Mérés és adatgyujtés ˝ 7. óra Mingesz Róbert Szegedi Tudományegyetem
2013. április 11.
MA - 7. óra
Verzió: 2.2 | Utolsó frissítés: 2013. április 10.
1/37
Tartalom I
1
Szenzorok
2
H˝omérséklet mérése
3
Fény érzékelése
4
Mágneses tér érzékelése
5
További szenzorok
MA - 7. óra
2/37
Digitális mér˝omuszer ˝
MA - 7. óra
Szenzorok
3/37
A szenzorok muködése ˝ Zavarjelek
Szenzor
Bemenet Fizikai mennyiség
Kimenet (Elektromos jelek)
Segédenergia Energia-átalakítás történik Energiafajták: Sugárzási energia, mechanikai energia, h˝oenergia, villamos energia, mágneses energia, kémiai energia MA - 7. óra
Szenzorok
4/37
Szenzorok jellemzése Bemeneti fizikai mennyiség pl. h˝omérséklet, elmozdulás, mágneses térer˝osség... Kimen˝o fizikai mennyiség (általában elektromos mennyiség) pl. feszültség, áramer˝osség, ellenállás... Aktív (termóelem, pH-mér˝o, fényelem) Passzív - muködéséhez ˝ segédenergiára van szükség (termisztor, fotóellenállás, Hall-szonda) Karakterisztika: a kimenet függése a bemeneti mennyiségt˝ol lineáris / nem lineáris Muködési ˝ elv Kialakítás
MA - 7. óra
Szenzorok
5/37
Szenzorok tulajdonságai Mérési tartomány Zajhatár: ennél kisebb jelek változása már elvész a zajban Túlterhelési tartomány
Felbontóképesség Nullpont-hiba Érzékenység hiba Hiszterézis Linearitás-hiba / alakhiba Drift (kúszás) H˝omérsékletfüggés Környezeti hatások (rezgések, nyomás, nedvesség...) Beállási id˝o Frekvenciakarakterisztika MA - 7. óra
Szenzorok
6/37
H˝omérséklet mérése A legtöbb folyamat, fizikai, kémiai... tulajdonság h˝omérsékletfügg˝o pl. sur ˝ uség, ˝ ellenállás, reakciósebesség... Az egyik leggyakrabban mért paraméter Mérés elve: a h˝omérsékletváltozás hatására változás áll be a szenzorban vezet˝oképesség megváltozása thermoelektromos effektusok h˝otágulás hallmazállapot-változás kémiai reakció (egyensúly eltolódás)
Biztosítani kell a megfelel˝o h˝oátadást h˝ oátadás - közvetlen érintkezés h˝ ovezetés - valamilyen közeg viszi át a h˝oenergiát h˝ osugárzás - elektromágneses sugárzás útján
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
7/37
Bimetál kapcsoló Két állapot Hiszterézis
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
8/37
Ellenállás h˝omér˝ok (RTD) Fémek ellenállása h˝omérsékletfügg˝o Leggyakrabban alkalmazott fém: platina ⇒ PT100 szenzorok: 0 ◦ C: 100 Ω Mérési tartomány: -260 ◦ C .. 850 ◦ C
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
9/37
Ellenállás h˝omér˝ok (RTD) Nagy pontosság Alacsony drift Széles mérési tartomány A termisztorokhoz képest lassaúbb reagálási id˝o (néhány másodperc) Típikus méret > 3 mm Ár > 2000 Ft
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
10/37
Ellenállás h˝omér˝ok mérése Feladat: nagy pontossággal és felbontással mérni az ellenállás változást
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
11/37
Ellenállás h˝omér˝ok mérése
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
12/37
Félvezet˝o h˝omérsékletmér˝o szenzorok: Termisztor (NTC) H˝omérséklet növekedése ⇒ töltéshordozók számának növekedése ⇒ ellenállás csökkenése Általános képlet: R(T ) = Rref · e
A+ TB +
C T2
+
D T3
Gyakran használt formula: B25/85 = 3500 · · · 4500 R(T ) = R25 · e T (R) =
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
B25/85 T
−
B25/85 T25
1 1 T25
+ B25/85 · ln RR25 1
13/37
Termisztor
Mérési tartomány -90 ◦ C .. 130 ◦ C Átmér˝o > 1,5 mm Ár > 100 Ft
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
14/37
Termoelem Seebeck-effektus:
Termoelem (Réz-Konstantán vezetékek)
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
15/37
Termoelem - hidegpont
Hidegpont kompenzálás
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
16/37
Termoelem Kis impedancia, kis feszültség: nagy er˝osítés szükséges Jó közelítéssel lineáris Átmér˝o > 1.5 mm Ár > 2000 Ft Mérési tartomány K típusú termoelem esetén: -200 ◦ C .. +1350 ◦ C
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
17/37
IC h˝omérsékletszenzorok LM35 Lineáris kimenet + 2 ◦ C– + 150 ◦ C
MA - 7. óra
LM35 Digitális kimenet (I2C) - 40 ◦ C– + 125 ◦ C
H˝omérséklet mérése
18/37
Pirométerek H˝omérséklet ⇒ h˝osugárzás (általában infravörös) A sugárzás spektruma h˝omérsékletfügg˝o ⇒ a h˝omérséklet meghatározható Kontaktus nélküli mérés Mérési tartomány: -32 ◦ C .. 3000 Celsius
MA - 7. óra
H˝omérséklet mérése
19/37
Fény érzékelése Fény ⇒ h˝omérsékletváltozás elektronok gerjesztése elektronok kilépése
MA - 7. óra
Fény érzékelése
20/37
Bolométer H˝ohatás mérése (infravörös fény detektálása)
MA - 7. óra
Fény érzékelése
21/37
Fotóellenállás (light dependent resistor) Félvezet˝o Fény ⇒ elektronok kerülnek át a vezetési sávba Hátrányok: lassú El˝onyök: egyszeru ˝ alkalmazhatóság, ohmikus Spektrális érzékenység: típustól függ
MA - 7. óra
Fény érzékelése
22/37
Fotodióda El˝onyök: gyors az áram arányos a fényintenzitással olcsó
Érzékenység: szükség szerint optikai szur˝ ˝ ovel módosítható
MA - 7. óra
Fény érzékelése
23/37
Fotodióda
MA - 7. óra
Fény érzékelése
24/37
Fotodióda
MA - 7. óra
Fény érzékelése
25/37
Fotótranzisztor Tranzisztor vezérlése: fény (a bázisáram helyett) Nagyobb érzékenység/áram
MA - 7. óra
Fény érzékelése
26/37
CCD
MA - 7. óra
Fény érzékelése
27/37
H˝okamera
MA - 7. óra
Fény érzékelése
28/37
Ionizáló sugárzások érzékelése Muködési ˝ elv: Elektronok gerjesztése (vezetés, fényhatás) Ionizáció
Geiger-Müller számláló MA - 7. óra
Szcintillátor Fény érzékelése
29/37
Mágneses terek érzékelése Váltakozó mágneses terek → mágneses indukció Állandó mágneses terek → Hall-effektus, ...
MA - 7. óra
Mágneses tér érzékelése
30/37
Hall-effektus
Félvezet˝ok esetén a töltéshordozók mind + mind − el˝ojeluek ˝ lehetnek MA - 7. óra
Mágneses tér érzékelése
31/37
További mágneses érzékel˝ok Reed-relé
MA - 7. óra
SQUID: gyenge terek érzékelése
Mágneses tér érzékelése
32/37
Kémhatás mérése Nehézségek: nagy bels˝o ellenállás, alacsony feszültség
MA - 7. óra
További szenzorok
33/37
Páratartalom mérése
MA - 7. óra
További szenzorok
34/37
Gázok érzékelése - Taguchi szenzorok
Ellenállás változás Szenzor zajának változása MA - 7. óra
További szenzorok
35/37
Oxigén koncentráció érzékelése - Lambda-szonda
MA - 7. óra
További szenzorok
36/37
Pulzoximéter Pulzusszám Oxigén szaturáció
MA - 7. óra
További szenzorok
37/37
