Érzékelők mérőrendszerek
Érzékelők mérőrendszerek
Általános információk érzékelők
Sensor - olyan eszköz érzékelő a külső hatás (mért érték). Dob egy ezzel egyenértékű elektromos jelet (töltés, áram, feszültség, stb), amely függvénye a mért érték y = f (x), ahol x - bemenet, a mért mennyiség (fény áramlás, hőmérséklet, nyomás, rezgés, elmozdulás, helyzetben, alakja, mérete, sebessége, koncentrációja, kémiai összetétel, stb); y - érzékelő kimeneti jelet.
Funkcionális csomópontok lehet venni az összetétele a szenzor: közvetlenül az érzékelő érzékeli a mért mennyiség, és átalakítja elektromos jellé; átalakítók végző Power Conversion (amplifikáció, detektálás, szűrés, ADC-konverzió). A számos szükséges közbenső lépést, amelyben meghatározott interfész képességekkel és pontosságát az érzékelő.
Az érzékelők lineáris konverziós függvény y = f (x) a konverziós tényező:
ahol xi és yi - a jelenlegi értékek az x és y.
A legfontosabb jellemzője az érzékelő érzékenysége S = dy / dx.
Az érzékelők lineáris S = K. konverziós függvény Általában, az érzékenység függ külső tényezők: a tápfeszültség, a hőmérséklet, a frekvencia a bemeneti művelet x.
Érzékelők egy nemlineáris átviteli függvény lehet tekinteni lineáris korlátozott tartományban az x értékei.
A gyakorlatban, a linearitást az érzékelő határozza meg a kalibráció jellemző, amelyet el kell távolítani kísérletezéssel.
A sebességérzékelő tulajdonságai határozzák meg a szerkezeti elemek és a konverterek, és mutatja, hogyan a kimeneti y következőképpen időbeli változása a mért értékek x. Sensor gyártó használja a frekvencia karakterisztika, bemutatva, hogy a szenzor gyorsan tud reagálni a változások a külső fellépés. Az amplitúdó-frekvencia jelleggörbe (AFC) ábrán mutatjuk be 2.20.
Ábra. 2.20. Frekvencia és fázis válasz az elsőrendű szonda
Érzékelők az elsőrendű a szerkezet tartalmaz oszcilláló részek. S (0) és S (f) -, illetve a statikus és dinamikus érzékenysége; f és fr - rendre a bemeneti jel frekvencia és a levágási frekvencia. Határfrekvencia fr azt jelzi, hogy ezen a frekvencián van egy 30% -kal csökkent a kimenő jel y. Frekvencia fr minősül határfrekvencia az érzékelőt.
Pontosság - egy fontos jellemzője az érzékelő értékelése az eltérés mérési eredményt y yn a valódi értéke a mért paraméter :.
A gyakorlatban gyakran használják a szenzor mérési hiba, ami azt jelenti, ez a maximális érték közötti eltérés a tényleges és ideális érzékelők.
By kifejezési módja a hiba osztva abszolút és relatív látható.
Az abszolút érzékelő pontossága: ahol ynom - névértéke a mért paraméter, y - szenzoradat.
A fenti hiba: ahol - a maximális abszolút hiba, ylim - a felső határ a mérési tartomány.
Kommunikáció a hiba átviteli függvény oszlanak additív és multiplikatív.
Adalékanyag (nulla hiba) - egy összetevő a teljes érzékelő hiba, amely független a mért érték x. A transzformációs függvény ábrán látható 2.21 (a).
A multiplikatív (érzékenység hiba) - komponens a teljes hiba, az abszolút értéke, amely arányos a mért érték x. A transzformációs függvény ábrán mutatjuk be 2,21 (b).
Ábra. 2.21. Adalékanyag (a) és multiplikatív (b) érzékelő hiba
Δ0y - --additivnaya hibát mutatja egy eltolási értéket viszonyítva a névleges valós jellemzőit y = Fn (x).
Δyi - multiplikatív hiba egyenesen arányos az aktuális értéket xi.
A természet a hibaüzenet jelenik meg vannak osztva a rendszeres, véletlenszerű és progresszív. Az ábra azt mutatja, 2.22 mindhárom hiba, ami a valóságban együtt mutatjuk.
Ábra. 2.22. Menetrend megfigyelés eredményei
A rendszeres hiba nem változik az idő múlásával, és ki lehet küszöbölni a módosítások bevezetése az élet.
A véletlen hiba nem lehet megjósolni, de könnyen kimutatható ismételt mérések esetén a diszperzió formájában eredményeket.
Progressing hiba lassan változik az idő múlásával elöregedése miatt az érzékelő elemek. Ezek állítható bevezetésével korrekció egy adott időpontban.
Az eljárás hibabecslés vannak osztva elsődleges és másodlagos.
A fő összetevője a teljes hiba hívják érzékelő hiba, amelyet meghatározott normál körülmények között a működését, amelyek meghatározott műszaki előírásoknak.
Valós körülmények között, az érzékelő működtetjük jelentős rezgések határértékek a környezeti tényezők (hőmérséklet, páratartalom, rezgés, ionizáló sugárzás, elektromágneses mezők, gravitációs erő). Az érzékelők által mért megváltozik, amikor a normálistól való eltérést említett üzemi feltételek további hibákat. Az útlevél határ értékeket befolyásoló tényezők említhetők az érzékelőt.
A mérésügyi tekintve több tucat különböző hibák. Mi szorítkozunk, hogy az egyik a fent tárgyalt, amelyek figyelembe veszik a sajátosságait működésének szenzorok gépgyártási iparágakban.
Annak érdekében, hogy hozzon létre pontosabb szenzorok kidolgozott módszerek pontosságának javítása:
Stabilizálása a legfontosabb paraméterek segítségével a stabil alkatrészek, anyagok, a gyártás és összeszerelés megfelelő technológiák;
Passzív védelmi hőszigeteléssel, párnázás, és szűrés, stb.;
Aktív védelem stabilizálása révén lassan változó környezeti tényezők;
Javítás szisztematikus és progresszív hibák és statisztikai feldolgozását, véletlen hibák.
Ahhoz, hogy a fő paraméterei a szenzor megbízható mellett pontossággal. Ha az adó a mérési rendszerben, a tárgya fokozott veszélyt a környezetre és az emberi, a megbízhatóság lesz a meghatározó paraméter.
Megbízhatóság - képes-e a szenzor ellássa kívánt funkciót bizonyos feltételek mellett egy előre meghatározott ideig. Megbízhatóság beállítja az érzékelő hibás működését. Annak megállapításához, a megbízhatóság a szenzorok vannak kitéve minősítési tesztek, amelyek végzik a legrosszabb körülmények között.
Lehet felhasználni a különböző területek fontosak pontosság, megbízhatóság, költség, design, súlya, mérete.
Szenzor elemek
A lényege minden érzékelő egy érzékelő elem, amely átalakítja a nem elektromos külső erők elektromos jelekké. Középpontjában a ezek az átalakulások a fizika törvényei. Között az érzékeny elemeit használják érzékelők, csak azokra a, amelyek használják a felügyeleti és ellenőrzési rendszerek gépiparban.
Szerint a fizikai elvek alapján konverziós információt, megkülönböztetni a következő főbb típusai érzékelők:
ellenállás;
elektromágneses;
galvanomagnetic;
piezoelektromos;
kapacitív:
hő:
optikai.
Az érzékelő elemek vannak osztva egy passzív (parametrikus) és az aktív (generáló).
Passzív kitett külső, nem elektromos jel önmagában nem képes megteremteni a kimenő elektromos jelet. Az ilyen érzékelő elemek megváltoztatják azok jellemzői (paraméterei), mint a rezisztencia, induktivitás, kapacitás. Ezért a munkájuk igényel külső energiát.
Aktív érzékelők ellentétben a passzív nem igényel további energiaforrás, és válaszul a külső ingerek elektromos jelet (áram, feszültség, töltés).
Rezisztív érzékelő elemek
Rezisztív SE passzív és átalakítja a külső hatások az ellenállás változás adja meg:
ahol ρ, L, S - elektromos ellenállás, hossza és keresztmetszete a vezető, ill.
A fajlagos ellenállása ρ független hőmérséklet-változás:
ahol ρ0 - a fajlagos ellenállás egy referencia-hőmérséklet (általában 25 ° C).
használja termisztorok, platina és réz érzékeny elemek építésére az ellenállás hőmérséklet-érzékelők.
Ha a mechanikai stressz fémszálas változtatja az ellenállását, mint nyújtás mellett fonal annak keresztmetszeti területe csökkenti egy állandó térfogatú. Ezt a tulajdonságot nevezzük törzs hatása.
Az arány az úgynevezett nyúlásmérő, amely azt mutatja, hogy a relatív változás ellenállás felülmúlja a relatív alakváltozás.
Segítségével tenzoelementov érzékelők alapján Hooke-törvény:
ahol σ, E - Young modulus és a feszültség, ill.
Az átalakítás után megkapjuk
ahol K - állandó tényező.
A ellenállása ellenállások készült higroszkópos anyagot, attól függ, hogy a abszorbeált nedvesség mennyiségét általuk. Ezek a ellenállások nevezzük gigristorami és ezeket használják a páratartalom érzékelők.
Amikor a fény belép a felület az anyag megváltoztatja ellenállása az anyagot. Ezt a tulajdonságot nevezzük a fotoelektromos hatás. A jelenség a fotoelektromos hatás használják fényálló használt optikai érzékelők.
Az érzékelő elemek vannak osztva reosztát egy nagy ellenállás változását nyúlásmérő bélyegek, és egy kis ellenállás-változás.
CHE reosztát alakítjuk útérzékelő társított mérendő tárgy, ellenállás R. reosztátos CHE rendszer ábra mutatja 2.23.
Ábra. 2.23. Szabályozó ellenállás huzal Jae változó képkocka magassága
A keret 1 szigetelő anyagot feltekercselik egyenletesen elhelyezett huzal 2. A szigetelés a felső oldalán a drótváz levágjuk, és a fém drótkefével csúszdák 3. Az adalékanyag kefe 5 elcsúszik a kollektor gyűrű 4. Mindkét kefék vannak szigetelve a hajtógörgő 6.
Szabályozó ellenállás átalakítók kerülnek végrehajtásra, mint a drótot a keret és a reohordnogo típusú. A legtöbb általánosan használt huzal manganinból konstantán vagy fechral. A nagyon igényes alkalmazásoknál, ahol a követelmények, hogy a tartósság, a felfekvő felület különösen nagy, vagy ha a kapcsolati nyomások nagyon kicsi, a huzalt használunk, egy platina irídium ötvözet (90% Pt + 10% Ir). A hozzáadott irídium platina növeli a keménységet és az erőt az utóbbi növeli a savval szembeni ellenállást, korrózióval és kopással szembeni ellenállás. A ellenállása ennek az ötvözet egyenlő
ρ = 0,23 mO · m. Platinoiridievy előállított huzalon teljes kis átmérőjű (0,03 mm), amely lehetővé teszi nagy ellenállás (akár több ezer ohm) átalakítók teljes tömegének 10-12 g, és mérete körülbelül 1 x 2 cm. Jó paraméterekkel is átalakítók vezetékek készült ötvözetek platina és a palládium, rubídium, ruténium, ozmium.
reosztát huzal kell bevont vagy zománcozott vagy oxidréteg, a szigetelő szomszédos tekercsek egymástól.
Működés közben, egy átalakító reosztátos feltételeket kell alkalmazni ecsettel vezetékek különböző hosszúságú (a kapcsolódási pont, hogy az érintkezési pont) vagy a lemezek két vagy három vágás. Ez biztosítja a különböző természetes rezgési frekvencia a kefe részeket.
Keret reosztátos átalakító általában műanyagból vagy a PCB, is használják alumínium keretek, vagy bevonva szigetelő lakk, vagy olyan oxidfilm vastagsága 10 um, amely elegendően jó szigetelő tulajdonságokkal. Alumínium váz megtartása mérettartás is köszönhető, hogy jobban hővezető növelésére áramsűrűség a tekercs, és ezért fokozott érzékenysége a jeladó. Forms vázszerkezetek nagyon változatosak, ezek lehetnek formájában lapos vagy hengeres lemezek, sík vagy hengeres gyűrűk, egy lapos szegmens, stb
Induktív és kapacitív ellenállás reosztátot átalakítók nagyon kicsi, és nem veszi figyelembe, hogy a frekvenciák néhány tízezer hertz.
Bizonyos esetekben használt funkcionális reosztátot konverterek nemlineáris ellenállás eloszlása a keret mentén. Ez úgy érhető el, például a változó a keret magassága a lineáris részének bypass ellenállások állandó ellenállás, a használata tekercselés változó menetemelkedéssel tekercselés egyes hasított részei különböző átmérőjű huzalok vagy vezetékek különböző ellenállású.
A művelet történik villamosfékkel ChE érintkezési zaj által okozott bizonytalanság az érintkezési ellenállást, ami növeli a kopás miatt, a szennyezés és az oxidációs a pálya és ecset.
Characterized reosztátos ChE R ellenállás = 0,2 ÷ 0220 ohm, teljesítménye
P = 0,5 ÷ 0,2 W, a hiba δ = (0,01 ÷ 0,3)%.
Szabályozó ellenállás használt SE pozíció érzékelők és elmozdulás.
Strain GAGES átalakítani mechanikus deformáció egy kis ellenállás-változást. A megjelenése a nyúlásmérő bélyegek ábrán látható 2.24.
Ábra. 2.24. A huzal és fólia nyúlásmérők
A vékony papír vagy fólia 1 beragadt Gage huzal átmérője körülbelül 0,025 mm. Ahhoz, hogy csatlakozzon a a huzal végeinek terminális vezetékek 3. Top lakkréteg 4 alkalmazzák.
Egy ilyen nyúlásmérő, hogy csatlakozik tenzodetali 5 érzékeli a deformációja a felületi rétegén.
A változás a nyúlásmérő bélyegek - fólia - vannak gravírozva fólia 0,005-0,025 mm vastag 7 csap.
Használt, mint a film és a félvezető nyúlásmérő bélyegek. A gyártás a fólia és fólia törzs bélyegek is nyújt semmilyen ábrát. A legjobb teljesítményt jellemzők fólia nyúlásmérő, amelynek egy kis kereszt érzékenység és jó a hőmérsékleti stabilitása. Semiconductor nyúlásmérő bélyegek nagyon nagy törzs érzékenységét (körülbelül 100) mutatnak egy nemlineáris függvény konverziós és a magas hőmérséklet-érzékenységre.
Összehasonlító jellemzői tenzorezistornyh ChE táblázatban megadott 2.2.