SNÍMAČE NEELEKTRICKÝCH VELIČIN
snímač (senzor, čidlo) – je to vstupné zariadenie ktoré slúži, na meranie aktuálnej hodnoty
nejakej fyzikálnej veličiny
- pritom pod pojmom meranie rozumieme určovanie fyzikálnej veličiny v jej jednotke
- v technickej praxi sa najčastejšie snímajú neelektrické veličiny a to buď neelektrické alebo
elektrické
- znamená to, že výstupnou veličinou snímača, môže byť nejaká iná fyzikálna veličina
elektrická alebo neelektrická, ktorá je mierou meranej veličiny
výstupná
meraná
veličina
SNÍMAČ
veličina
- najčastejšie sa v technickej praxi merajú nasledujúce neelektrické veličiny : teplota, tlak,
množstvo, posun a uhlové natočenie
- všetky snímače podľa spôsobu merania fyzikálnej veličiny rozdeľujeme na 2 základné
skupiny :
1, KONTAKTNÉ SNÍMAČE – aby sme zmerali danú veličinu musí byť snímač umiestnený
priamo v prostredí, kde sa veličina meria
- z hľadiska samotného merania sa môže jednať o miestne meranie kedy snímač je priamo
spojení s vyhodnocovacím prístrojom
miestne merací prístroj
meracie
teleso
S
vyhodnocovací prístroj
V
snímač
dištančné meranie – spočíva v tom, že snímač je umiestnený v meracom mieste ale
vyhodnocovací prístroj v určitej nie veľkej vzdialenosti od meracieho miesta
- vzdialenosť býva do niekoľko desiatok metrov, lebo výstupná veličina snímača, sa prenáša
priamo bez akejkoľvek úpravy
meracie
miesto
snímač
zbernica
1.
vyhodnocovací
prístroj
diaľkové meranie – spočíva v tom, že výstupný signál snímača sa upraví (moduluje) na
signál, ktorý sa dá prenášať na veľké vzdialenosti teda vyhodnocovací prístroj môže byť
v ľubovoľnej vzdialenosti, ktorá je daná len technickými možnosťami prenosového média
meracie
miesto
snímač
vysielač
prenosové
médium
prijímač
vyhodnocovací
prístroj
- medzi snímačom a vyhodnocovacím zariadením musí teda byť kompletný prenosový
systém, ktorého úlohou je preniesť výstupný signál snímača k vyhodnocovaciemu prístrojom
2, BEZKONTAKTNÉ SNÍMAČE – snímač nie je umiestnený priamo v meracom mieste, lebo
snímanie meranej alebo fyzikálnej veličiny sa deje na diaľku
SNÍMAČE TEPLOTY
teplota – je najčastejšie priemyselné meraná fyzikálna veličina
- fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje energetický stav látky
- označuje sa gréckym písmenom √ (TETA) a podľa medzinárodnej sústavy SI je jej základnou
jednotkou K (kelvin)
- Kelvin je definovaný 273,16 časť medzi absolútnou teplotnou 0 (0k) a trojným bodom vody
(273,16 K = 0,01°C)
- absolútna teplotná 0 je stav, kedy ustáva pohyb molekúl to znamená, že táto hodnota sa
nedá nikdy dosiahnuť (afinitná hodnota)
- okrem Kelvinovej stupnice sa bežne používa aj stupnica Celziová, ktorá ale nepatrí do
sústavy SI
-0 K = -273,15 °C
- celziová stupnica je definovaná pomocou 2 praktických hodnôt a to :
0 °C - čo je bod tuhnutia (mrazu) vody
100 °C - čo je bod varu vody
- teplota je stavová veličina to znamená, že súvisí s objemom, tlakom prípadne fázou
meraného média
- pokiaľ nie je uvedená inak meria sa teplota pri normálnom atmosférickom tlaku 101,325
kPa
2.
- priemyselne používané teplomery pracujú najčastejšie na nasledujúcich princípoch :
SKUPINA
TYP TEPLOMERA
PRINCÍP
ROZSAH
dilatačné
teplomery
plynový
tenzný
kvapalinový
kovový
zmena tlaku
zmena tenzie pár
zmena objemu
dĺžková rozťažnosť
- 5 ÷ 500°C
- 40 ÷ 400°C
- 200 ÷ 750°C
0 ÷ 900°C
elektrické
teplomery
termoelektrické
odporové kovové
odporové polovodičové
špeciálne
teplomery
bezdotykové
teplomery
termoelek. jav
zmena elek. odporu
zmena prahového nap.
- 200 ÷ 1700°C
- 250 ÷ 1000°C
- 200 ÷ 400°C
bod mäknutia
bod tavenia
zmena farby
- 200 ÷ 1700°C
- 250 ÷ 1000°C
- 200 ÷ 400°C
keramické žiaromatky
teplomerné teliesko
teplocitlivé farby
širokopásmové
pyrometre
monokryštalické
pyrometre
pomerové pyrometre
termovízia
zachytenie tepel. žiarenia
- 40 ÷ 5000°C
100 ÷ 3000°C
porovnanie žiarení
snímanie tepelného
obrazu žiarenia
700 ÷ 2000°C
-30 ÷ 1200°C
DILATAČNÉ TEPLOMERY
- pracujú na využití objemovej alebo dĺžkovej rozťažnosti plynných, kvapalných alebo tuhých
látok od teploty
- zmena dilatácie látky sa privádza na meranie tlaku, objemu alebo dĺžky
1, plynové teplomery – využívajú to, že tlak plynu pri stálom objeme je priamoúmerný
teplote
- teplomer pozostáva z jímky, čo je valcovitá nádobka spojovacej kapiláry a deformačného
tlakomera
- tlakomer je ociachovaný priamo v jednotkách teploty
°C
výplňou dusík, hélium
tlakomerná
látka
tlakomer
kapilára
jímka
3.
2, tenzný teplomer – využíva závislosť medzi teplotou a rovnovážnym tlakom v sústave
o jednej látke v dvoch fázach (kvapalina - para)
°C
tlakomer
plyn
jímka
kvapalina
3, kvapalinový teplomer – pri zmene objemu kvapaliny od teploty dochádza k zmene výšky
hladiny v kapiláre
- ako kvapalina sa najčastejšie používa ortuť a zafarbený lieh
- sú jednoduché, spoľahlivé, presné a lacné
- ich nevýhodou je krehkosť, lebo sú vyrobené zo skla
obal
kapilára
stupnica
nádobka
4, kovový teplomer – využíva dĺžkovú rozťažnosť kovov v závislosti od teploty existuje
v dvoch prevedeniach : ako tyčový kde sa meria zmena dĺžky v závislosti od teploty
a bimetalický, kde sa využíva deformácia snímača, ktorý pozostáva z dvoch pevne spojených
kovov s rôznou teplotnou rozťažnosťou
α
tyčový
teplomer :
bimetal :
4.
- súčasnosti sa takéto teplomery pre prevádzkové meranie používajú zriedkavo
- neumožňujú diaľkový prenos meranej veličiny a buď to sú málo citlivé a presné alebo
krehké
ELEKTRICKÉ TEPLOMERY
- elektrické teplomery sú také teplomery, ktorých výstupná veličina je zmena nejakej
elektrickej veličiny
1, termoelektrické (termočlanky)
- využívajú na svoju činnosť takzvaný Seebeckov jav, ktorý spočíva v tom, že na
porovnávacích koncoch termočlánku vznikne termoelektrické napätie, ktorého veľkosť závisí
od konštrukcie termočlánku a hlavne od rozdielu teplôt medzi meracím koncom
a porovnávacími koncami termočlánku
- termočlánok vznikne tak, že na jednom konci vodivo spojíme dve materiály s rôznou
výstupnou prácou (vodivosťou)
- tento spojený koniec sa nazýva merací a ostatné voľné konce sa nazývajú porovnávacie
mV
UTE = KT (
0
-
0
))
UTE
porovnávacie
konce
merací
koniec
- pre priemyselné účely sa používajú rôzne typy materiálov termočlánku pričom
najpoužívanejšie sú :
OZNAČENIE
T
J
NÁZOV
Cu – CuNi
Fe – CuNi
POUŽITEĽNOSŤ
- 200°C
400°C
- 200°C
600°C
ODOLNOSŤ VOČI
RUŠENIU
malá
veľká
X
S
OZNAČENIE
NiCr – NiAl
PtRh – Pt
POUŽITEĽNOSŤ
- 50°C
1000°C
0°C
1300°C
ODOLNOSŤ VOČI
RUŠENIU
malá
veľká
NÁZOV
5.
- väčšinou sa v meracej armatúre umiestňujú dve termočlánky, ktoré sa zapájajú buď
paralelne alebo proti sebe
mV
mV
oproti sebe :
paralelne :
- podmienkou merania termočlánkom je aby termoelektrické napätie záviselo len od zmeny
teploty meracieho konca
- to znamená, že teplota porovnávacích koncov musí zostať vždy konštantná
- aby sa to dosiahlo, používa sa kompenzačné vedenie, ktorého účelom je vyviesť
porovnávacie konce, čo najďalej z meracieho miesta alebo rôzne kompenzačné zariadenia
- v súčasnosti sa k meraciemu termočlánku pripája prevodník signálu, ktorým sa prevedie
termoelektrické napätie na štandardizovaný (unifikovaný) signál priemyselnej zbernice
termočlánok
ZES
ZES
A/D
zbernica
EO
DISPLAY
ZES – zosilňovač analógového signálu
A/D – prevodník (analógovo - číslicový)
EO – meracia alebo regulačná elektronika
vlastnosti :
- výhodou termočlánkov je jednoduchá konštrukcia a nízka cena
- výstupom je priamo elektrické napätie, veľký rozsah meraných teplôt a jednoduchá úprava
výstupného signálu snímačov
- nevýhodou termočlánkov je nutnosť kompenzovať zmeny okolitej teploty, pomerne malá
citlivosť a nízka stabilita
2, kovové odporové teplomery
- pracujú na princípe zmeny elektrického odporu v závislosti od zmeny teploty
- sú vyhotovené z tenkého kovového drôtu bifilárne navinutého na izolačné teliesko a zaliate
do keramickej hmoty
6.
- prakticky sa používajú 2 typy odporových snímačov a to : Pt 100 a
Pt
termočlánok :
(bifilárne vinutie)
Ni 1000
100
platina (materiál)
odpor 100Ω
pri 0°C
- je to najkvalitnejší teplomer vôbec a používa sa v rozsahu od - 200°C do 850°C s možnosťou
merania až do 1300°C
- prepojenie odporového teplomera s vyhodnocovacím prístrojom sa robí pomocou
medenej dvojlinky pre ktorú platí, že jej odpor musí mať presne predpísanú hodnotu (25, 50,
100Ω) čo sa dosiahne tak, že s k vedeniu pripojí takzvaný justovací odpor (Rj) s takou
hodnotou aby celkový odpor mal predpísanú hodnotu
Rj
VYHODNOCOVACIE
ZARIADENIE
snímač
vedenie
vyhodnocovanie
- pomocou optiky sústredíme vyžarované žiarenie na radiačný snímač, čo je väčšinou buď
termočlánok alebo vhodný fotosnímač
3, polovodičové odporové teplomery
- polovodičové senzory využívajú rovnako ako kovové zmenu elektrického odporu od zmeny
teploty
- takéto snímače súhrne nazývame termistory
rozdeľujeme ich na 3 základné skupiny :
NTC, PTC a monokryštalické senzory
a, NTC (negastory) – zo zvyšovaním teploty ich elektricky odpor klesá pričom pokles je
nelineárny
- vyrábajú sa spekaním oxidov železa, titánu, mangánu, niklu a kobaltu
- vyrábajú sa v rozsahu ohmov od niekoľko desatín ohmov až po niekoľko desať ohmov
- ich teplotný súčiniteľ je v podstate menší ako pri kovových
- vyhotovujú sa ako perličkové, valcové, bodové snímače
- ich výhodou je vysoká citlivosť
- nevýhodou je nelineárna charakteristika a pomerne malý teplotný rozsah od -60°C ÷ 16°C
b, PTC (pozistory) – zo zvyšovaním teploty ich elektrický odpor radikálne narastá
- vyrábajú sa z polykryštalických materiálov na báze bária a titánu
- používajú sa na meranie teploty vo veľmi úzkom teplotnom rozsahu
c, monokryštalické senzory teploty – vyrábajú sa z čistých polovodičov najčastejšie
z kremíka a germánia. Jeho rozsah meraných teplôt je od -50°C ÷ 150°C, no a tento malý
rozsah je daný vlastnosťami materiálu
7.
PTC
NTC
R
Ro
Ni 1000
Pt 100
3
2
1
100
0
-100
(°C)
4, integrované senzory teploty- patria medzi polovodičové odporové teplomery ale na
rozdiel od nich využívajú javna PN-priechode
- najjednoduchším takýmto snímačom je diódový senzor teploty
- využíva teplotnú závislosť vodivosti PN-priechodu polovodičovej diódy
- dióda sa zapojí v závernom smere a môžeme je používať v rozsahu od -50°C ÷ 300°C
- výhodou je pomerne vysoká citlivosť a časová stálosť
- integrované monolitické snímače teploty používajú princíp ako diódové, len samotné čidlo
je priamo integrované spolu zo zosilňovačom, prevodníkom a ďalšími elektronickými
obvodmi priamo na konkrétnom čipe
- výhodou je, že takéto snímače môžeme programovať
- všeobecne sú odporové snímače v priemyselnej praxi najpoužívanejšie
- používajú sa nielen na priame meranie teploty, ale aj na reguláciu a kompenzáciu vplyvu
meranej teploty
termočlánok
výhody
NTC
Pt 100
Integrovaný senzor
aktívny
vysoká stabilita
vysoká citlivosť
lineárny výstup
jednoduchý
vysoká presnosť
rýchlo odozva
vysoká citlivosť
lacný
linearita
dvojvodičové
zapojenie
nastaviteľnosť
nelineárny
vysoká cena
nelineárny
potreba napájania
nízka úroveň
signálu
potreba napájacieho
zdroja
obmedzený
teplotný rozsah
pomalý
nutnosť
kompenzácie
teploty
malá zmena odporu
krehké
zahrievanie prúdom
odolný
široký
teplotný
rozsah
nevýhody
potreba
napájacieho zdroja
nízka stabilita
zahrievanie prúdom
8.
4, špeciálne teplomery
- do tejto skupiny patria teplomery, ktoré slúžia na jednorazové meranie teploty alebo na
snímanie rozloženia teploty
- nepoužívajú sa na priemyselné merania regulačných obvodov
- do tejto skupiny zaraďujeme keramické žiaromatky, ktoré sa používajú na meranie
vysokých teplôt v peci a využívajú teplotu mäknutia materiálu
- majú tvar trojbokých ihlanov a sú odstupňované podľa teploty
Teplomerné farba, nálepky a tušky – využívajú princíp zmeny farby závislosti od teploty
- merané teleso sa natrie alebo oblepí a podľa farebného odtieňa sa zistí rozloženie teploty
na povrchu telesa
- špeciálnym prípadom sú farebné indikátory sú na báze tekutých kryštálov, ktoré umožňujú
citlivo merať rozloženie teploty na povrchu
- špeciálne teplomery sa používajú väčšinou pre vyššie teploty asi od 40°C ÷ 1350°C
5, bezdotykové teplomery
- slúžia na bezdotykové meranie pokiaľ nie je možné z nejakých dôvodov možné umiestniť
snímač na merané miesto
- takéto teplomery sa súhrne nazývajú pyrometre
- takéto teplomery sú založené na princípe vyhodnocovania tepelného žiarenia telies
- každé teleso, ktoré má teplotu vyššiu ako 0K (absolútne čierne teleso) vyžaruje tepelné
žiarenie, ktorého vlnová dĺžka závisí od teploty
pyrometre môžeme rozdeliť na :
radiačné – ktoré merajú vlnovú dĺžku vyžarovaného tepelné žiarenie pomerne v širokom
spektre
- používajú sa väčšinou pri vysokých teplotách, kedy žiarenie je viditeľnom spektre
teleso
OPTIKA
RADIAČNÝ
SNÍMAČ
ELEKTRONIKA
výstup
žiarenie
- pomocou optiky sústredíme vyžarované žiarenie na radiačný snímač, čo je väčšinou buď
termočlánok alebo vhodný fotosnímač
jasový pyrometer- slúži na meranie teploty v úzkom spektrálnom pásme väčšinou vo
viditeľnom spektre a pracuje na princípe kompenzácie
optika
žiarovka
oko
~ U
žiarenie
regulácia prúdu
9.
spektrálny analyzátor
- jedná sa o prístroj, ktorý rozkladá spektrum žiarenia na jednotlivé farebné zložky
- podľa ich usporiadania je možné zistiť teplotu a chemické zloženie látky
termovízna kamera
- je to televízna kamera, ktorá má CCD snímač, ktorý pracuje v infračervenom spektre
- neviditeľné tepelné žiarenie sa prevedie na monitor do viditeľného spektra, takže môžeme
sledovať rozloženie povrchovej teploty každého predmetu, ktorý má vyššiu teplotu ako
pozadie
SNÍMAČE TLAKU
- tlak rovnako ako teplota je stavová veličina, takže pri meraní je treba vždy poznať prípadne
dodržať teplotu alebo objem meranej látky
- tlakomery na svoju činnosť využívajú rôzne fyzikálne princípy, pričom najčastejšie ich podľa
princípu činnosti rozdeľujeme na hydrostatické, deformačné, elektrické alebo piestové
HYDROSTATICKÉ TLAKOMERY
- princíp činnosti je založený na účinkoch hydrostatického tlaku, ktorý vytvára stĺpec
kvapaliny o výške h a hustote
p=h.
tlak
výška
.g
hustota
gravitačné
zrýchlenie
- mierou tlaku je teda výška kvapalinového stĺpca, teda meranie tlaku je prevedené na
meranie dĺžky
- ako kvapalina sa najčastejšie používa ortuť, voda, alkohol alebo tetrachlór
- väčšinou takýchto tlakomerov vychádza z princípu U- trubice
p1
p2
h
p1 – p2
h
- dĺžka ramien môže byť maximálne 1,5m to znamená, že rozsah meraných tlakov závisí len
od použitej kvapaliny
- pre ortuť 0,2 MPa a pre vodu 15 kPa
- U- trubicu môžeme merať tlakovú diferenciu, pretlak alebo podtlak
- hydrostatické tlakomery sú jednoduché, spoľahlivé a presné prístroje ale používajú sa
v súčasnosti pre laboratórne merania
10.
DEFORMAČNÉ TLAKOMERY
- využívajú princíp tvárovej deformácie tlakomerného telesa vplyvom meraného tlaku
- podľa druhu deformačného prvku rozoznávame deformačné tlakomery s bourdovým
perom, membránou, krabicový a vlnovcový
p
tlakomer s membránou
tlakomer s bourdovým
perom
°C
p
°C
p
p
krabicový tlakomer
vlnovcový tlakomer
a, tlakomer s bourdovým perom – je najpoužívanejším druhom tlakomeru a je tvorený
plochou kovovou rúrkou ohnutou do kruhového oblúka, ktorá je z jednej strany uzavretá
a z druhej pôsobí meraný tlak
- vplyvom tlaku sa snaží rúrka vyrovnať, čim vzniká posun uzavretého konca, ktorý sa
prevádza vhodným prevodom na výchylku ručičky
- rozsah meraných tlakov býva 0,5 až 2000 MPa
- ich nevýhodou je, že nemôžu merať rozdiel tlakov
b, membránový tlakomer – tlakomerným prvkom je kovová membrána pevne uchytená na
okrajoch tak, aby pôsobiaci tlak vytváral priehyb membrány
11.
- tlak môže pôsobiť z jednej strany alebo z oboch strán membrány, v takom prípade môžeme
merať rozdiel tlakov
- výhodou ďalej je, že membránový tlakomer môžeme použiť na meranie korozívnych
materiálov
- rozsah meraných tlakov je do 4 MPa
c, krabicový tlakomer - používajú sa na meranie malých pretlakov alebo podtlakov
- majú oveľa väčšiu citlivosť ako membránové, lebo sú tvorené dvoma membránami, ktoré
sú po obvode spojené
- pôsobiaci tlak tak vyvoláva súčasnú deformáciu oboch membrán
- často sa používa na meranie atmosférického tlaku
d, vlnovcové tlakomery – používajú sa na meranie pretlakov a tlakových diferencií do 0,4
MPa
- snímačom je tvorený cylinder z kovového materiálu, ktorý je po obvode harmonikovite
zvlnený
- pôsobením tlaku sa mení dĺžka vlnovca
- na zvýšenie rozsahu sa používa pružina, ktorá pôsobí proti predlžovaniu vlnovca
- väčšinou sa vlnovce používajú ako snímacie členy v regulátoroch tlaku
- výhodou deformačných tlakomerov je, že pokrývajú celý rozsah priemyselne meraných
tlakov, vyznačujú sa vysokou spoľahlivosťou a sú odolné voči priemyselným vplyvom
TLAKOMERY SO SILOVÝMI ÚČINKAMI
- na svoju činnosť využívajú princíp vyvažovania sily tlaku, závažím alebo pružinou
v piestnom mechanizme
závažie
h
h
zvon
kvapalina
p
zvonový tlakomer :
12.
p
piestový tlakomer :
zvonový tlakomer – sa používa na meranie nízkych tlakov plynov a je tvorený dvoma
nádobami, kde jedna je vložená hore dnom do druhej a priestor medzi nimi je vyplnený
vyplňovacou kvapalinou
- mierou tlaku je vysunutie zvonu z nádoby
- rozsah sa mení použitím závažia
Piestový tlakomer – je tvorený valcom v ktorom sa pohybuje piest
- pohyb piestu vplyvom tlaku sa vyrovnáva použitím pružiny
- používa sa na meranie veľkých tlakov až do 2000 MPa
ELEKTRICKÉ TLAKOMERY
- pracujú na princípe zmeny elektrickej veličiny od zmeny tlaku
- sú to najpresnejšie tlakomery pretože umožňujú bezproblémový prenos meranej veličiny
na veľké vzdialenosti
principiálne ich rozdeľujeme na :
tenzometre (odporové)
piezoelektrické
kapacitné
megnetostrikčné
1, odporové tlakomery (tenzometre)
- princíp spočíva v zmene elektrického odporu vplyvom zmeny dĺžky odporového drôtu
alebo pnutím polovodičového materiálu vyvolaného zmenou tlaku
- z hľadiska vyhotovenia môžu byť tenzometre drôtové, naparované alebo polovodičové
- vyhotovujú sa tak, že na izolačnú podložku sa nalepí alebo naparí vrstva materiálu
s požadovaným odporom s čo najdlhšou dĺžkou alebo dráhou
polovodičový tlakomer :
drôtový (vrstvový) tlakomer :
- tenzometre majú relatívne malú citlivosť ale výhodou je, že sa dajú vyhotoviť s veľmi
malými rozmermi, takže ich môžeme použiť na meranie bodového tlaku alebo rozloženia
tlaku na veľkej ploche
- ďalšou výhodou je smerocitlivosť, to znamená, že reagujú iba na sily a tlaky prichádzajúce
v jednom smere
13.
2, piezoelektrické tlakomery
- využívajú na svoju činnosť takzvaný piezoelektrický jav
- ten spočíva v tom, že ak deformujeme mechanický kryštál v smere mechanickej osi vzniká
na stenách kryštálu v smere elektrickej osi takzvané piezoelektrické napätie
- tento jav je aj reverzný, takže naopak pôsobíme napätím vzniká mechanické pnutie
os optická
F/2
os mechanická
F/2
os elektrická
Up
- veľkosť piezoelektrického napätia je úmerná veľkosti sily a tiež usporiadaním kryštalickej
mriežky a druhu materiálu kryštálu
- väčšinou sa takéto snímače vyrábajú ako výbrusy vhodného materiálu vo forme valčekov
alebo doštičiek
- snímajú vlastne silu, ktorou sú stlačené najčastejšie piestovým mechanizmom
- takéto snímače sú veľmi citlivé a presné ale rozsah meraných tlakov je menší ako pri
tenzometroch
3, kapacitné tlakomery
- využívajú princíp zmeny kapacity vzduchového kondenzátora pri zmene vzdialenosti
elektród
- svojou konštrukciou sa podobajú na membránový tlakomer pričom kovová membrána
tvorí jednu elektródu a druhá elektróda je pevná
- pôsobením tlaku dochádza k deformácií membrány čím sa mení vzdialenosť oproti pevnej
elektróde
p
membrána (1. elektróda)
izolácia
C
vzduch
pevná (2. elektróda)
- výhodou je vysoká citlivosť takýchto snímačov, možnosť merať dynamické zmeny tlaku
a pomerne veľký rozsah
- nevýhodou je, že musíme mať prevodník na zmenu kapacity na napätie a nelineárne
charakteristiky
14.
4, magnetostrikčné tlakomery
- využívajú takzvaný magnetostatický jav, čo znamená, že mechanickým deformovaním
magnetického obvodu cievky sa mení veľkosť indukčného toku, čo má za následok zmenu
indukčnosti
F
I
L
- výsledkom je, že zmenou tlaku sa mení veľkosť prúdu cez cievku
- takéto snímače sa používajú na meranie extrémne veľkých tlakov alebo ktoré pôsobia
veľmi dlhú dobu
SNÍMAČE MNOŽSTVA
- sú to snímače, ktorých úlohou je zistiť množstvo danej látky v objemových alebo
hmotnostných jednotkách
- bude rozdiel pri meraní tuhých a tekutých látok
takéto snímače podľa druhu a spôsobu meranej veličiny rozdeľujeme na :
snímače hmotnosti (váhy)
snímače objemu
snímače výšky hladiny
snímače prietoku
- na vyjadrenie množstva danej látky sa používajú buď hmotnostné alebo objemové miery
- hmotnostné miery sú hmotnosť m(kg)
(kg/m3)
- hmotnostný prietok Qm (kg/s)
- objemové miery sú objem V (m3)
- objemový prietok Qv (m3/s)
- výška hladiny h (m)
1, snímače hmotnosti (váhy)
- hmotnosť môžeme merať pre tuhé, kvapalné a plynné látky
- takéto snímače pracujú na dvoch základných princípoch
a, vyvažovanie meranej látky kalibrovaným protizávažím na rovnoramennej páke
15.
b, meranie hmotnosti meraním tlaku, ktorým pôsobí meraná látka na podklad
2, snímače objemu
- opäť meranie objemu sa používa pre tuhé, kvapalné a plynné látky s tým, že plyn je
stlačiteľný teda objem závisí od tlaku
- pri meraní objemu tuhých látok sa zisťujú buď rozmery a z nich sa vypočíta objem alebo
pomocou Archimedovho zákona ponáraním do vody
- pri meraní kvapalných látok a čiastočne aj plynných sa používajú kalibrované nádoby
takzvané mierky
- pri objeme kvapalných látok a plynov sa často používa jednotka l(liter)
- pri meraní objemu plynov sa používajú buď odmerné nádoby alebo zvonový merač objemu
kde sa zmena objemu prevádza na zmenu vysunutia zvonu
3, snímače výšky hladiny
- používa sa na meranie množstva kvapalných a sypkých látok
- takéto snímače môžeme podľa spôsobu merania rozdeliť na spojité (merajú priebežne
zmenu výšky hladiny) a nespojité (zisťujeme len dosiahnutie istej definovanej výšky hladiny)
podľa princípu činnosti rozdeľujeme hladinomery na :
a, priezorové
e, induktívne
b, plavákové
f, ultrazvukové
c, tlakové
g, rádiové
d, kapacitné
h, špeciálne
- výška hladiny sa všeobecne vyjadruje v dĺžkových mierach, ale niekedy nás zaujímajú aj
relatívna miera naplnenosti nádoby vyjadrená buď v percentách (℅) celkového objemu
alebo v dieloch
a, priezorové hladinomery – princíp spočíva v tom, že na priehľadnej nádobe je umiestnená
mierka v jednotkách výšky hladiny alebo pri nepriehľadných nádobách sú vytvorené
priezorové okienka so stupnicou alebo je vo vnútri nádoby meracia tyč sa stupnicou
16.
b, plavákové hladinomery – princíp spočíva v snímaní zmeny polohy plaváku, ktorý pláve na
povrchu kvapaliny
- snímanie polohy plaváku môže byť mechanizované alebo elektrické
plavák s magnetom a na
ňom snímacie teliesko
- plavákový hladinomer sa používa najčastejšie v otvorených nádobách alebo v uzavretých
netlakových nádobách
- veľmi často sa používa ako snímacia časť jednoduchších regulačných obvodov
c, tlakové hladinomery – jedná sa v podstate o deformačný tlakomer, ktorý je umiestnený
na dne nádoby a je ociachovaný v jednotkách výšky hladiny
- jednoduchý tlakomer používame pri otvorených nádobách, kde je nad hladinou
atmosférický tlak pri uzavretých nádobách používame diferenčný tlakomer
- rozdiel tlaku plynu alebo pár nad hladinou a na dne nádoby je daný výškou hladiny
vzduch a pary
tekutiny
- väčšinou je tlakomer vybavený vysielačom signálu, teda údaj o výške hladiny sa dá
prenášať na väčšie vzdialenosti
17.
d, kapacitné hladinomery
C= ξ.
plocha
permeabilita
vzdialenosť
- takéto snímače sú založené na zmene elektrickej kapacity doskového kondenzátora
- kapacita sa môže meniť zmenou vzdialenosti elektród a to tak , že máme pevnú elektródu
umiestnenú nad hladinou a pohyblivou elektródou je buď vodivá kvapalina alebo plávajúca
elektróda na hladine
- ďalej sa môže meniť plocha elektród a to tak, že vzdialenosť medzi elektródami je
konštantná a pohyblivá elektróda sa mení rovnobežne s pevnou elektródou
- treťou možnosťou je, že sa mení ponor medzi dielektrikami, medzi elektródami kde jedným
dielektrikom je vzduch nad hladinou a druhým samotná meraná kvapalina
C
C
plávajúca elektróda
vodivá elektróda
C
ξr1
C = ξ0 . ξr1 .
+ ξ0 . ξr2 .
C = C 1 + C2
ξr2
C
- sú to veľmi citlivé a presné snímače a môžu sa používať aj pre nevodivé kvapaliny
- nevýhodou je, že snímač musí byť vždy vybavený prevodníkom kapacity na napätie
a nesmie sa používať vo výbušnom prostredí
18.
e, odporové hladinomery – sú to hladinomery, ktoré využívajú vodivosť meranej kvapaliny
- môžu byť nespojité u ktorých je dôležité len dosiahnutie konkrétneho stavu ako napr :
kontaktné alebo spojité, ktoré využívajú plynulú zmenu elektrického odporu
~U
- takýto systém sa nesmie použiť pri výbušných alebo
horľavých kvapalinách a väčšinou slúži len na idikáciu
medzných stavov
mA
U
- zvyšovaním hladiny sa skracuje dĺžka odporovej
vrstvy, čím klesá odpor a zväčšuje sa prúd v obvode
tyč s odporovou vrstvou
- takéto snímače sa v súčasnosti používajú veľmi zriedkavo
f, induktívne hladinomery – používajú sa na bezkontaktné snímanie výšky hladiny vodivých
aj nevodivých kvapalín
- pracujú na rovnakom princípe ako induktívne snímače polohy to znamená, že pohybom
magnetického poľa snímača dochádza k zmene indukčnosti, čím sa rozvažuje oscilačný
obvod
- zmenou výšky hladiny sa potom mení buď frekvencia oscilátora alebo napätie
magnetické pole
+U-
- používajú sa na meranie malých zmien
výšky hladiny, ktoré merajú s veľkou
presnosťou
f
g, ultrazvukové hladinomery – pracujú na princípe využitia takzvaného Dopplerovho javu,
ktorý spočíva v tom, že oneskorenie odrazenej zvukovej vlny zachytené snímačom závisí od
vzdialenosti a rýchlosti odrazovej plochy
19.
- takýto hladinomer pozostáva z 2 častí :
1, vysielača ultrazvukových vĺn
2, prijímača ultrazvukových vĺn
- merať môžeme vzdialenosť hladiny od snímača, ktorý je umiestnený nad hladinou alebo
vzdialenosť dna nádoby ak je snímač umiestnený na hladine
h
h
- takéto snímače sa používajú na meranie hladín alebo veľkých zmien hladín, často sa
používajú na meranie hĺbky v nádržiach, moriach
h, rádiové hladinomery – pracujú na rovnakom princípe ako ultrazvukové len namiesto
zvukových vĺn používajú rádiové vlny
- rýchlosť šírenia rádiových vĺn je mnohonásobné vyššia ako zvukových takže za rovnaký
časový okamžik je možné uskutočniť oveľa viac opakovaných meraní teda aj výsledok na
presnosť pri malých výškach hladiny je presná
- výhodou je, že takto môžeme merať aj výšku hladiny sypkých látok ale najčastejšie sa
používajú ako výškomery v lietadlách
I, špeciálne hladinomery – sú to merače výšky hladiny alebo povrchu sypkých látok, ktoré
využívajú iné princípy ako napríklad : zmenu rezonančnej frekvencie mechanického
rezonátora pri zmene výšky hladiny alebo meranie dĺžky odvíjajúceho lana so závažím
z bubna umiestneného na vrchole nádoby
- takéto systémy sa používajú tam, kde iné sú malo presné alebo nedajú sa použiť
mechanický
rezonátor
motor
snímač frekvencie
bubon
snímač
otáčok
SNÍMAČE PRIETOKU
- pri meraní prietoku sa jedná o zistenie pretečeného množstva meranej látky potrubím a to
buď v objemových alebo v rýchlostných jednotkách
20.
- pri objemových jednotkách sa uvádza pretečený objem za jednotku času vyjadrení, buď
hmotnostne alebo objemovo
- hmotnostný prietok Qm sa vyjadruje v (kg/s-1)
- objemový prietok Qv sa vyjadruje v (m3/s-1) alebo (l/s-1)
- rýchlostný prietok sa určuje pokiaľ je známy prierez potrubia a hustota danej látky
MERAČE PRIETOKU
objemové
otvorené
- kyvné
- bubnové
rýchlostné
uzavreté
priame
nepriame
- piestové
- motorické
- dynamické
- krúžkové
- lamelové
- clony
- bubnové
- skrutkové
- plavákové
- mechové
- turbínové
- náporové
- telesové
- indukčné
- prúdové
- ultrazvukové
- vírivé
- fluidikové
- termometrické
kyvný prietokomer – slúži na meranie kvapalných látok
- princíp spočíva v naplnení a vyprázdňovaní nádoby, ktorá vykonáva kyvný pohyb čím
poháňa počítadlo
princíp
činnosti :
bubnový prietokomer – princíp je podobný predchádzajúcemu, líši sa len v tom, že bubon je
priečkami rozdelený na rovnaké úseky, ktoré sa striedavo napĺňajú a vyprázdňujú, čim
vzniká rotačný pohyb
21.
piestový prietokomer – môžeme ním merať aj kvapaliny aj plyny
- princíp spočíva v tom, že sa pravidelne napĺňa valec s piestom a po dosiahnutí naplneného
stavu sa uvoľní záklopka a piest znova klesne
krúžkový prietokomer – princíp spočíva v tom, že v uzavretom valcovom priestore sa
pohybuje nesymetrický prstenec, ktorý vymedzuje presne stanovené množstvo tekutín
- vyprázdňovaním a napĺňaním sa vykonáva rotačný pohyb
mechový prietokomer – pracuje na princípe napĺňania a vyprázdňovania priestoru
oddeleného pružnou membránou
- pohyb membrány sa prenáša na počítadlo
- používa sa na meranie prietoku plynov pri atmosférickom tlaku
- najčastejšie sa používa na meranie malých
prietokov plynu v domácnostiach
prietokomer s ovalnými kolesami (telesový) – pracuje na rovnakom princípe ako olejové
čerpadlá len sú poháňané pretekajúcou kvapalinou
- odvaľovaním ovalných telies sa prečerpáva kvapalina zo vstupu na výstup
- vzniká rotačný pohyb, ktorý sa prevádza na počítadlo a počet otočený je úmerný
pretečenému množstvu
- takýto prietokomer sa používa na meranie olejov a iných mazív
22.
lamelový prietokomer – je to podobný princíp ako predchádzajúci, len nemáme ovalné
telesá ale lamely upevnené po obvode hriadeľa
- pretekaním meranej tekutiny sa motor roztáča, teda mierou prietoku sú otáčky
skrutkový prietokomer – pretekajúcou kvapalinou alebo plynom sa roztáča skrutka alebo
vrtuľa, ktorej otáčky sú vhodným prevodom prevedené na počítadlo
- skrutka môže mať axiálny alebo radiálny prívod meranej veličiny
počítadlo
axiálna trubica :
turbínový prietokomer – pracujú na rovnakom princípe ako predchádzajúce len otáčky sa
snímajú pomocou indukčného snímača
- teda mierou pretečeného množstva je frekvencia alebo indukované napätie
induktívny
snímač
f
23.
- všetky uvedené motorické snímače sa dajú použiť len na meranie čistých tekutín s malou
viskozitou
indukčný prietokomer – používa sa na meranie prietoku len vodivých kvapalín
- pracuje na princípe elektromagnetickej indukcie
- pozostáva zo snímacej cievka, ktorá obklopuje potrubie a elektromagnetu, ktorý vytvára
magnetické pole v potrubí
ZMP –
zdroj
magnetického
poľa
S
potrubie
J
SC – snímacia
cievka
- prietokomer využíva pohybovú formu indukčného zákona to znamená, že veľkosť
indukovaného napätia závisí od rýchlosti pohybujúceho sa vodiča v magnetickom poli,
ktorým je pretekajúca kvapalina
- výhodou je vysoká citlivosť, hlavne pri veľmi rýchlych prietokoch a možnosť merania aj
veľmi znečistených kvapalín
ultrazvukový prietokomer – pokiaľ sa potrubím nepohybuje žiadna tekutina je rozdiel fáz
medzi vyslaním a prijatým ultrazvukovým signálom rovný nule
- ak sa tekutina pohybuje určitou rýchlosťou vzniká vplyvom Dopplerovho javu k posunu
fázy prijatého signálu, ktorý závisí od rýchlosti prúdiacej kvapaliny
- výhodou je, že takto môžeme merať vodivé aj nevodivé tekutiny
- jediným problémom môžu byť len tuhé častice znečistenia
- ďalším problémom je, že fáza závisí nielen od rýchlosti, ale aj od hustoty a teploty
fz
prijímač
vysielač
24.
PRIETOKOMERY ZALOŽENÉ NA PRINCÍPE ŠKRTIACICH
MECHANIZMOV
- sú to priemyselne najpoužívanejšie prietokomery
- princíp spočíva vo využití takzvanej prietokovej rovnice hydrodynamiky, ktorá hovorí, že
prietok závisí od prierezu potrubia a pri zmene prierezu vzniká rozdiel tlakov medzi miestom
s väčším prierezom a miestom s menším prierezom, pričom rozdiel týchto tlakov je úmerný
prietoku
P1
P2
D
d
p
P2
P1
t
QV = α . ξ . π
. p1 p2
prietoková
rovnica :
QV – objemový prietok
α – je prietokový súčiniteľ, ktorý zahŕňa vplyv zuženia prúdu tekutiny a viskozitu
ξ – expanzný súčiniteľ, ktorý zahŕňa vplyv stlačiteľnosti plynov pre kvapaliny sa rovná 1
d – priemer škrtiaceho mechanizmu
- je hustota tekutiny
p1 – tlak pred škrtiacim mechanizmom
p2 - tlak po škrtiacom mechanizme
QV = 0,01252 . α . ξ . . p1 p2
D –je prierez potrubia
- je merná tiaž
25.
- keďže väčšina uvedených parametrov je pri meraní konštantná dá sa rovnica prietoku
zjednodušiť na tvar
= p1 – p2
QV = k . - ako škrtiace mechanizmy sa najčastejšie používajú clona, dýza a Venturiho trubica
clona
dýza
Venturiho trubica
- v mieste umiestnenia škrtiaceho mechanizmu sa urobia odmerné miesta pred a za
škrtiacim mechanizmu, kde sa pripojí rozdielový (diferenčný) tlakomer vybavený
odmocňovacím prevodníkom
Δp
- odberné miesta od potrubia sú prepojené pomocou takzvaného impulzného potrubia
s diferenčným tlakomerom
- pre jednoduchú manipuláciu ja odmerné miesto vybavené 5 – ventilovou sústavou
(blokom)
26.
- prietokomery so škrtiacimi mechanizmami sa používajú vo veľmi širokom rozsahu
prietokov a to ako plynných tak aj kvapalných látok
- jediným problémom môžu byť znečistené kvapaliny pre ktoré sa používajú špeciálne
upravené clony
plavákové prietokomery (rotametre) – používajú sa na meranie malých prietokov čírych
kvapalín v laboratóriách
- využívajú princíp vztlaku, plávajúceho telieska v sklenenej rúrke do ktorej je prúdiaca
kvapalina prúdiaca zo spodu
vírové prietokomery – využívajú hydrodynamický princíp a to vytvorenie vírov v prúdiacej
tekutine, ktoré spôsobuje vznik tlakovej sily na vírové teliesko
snímač
tlaku
vírové
teliesko
indukčný
snímač
vírové teliesko
- v prvom prípade sa meria sila, ktorou pôsobí prúdiaca tekutina na vírové teliesko
- v druhom prípade sa sníma frekvencia vibrácií vírových teliesok pri povrchu potrubia
- takéto prietokomery sú relatívne jednoduché a presné pre meranie menších prietokov
termometrický prietokomer – princíp spočíva v meraní teploty ochladzovacieho telieska
umiestneného v prúde tekutiny
- odvod tepla je tým väčší, čím rýchlejšie prúdi tekutina
- veľkou nevýhodou takéhoto systému je, že ho musíme kalibrovať pre každé konkrétne
použitie
- táto metóda je vhodná na meranie malých prietokov
27.
SNÍMAČE POSUNU A UHLOVÉHO NATOČENIA
- sú to snímače, ktoré merajú zmenu vzdialenosti pričom táto zmena môže mať charakter
priamočiareho alebo uhlového posunu
- všetky takéto snímače môžeme prakticky rozdeliť do 3 základných skupín : odporové
kapacitné
indukčné
- z hľadiska samotného snímania môžu byť kontaktné a bezkontaktné
- používajú sa buď ako koncové spínače alebo vysielače, to znamená prevodníky
mechanického pohybu na elektrický signál
- snímanie posunu môže byť dvojpolohové alebo spojité
MIKROSPÍNAČE
- sú to dvojpolohové snímače posunu, to znamená, že rozoznávajú len dva možné stavy
(zapnutý a vypnutý)
- môžu byť kontaktné takzvané (mechanické) alebo bezkontaktné, ktoré pracujú na
kapacitnom alebo induktívnom princípe
kontaktné – môžu byť mechanické alebo elektromechanické
- mechanické znamená, že vplyvom posunu dôjde k mechanickému spojeniu alebo
rozpojeniu spínača
- oproti klasickým spínačom sa od mikrospínačov vyžaduje vysoká životnosť (počet zopnutí)
mechanická odolnosť, čo najrýchlejšie spínanie kontaktov, schopnosť reagovať aj na veľmi
malé posuny relatívne desatiny milimetra
mikrospínač :
- mechanické a elektromechanické mikrospínače sa používajú najčastejšie na zisťovanie
medzných stavov ako takzvané koncové spínače
ODPOROVÉ SNÍMAČE POSUNU A UHLOVÉHO NATOČENIA
- zmenou posunu sa mení elektrický odpor a to najčastejšie posúvaním bežca po odporovej
dráhe
28.
- podľa konštrukcie existujú drôtové a vrstvové
- podľa spôsobu posunu môžu byť lineárne a vysielače uhlového natočenia
- z hľadiska zapojenia existujú zapojenia :
1, REOSTATICKÉ
- zmenou posunu sa mení
elektrický prúd v obvode
2, POTENCIOMETRICKÉ
Rm
I=
U=R.I
Rm
Um
0<R< Rm
R
Rm
U
V
A
I
U
U
max
max
min
0
0
R
0 : R = Ø → I = I max
max : R = Rm → I = I min
R
R
- závislosť zmeny odporu a napätia je
lineárna a mení sa od nulovej po
maximálne napájacie napätie
- nevýhodou takéhoto zapojenia
je nelineárna charakteristika a
nemožnosť regulácie od nulovej
hodnoty
- zapojenie sa používa pri prúdovej
slučke
- z hľadiska merania je to najvhodnejší
spôsob, preto sa najčastejšie používa
- maximálny odpor vysielača je relatívne
vysoká hodnota
KAPACITNÉ SNÍMAČE POLOHY
- princíp spočíva v zmene kapacity doskového kondenzátora vplyvom zmeny posunu
elektródy
- sú to bezkontaktné snímače, ktoré reagujú na ľubovoľne definovaný predmet, ktorý
prekročí nastavenú vzdialenosť
- tento predmet funguje ako pohyblivá uzemnená elektróda
29.
h
elektronika
- nevýhodou takéhoto systému je nutnosť nastavenia citlivosti na predmet, ktorého polohu
snímame
- ďalším problémom je aby systém nereagoval na iné predmety v dosahu
- dosahuje sa to voľbou pracovnej frekvencie LC – oscilátora, ktorého kapacita je tvorená
snímacím zariadením
- výsledok je, že zmena vzdialenosti a prejaví ako zmena frekvencie alebo častejšie ako
zmena napätia
- takýto snímač teda vždy obsahuje elektronický obvod, ktorý funguje ako prevodník zmeny
kapacity na aktívnu zložku
- oveľa častejšie sa kapacitné snímače používajú na meranie hrúbky materiálu
- medzi dvoma doskovými elektródami je umiestnený predmet, ktorého hrúbku chceme
merať
- využíva sa princíp zmeny dielektrických vlastností pri zmene hrúbky materiálu
merané
vlákno
snímacia elektróda
Ucc
L
P
C
zemniaca elektróda
- sú to veľmi citlivé snímače schopné merať posuny (hrúbku) na niekoľko tisícin milimetra
INDUKTÍVNE SNÍMAČE POLOHY
- využívajú princíp zmeny indukčnosti alebo indukčného toku, zmenou veľkosti vzduchovej
medzeri v uzavretom magnetickom obvode alebo zasúvaním jadra do cievky
30.
I
zmena
indukčnosti :
L
L
zmena
indukčného
toku :
l
- zmena magnetických vlastností sa prejaví ako zmena prúdu cez cievku alebo zmena
frekvencie ladeného LC – obvodu, ktorého cievku tvorí snímač
- aby sa dosiahla čo najväčšia citlivosť používa sa rozdielový princíp
h1
h2
LC
OSC
31.
P
Download

snimace neelektrickych velicin.pdf