pomiarowych

LABORATORIUM PODSTAW METROLOGII M-T Ćwiczenie nr 5 BADANIE CZUJNIKÓW CIŚNIENIA.

Pomiar prędkości obrotowej

SENSORY W BUDOWIE MASZYN I POJAZDÓW

Ćwiczenie. Elektryczne metody pomiaru temperatury

Układ pomiaru temperatury termoelementem typu K o dużej szybkości. Paweł Kowalczyk Michał Kotwica

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

Elementy oporowe tensometryczne

SENSORY W BUDOWIE MASZYN I POJAZDÓW

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia II. Wyznaczanie charakterystyk statycznych czujników temperatury

Czujniki temperatury

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

WAT - WYDZIAŁ ELEKTRONIKI INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH. Przedmiot: CZUJNIKI I PRZETWORNIKI Ćwiczenie nr 1 PROTOKÓŁ / SPRAWOZDANIE

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

Natężenie prądu elektrycznego

Ć wiczenie 2 POMIARY REZYSTANCJI, INDUKCYJNOŚCI I POJEMNOŚCI

JUMO MAERA S25. Sonda do pomiaru poziomu. Zastosowanie. Opis skrócony. Korzyści dla Klienta. Właściwości. Karta katalogowa 40.

Podstawy mechatroniki 5. Sensory II

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ BADANIE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

MiAcz4 Czujniki i układy pomiarowe

INSTRUKCJA OBSŁUGI Wersja 1.1. Wzmacniacz pomiarowy WZPT-500/300/200/130 z czujnikiem PT-100

Aplikacje Systemów. Nawigacja inercyjna. Gdańsk, 2016

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

KONDUKCYJNA WYMIANA CIEPŁA - STYKOWY POMIAR TEMPERATURY

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

WKŁAD POMIAROWY W1P... I PW1P

Pomiary tensometryczne. Pomiary tensometryczne. Pomiary tensometryczne. Rodzaje tensometrów. Przygotowali: Paweł Ochocki Andrzej Augustyn

Pomiar przemieszczeń i prędkości liniowych i kątowych

Wykaz ćwiczeń realizowanych w Pracowni Urządzeń Mechatronicznych

Materiał do tematu: Piezoelektryczne czujniki ciśnienia. piezoelektryczny

LDPY-11 LISTWOWY DWUPRZEWODOWY PRZETWORNIK POŁOŻENIA DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA. Wrocław, czerwiec 1997 r.

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

POLITECHNIKA ŚLĄSKA. Praca dyplomowa magisterska. Analiza materiałów piezoelektrycznych za pomocą metody elementów brzegowych i skończonych

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Czujniki temperatur, termopary

Table of Contents. Table of Contents UniTrain-I Kursy UniTrain Kursy UniTrain: Technika pomiarowa. Lucas Nülle GmbH 1/8

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

do neutralnych i lekko agresywnych czynników ciekłych i gazowych

Technika sensorowa. Czujniki wielkości mechanicznych. dr inż. Wojciech Maziarz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel

Pomiary w oparciu o pomiary drogi i różniczkowanie - (elektryczne lub numeryczne)

Podstawy mechatroniki 4. Sensory

Temat nr 3: Pomiar temperatury termometrami termoelektrycznymi

Karta katalogowa Strona 1 / 5

Temat: POMIAR SIŁ SKRAWANIA

Diagnostyka pojazdów szynowych - laboratorium -

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

ELEKTRONIKA ELM001551W

KASETOWE I MODUŁOWE SYSTEMY POMIAROWE

Właściwości kryształów

CZUJNIKI WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

Podstawy Badań Eksperymentalnych

Przetworniki ciśnienia do zastosowań przemysłowych MBS 4500

PRZETWORNIK TEMPERATURY I WILGOTNOŚCI TYPU P18L

VIGOTOR VPT-13. Elektroniczny przetwornik ciśnienia 1. ZASTOSOWANIA. J+J AUTOMATYCY Janusz Mazan

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

SENSORY I SYSTEMY POMIAROWE

Przetwornik pomiarowy RTD-ADC z czujnikiem PT-100

CHARAKTERYSTYKA PIROMETRÓW I METODYKA PRZEPROWADZANIA POMIARÓW

Przetworniki ciśnienia do zastosowań przemysłowych Typu MBS 4500

Miernictwo - W10 - dr Adam Polak Notatki: Marcin Chwedziak. Miernictwo I. dr Adam Polak WYKŁAD 10

Przykład 2. Przykład 3. Spoina pomiarowa

Skuteczna kompensacja rezystancji przewodów.

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Automatyka przemysłowa na wybranych obiektach. mgr inż. Artur Jurneczko PROCOM SYSTEM S.A., ul. Stargardzka 8a, Wrocław

SENSORY W BUDOWIE MASZYN I POJAZDÓW

Czujnik Rezystancyjny

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 14 ZADANIA ZAMKNIĘTE

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOSCI NIEELEKTRYCZNYCH. Instrukcja do ćwiczenia. Pomiary temperatur metodami stykowymi.

Czym jest prąd elektryczny

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Czujniki różnicy ciśnienia

Przetworniki ciśnienia do zastosowań przemysłowych typu MBS 4510

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Czujnik Rezystancyjny

POMIARY CIEPLNE KARTY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH V. 2011

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 9. Czujniki temperatury

WIECZOROWE STUDIA NIESTACJONARNE LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

ME 402 SERIA ME-402. Maszyny do badań na rozciąganie/ściskanie/zginanie 1-300kN.

Kondensatory. Konstrukcja i właściwości

POMIARY WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2012/2013 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody III stopnia

2.1 Cechowanie termopary i termistora(c1)

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

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

Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: pomiar i wyznaczenie parametrów metrologicznych czujnika i przetwornika ciśnienia

2. CHARAKTERYSTYKI TERMOMETRYCZNE TERMOELEMENTÓW I METALOWYCH OPORNIKÓW TERMOMETRYCZNYCH

WYBRANE ELEKTRYCZNE CZUJNIKI-PRZETWORNIKI TEMPERATURY

Ćwiczenie nr 254. Badanie ładowania i rozładowywania kondensatora. Ustawiony prąd ładowania I [ ma ]: t ł [ s ] U ł [ V ] t r [ s ] U r [ V ] ln(u r )

Transkrypt:

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej Zakład Automatyki i Osprzętu Lotniczego CZUJNIKI I UKŁADY POMIAROWE Czujniki przykładowe rozwiązania

Czujniki położenia (pozycji) i przemieszczenia Położenie (pozycja) określenie współrzędnych obiektu w wybranym układzie współrzędnych Przemieszczenie zmiana pozycji Czujniki zbliżeniowe wskazanie odległości granicznej (wyznaczenie progowej wartości pozycji) 2

Czujniki położenia i przemieszczenia czujniki potencjometryczne Potencjometry liniowe lub obrotowe Zasada działania rezystancja jest zależna od odległości Czujniki aktywne prąd musi przepływać przez element rezystancyjny Błąd - zmienność pola elektromagnetycznego E Wpływ temperatury nie wpływa na dokładność pomiaru (istotna jest zmiana rezystancji, a nie jej wartość aktualna) Rezystor drutowy suwakowy niepewność pomiaru kontakt z 2 drutami v d E D 3

Czujniki położenia i przemieszczenia czujniki potencjometryczne Potencjometryczny czujnik położenia czuły na nacisk Wady znaczne siły mechaniczne (tarcie) wymaga fizycznego połączenia z obiektem niska prędkość tarcie i generowane napięcie powodują nagrzewanie czujnika wpływ warunków środowiskowych (zużycie, wrażliwość na pył) Czujniki bezdotykowy magnetyczny docisk działanie pola magnetycznego 4

Czujniki położenia i przemieszczenia czujniki pojemnościowe Czujniki pojemnościowe przemieszczenie elektrody wywołuje zmianę pojemności 5

Czujniki Hall a przemieszczenie liniowe przełączniki przerwanie obwodu przemieszczenie kątowe 6

Czujniki prędkości i przyspieszenia Magnetyczny czujnik prędkości 7

Czujniki prędkości i przyspieszenia Pomiar przyspieszenia II zasada Newtona F ma Zazwyczaj pomiar siły działającej na masę pomiarową a F m 8

Czujniki prędkości i przyspieszenia Przyspieszeniomierze pojemnościowe Przyspieszeniomierz piezorezystancyjny pomiar naprężeń sprężyn, na których zawieszona jest masa 9

Czujniki prędkości i przyspieszenia Przyspieszeniomierz piezoelektryczny pomiar naprężeń kryształu, do którego dołączona jest masa 10

Czujniki prędkości i przyspieszenia Giroskopy Giroskop mechaniczny T I Giroskopy wibracyjne Przyspieszenie Coriolis a obiekt porusza się liniowo w układzie, który obraca się wzdłuż osi prostopadłej do kierunku ruchu Prosty oscylator (masa na sprężynie, belka) Kamerton Powłoka rezonująca 11

Czujniki prędkości i przyspieszenia Giroskopy optyczne porównanie drogi przebytej przez promienie w dwóch przeciwnych kierunkach Światłowodowe Laserowe 12

Czujniki naprężenia i ciśnienia zależności fizyczne Pomiar naprężenia i ciśnienia: pomiary pośrednie siły lub masy jednostki: 1N = 1 kg*m/s 2, 1 Pa = 1 N/m 2, 1 PSI = 6896 Pa W elektronicznym układzie lub systemie pomiarowym czujniki rezystancyjne czujniki pojemnościowe R rezystancja, l t długość przewodu, A t pole przekroju przewodu, ρ opór właściwy F l lt ; ; R A l E A Pomiar ciśnienia względnego lub absolutnego t 13

Czujniki naprężenia tensometry Tensometr rezystancyjny (rezystor drutowy) czujnik do pomiaru naprężeń mechanicznych zasada działania odkształcenie powoduje zmianę rezystancji z R na R+ΔR wpływ naprężeń: rezystywność i długość drutu tensometru rośnie pole przekroju poprzecznego drutu maleje materiał: drut metalowy lub półprzewodnik 14

Czujniki naprężenia tensometry Tensometr rezystancyjny (rezystor drutowy) materiał: drut metalowy; stopy niklu i miedzi z innymi metalami: konstantan, manganin, nichrom i chromel tensometry metalowe: czujniki niskoomowe - rezystancja spoczynkowa (bez naprężeń) od 100 do 200 Ω czujniki wysokoomowe - rezystancja spoczynkowa 500 Ω, 1 k, 2 k i 5 kω część czuła tensometru - ścieżka rezystancyjna, w postaci: kratki: długość (0,1-10 mm), szerokość (1 mm - 5 mm) spirali rozety: średnica 5-25 mm rodzaj folii dostosowany do: wsp. wydłużenia badanego materiału (stali, aluminium lub drewna) zakresu temperatury pracy tensometru 15

Czujniki naprężenia tensometry Tensometr rezystancyjny układ pomiarowy układ pomiarowy przetwarzanie małych zmian rezystancji czujnika na prąd wyjściowy lub napięcie wyjściowe mostki np. mostek Wheatstone a większa czułość kompensacja wpływu temperatury sygnał analogowy można zamienić na cyfrowy ćwierć mostek (quarter bridge) układ z jednym aktywnym tensometrem w celu ograniczenia wpływu temperatury na czujnik i na wskazania mostka oprócz tensometru aktywnego stosuje się w układzie tensometr kompensacyjny tensometr kompensacyjny powinien być umieszczony możliwie blisko tensometru aktywnego, aby być w tej samej temperaturze tensometr kompensacyjny nie może być poddany mierzonym naprężeniom tensometr kompensacyjny tensometr aktywny 16

Czujniki naprężenia tensometry półmostek (half bridge) układ z dwoma tensometrami aktywnymi poddanych działaniu naprężeń o przeciwnym zwrocie, np. umieszczonych odpowiednio na płaszczyźnie rozciąganej (powierzchnia górna) i płaszczyźnie ściskanej (powierzchnia dolna) zginanej belki, zapewnia kompensację wpływu temperatury na napięcie wyjściowe układu półmostek pełny mostek (full bridge) układ z czterema tensometrami aktywnymi większa czułość systemu do pomiaru naprężeń pełny mostek 17

Rezystancyjny czujnik ciśnienia Czujnik ciśnienia lub nachylenia V out R V R 18

Pojemnościowe czujniki siły i ciśnienia elektrody izolatory zakres pomiarowy: 0-125 Pa 0 40 MPa znorm. prądowy sygnał. wyj. 4 20 ma Pojemność między okładzinami kondensatora jest funkcją odległości okładek x, (a pośrednio ciśnienia, które powoduje przemieszczanie okładzin kondensatora): C S k x 1 x p ε x - przenikalność dielektryczna, S - powierzchnia okładzin kondensatora x - odległość między okładzinami, p - ciśnienie, k1 - wsp. przetwarzania czujnika pojemnościowego 19

Piezoelektryczne czujniki ciśnienia Budowa postać kondensatora płytkowego o metalowych okładzinach (płytkach) i z izolatorem z krystalicznego materiału piezoelektrycznego między okładzinami Przykład: mikrofon wzmacniacz napięcia z czujnika piezoelektrycznego ciśnienie powietrza syg. elektryczny Zjawisko piezoelektryczne V powstawanie ładunku elektrycznego Q pod wpływem siły lub naprężeń napięcie Vx proporcjonalne do ładunku i naprężeń x Q kp C 20

Piezoelektryczne czujniki ciśnienia Materiał piezoelektryczny na czujniki ciśnienia kwarc, sól Rochelle i grupa materiałów ceramicznych Zalety: szeroki zakres pomiarowy (od 100 kpa do 100 MPa) liniowość (błąd nieliniowości 0,2%) mały współczynnik temperaturowy mała histereza 21

Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia Sygnał wejściowy wielkość elektryczna Materiały membrana (mieszek) tensometr na powierzchni membrany krzem (silicon), german Możliwość pomiaru ciśnienia absolutnego, ciśnienia względnego lub różnicy ciśnień 22

Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia Wyższa czułość niż tensometry metalowe tensometry półprzewodnikowe: większa zmiana oporności wyższy współczynnik temperaturowy αt górna temperatura zakresu pracy tensometrów półprzewodnik około100 C metal do 600 C. Półprzewodnikowe czujniki ciśnienia zmiana stałej tensometrycznej k 10% dla ΔT = 1 C konieczność kompensacji wpływ temperatury na układ właściwości cieplne tensometrów półprzewodnikowych wyraźnie gorsze zastosowanie w jednej strukturze czujnika naprężeń i elementu termoczułego (czujnik temperatury) element termoczuły - wewnętrzna kompensacja temperatury w scalonym czujniku zaciski elementu dostępne w obudowie układu scalonego (zewnętrzna kompensacja strain sensor + temperature sensor) czujnik ciśnienia o wewnętrznej kompensacji cieplnej zależność napięcia wyjściowego od temperatury współczynnik = około 0,2%/ C 23

Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia Zakresy pomiarowe czujniki podciśnienia (p < 1 bar) czujniki ciśnienia niskiego (0,8 bar < p < 2 bar) czujniki ciśnienia wysokiego (p > 2 bar) 24

Czujniki temperatury Rodzaje czujników rezystancyjne termoelementy półprzewodnikowe Rezystancyjne czujniki ciśnienia i termoelementy metale jednorodne (platyna, nikiel i miedź) wysoki współczynnik temperaturowy zmiany oporności (czułość) wysoka temperatura topnienia u stała charakterystyka termoelektryczna węgiel materiały półprzewodnikowe (termistory) Precyzyjne pomiary temperatury - czujniki platynowe (Pt100) (T= 0 C R=100 Ω) drut platynowy zatopiony w osłonie z materiału ceramicznego pręciki: długość 25-150 mm i średnica 2,5 8 mm elastyczna folia platynowa o grubości 5 m 25

Czujniki temperatury Rezystancja czujnika Pomiary przemysłowe - wielka przewaga platyny nad niklem i miedzią mała aktywność chemiczna długi czas używania czujnika platynowego bez istotnych zmian jego parametrów nawet w warunkach wysokiej temp., sprzyjających utlenianiu metalu wysoka temperatura topnienia wyższa dopuszczalna temperatura pracy czujnika platynowego w porównaniu z czujnikiem niklowym lub miedzianym 26

Czujniki temperatury Termopary para drutów metalowych złączonych na końcach metodą spawania, lutowania lub skręcenia na styku drutów lub prętów wykonanych z dwóch różnych metali lub stopów metalowych kontaktowa różnica potencjałów E12 Elektrody termoelementu w postaci drutu = 0,2-5 mm (bez metali szlachetnych) = 0,1 mm, 0,35 mm i 0,5 mm (platyna lub stopy z zawartością Pt) w postaci taśmy metalowej Gabaryty elektrody wpływają na własności czujnika większa średnica elektrody wyższa trwałość niższy opór większa bezwładność cieplna 27