Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.
Nem villamos jelek mérésének folyamatai.
Érzékelők, jelátalakítók felosztása. – Passzív jelátalakítók. 1.Ellenállás változáson alapuló jelátalakítók - nyúlásmérő ellenállások (bélyegek) nyomás, erő, rezgés, mechanikai feszültség,.. - hőellenállások - fém anyagból - félvezetőből 2.Kapacitív jelátalakítók elmozdulás, szögelfordulás, szintérzékelők, páratartalom, dinamikus nyomás, rezgés,…
Érzékelők, jelátalakítók felosztása. 3.Mágneses ( induktív ) érzékelők : elmozdulás, elfordulás, -
Aktív jelátalakítók. 1.Mágneses ( indukciós) jelátalakítók: elmozdulás (elektronikus mérleg),fordulatszám térfogatáram,…. 2.Piezoelektromos érzékelők: erő, nyomás, rezgés, gyorsulás, ..
Érzékelők, jelátalakítók felosztása. 4. Ultrahangos jelátalakítók: térfogatáram, szintmérés,.. 5. Optoelektronikai jelátalakítók: jelenlét, sebesség, alakfelismerés, nyomás, erő, gázok koncentrációja,…
Hőmérsékletérzékelők jelleggörbéi. • Statikus jelleggörbék • Dinamikus jelleggörbék • A statikus jelleggörbe a bemenő jel és a kimenő jel kapcsolatát adja meg, függetlenül az időtől és más zavarjelektől. • A dinamikus karakterisztika a hőmérséklet érzékelő viselkedését az idő függvényében mutatja meg.
Ellenállás változáson alapuló hőmérséklet érzékelők. Fém hőmérők.
ρ = ρ0 ⎡⎣1 + α ( T − T0 ) ⎤⎦
A fémek fajlagos ellenállása T hőközlés hatására nemlineárisan megváltozik: • ρT a fajlagos ellenállás változás [Ω] • ρ0 az anyag fajlagos ellenállás 200 C-on [Ω] • α hőmérsékleti tényező, amely ⎡1⎤ α egy-egy intervallumra érvényes ⎢ ⎥
⎣K ⎦
Ellenállás hőmérők statikus jelleggörbéi. R0- alapellenállás [Ω] Rt- a hőmérséklettől függő pillanatnyi ellenállás [Ω]
Hőmérséklet érzékelő időállandójának meghatározása
.
A közeg hőmérséklete:T1 Hőcsere alapján a hőmérő felvesz:
dQ = α A(T1 − T )dt
A tárolt hőmennyiség:
dQ = mcdT
T- a közeg pillanatnyi hőmérséklete α- a hőátadási tényező a közeg és a hőmérő között A- a hőmérő felülete m- a hőmérő tömege c - a hőmérő anyagának fajhője
t- a pillanatnyi idő
τ -időállandó Ha a leadott és a tárolt hőmennyiség azonos:
α A(T1 − T )dt = mcdT A differenciál-egyenletet rendezve és a konstrukciós és anyagjellemzőket összevonva, az időállandó fogalmát bevezetve:
mc τ= αA
A differenciál egyenlet változóit összevonva:
dT dt = T1 − T τ
Integrálás után a differenciál egyenlet megoldása:
T1 − Tτ = ke
−
t
τ
t =τ
Ha feltételezzük, hogy a pillanatnyi idő egyenlő az időállandóval: Az időállandóhoz tartozó hőmérséklet:
t
1 e = e = = 0,369 e Tτ = T1 (1 − 0,369) −
τ
−1
Az időállandó ismeretében a közeg hőmérsékletének 63% - át lemérjük, ebből a 100% számítható:
Ha a közeg max. hőmérsékletét ismerjük, az időállandó meghatározható.
Tτ = 0,631T1
Tτ = T1 63%
Viselkedhet-e a hőmérséklet érzékelő az ábrán látható válaszfüggvények szerint? A közeg maximális hőmérséklete :T1. T[0C]
T[0C] T1
T1
Tkör 0
Tkör t=0
a. egységugrás szerint
t (s)
0
t=0 b. lineáris függvény szerint
t
(s)
Hőmérséklet érzékelők (PT1) jelátviteli tag dinamikus jelleggörbéje. T[0C] T1 Tτ 67,2% Tmax =Tτ
Tkör 0
tτ
t
(s)
t=0
Ha a hőmérséklet érzékelőt a meleg közegből kivesszük,és állandó hőmérsékletű közegben lehűtjük, az exponenciális jelleggörbe x-tengelyre vetített tükörképét kapjuk.
Péda: Egy csőben áramló füstgáz hőmérsékletét kell megmérni, pl. digitális kijelzővel rendelkező műszerrel. Vásároltunk egy hőmérséklet érzékelőt, amelynek működési elve a példa szempontjából érdektelen.( ellenállás változás, hőelem,stb.) Az érzékelő időállandója 8 perc, és a közegbe helyezve, a kijelző 2600C-ot mutat. A környezeti hőmérséklet 200C, amely, az érzékelő kezdeti hőmérséklete is. A kijelzők 00C-ról indulnak, pozitív, illetve negatív irányban. Mivel az exponenciális görbe a környezeti hőmérsékletről indul, az időállandóhoz tartozó hőmérséklet:
Tτ = 260 − 20 = 240 C 0
Tτ = T1 *0, 63 Tτ 0 = 380,95 C T1 = 0, 63
Ellenállás hőmérők tekercseinek kivitele.
a. Nikkel tekercs prespán szigetelőtesten b. Tekercselés kerámiatestre c. Tekercs üvegburokban
Félvezető ellenállás hőmérők statikus jelleggörbéi B T
R(T ) = R0e [ Ω] R0 a félvezető ellenállása 200C-on B termisztor állandó (anyagfüggő,egy intervallumban állandó) a. Platina ellenállás hőmérő b. NTK félvezető ellenállás c. PTK ellenállás d. Terjedési ellenállás alapú szilícium érzékelő.
Hőelemek elvi felépítése A mérendő közeg hőmérséklete Ko- konstantán, réz és nikkel 47%-os ötvözete Cu – réz huzal
kompenzált környezeti hőmérséklet
A hőelemek, jól megválasztott ,fémesen összekapcsolt (hegesztett, forrasztott, összetekert), huzalpárból (-párokból) állnak.
A hőelemek termoelektromos átalakítók, amelyek összeerősített pontját ( melegpont) a mérendő közegbe helyezve, a környezeti hőmérsékleten lévő hidegpontjukon termofeszültséget adnak le. A termofeszültség csak a huzalok anyagától és a mérendő közeg hőmérsékletétől függ.
PPT a kötés által leadott teljesítmény [W] T I
PT = π I [W
az áramkörben folyó termoáram [A]
π Peltier-tényező [V] (anyagfüggő) UT termofeszültség [V/K] T
T2
π
U T = ∫ dT T T1
a mérendő hőmérséklet [K]
]
Hőelemek elhelyezkedése védőtokban.
összetekert huzalpár a védőtokba behegesztve
forrasztott huzalpár a védőtoktól elszigetelve
Néhány hőelem statikus jelleggörbéje.
Fe-Ko (vas-konstantán)
U [mV] 50
NiCr-Ni (nikkelkróm-nikkel) 40 30
20
Cu-Ko (réz-konstantán) 10
PtRh-Pt (platinaródium-platina) 0
400
800
1200
1600
T [°C]
