3. MĚŘICÍ A ZÁZNAMOVÉ ZAŘÍZENÍ

Experimentální metody – přednáška 3 Měřicí a záznamové zařízení

3.

MĚŘICÍ A ZÁZNAMOVÉ ZAŘÍZENÍ

• 3.1. Komponenty měřicího řetězce • 3.2. Mechanický měřicí řetězec • 3.3. Elektrický měřicí řetězec • 3.4. Varianty realizace analogově číslicového měřicího řetězce


3.1. KOMPONENTY MĚŘICÍHO ŘETĚZCE

budič

testovaný předmět

měřicí a záznamové zařízení - snímá odezvu testovaného předmětu na buzení - snímá parametry buzení - zobrazuje údaje o odezvě - provádí časový záznam údajů o odezvě

měřicí a záznamové zařízení


3.1. KOMPONENTY MĚŘICÍHO ŘETĚZCE úprava - velikost (zesílení) - filtr

snímač

Sledovaná fyzikální veličina Teplota

Fyzikální veličina vhodná pro zobrazení nebo záznam Objem kapaliny

• snímač (senzor, čidlo) - převod sledované fyzikální veličiny na jinou vhodnou ke zobrazení • úprava - změna velikosti veličiny na úroveň potřebnou pro zobrazení - filtr = odstranění nežádoucích složek

zobrazení záznam


3.1. KOMPONENTY MĚŘICÍHO ŘETĚZCE - rozdělení z hlediska funkčního provedení: • mechanické měřicí řetězce Sledovanou veličinu převádí na jinou neelektrickou veličinu vhodnou pro zobrazení (objem kapaliny, deformace)

• elektrické měřicí řetězce Sledovanou veličinu převádí na elektrickou veličinu (napětí, proud, náboj, odpor, indukčnost, kapacita) Ta se pak používá pro zobrazení a záznam


3.2. MECHANICKÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC • Sledovanou veličinu převádí na jinou neelektrickou veličinu vhodnou pro zobrazení (objem kapaliny, deformace) Výhody: - nepotřebují napájecí zdroj, pro činnost využívají energie sledované veličiny - jednoduchost provedení, odolnost Nevýhody: - nelze oddělit místo měření a zobrazení - obtížná možnost automatického záznamu (role papíru + hodinový stroj) - časová nestálost záznamového media - nevhodné pro rychlé děje


3.2. MECHANICKÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC úprava - velikost (zesílení) Tlak

Deformace trubky - posuv volného konce

snímač

zobrazení


3.3. ELEKTRICKÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC

• Sledovanou veličinu převádí na elektrickou veličinu (napětí, proud, náboj, odpor, indukčnost, kapacita) Ta se pak používá pro zobrazení a záznam Výhody: - jednoduché zobrazení a záznam - možnost přenosu informace o sledované veličině na velké vzdálenosti - vhodné i pro velmi rychlé děje Nevýhody: - potřeba napájecího zdroje – elektrické energie - možnost rušení elektromagnetickými poli Z hlediska provedení zobrazení a záznamu lze dále dělit na • 3.3.1. analogové (spojité) • 3.3.2. analogově - číslicové (nespojité) • 3.3.3. číslicové


3.3.1. ANALOGOVÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC napájecí zdroj

převod na el. napětí nebo proud snímač - úprava velikosti - filtr Sledovaná fyzikální veličina

analogové zobrazení analogový záznam

ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ nebo ELEKTRICKÝ PROUD

- elektrická fyz.veličina: napětí, proud, náboj, odpor, kapacita, indukčnost

měřicí magnetofon


3.3.1. ANALOGOVÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC napájecí zdroj

převod na el. napětí nebo proud snímač - úprava velikosti - filtr

analogové zobrazení analogový záznam

výhoda: zobrazení a záznam 100% informace nevýhody: - zobrazení i záznam jsou opět „mechanické“ tj. vyžadují pro svojí činnost mechanický pohyb = malá odolnost proti vibracím, prachu, vlhkosti, …. - časová nestálost záznamového media - ztráta kvality při přenosu informace na velké vzdálenosti - obtížné zpracování analogových dat


3.3.1. ANALOGOVÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC


3.3.2. ANALOGOVĚ –ČÍSLICOVÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC napájecí zdroj Informace v analogové formě

snímač

Sledovaná fyzikální veličina

- převod na el. napětí - zesilovač - filtr - elektrická fyz.veličina: napětí, proud, náboj, odpor, kapacita, indukčnost

Informace v číslicové formě

analogově číslicový převodník

zobrazení záznam

A/D ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ

• A/D převodník nemůže mít na vstupu nic jiného než ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ v konkrétním rozsahu (±10V, ±5V) • úkolem snímače a obvodů úpravy je převést sledovanou fyzikální veličinu na elektrické napětí v daném rozsahu



3.3.2. ANALOGOVĚ –ČÍSLICOVÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC napájecí zdroj

Informace v analogové formě

snímač

- převod na el. napětí - zesilovač - filtr



zobrazení záznam

A/D

výhody: - zobrazení a záznam nemusí mít žádné mechanické díly odolnost proti vibracím, prachu, vlhkosti prakticky neomezená životnost záznamového média - číslicovou informaci lze přenášet na velké vzdálenosti bez ztráty kvality nevýhoda: v A/D převodníku dochází ke ztrátě informace !!!


3.3.3. ČÍSLICOVÝ MĚŘICÍ ŘETĚZEC napájecí zdroj • speciální převodník • přímý převod fyzikální veličiny na číslicovou informaci Sledovaná fyzikální veličina


speciální převodník

zobrazení záznam

• praktické využití jen pro jedinou fyzikální veličinu – změnu polohy, tedy posuvy a rotace • inkrementální snímač Rozlišení stavu „hmota – mezera“

počítadlo pulzů

výhody: - nemá žádnou analogovou část - velká odolnost proti rušení


3.4. VARIANTY REALIZACE ANALOGOVĚ ČÍSLICOVÉHO MĚŘICÍHO ŘETĚZCE napájecí zdroj

snímač



zobrazení záznam

A/D

• 3.4.1. místo měření je shodné s místem zobrazení a záznamu – kompaktní zařízení • 3.4.2. místo měření je rozdílné od místa zobrazení a záznamu – řetězec dělený v analogové části • 3.4.3. místo měření je rozdílné od místa zobrazení a záznamu – řetězec dělený v číslicové části •3.4.4. rozsáhlé systémy


3.4.1. NEDĚLENÝ ŘETĚZEC - KOMPAKTNÍ ZAŘÍZENÍ • jedna veličina

snímač



baterie

zobrazení záznam

A/D napájení el.síť

výhody: - jednoduché použití - velká odolnost proti rušení - napájení z baterie nebo el. sítě

nevýhody: - nelze oddělit místo měření a místo zobrazení - jednoúčelové zařízení, pro každou veličinu (skupinu veličin) je třeba samostatné zařízení


3.4.1. NEDĚLENÝ ŘETĚZEC - KOMPAKTNÍ ZAŘÍZENÍ • více veličin • paralelní použití více kompaktních zařízení

snímač


analogově číslicový převodník A/D

zobrazení záznam napájení el.síť

baterie

snímač


analogově číslicový převodník A/D

zobrazení záznam

baterie

nevýhody: - rozdílná místa zobrazení a záznamu - obtížná synchronizace měření na paralelních zařízeních

napájení el.síť

Experimentální metody – přednáška 3 4. Měřicí a záznamové zařízení

3.4.1. NEDĚLENÝ ŘETĚZEC - KOMPAKTNÍ ZAŘÍZENÍ • příklady


4.3.2. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ANALOG. ČÁSTI – SAMOSTATNÝ SNÍMAČ • jedna veličina

snímač

napájení el.síť

výhody:

převod na el. napětí - zesilovač - filtr


zobrazení záznam

A/D

napájení el.síť

varianta 1: napájení snímače ze zařízení – optimální řešení varianta 2: napájení snímače ze samostatného zdroje – pozor na správné zapojení více napájecích zdrojů

- jednoúčelové (jednokanálové) zařízení - univerzální vícekanálové zařízení + sada různých snímačů - možnost jednoduchého snímače – velký rozsah okolní teploty, odolnost proti mech. vlivům

nevýhody: - nejhorší varianta z hlediska rušení (vhodné spíše jen do laboratorních podmínek) - omezená vzdálenost mezi snímačem a „zbytkem“ řetězce (jednotky metrů) - pečlivé provedení kabeláže mezi snímačem a zesilovačem


4.3.2. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ANALOG. ČÁSTI – SAMOSTATNÝ SNÍMAČ • více veličin

snímač


snímač


snímač

• dvě až stovky veličin



zobrazení záznam

Napájení el.síť


4.3.2. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ANALOG. ČÁSTI – SAMOSTATNÝ SNÍMAČ


4.3.2. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ANALOG. ČÁSTI – SNÍMAČ A ZESILOVAČ • jedna veličina

snímač

převod na el. napětí - úprava velikosti - filtr


zobrazení záznam

A/D

napájení el.síť

varianta 1: napájení ze zařízení

napájení el.síť

varianta 2: napájení snímače ze samostatného zdroje – pozor na správné zapojení více napájecích zdrojů

• v současnosti bouřlivě se rozvíjející varianta – miniaturizace elektroniky umožňuje zabudovat zesilovač do těla snímače

výhody: - dobrá varianta z hlediska rušení – lze použít v průmyslovém prostředí - přenos standardního signálu 0–10 V nebo 4-20mA - relativně velká vzdálenost mezi místem měření a zobrazení (stovky metrů) - malé nároky na propojovací kabel

nevýhoda: - snímač obsahuje „elektroniku“ - omezená odolnost proti mech. vlivům, teplotě,..


4.3.2. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ANALOG. ČÁSTI – SNÍMAČ A ZESILOVAČ • více veličin

snímač


napájení el.síť

snímač


zobrazení záznam

A/D


napájení el.síť

• dvě až stovky veličin

napájení el.síť


4.3.2. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ANALOG. ČÁSTI – SNÍMAČ A ZESILOVAČ


4.3.3. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ČÍSLICOVÉ ČÁSTI • jedna veličina převod na el. napětí - úprava velikosti - filtr

snímač


varianta 1 – přímé propojení

kodér

dekodér

zobrazení záznam

A/D

napájení el.síť

varianta 2 – síť ethernet

• opět bouřlivě se rozvíjející varianta

výhody: - nejlepší varianta z hlediska rušení – lze použít v průmyslovém prostředí - přenos digitálního signálu - neomezeně velká vzdálenost mezi místem měření a zobrazení - lze propojit standardními prostředky (ethernet) - lze i bezdrátový přenos

nevýhoda: - rychlost měření je omezena přenosovou kapacitou digitální linky

napájení el.síť


4.3.3. ŘETĚZEC DĚLENÝ V ČÍSLICOVÉ ČÁSTI • více veličin

napájení el.síť

snímač

nevýhoda:


varianta 1 – přímé propojení

kodér

A/D

synchronizace



zobrazení záznam

1 ta n ria va

varianta 2 – síť ethernet

snímač


í jen o p ro p é ím ř –p

napájení el.síť

dekodér

kodér

A/D

napájení el.síť

- přesná synchronizace více zařízení jen speciálními prostředky – samostatná kabeláž, omezená vzdálenost (nelze využít standardní prostředky např. ethernet)


4.3.4. DĚLENÝ ŘETĚZEC - ROZSÁHLÉ SYSTÉMY • kombinací předchozích principů lze vybudovat mnohakanálové systémy nebo distribuované systémy (více míst měření i zobrazení)

3. MĚŘICÍ A ZÁZNAMOVÉ ZAŘÍZENÍ

Recommend Documents