Technika sensorowa Tytuł Czujniki parametryczne-rezystancyjny suwakowy, -tensometryczny, -bimetaliczny, -Burdona -indukcyjnościowy transformatorowy -chromatograficzny Czujniki generacyjne: -termopara, -piezoelektryczne piezo- przyspieszenia porównanie zakresów pracy przetw. przyspiszenia firmowe przetworniki przyspieszenia -Hallotronowe Układy i przyrządy współpracujące z przetwornikami, -mostki niezrównoważone prądu zminnego -parametry pracy wybranych mostków Niezrównoważony mostek Wiena i transformatorowy Mostek niezrównoważony trójprzewodowy z ekranem Funkcja przetwarzania mostka dla różnych sposobów włączenia generatora i woltomierza Dwuparametrowy pomiar z modulacją kwadraturową w mostku Wiena Dwuparametrowy mostek, błędy wzorów uproszczonych Dwuparametrowy mostek, wzory uproszczone Dwuparametrowy mostek – funkcja przetwarzania układy x/f Andrzej Rylski Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych ul. W. Pola 2 35-959 Rzeszów rylski@prz.rzeszow.pl http://rylski.sd.prz.edu.pl/

Czujniki parametryczne. plug potentiometer cursor spiral cell case Rys.1. Czujnik rezystancyjny suwakowy

Czujniki parametryczne. Rys.1. Czujnik rezystancyjny tensometryczny

Czujniki parametryczne. Rys.3. Czujnik bimetaliczny

Czujniki parametryczne. Principle of an inductive accelerometer

Czujniki parametryczne. Rys.. Czujnik chromatograficzny

Napięcie Thomson’a Efekt Peltier’a Efekt Seebeck’a Czujniki generacyjne. Termopary Napięcie Thomson’a Efekt Peltier’a Efekt Seebeck’a Termopara Woltomierz Amperomierz Gdzie: dE = generowane napięcie [V] dT = różnica temperatur [K]  = współczynnik Thomson’a [V/°C] np.: Cu 2,2 V/°C Fe –8,4 V/°C

Czujniki generacyjne. general principle of piezoelectric accelerometer piezo accelerometer with axial compression with screw

Czujniki generacyjne. The equation of the movement is given by the equation (2) (2) k = the stiffness of the spring  = the damping coefficient The damping coefficient of the moving element is due to the viscosity of the ambient conditions. In a stable state, the relation between displacement x and acceleration  is (equation 3) Fig 5.3: The principle of the accelerometer F = m a (1) F = inertia force m = mass a = the accleration (3) The sensitivity of the accelerometer x /  is proportional to (m / k) The resonance frequency of the system is given by the equation (4): (4)

Principles of détection Main Models of accelerometers Principles of détection Recommanded range of frequencies Hz 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 With current of Foucault With resonator Servo –controlled (electrodynamic) Electromagnetic Electrostatic Optic Piezoélectric(quartz or céramics) Piezotransistor Capacitive bridge Bridge of Piezoresistive Gauges Bridge of resistives gauges

Main Models of accelerometers INCLINAISON ECONOMIC INCLINOMETER MODEL ME 26400 APPLICATIONS: angle measure, deformation control, stabilization, regulation, safety. SPECIFICATIONS: 3 ranges : +/- 30°, +/- 70°, +/- 80° Accuracy : 0,2 % of the range Transversal error : < 1 % Small size ,Low cost. MODELS Case A Case B SPECIFICATIONS ME 26410 ME 26420 ME 26430 Range (deg.) +/- 30 +/- 70 +/- 80 Power supply (V/ma) 5/1 Sensitivity (mV/deg.) 5 3.2 4.3 Resolution (deg.) 0.01 Non Linearity (% range) 0.15 0.2 Offset (V) 2.5 +/- 0.1 Transverse sensitivity (% range) < 1 Output impedance (KOhm) 10 Time rise (sec) 0.3 Thermal Zero shift (deg./°C) 0.005 0.008 0.012 Thermal Span shift (deg./°C) - 0.1 - 0.04 Operating temperature -40 to +85°C Maximum Shock 100 g ; 11 ms Protection IP 65 Weight (g) 18.5 72 Main Models of accelerometers QAT160/T185 Q-Flex® Model 2412Three Axis Analog Accelerometer Module

Czujniki generacyjne. I t B VH

Wyobraźmy sobie pasek półprzewodnika, do którego końców przyłączone zostają elektrody umożliwiające podłączenie go do obwodu elektrycznego

Pod wpływem przyłożonego Uv przez płytkę przepływa prąd elektryczny o ustalonym natężeniu I.

Przyjmijmy, że płytka jest wykonana z mocno domieszkowanego półprzewodnika typu „n”. Obecność dziur możemy zaniedbać. Prąd przepływający przez półprzewodnik rozważać dalej będziemy jako uporządkowany ruch elektronów.

Trzeba przypomnieć sobie działanie pola magnetycznego na poruszający się ładunek. Otóż pole to oddziałuje na ładunek z siłą zwaną siłą Lorentza, której kierunek i zwrot można określić przy pomocy reguły lewej ręki. Kiedy wyciągniemy lewą dłoń w ten sposób, że wyprostowane cztery palce wskażą kierunek płynącego prądu a linie wektorów indukcji magnetycznej B wchodzą do wewnątrz dłoni to odchylony kciuk wskaże kierunek i zwrot działającej siły.

Napięcie stałe przyłożone do końców paska wywołuje pole elektryczne Ee Napięcie stałe przyłożone do końców paska wywołuje pole elektryczne Ee. Elektrony poruszają się wtedy wzdłuż płytki ze średnią prędkością dryftu: Gdzie jest ruchliwością elektronów Gęstość prądu przepływającego przez płytkę dana jest wzorem: Gdzie q jest ładunkiem elementarnym.

Układy i przyrządy współpracujące z przetwornikami

Mostki niezrównoważone prądu przemiennego (9.2) DZ1[W] U[V] Z1= Z2= Z3= Z4=100[W], Uz=1[V] Rys.9.1 Schemat mostka niezrównoważonego prądu przemiennego Uz=Um sinwt, Zv= (9.1) (9.2) Iz=Im sinwt Zv= (9.3) (9.4) Rys.9.2 Zależność napięcia nierównowagi mostka w funkcji zmian impedancji Z1 w mostku

Parametry pracy wybranych mostków Tabela 9.A. Parametry pracy wybranych mostków impedancje zmienne kierunek zmian impedancji napięcie nierównowagi mostka gdy Z1  Z2  Z3  Z4 Z1 (+, -) +1 (9.5) Z2 -1 [9.6) Z1 , Z3 Z1 (+, -), Z3 (+, -) Z1 (+, -), Z3 (-,+) +2 (9.9) Z1 , Z4 Z1 (+, -), Z4 (+, -) (9.11) Z1 (+, -), Z4 (-,+) Z1 , Z2, Z3 Z1 (+, -), Z2 (+,-), Z3 (+, -) + 1 (9.13) Z1 (+, -), Z2 (+,-), Z3 (-,+) 3 (9.14) Z1 , Z2, Z3, Z4 Z1 (+,-), Z2 (+,-), Z3 (+,-), Z4 (+,-) Z1 (+,-), Z2 (-,+), Z3 (-,+), Z4 (+,-) 4 (9.15)

Parametry pracy wybranych mostków

Parametry pracy wybranych mostków

Niezrównoważony mostek Wiena i transformatorowy Rys. 9.3. Układ pracy mostka impedancyjnego z woltomierzem wektorowym Rys. 9.4. Mostek niezrównoważony transformatorowy z pomiarem składowych R,X impedancji Zx=R+jX

Mostek niezrównoważony trójprzewodowy z ekranem  Z1 Z3 Rys. 9.11. Mostek niezrównoważony trójprzewodowy z ekranem

Funkcja przetwarzania mostka dla różnych sposobów włączenia generatora i woltomierza Rys.1. Schemat mostka a. generator włączony w węzły A-C, woltomierz włączony w węzły B-D b. generator włączony w węzły B-D, woltomierz włączony w węzły A-C Wielowątkowa analizę warunków równowagi opisali Szadkowski np.[3], Miczulski w monografii [4 ]

Dwuparametrowy pomiar z modulacją kwadraturową w mostku Wiena B C D A B C D a. b. Rys. 2 Mostek Wiena : a. generator włączony w węzeł połączenia dwóch gałęzi RC i węzeł połączenia dwóch gałęzi R - zasilanie symetrycznych par ramion mostka, woltomierz włączony w węzły połączenia gałęzi RC i R b. generator włączony w węzły połączenia gałęzi RC i R - zasilanie niesymetrycznych par ramion mostka, woltomierz włączony w węzeł połączenia dwóch gałęzi RC i węzeł połączenia dwóch gałęzi R

Dwuparametrowy mostek, błędy wzorów uproszczonych dU[%] B A D C dR [%] Rys. 3 Wykres niedokładności obliczeń wzorami przybliżonymi :1-UR [14] i UX [15] dla jednoczesnych odstrojeń rezystorów R1 i R3 w trzech przedziałach: a - (0,01 - 0,1) [%], b - (0,1 - 1)[%], c - (1 - 10) [%] pod warunkami, że impedancje w gałęziach są w przybliżeniu sobie równe

Dwuparametrowy mostek, wzory uproszczone

Dwuparametrowy mostek – funkcja przetwarzania Sposoby niezależnego jednoczesnego pomiaru dwóch rezystancji: Rezystory zmienne: R1 i R3 , Ux=f(DR1), UR=f(DR3), Rezystory zmienne: R1 i R4 , Ux=f(DR1), UR=f(DR4), Rezystory zmienne: R2 i R3 , Ux=f(DR2), UR=f(DR3), Rezystory zmienne: R2 i R4 , Ux=f(DR2), UR=f(DR4),

Układy przetworników x/f + R1 R2 R C Uwy Uwe - bku=1 (4.2) j1+j2=2np (4.3) Rys. 4.7. Schemat układu generatora z mostkiem Wiena zakres częstotliwości 0,1 Hz ¸ 1 MHz. współczynnikiem zniekształceń nieliniowych (poniżej 0,1%) dużą stabilnością częstotliwości (1,5 × 10-4 ¸2,5 ×10-3). Generator Hartleya. Układ został wynaleziony przez Ralpha Hartleya w 1915 roku.