1. KLASYFIKACJA PRZETWORNIKÓW
Stosowane są różne kryteria podziału przetworników pomiarowych:
1. Kryterium: sposób przetwarzania sygnału pomiarowego:
• przetworniki rodzaju sygnału;
• przetworniki wartości sygnału;
2. Kryterium: złożoność procesu przetwarzania:
• przetworniki proste;
• przetworniki złożone.
3. Kryterium: struktura przetwarzanych wielkości fizycznych:
a) analogowe (A)
c) analogowo-cyfrowe (AC)
b) cyfrowe (C)
d) cyfrowo-analogowe (CA).
Wielkość analogowa - wielkość ciągła - może przyjmować nieskończenie różniących się od siebie o nieskończenie małe przyrosty. Wielkość przyjmuje tylko ściśle określone wartości różniące się miedzy sobą o skończone wartości przyrostu.
Najmniejszy możliwy przyrost - elementarny kwant (ziarno) wielkości
4. Kryterium: rodzaj wielkości fizycznej otrzymanej na wyjściu:
• przetworniki mechaniczne;
• przetworniki pneumatyczne;
• przetworniki optyczne;
• przetworniki elektryczne;
5. Kryterium: źródło energii zaangażowanej w procesie przetwarzania:
• generacyjne (czynne); Y = f (X)
• parametryczne (bierne). Y = f (X, e)
2. TERMOMETRY TERMOELEKTRYCZNE
Termometr termoelektryczny składa się z sensora (ogniwa) termoelektrycznego i mikrowoltomierza magnetoelektrycznego o dużej rezystancji wewnętrznej. Termoelement (termoogniwo) składa się z dwóch różnych przewodników lub półprzewodników spojonych ze sobą w jednym końcu.
W termoogniwie złożonym z dwóch metali A i B połączonych w punkcie M, pojawia się siła termoelektryczna E
Termoelementy wykonuje się z drutu o średnicy 1,5¸3 mm dla metali nieszlachetnych i około 0,5 mm dla szlachetnych. W praktyce pomiarowej najczęściej stosowane są następujące termoelementy: miedź – (+) konstantan (Cu-Ko) w zakresie –200 do +500°C, Żelazo – (+) konstantan (Fe-Ko) do +800°C, chrom–nikiel – (+) nikiel (CrNi–Ni) do +1100°C, platyna–rad – (+) platyna (PtRh-Pt) do +1600°C, wolfram – (+) grafit (W-C) do +2000°C.
3. TERMOMETRY REZYSTANCYJNE METALOWE
Funkcjonowanie ich oparte jest na wykorzystaniu zależności rezystancji metali i półprzewodników od temperatury, które przetwarzane zostają w odpowiednich elektrycznych układach pomiarowych na sygnał elektryczny.
Dodatni współczynnik temp. Rezystancji metali , np. platyny
Sensory niklowe i miedziane są na ogół mniej dokładne niż platynowe. Charakterystyka sensora niklowego jest nieco nieliniowe, zaś charakterystyki sensorów z miedzi i platyny są liniowe w szerokim zakresie, przy czym powtarzalność sensora platynowego jest lepsza niż miedzianego.
Stosowany jest do pomiaru temperatury obojętnych gazów i cieczy o izolacyjnych właściwościach; odznacza się małą stałą czasową, cechują się dobrą odpornością na wstrząsy i wibracje dzięki sprężystości obudowy.
4. TERMOMETRY REZYSTANCYJNE PÓŁPRZEWODNIKOWE
Dodatni współczynnik temp. Rezystancji półprzewodników , np. krzemu tzn. rezyst. wzrasta ze wzrostem temp.
W charakterze złącza półprzewodnikowego wykorzystano diodę sygnałową krzemową. Złącza takie można stosować do pomiarów temperatury od ok. -50°C do ok. 150°C. zastosowanie jako termistory NTC, PTC, CTR
5. PIROMETRY
Bezstykowe przyrządy do pomiaru temperatury zwane pirometrami umożliwiają pomiar temperatury powierzchni ciał wykorzystując ich zdolność promieniowania, która jest zależna od temperatury. Termometry bezstykowe – odległościowe umożliwiają pomiar bez zakłóceń istniejącego pola temperatury.
Zakres długości fal promieniowania wykorzystywanego w bezstykowych pomiarach temperatury (pirometria) zawiera się w granicach od ok. 0,4 do 20 mm. Jest to zakres promieniowania widzialnego i podczerwonego. W zależności od wybranego do pomiaru zakresu długości fal z podanego wyżej przedziału rozróżnia się: termometry optyczne (pirometry) całkowitego promieniowania częściowego promieniowania i termometry optyczne do oznaczania temperatur wg barwy ciała.
Pirometr optyczny całkowitego promieniowania
Zasada działania pirometrów całkowitego promieniowania, zwanych radiacyjnymi, opiera się na pomiarze natężenia promieniowania całkowitego zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna. Ilość energii wymienianej przez promieniowanie między dwoma doskonale czarnymi ciałami zależy jedynie od temperatury powierzchni tych ciał.
Pirometr optyczny całkowitego promieniowania z detektorem termo elementowym może być użyty do pomiaru temperatury powyżej 800°C, a przy zastosowaniu termoelementu wielokrotnego można obniżyć dolny zakres pomiarowy do 100°C i niżej.
Pirometr dwubarwowy
Barwa ciała wysyłającego promieniowanie cieplne widzialne - poczynając od ciemnoczerwonej - zależy od temperatury. Własność tę wykorzystuje się w pirometrach dwubarwowych. Oko ludzkie jest czułe na zmiany barw, stąd przez porównanie barwy danego ciała z barwa ciała doskonale czarnego o znanej temperaturze można określić temperaturę.
6. KAMERY TERMOWIZYJNE
termowizja - czyli obserwacja w podczerwieni, wykorzystuje zjawisko emitowania przez powierzchnię średnio i długofalowego promieniowania podczerwonego (0.8 mm - 1 mm). Takie ślady "cieplne" można zarejestrować i udokumentować. Często wykorzystuje się przy tym technikę cyfrową. Odbiornik podczerwieni rejestruje promieniowanie i przetwarza je na sygnał elektroniczny, który następnie biegnie do komputera i tam może zostać poddany dalszej obróbce i analizie.
7. METODY POMIARU WILGOTNOŚCI
8. POMIARY ELEKTROCHEMICZNE POMIAR pH
Skala pH to ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na stężeniu jonów wodorkowych [H+] w roztworach wodnych. Dokładnie jest to: pH = -log10[H+]czyli minus logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorkowych wyrażonych w molach na litr. Woda destylowana ma pH równe 7, chociaż w rzeczywistości będzie ono zwykle niższe ze względu na zakwaszający efekt dwutlenku węgla - gazu zawartego w powietrzu, który dobrze rozpuszcza się w wodzie. W praktyce używa się zwykle papierków nasączonych mieszaniną substancji wskaźnikowych, które zmieniają kolor w szerokim zakresie pH. Dokładniejszych pomiarów pH dokonuje się metodą potencjometryczną. Wykorzystuje się w niej fakt, że, zgodnie z teorią sformułowaną przez Nernsta, siła elektromotoryczna ogniwa o identycznych elektrodach, lecz umieszczonych w roztworach o różnych stężeniach jonów wodorowych, jest proporcjonalna do logarytmu stosunku tych stężeń. Tak więc, zanurzając jedną elektrodę w roztworze o znanym pH, jesteśmy w stanie obliczyć pH drugiego roztworuElektroda szklana, najbardziej popularna elektroda jonoselektywna, służąca do pomiaru pH roztworu. Membrana (w kształcie kulistej bańki) wykonana jest z odpowiedniego szkła przenikalnego tylko dla jonów hydroniowych.Wewnątrz bańki szklanej znajduje się roztwór o określonej aktywności tych jonów, do którego wprowadzona jest elektroda kalomelowa lub chlorosrebrowa, spełniająca rolę kontaktu elektrycznego. Stosunek aktywności jonów wodorowych po obydwu stronach bańki szklanej (określony poprzez pomiar siły elektromotorycznej) pozwala wyznaczyć pH roztworu.
9 Pomiary elektrochemiczne – pomiar konduktywności
Zestaw pomiarowy służy do ciągłego pomiaru konduktywności cieczy. Zbudowany jest z przetwornika pomiarowego M1300 (jednotorowy) lub M2330 (dwutorowy), który przetwarza sygnał emitowany przez sondę zanurzoną w cieczy, za pośrednictwem przedwzmacniacza pomiarowego P-C, umożliwiającego oddalenie sondy pomiarowej od przetwornika na odległość do 200m. Sonda pomiarowa zainstalowana może być w głowicy przepływowej MP130 lub nurnikowej MN130
Zakresy pomiarowe:
-> pomiar konduktywności:
0...10μS/cm
0...100μS/cm
0...1mS/cm
0...10mS/cm
0...100mS/cm
0...200mS/cm
-> pomiar temperatury:
-10...+110 şC
10 Pomiary energii cieplnej
Przelicznik skompensowanego przepływu i energii cieplnej pary umożliwia pomiar przepływu i energii pary przegrzanej lub nasyconej oraz wody zgodnie z zaleceniami IAPWS-IF97 w zakresie roboczym temperatury od 0 º C do 800º C i ciśnienia absolutnego od 0,05 MPa do 16,52 MPa. W przypadku układów pomiaru przepływu i energii innych płynów obliczenia prowadzone są w zakresie wartości tabelarycznych wprowadzonych przez użytkownika, przy czym zarówno gęstość jak i entalpia właściwa jest funkcją temperatury.
Ciepłomierz ultradźwiękowy jest stosowany do pomiaru ciepła w małych i średnich układach ciepłowniczych i węzłach. Typowe zastosowania to opomiarowanie jedno- lub wielorodzinnych domów, biur lub mieszkań. Licznik ten cechuje bardzo prosty montaż, odczyt i legalizacja. Przepływ mierzony jest za pomocą metody, opartej na pomiarze różnic między czasami przebiegu sygnałów ultradźwiękowych od nadajnika do odbiornika, a wszystkie zmierzone wartości, informacje na wyświetlaczu, kalkulacje i komunikacja są kontrolowane mikroprocesorem. Pomiar ultradźwiękowy i technologia mikroprocesorowa, są podstawami konstrukcji nowoczesnych ciepłomierzy. Wszystkie obwody liczące, układy pomiaru temperatury i przepływu, są zabudowane na jednej płycie, co daje nie tylko kompaktową konstrukcję, ale również zapewnia optymalną dokładność i wysoki stopień wiarygodności pomiaru. Dwukierunkowa, ultradźwiękowa technika pomiaru przepływu, oparta na precyzyjnym pomiarze różnicy czasu, uznawana jest za najlepszą obecnie dostępną metodę, wykorzystywaną w wysokiej klasy urządzeniach o długiej żywotności i stabilnościpomiaru. Dwie głowice ultradźwiękowe wysyłają w tym samym czasie sygnały biegnące w przeciwnych kierunkach, z których jeden podąża zgodnie z kierunkiem przepływu wody,a drugi w kierunku przeciwnym. Sygnał podążający zgodnie z kierunkiem przepływu wody, zostanie odebrany wcześniej przez przeciwległą głowicę niż sygnał idący “pod prąd”. Różnica czasu mierzona pomiędzy kolejnymi sygnałami zostaje przeliczona na prędkość przepływu walca objętości w odcinku pomiarowym, co wyraża przepływ wody w czasie pomiaru.
licznik strumienia masy i ciepła pary nasyconej. Typowy obszar zastosowań obejmuje aplikacje użytkowe i procesowe w przemyśle
11 Tensometry – budowa, zasada działania, zastosowanie
Mianem tensometrów określa sie elementy rezystancyjne z metalu lub półprzewodnika, w postaci
cienkich drutów, folii bądź cienkich nici, które pod wpływem deformacji zmieniają wymiary geometryczne
lub rezystywność, a odpowiednio do tego - rezystancje. Tensometry wykorzystuje sie do pomiaru
naprezen, sił, przesuniec, cisnien, drgan itp.
Typowy tensometr metalowy ma postac cienkiego drutu (_=10÷50 μm), naklejonego na izolacyjnej
podkładce nosnej lub cienkiej (2÷20 μm) warstwy metalu (folii, sciezki) naniesionej na podkładce z
papieru, celuloidu czy innego izolacyjnego tworzywa. Całosc nakleja sie - zazwyczaj klejem dołaczonym
do tensometru przez producenta i zgodnie z podana przez niego technologia - na konstrukcje podlegajaca
odkształceniom.
12 Przetworniki indukcyjnościowe
Zasada działania przetworników indukcyjnościowych polega na wykorzystaniu zmian indukcyjności własnej i wzajemnej ich obwodów elektrycznych pod wpływem przetwarzanej wielkości. Wielkością tą jest najczęściej przesunięcie zmieniające geometrię obwodu magnetycznego, głównie wymiary szczeliny powietrznej, ale nie tylko.
Pod względem budowy przetworniki indukcyjnościowe można podzielić na impedancyjne oraz transformatorowe, przy czym przetwornik należący do każdej z tych grup może być przetwornikiem dławikowym, solenoidalnym wiroprądowym lub magnetosprężystym, jak też czujnikiem pojedynczym (prostym) i różnicowym.
Przetworniki indukcyjnosciowe sa stosowane do pomiaru przesuniec, wymiarów geometrycznych, sił, naprezen, cisnien i wielu innych wielkosci, które mozna powiazac z wyzej wymienionymi.
13 Przetwornik magnetoidukcyjny
Zasada działania przetworników magnetoindukcyjnych polega na tym, ze siła elektromotoryczna e indukowana w uzwojeniu cewki o z zwojach przez skojarzony z nią strumień magnetyczny _ magnesu trwałego, proporcjonalna do szybkości zmian strumienia, jest zależna od prędkości ruchu cewki, magnesu lub innego elementu ferromagnetycznego, mającego wpływ na zmianę strumienia
Magnetoindukcyjny przetwornik przepływu jest przeznaczony do pomiaru natężenia przepływu cieczy zanieczyszczonych i/lub lepkich o przewodności nie mniejszej niż 20 μS/cm. Przetwornik znajduje zastosowanie w układach regulacji.
Przetworniki magnetoindukcyjne sa powszechnie stosowane jako przetworniki prędkości obrotowej, tzw. tachometry, będące w istocie miniaturowymi prądnicami stało- lub zmiennoprądowymi.
Przetworniki magnetoindukcyjne wykorzystuje się tez jako przetworniki przepływu cieczy przewodzących.
14 Przetwornik pojemnościowy
Działanie przetworników pojemnosciowych polega na wykorzystaniu zmian pojemnosci kondensatora zachodzacych pod wpływem wielkosci mierzonej. Wielkosc mierzona może oddziaływac na jeden z trzech elementów, od których zalezy pojemnosc kondensatora, tzn. na:
- powierzchnie czynna S elektrod,
- ich odległosc d,
- wypadkowa przenikalnosc dielektryka =.ε
Przetworniki pojemnosciowe sa stosowane do pomiarów przesuniec, wymiarów geometrycznych, sił,
grubosci powłok niemetalicznych na metalach, wilgotnosci, składu chemicznego substancji itp.
15 Przetwornik piezoelektryczny
Zasada działania przetworników piezoelektrycznych polega na wykorzystaniu właściwości piezoelektrycznych, jakie maja niektóre kryształy, a polegajacych na tym, ze przy deformacji kryształu w granicach sprezystosci (np. przy sciskaniu lub rozciaganiu) na odpowiednich jego sciankach pojawiaja się ładunki elektryczne; usuniecie deformacji powoduje zanik ładunku.
Przetwornik piezoelektryczny mozna traktowac jako sterowane zródło pradowe
Stosowane są obecnie do pomiarów ciśnienia gazów, objętości cieczy i ciężaru ciał stałych. W praktyce czujniki ciśnienia stosuje się w pomiarach w procesach przemysłowych, pomiarach akustycznych, zliczaniu przejeżdżających przez autostradę samochodów, badaniach eksplozji bomb, a nawet podczas prób z silnikami rakietowymi!
16 Czujniki przyśpieszenia
Element do pomiaru przyspieszeń, prędkości i pozycji obiektów ruchomych.
Najbardziej oczywistym przykładem zastosowań mierników czy też czujników przyspieszenia są wyzwalacze poduszek powietrznych w samochodach. Rzecz nie tylko w tym, żeby niezawodnie wyzwolić poduszkę − praktyka dowiodła, iż nazbyt często poduszki zostają uruchomione nie− potrzebnie. Precyzyjne mierniki przyspieszenia i współpracująca elektronika zadbają, by poduszki zostały uruchomione tylko w razie rzeczywistej potrzeby. W samochodach czujniki przyspieszenia znajdują zastosowanie także w urządzeniach sygnalizacyjnych oraz alarmowych.
17 Czujniki dźwięku i drgań– budowa, zasada działania
Przy pomiarach parametrów drgań (tj. przemieszczeń, prędkości i przy...
Szeregowy2013