Snímače I Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz 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 /7 Autor Ing. František Kocián Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-Au/2-EL-3/11 Název DUM Snímače I Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-41-L/52 Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika Vyučovací předmět Automatizace Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 19 – 20 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: Základní pojmy, dělení dle fyzikálního principu, měření veličin, rušení snímačů, odrušení snímačů, mechanicko – silové deformační členy pro tlak, snímače průtoku clonou Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Základní pojmy, dělení dle fyzikálního principu, měření veličin, rušení snímačů, odrušení snímačů, mechanicko – silové deformační členy pro tlak, snímače průtoku Datum 7. 8. 2013

Snímače I Náplň výuky Základní pojmy Dělení dle fyzikálního principu Měření veličin Rušení snímačů Odrušení snímačů Mechanicko – silové deformační členy pro tlak Snímače průtoku clonou

Základní pojmy Snímač – znamená označení pro technické zařízení, které je určeno pro snímání a detekci různých fyzikálních veličin, vlastností látek a technických stavů v mnoha oborech lidské činnosti. Snímač je 1. člen řídicího řetězce ⇒ závisí na jeho kvalitě. Někdy se slučuje ještě s transformačním a přenosovým členem – pak jej nazýváme převodník např. převodník teploty v sobě zahrnuje odporový snímač, můstek a zesilovač s výstupem 4 ž 20 mA). Senzor – (z anglického sensor, tentýž význam mají nepřejaté výrazy čidlo nebo snímač) je obecně zdroj informací pro nějaký řídící systém (například mozek), v užším slova smyslu technické zařízení (součástka), které měří určitou fyzikální nebo technickou veličinu a převádí ji na signál, který lze dálkově přenášet a dále zpracovat v měřicích a řídících systémech. Nejčastěji jde o elektrický signál (časový průběh napětí nebo proudu); pokud měřená veličina není elektrická, hovoříme o elektrickém měření neelektrické veličiny.

Dělení dle fyzikálního principu Aktivní (generátorové) Při působení měřené (neelektrické) veličiny se chovají jako zdroj energie termoelektrické fotoelektrické indukční piezoelektrické pyroelektrické Obr. 1: Termoelektrické čidlo

Dělení dle fyzikálního principu Pasivní (parametrické) Při působení měřené (neel.) veličiny se mění některý parametr Mechanicko-silové (síla způsobuje pružnou deformaci) Odporové Indukčnostní Magnetické Kapacitní Ionizační Hallovy Polarografcké Obr. 2: Hallovo čidlo

Měření veličin Snímače tvoří vazební členy mezi technickým zařízením a jeho řídícím systémem. Technická veličina na vstupu snímače může být měřena dvěma způsoby: přímo, na základě její definice (např. měření objemu) nepřímo Nepřímá metoda – měřicí metoda, při níž se hodnota veličiny získává měřeními (prováděnými přímými měřicími metodami) jiných veličin, vázaných na měřenou veličinu známým vztahem. Příklady nepřímé metody: měření hustoty tělesa na základě měření hmotnosti a objemu, měření elektrického odporu na základě měření proudu a napětí, měření rychlosti na základě měření dráhy a času.

Měření veličin Použití elektrických veličin má následující důvody: Možnost dálkového přenosu dat včetně jejich soustředění do centra Snadné provádění operací s elektrickými signály Možnost použití unifikovaného regulačního obvodu při řízení libovolné technické veličiny Vysoká citlivost s použitím techniky zesilování elektrických signálů, bezdotyková měření, rychlá reakce elektrických snímačů Obr. 3: Blokové schéma snímače

Rušení snímačů Rušivý signál je generován nesprávnou nebo nežádoucí funkcí elektrických zařízení. Může to být i signál původně žádoucí, vyskytující se na nesprávném místě. Vnějšími poruchovými veličinami jsou především teplota, tlak, elektrické a magnetické pole okolí. Dále je nutné respektovat vazby snímače na navazující prvky měřené soustavy i rozhraní řídícího systému. V prostředí domácností a kanceláří vznikají rušivé signály na komutátorech univerzálních motorků drobných elektrických spotřebičů, ventilátorů, mixerů, ručního elektrického nářadí. Rušivý signál se šíří jak elektromagnetickým zářením, tak po elektrorozvodné síti. Častým zdrojem rušení jsou nekvalitně vyrobené měniče napětí, které pracují s frekvencemi desítek kHz. Bývají to spínané zdroje malého napětí nebo elektronické předřadníky zářivek. Rušení se může šíři galvanickou, kapacitní, induktivní vazbou nebo elektromagnetickým zářením (v přímé nebo sekundární vazbě).

Rušení snímačů Zpětné působení snímače na měřící proces příkladem dotykového teploměru, snižujícího teplotu měřícího místa. Zpětné působení rozhraní připojeného ke snímači je dáno např. jeho zatěžovací impedancí nebo rušivými signály vedení. Obr. 4: Zdroje poruchových veličin

Odrušení snímačů Odrušení je soubor opatření k zamezení vzniku nebo šíření rušení a současně ke zvýšení odolnosti elektronického zařízení proti vlivům rušivých signálů. Schopnost elektronického zařízení nerušit jiná zařízení a odolávat rušení zvnějšku se nazývá elektromagnetická kompaktabilita (EMC). Kompenzační snímač – používá se tehdy, jestliže lze realizovat snímač převádějící rušivou veličinu na měronosnou samostatně. Diferenční snímač – využívá dva měřící elementy, jejichž signály měronosné veličiny mají opačná znaménka, zatímco poruchový signál má znaménka totožná. Obr. 5: Kompenzační snímač Obr. 6: Diferenční snímač

Odrušení snímačů Zpětnovazební převodník – v některých případech ( zejména u snímačů tlaku a síly) kompenzuje přímo měřenou neelektrickou veličinu. Metoda filtrace poruchového signálu se používá jen tehdy, když se spektrum rušivého signálu nepřekrývá se spektrem měřené veličiny. Obr. 8: Snímač s filtrací poruchových signálů Obr. 7: Blokové schéma snímače ze zpětnovazebním převodníkem

Mechanicko – silové deformační členy pro tlak Vetknutá membrána měřený tlak p deformuje membránu vyhodnocujeme Δl např. kapacitním tenzometrem Δl = k * p k – závisí na tloušťce Obr. 9: Snímač s vetknutou membránou

Mechanicko – silové deformační členy pro tlak Bourdonova trubice Δl vyhodnocujeme odporovým snímačem Δl = k * p Geometrie clony dána normou vyhodnocujeme tlakový rozdíl Δp = p1 – p2 průtok Q velmi používané např. pro páru přesnost 2 % v1 = 0,5 ÷ 5 m/s   Obr. 10: Snímač průtoku clonou Obr. 11: Clonka

Kontrolní otázky: Snímač? Znamená označení pro technické zařízení, které je určeno pro snímání a detekci různých fyzikálních veličin, vlastností látek a technických stavů v mnoha oborech lidské činnosti. Druh signálu přenášený spojem - analogový, číslicový, Pro binární (dvojúrovňový) signál je přenosová a modulační rychlost stejná Schopnost elektronického zařízení nerušit jiný signál 2. Nepřímá metoda? Metoda – při níž se hodnota veličiny získává měřeními jiných veličin, vázaných na měřenou veličinu známým vztahem Hodnoty nelze měřit musíme přepočítat Sled vysílaných a přijímaných impulsů není časově vázán 3. Kompenzační snímač? Používá se tehdy, jestliže lze realizovat snímač převádějící rušivou veličinu na měronosnou samostatně. Umožňuje přenášet data pouze po bitech Využívá dva měřící elementy, jejichž signály měronosné veličiny mají opačná znaménka.

Kontrolní otázky – řešení Snímač? Znamená označení pro technické zařízení, které je určeno pro snímání a detekci různých fyzikálních veličin, vlastností látek a technických stavů v mnoha oborech lidské činnosti. Druh signálu přenášený spojem - analogový, číslicový Pro binární (dvojúrovňový) signál je přenosová a modulační rychlost stejná Schopnost elektronického zařízení nerušit jiný signál 2. Nepřímá metoda? Metoda – při níž se hodnota veličiny získává měřeními jiných veličin, vázaných na měřenou veličinu známým vztahem Hodnoty nelze měřit musíme přepočítat Sled vysílaných a přijímaných impulsů není časově vázán 3. Kompenzační snímač? Používá se tehdy, jestliže lze realizovat snímač převádějící rušivou veličinu na měronosnou samostatně Umožňuje přenášet data pouze po bitech Využívá dva měřící elementy, jejichž signály měronosné veličiny mají opačná znaménka.

Seznam obrázků: Obr. 1: Termoelktrické čidlo [online]. [vid. 9.8.2013]. Dostupný na WWW: http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRIczsnNX8N8k43IRcS8hUcAZC32XY Obr. 2: Hallovo čidlo [online]. [vid. 9.8.2013]. Dostupný na WWW: http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRcDFivFgcTNA3X3T5fkYzFBGa8JY Obr. 3: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Pres a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 Obr. 4: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., Obr. 6: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., Obr. 7: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., Obr. 8: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., Obr. 9: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., Obr. 10: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., Obr. 11: CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s.,

Seznam použité literatury: [1] Automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupný na WWW: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf [2] CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6 [3] NĚMEC, Z., Prostředky automatického řízení (Elektrické), skripta VUT Brno, 2002

Děkuji za pozornost 