Snímače a převodníky

Snímače a Převodníky mají společné, dvojí dělení:
elektrických veličin
neelektrických veličin

Snímače

- samotné snímače dělíme na několik základních druhů
- polohy
- úhlu natočení
- otáček
- tlaku
- teploty - termoelektrické články
- osvětlení

Snímače polohy

1. indukční
2. odporové - potenciometr
- reostat
3. kapacitní

Dalším dělením snímačů je jestli jsou - spojité
- nespojité
Odporové snímače polohy spojité
- základem jsou potenciometry jejichž běžec posouvající se po
odporové dráze, je mechanicky spojen s oběktem jehož polohu
zjišťujeme
- vlastnosti - třída přesnosti
- rozlišovací schopnost
- šum
- linearita, životnost
- teplotní koeficient
Odporové snímače polohy nespojité
- převádějí změnu polohy sledovaného oběktu na skokovou změnu
oběktu způsobenou přepínáním kontaktu, takže jejich výstupní
signál je logického tipu
- dělí se - mechanické ovládání - mříškové spínače
- rtuťové spínače
- součástí koncových spínačů
- magnetické ovládání - jazýčkové relé
- Hallova sonda

Indukční snímače
- tlumivka s proměnlivou indukčností L převádějící mechanický
posuv kotvy nebo jádra na elektrický signál
- podle konstrukce je můžeme rozdělit na
s proměnlivou vzduchovou mezerou
se zasunovatelným Fe jádrem
diferenciální snímač
Kapacitní snímače
- metoda využívá převod měřené veličiny na změnu parametru
určujícího kapacitu kondenzátoru
- ta je dána geometrií elektrod a permitivitou prostoru v němž
se uzavírá elektrické pole
- jako indikátory posunu se mohou použít kondenzátory :

a) b)

a) rovinný kondenzátor s proměnlivou vzdáleností elektrod
b) rovinný kondenzátor s proměnlivou záběrovou plochou

- posuvem se mění vzdálenost elektrod nebo záběrová plocha dialektrika

Snímače úhlu natočení

- jejich princip se nijak nemění od snímačů polohy
- jediný jejich rozdíl je že se snímaný oběkt skrývá pod nějakým úhlem a snímač je pouze tomu úhlu přizpůsoben, nebo ten úhel sám snímá

Snímače otáček

Tachodynamo
- U = B . v . l
- činnost tachodinama je stejná jako u stejnosměrného dynama
- tachodynamo - magnety na statoru
- permanentní magnet
- elektromagnety
- většinou cize buzený
- napětí na výstupu je úměrné otáčkám (n)
- při změně polarity se změní polarita tachodynama
- stupnice pro výstupní napětí je cejchována na otáčky
Odstředivé otáčkoměry
- využívají principu závislosti odstředivých sil na otáčkách
Magnetické otáčkoměry
- princip: využívají vířivých proudů do hliníkového kotouče
uloženého nad otáčejícím se magnetem
- pro otáčivý pohyb využíváme vzájemného působení dvou magnetických polí a to magnetického pole otáčivého magnetu a magnetického pole které vznikne kolem vodiče
Střídavé alternátory s pevným nebo otočným magnetem
- využívají pro svou činnost dvou proměnných veličin
- indukované napětí
- proměnný kmitočet
f= p . n
60
Snímače tlaku

- účel - měření absolutních tlaků
- přetlak
- podtlak
- tlakový rozdíl
- jednotkou tlaku je - Pascal - Pa
tlak který vyvolá síla rovnoměrně rozloženém nevtonu na
1cm2 kolmé působení
- v praxi byl jednotkou tlak při kterém síla jednoho kilopondu na 1cm2
1 At 1At = 9,806 . 104 Pa
- fyzikální atmosféra ATM
760 mm rtuťového sloupce
- přístroje na měření všech čtyř hodnot
a) tlakoměry
b) manometry
- druhy tlakoměrů - nádobkové, plovákové
- prstencové
- Bourdonovy stupnice
- membránové, krabicové, vlnovcové
- pístové
- tepelný vakuometr Piraniho
- aplikace tlakoměrů
- plovákový tlakoměr pro měření rozdílu dvou hodnot tlaků P1
a P2
- P1 a P2 rozdíl má být převeden jako regulovaná veličina do
dalšího regulovaného obvodu
- možné varianty řešení
a) přímočarý pohyb plováku je převeden na otáčivý pohyb „jednoprstencového odporového vysílače“
b) plovák tvoří posuvné jádro diferenciálního indukčního snímače
c) nádobkový tlakoměr s indukčním snímačem nebo s nádobkovým tlakoměrem

Snímače teploty

- používají se u vyhodnocování a programování ohřívacích procesů
( El. pece = odporové, indukční, obloukové)
- účelem sledování a vyhodnocování tepelných procesů je kontinuelní
ohřev na požadovanou teplotu v určitém čase
př.: z 20°C na 80°C ohřev vody v bojleru
- vyhřívací vložka
- jističe
- termostat
- tepelná pojistka
- Q = m . c( v2 - v1 )
- účel snímačů - měření teplot ( tuhých, kapalných, plynných látek )
- teplotu měříme tam kde ji udržujeme na stálé teplotě

- jednotka teploty - K - kelvin 0°C = 273,16 K
- v technické praxi se používá °C
- teploměry - přístroj na měření
- dilatační kapalinový teploměr
- hlavní části a) jímka - shromažďuje se rtuť
b) kapilára - stupnice
c) koncová jímka
- pracovní rozsah je určen bodem tání a varu „teploměrné látky“
- podle druhu teploměrné látky rozlišujeme a)rtuťové
b)alkoholové
- tlakové kapalinové teploměry
- princip : změna tlaku kapaliny v závislosti na teplotě
- činnost jako dilatační
- závislosti tlaku na teplotě je lineáre = přímka

- odporové kovové teploměry a termistory
- princip : změna El. proudu vodiče při změnách teploty
- s teplotou odpor roste Rv = R20 . ( 1+L (v2-v1))
- pro čidlo se používá platinový nebo niklový drátek
- závislost odporu platiny na teplotě je přímková

- termistory
- polovodiče
- podstata je změna El proudu polovodičového materiálu při změně teploty
- odpor s teplotou klesá
- Mg, Ni, kobalt
- tyčové dilatační teploměry
- princip : na základě změny délky způsobenou zvýšenou teplotou se nechá vyhodnotit tepelná změna
- v praxi se používají dvě součásti = tyč, trubka
- jsou souose uloženy a na jednom konci svařeny
- součásti jsou zhotoveny z materiálu který má odlišný součinitel L == Al+ocel, mosaz+ocel
- dvojkovové teploměry
- princip : prohnutí dvojkovového pásku
- materiál - Cu+ Invar
- termoelektriké články
- princip : pracují na termoelektriké napětí
- Seebekův jev

Termoelektrické články

- základní druhy

DRUH Tep. ozn. ROZSAH
měď + konstantan Cu Ko -200° - 400° max. 600°
železo + konstantan Fe Ko -200° - 600° max. 900°
nichrom nikl Ni Cr 0° - 900° max. 1200°
chrommelalumel Cr Al 0° - 1300° max. 1600°
platina radium Pt Ra max. 1600°

- charakteristické veličiny
- měrný konec - místo kde jsou dva materiály spojeny a
vystaveny působení tepla
- srovnávací konec - volné konce na které se připojuje
spojovací vedení
svorkovnice - srovnávací konce + spojovací vedení
měřící přístroj - na konci spojovacího vedení
- termoelektrický článek s kompenzačním vedením
- základní hodnotou pro srovnávací konce je tzv. „vztažná hodnota“, podle které se provádí nastavování a udržování termočlánku
- kolísá-li tato teplota vlivem změny okolí, zmenšuje se přesnost měření a ztěžuje se vyhodnocování naměřených hodnot
- přesnost měření - zvětšíme prodloužením termoelektrického článku kompenzační vedení
- termoelektrický článek má tuto sestavu
- TČ
- svorkovnice
- kompenzační vedení
- svorkovnice
- spojovací vedení
- měřící přístroj
- kompenzační vedení
- je provedena jako dvouvodičové ze stejného materiálu jako TČ
- v některých případech se neprovádí kompenzační vedení ze stejného materiálu ale z jiných které vykazují v určitém rozmezí ( 0 - 200°), stejné termoelektrické napětí jako TČ

- aplikace TČ
- využití - nejrozšířenější aplikací je přístroj „pyrometr“
- je to bezdotykový teploměr založený na měření tepla vyzařovaným do chladnějšího okolí
- radiační pyrometr
a) je založen na využití částečného radiačního záření
Féryho
b) je založen na využití veškerého radiačního záření
Pyro
- měřený rozsah
a) Féry - 600° - 1200°
b) Pyro - 900° - 1800°
- princip pyrometrů je, e soustřeďují teplo vyzářené tělesem pomocí čočky nebo kulového zrcadla na TČ, ze vzniklého termoelektrického napětí se zjistí teplota ( měřící přístroj je kalibrován ve °C )
- druhý tip přístroje - pyrometrů
- využívá ke svým účelům pouze záření o jednotné vlnové délce ( landa ), které soustřeďuje specielními filtry
- tento tip vyžaduje náročné optické záření
optické pyrometry
- delší tipy pyrometrů
- využívají částečné záření, jsou pyrometry vyráběné Metra Blansko
- princip měření spočívá v tom, že pomocí žhavícího vlákna žárovky nastavíme takový proud při kterém je jas vlákna stejný jako jas měřeného oběktu
- stupnice měřícího přístroje je kalibrována ve °C
- výhodou je měření vysokých teplot až 3500°C s velkou přesností ( + - 35°C )

Snímače osvětlení

- snímače optických veličin
- fotoluministence - jede z fotoelektrických jevů
- převod infračerveného záření do vyditelného spektra
- absorpce - způsobuje ohřev materiálu
- vnější fotoelektrický jev - způsobuje výstup elektronů z
povrchu látek
- vnitřní fotoelektrický jev - absorpcí vznikají uvnitř látky
ionizaci atomů nadbytečné nosiče +

- druhy snímačů
a) fotoodpor - využívá El. vodivosti polovodičových materiálů
působením světla
- Cd S, Cd Se
- nevýhody - vykazují setrvačnost, nelineární průběh citlivosti, závislost na teplotě
- výhody - jednoduchý prvek, často používaný
b) fotodioda - výhodou je velká citlivost, zatížitelnost a stálost
- mezní kmitočet reakce 50kHz
- lavinová dioda ( PIN ) - vylepšená fotodioda, větši Hz
c) fototranzistor - fotoelektrický prvek v němž proud je vzniklí
absorpcí, zesílen tranzistorovým jevem
d) fototyrystor - 4 vrstvá struktura se 3 přechody PN
e) optran - prvek který odděluje galvanicky obvody

Převodníky

- výstupní signály snímačů jsou velice rozmanité
- mechanický pohyb
- tlak tekutiny a síla
- elektrické veličiny - U, I, R
- druh výstupního signálu je dán měřící metodou
a) pneumatické převodníky
- s pohybovým výstupním signálem
- se silovým výstupním signálem
b) elektrické převodníky
- s pohybovým výstupním signálem
- se silovým výstupním signálem
- s elektrickým výstupním signálem

- převodníky jednotných signálů
- tyto převodníky umožňují spojit výhody pneumatických a hydraulických regulačních systémů, z nichž každý má své přednosti a nedostatky
- Elektro - pneumatické převodníky
- konstruují se obvykle na základě silového vyrovnání elektrické a pneumatické soustavy
- energii získává z centrálního rozvodu - vzduch
- Elektro - hydraulické převodníky
- na rozdíl od předchozích převodníků, se tyto zařazují pouze před servo motor
- vlastní zdroj energie - olej
1. analogově - číslicové ( digitální ) převodníky AD
a) přímé - zkvantovávání měřené veličiny jejichž vstupem je počet kvant Uk
kompenzační
komparační
b) nepřímé - tj. mezi převodem měřené veličiny na čas nebo frekvenci
AD je elektronický systém převádějící spojitě proměnný vstupní signál ( Um ) na posloupnost číselných hodnot
a) přímé
Uk Um

q = Uk - stupňovité

b) nepřímé
Ui
Um

- lineární

- přímé AD kompenzačního tipu porovnávají měřené napětí Um s kompenzačním napětím Uk, které je vytvářeno přírůstkovou metodou
- přímé AD kompenzační je nejrychlejším převodníkem
převod proveden v jediném taktu
- princip spočívá v převodu porovnání Um
- nepřímé AD převodníky
- s jednotaktní integrací
- s dvojtaktní integrací
2. číslicové - analogové převodníky DA
- používají se k převodu vstupní číslicové hodnoty v lineárním kódu na odpovídající výstupní hodnotu spojitého signálu
a) DA s vahovými odpory
b) AD s odporovou sítí R -