Senzory vstupních veličin a akční členy Střední odborná škola Otrokovice Senzory vstupních veličin a akční členy Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /4 Autor Ing. František Kocián Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-AE-EP/3-EL-6/20 Název DUM Senzory vstupních veličin a akční členy Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-57-H/01 Obor vzdělávání Autoelektrikář Vyučovací předmět Elektropříslušenství Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 17 – 18 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: Druhy senzorů (snímačů), základní rozdělení snímačů, měření signálů snímačů, akční členy Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Základní pojmy, druhy senzorů, měření signálů snímačů, akční členy Datum 25. 5. 2013

Senzory vstupních veličin a akční členy Náplň výuky Základní rozdělení senzorů (snímačů) Základní rozdělení signálů Druhy senzorů (snímačů) Kontaktová čidla Lambda sonda Snímač s Hallovým generátorem Odporový snímač Indukční snímač Optoelektrický snímač Piezoelektrický snímač Akční členy

Druhy elektrických signálů Analogové signály jsou v čase spojité, tzn., že mezi každými dvěma různými hodnotami signálu leží nekonečné množství dalších hodnot Obr. 1: Průběh analogového signálu

Druhy elektrických signálů Digitální signály jsou v čase nespojité, tzn., že mezi každými dvěma různými signály leží určitý konečný počet dalších hodnot. Velmi často se vyskytuje binární signál, u něhož se vyskytují pouze dvě hodnoty (např. 0 a I). Obr. 2: Digitální signál

Snímače Snímač obecně znamená označení pro technické zařízení (funkční prvek), které je určeno pro snímání a detekci různých fyzikálních veličin, vlastností látek a technických stavů. Registruje určitou fyzikální veličinu a převádí ji na jinou, zpravidla elektrickou. Snímač je také někdy označován jako čidlo. Pasivní snímač – potřebuje ke své činnosti zdroj elektrické energie.Mohou být odporové, termistorové, ionizační, kapacitní. Aktivní snímač – nepotřebují žádný zdroj elektrické energie, jsou sami zdrojem. Jsou to termoelektrické, piezoelektrické, elektrochemické atd. Některé snímače, např. indukční nebo fotoelektrické mohou být pasivní i aktivní.

Kontaktová čidla Kontaktová čidla – Jsou vlastně nejjednodušším případem odporového snímače. Při změně sledované neelektrické veličiny dochází ke skokové změně odporu čidla v okamžiku sepnutí nebo rozepnutí jeho kontaktů. Vstupní veličina zde není měřena, pouze je indikován její stav. Působením sledované veličiny dochází ke změně polohy kontaktu, čímž dochází ke změně odporu obvodu. Nejjednodušší provedení jsou kontakty zdvihové, obr. 3a nebo jsou oba kontakty pevné a pohyblivý je kontaktní můstek, obr. 3b. Obr. 3: Kontaktní čidla

Lambda sonda Lambda sonda – zvláštní druh snímače, který slouží k měření obsahu zbytkového kyslíku ve výfukových plynech, což je kritérium pro posuzování dokonalosti spalování. Je senzor montovaný do automobilů vybavených vstřikováním paliva a katalyzátorem výfukových plynů. Toto zařízení určuje součinitel přebytku vzduchu ve výfukových plynech, čím umožňuje řídící jednotce připravovat stechiometrickou směs se součinitelem přebytku vzduchu přibližně λ = 1; to odpovídá 14,8 kg vzduchu na 1,0 kg paliva. 1 – krytka s výřezy 2 – těleso snímače 3 – pouzdro 4 – keramická vložka 5 – průchodka 6 – keramické těleso sondy 7 – vodivá vložka 8 – pružná podložka 9 – vodič Obr. 4: Lambda sonda

Snímač s Hallovým generátorem Snímač s Hallovým generátorem – tento snímač má obdobné vlastnosti jako snímač optoelektrický, ale není citlivý na znečištění. Princip Hallova jevu spočívá v tom, že na stranách polovodičové destičky orientované kolmo ke směru stejnosměrného proudu, který destičkou protéká, vzniká napětí, působí-li na destičku magnetické pole. Tímto napětím lze řídit jednoduchý klopný obvod. Hallův snímač se často používá jako generátor pulsů pro elektronické zapalování. Obr. 5: Snímač a průběh napětí

Odporový snímač Odporový snímač polohy – jednoduchý a spolehlivý snímač k průběžnému sledování polohy je proměnný rezistor v zapojení jako měřicí potenciometr nebo reostat. Působením měřené neelektrické veličiny se mění poloha pohyblivého kontaktu (jezdce) vůči odporové dráze, která je přímočará nebo kruhová. Vhodnou konstrukcí této dráhy lze poměrně snadno dosáhnout různého funkčního průběhu mezi elektrickým odporem a polohou jezdce. Použití potenciometrického snímače je typické např. pro měření obsahu paliva v nádrži. 1 – odporová dráha 2 – jezdec 3 – pevná vzpěra 4 – rameno 5 – plovák Obr. 6: Snímač výšky hladiny paliva

Odporový snímač Odporový teploty – pro měření teplot se nejčastěji používají odporové snímače polovodičové, termistory, nebo odporové snímače kovové. Termistor je polovodičová součástka s výraznou, nelineární závislostí odporu na teplotě. Pokud odpor termistoru s rostoucí teplotou stoupá, nazývá se pozistor, pokud naopak klesá, jedná se o negastor. V praxi se běžně používají jen negastory pod vžitým označením termistor. Obr. 7: odporový snímač teploty

Indukční snímač Indukční snímač – je v podstatě jednofázový generátor. U motorových vozidel se používají nejčastěji k měření úhlové rychlosti otáčivého pohybu, otáček nebo ke sledování polohy. Jsou jednoduché a tudíž i spolehlivé a proto se hojně používají. U těchto elektromagnetických snímačů se mění magnetický tok změnou magnetického odporu magnetického obvodu. Výstupní napětí snímače je úměrné rychlosti pohybující se feromagnetické části. 1 – permanentní magnet 2 – pólový nádstavec 3 – vinutí (snímací cívky) 4 – rotor 5 – vzduchová mezera Obr. 8: indukční snímač

Optoelektrický snímač Optoelektrický snímač – má zdroj viditelného světla nebo polovodičovou diodu (GA), která září v infračervené oblasti. Záření ze zdroje, dopadající na fotodiodu, nebo fototranzistor (PT) je přerušováno vhodnou clonou. Na obr. je znázorněn optoelektrický snímač pro elektronické zapalování. Impulsy z tohoto snímače mají konstantní amplitudu, nezávislou na otáčkách. Obr. 9: Optoelektrický snímač

Piezoelektrický snímač Piezoelektrický snímač – základem činnosti je piezoelektrický jev, při kterém následkem deformace dielektrického krystalu např. tlakem, vznikají na některých jeho plochách elektrické náboje. Obr. 10: Piezoelektrický snímač

Akční členy Akční členy – máme na mysli všechny prvky, které jsou určené k využití zpracovávané informace. Nastavují velikost veličiny, tj. realizují vstup do regulované soustavy. Provádějí akční zásah v regulovaných soustavách a lze je rozdělit na: elektromechanické akční členy (řízené elektrickým polem) hydraulické akční členy (řízené tlakovým kapalným médiem) pneumatické akční členy (řízené tlakovým plynným médiem) speciální akční členy (řízené teplotním polem, magnetickým polem či světlem) Krokový motor – je synchronní točivý stroj většinou napájený impulsy stejnosměrného proudu. Magnetické pole je generováno postupným napájením jednotlivých pólových dvojic. Pohyb rotoru krokového motoru je při nízkých rychlostech nespojitý, rotor se pohybuje mezi stabilními polohami vždy v určitém úhlu – mluvíme o pohybu v krocích. Počet kroků (stabilních klidových poloh) je dán počtem pólových dvojic, rovněž může být ovlivněn způsobem ovládání. K pohybu tohoto motoru je vždy třeba řídící elektronika – ovladač krokového motoru.

Akční členy Krokový motor – je elektronicky řízený více fázový synchronní elektromotor. Jeho rotor se otáčí shodně s frekvencí řídících pulzu, přiváděných na vinutí statoru. Obr. 11. Krokový motor

Kontrolní otázky: Pokud odpor termistoru s rostoucí teplotou stoupá, nazývá se? Rezistor Pozistor Negastor Pracuje indukční snímač jako generátor? Ano – je to v podstatě jednofázový generátor Ne – není zdrojem elektrické energie, potřebuje napájení Ano – potřebuje napájení 12V stejnosměrných Optoelektrický snímač? Má zdroj infračerveného záření Pracuje na principu elektromagnetické indukce Základem je pizoelektrický jev

Kontrolní otázky – řešení Pokud odpor termistoru s rostoucí teplotou stoupá, nazývá se? Rezistor Pozistor Negastor Pracuje indukční snímač jako generátor? Ano – je to v podstatě jednofázový generátor Ne – není zdrojem elektrické energie, potřebuje napájení Ano – potřebuje napájení 12V stejnosměrných Optoelektrický snímač? Má zdroj infračerveného záření Pracuje na principu elektromagnetické indukce Základem je pizoelektrický jev

Seznam obrázků: Obr. 1: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0. Obr. 2: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0. Obr. 3: ŠŤASTNÝ, J.,REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, T. Malina 1994 ISBN 80- 900759-6-7 Obr. 4: ŠŤASTNÝ, J.,REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, T. Malina 1994 Obr. 5: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0. Obr. 6: ŠŤASTNÝ, J.,REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, T. Malina 1994 Obr. 7: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0

Seznam obrázků: Obr. 8: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0 Obr. 9: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0 Obr. 10: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0. Obr. 11: JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel I, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0.

Seznam použité literatury: [1] JAN, Z., KUBÁT, J., ŽDÁNKÝ, B., Elektrotechnika motorových vozidel II, Praha, AVID spol. sr.o., 2002, ISBN 978-80-87143-07-0 [2] ŠŤASTNÝ, J. a REMEK, B., Autoelektrika a autoelektronika, Praha, Nakladatelství T. Malina, 1994, ISBN 80-900759-6-7 [3] CHLEBNÝ, J. a kol., Automatizace a automatizační technika, Coomputer Press a.s. Brno 2009, ISBN 978-80-251-2523-6

Děkuji za pozornost 