karakteristike i struktura senzora i pretvarača

Karakteristike i strukturaKarakteristike i struktura senzora i senzora i pretvaračapretvarača

Pretvarač kao izvor informacija.

Podela u dve velike grupe:merni sistemikontrolni sistemi

Osnovne karakteristike i osobine:vrednosti mereneprincip radakonstruktorske karakteristikeradne karakteristikekarakteristike pouzdanosti

Merne veličineMerne veličine

Osnovne jedinice Medjunarodnog sistema jedinica

Izvedene jedinice fizičkih veličina Izvedene jedinice fizičkih veličina

Linearni i ugaoni pomeraj, kretanje, dužina i gustinaLinearna ili ugaona brzinaUbrzanje i trzajUspon (nagib) i brzina promene nagibaNaprezanje i istezanjeTorzija-MomentPritisakZvučni pritisakProtokNivo tečnostiVlažnost, vlaga i tačka roseVakuumGustina i specifična težinaViskoznost fluidaTemperaturaIntenzitet toplotnog zračenja i toplotni fluksJačina svetlostiNapon, elektrostatičko naelektrisanje (kapacitivnost), jačina električne struje, elktrična snaga,

proteklo vreme i frekvencijaJačina magnetnog polja i gustina fluksaRadioaktivnostHemijske osobine i hemijski sastav

Podvrste mernih veličina – pritisak:apsolutni, manometarski, diferencijalni, barometarski, atmosferski, statički ili dinamički.

Merena veličina kao vektor – ubrzanje:u jednom dva ili tri pravca.

t

5

4

3

21

0U

1- gasom ispunjena ampula 2 - kapilarna cev 3- membrana osetljiva na pritisak 4 - nosač 5 - naponska traka

PrimerPrimer: merenje temperature: merenje temperature

MetodMetodee pretvaranja pretvaranja

Redni broj

Promena ...

Koja je posledica promene ...

1 2 3

1 otpornosti otpornih elemenata

a) pozicije klizača u linearnom ili obrtnom potenciometrub) otpornost i dimenzija mernih trakac) geometrija elastične cevčice koja nosi providnu tečnostd) otpornost temperaturno osetljivog materijalae) pozicija anode u vakuumskoj cevi (promena

transkonduktanse-aktivne strmine)f) promena napona ili struje u varistoru (element ima

nelinearnu naponsko-strujnu karakteristiku )g) otpornosti metala i poluprovodničkih materijala osetljivih na

jačinu magnetnog poljah) otpornosti poluprovodničkih materijala pri promeni

intenziteta svetlostii) koncetracija hemikalija u rastvoru

a) Dužine linija magnetnih polja (trajektorija)b) Površine preseka magnetnih linijac) Permeabilnosti feromagnetika induktivne

sprege dva ili više kalema

samo-induktivnosti ili medjusobne induktivnosti

2

321

Koja je posledica promene ...Promena ...Redni broj

a) Odstojanje izmedju dve elektrode, koje čine kondenzator

b) Dielektrične konstante, usled pomeranja (izvlačenja) materijala visoke dielektrične kondstante, koji se nalazi izmedju elektroda kondenzatora

c) Podudarnost prostora izmedju dve elektrode, koje čine kondenzator

kapacitivnosti3

a) proces jonizacije gasova izloženih zračenjunaelektrisanja4

32 1

Koja je posledica promene ...Promena ...Redni broj

a) Relativne pozicije provodnika i linija magnetnog poljab) Temperature spoja dva provodnika različitog materijala

(Zibekov (Seebeck) efekat u termoparovima)c) Naelektrisanja u kristalima koji su izloženi toploti

(Piroelektrični (Pyroelectric) efekat)d) Naelektrisanja u kristalima ili keramičkim materijalima

koji su izloženi naprezanju (Piezoelektrični (Piezoelectric) efekat)

e) Uzračene svetlosne energije na površinu p-n spoja poluprovodnika

f) Hemijske reakcijeg) Stvaranje suprotnog naelektrisanja na dva različita

nenaelektrisana kontaktna metala (Efekat potencijala kontakta (Contact-Potential))

h) Kretanja tečnosti koja prolazi kroz stacionarnu tanku cev kada postoji gradijent električnog potencijala duž cevi (Elektrokinetički (Electrocineting) efekat)

napona ili struje

5

321

Koja je posledica ...Promena ...Redni broj

a) Gradijenta el. Potencijala uz delovanje magnetnog polja pod pravim uglom u odnosu na smer struje (Halov (Hall) efekat).

b) Gradijenta električnog potencijala duž metalne trake izložene magnetnom polju vertikalno na njegovu ravan (Nernstov (Nernst) efekat).

c) Otpornosti i kapacitivnosti u provodniku usled polja stvorenog od strane susednog provodnika (efekat blizine (Proximity))

d) Brzine emitovanja elektrona oslobodjenih sa osvetljene površine (efekat fotoemisije (Photoemissive))

napona ili struje generisane u elementu koji se napaja pomoćnim izvorom energije

6

321

Koja je posledica promene ...Promena ...Redni broj

a) dvostruke refleksije kada je materijal izložen naprezanju (fotoelastični efekat (photoelastic))

optičkih osobina providnih (transparentnih) materijala

7

321

Koja je posledica promene ...Promena ...Redni broj

a) zagrevanja nekih supstanci (napr. dijamanta) ispod temperature crvenog usijanja

b) hemijskih reakcijac) Bombardovanjem brzim elektronimad) Pobuda jakim električnim poljeme) Pobuda fosfora elektromagnetnim radioaktivnim

talasima koji imaju različite talasne dužinef) Pobuda fosfora radioaktivnim česticama

emisije svetlosti8

a) širenja i skupljanja tela u funkciji temperatureb) veličine ubrzanjac) pritiska zagrejanih ili ohladjenih gasova u zatvorenim

sudovima.d) pritiska na membranama, mehovima, Bourdon_ovim

cevima ili drugim elementima osetljivim na pritisake) ugaonog momenta (u žiroskopima)

veličine ili položaja tela

9

321

Koja je posledica promene ...Promena ...Redni broj

Linearni položaj

Kontaktni enkoder

Potenciometar

Kapacitivni

Induktivni

LVDT - linear variable differential transformer

Laserski

Optički

Ugaoni položaj

Optički enkoderMagnesyn

Synchro

Brzina

Centrifugalni tahometar

Ubrzanje

Akcelerometar sa mernim trakamaAkcelerometarski prekidač

Nivo tečnosti

Ultrazvučni

Magnetni

Merene Električne Mehaničke

Opseg Pobuda Konfiguracija

Prekoračenje Izolacija Dimenzije

Vreme oporavka Uzemljenje Montiranje

Imepedansa izvora Povezivanje

Impedansa opterećenja Materijal kućišta

Ulazna impedansa Kontaktni materijal

Izlazna impedansa Izolovanost kućišta

Izolaciona otpornost

KonstrukKonstruktivnetivne karakteristike karakteristike

Greška očitavanja

Šum

Sadržaj harmonika

Napon bruma

Priključne tačke

Izlaz

Nestabilnost pojačanja

Probojni naponMehaničkeElektrične Merene

Radne karakteristike Radne karakteristike

Podele u tri grupe:

Statičke osobine: ”Sobni” uslovi rada, pretvarač nije izložen pomeranju,vibriranju ili potresima i gde se merena vrednost sporo menja.

Dinamičke karakteristike: definišu odgovor pretvarača na vremenskupromenu merene veličine.

Okruženje: neoperativne i operativne, koje se odnose na osobine pretvaračaposle i za vreme izlaganja specifičnim uticajem okoline.

statičkedinamičkevezane za okruženje

Karakteristike pouzdanostiKarakteristike pouzdanosti

Najvažnije karakteristike koje definišu pouzdanost su:radni vek, vreme neprekidnog rada i vreme skladištenja.

Parametri koji odredjuju ekstremne uslove rada i granice sigurnosti pretvarača.Vrednost maksimalnog pritiska ili napon proboja.

Karakteristika bezbednosti radnika u sistemu u gde je pretvarač ugradjen.

Ulaz

Izlaz

0Nema nulti ofset u idealnom slučaju

Teorijska kriva

Idealni pretvarač:

Osnovne karakteristike pretvaračaOsnovne karakteristike pretvarača

Ulaz

Izlaz

0Pozitivan

i negativan

ofset

Teorijska i

realne krive;

nagib je nepromenjen

Ofset realnog pretvarača:

Ulaz

Izlaz

0

Teorijska kriva

realne krive;

nagib je promenjen

Griška osetljivosti realnog pretvarača:

Faktora koji izazivaju ovu grešku su:varijacija temperature,varijacija napona napajanja,starenje materijala.

Ulaz

Izlaz

0

Idealna linearna

Nelinearna 3

Nelinearna 2

Nelinearna 1

Nelinearnost pretvarača:

Specifikacija nelinearnostiSpecifikacija nelinearnosti

Nelinearnost kao maksimalno rastojanje od:

prave llinije koja prolazi kroz nulu i izlaz pune skale,

tangente povučene na početku, ili

najbolje prave linije, linije najmanjeg kvadrata, ili druge linije koja mora biti specificirana.

Nelinearnost sa referenciranjem na Nelinearnost sa referenciranjem na nulu i krajnju tačku pune skalenulu i krajnju tačku pune skale

Ulaz

Izlaz

0

Nelinearnost

100%

100%

Nelinearnost sa referenciranjem na Nelinearnost sa referenciranjem na tangentu u početku krivetangentu u početku krive

Ulaz

Izlaz

0

Nelinearnost

100%

100%

Tangenta

Ulaz

Izlaz

0

Najbolja naponska karakteristika

Nelinearnost

100%

100%

Nelinearnost sa referenciranjem na Nelinearnost sa referenciranjem na najbolju pravu linijunajbolju pravu liniju

Neslaganje sa referentnom teorijskom krivomNeslaganje sa referentnom teorijskom krivom

Ulaz

Izlaz

0

Realna kriva

Nelinearnost

Teorijska kriva

Histerezis pretvaračaHisterezis pretvaračaIzlaz pretvarača može da zavisi ne samo od veličine ulaznog signala već i od prethodnih vrednosti izlaznog signala

Ulaz

Izlaz

0

Povećanje ulaza

Smanjenje ulaza

Histerezis

Neidealno ponašanje pretvarača se procenjuje greškama.

Razlika izmedju stvarnog i teorijskog (ili specificiranog) izlaza

Obično se izražava u obliku %FSO ili u jedinicama merene veličine.

Tačnost je odnos greške i pune skale izlaza.

Dinamičke greškeDinamičke greške

Dinamičke greške se javljaju kada izlazna veličina pretvarača zavisi od izlazna veličina pretvarača zavisi od vremenskih karakteristika ulaznog signalavremenskih karakteristika ulaznog signala - na primer, brzine njegove promene ili frekvencije.

Praktično odredjivanje dinamičkih karakteristika:Primena ulazne step funkcije (jedinična pobuda).Snimanje frekventne karakteristike.

Odziv pretvarača na step promenu ulazaOdziv pretvarača na step promenu ulaza

Underdamping, overdamping, kritično prigušeni sistem

Ulaz

Izlaz

0

Ulazna step promena

Prekomerno prigušenje izlaza

Kritično prigušenje izlaza

Podprigušivanje

PrekoračenjeKrajnji izlaz

Karakteristika u vremenskom domenuKarakteristika u vremenskom domenu

Ulaz

Izlaz

0

100%

90%

64%

5%

Konačan izlaz

0 – 90% Vreme usponske ivice

90% Vreme prelaza

Vremenska konstanta

Originalni izlaz

Karakteristike u frekventnom domenuKarakteristike u frekventnom domenu

Frekvencija merene vrednosti

Izlaznaamplituda

0

Izlaznafaza

0

Ravna oblast(koristan frekventni opseg)

Rezonantna frekvencija

Nulto-fazna provodna oblast

Referentnafrekvencija

Pojas greške (Pojas greške (error banderror band))

Opseg maksimalne devijacije izlaza u odnosu na specificiranu referentnu liniju

Ulaz(% ili max. uzorak)

Izlaz(% ili FSO)

0

Referenca (teorijska kriva)

100%

100%

Realna kriva izobličenja zbog nula ofseta, nelinearnosti, histerezisa itd.

Pojas greške

Stepenasti pojas greške u odnosu na Stepenasti pojas greške u odnosu na teorijsku linijuteorijsku liniju

Ulaz(% ili max. uzorak)

Izlaz(% ili FSO)

0 100%

100%

Široki opsegpojasa greške

Široki opsegpojasa greške

Teorijska kriva

Referenca