Charakterystyki dynamiczne czujników

Charakterystyki dynamiczne czujników.

W notatce znajdziecie takie zagadnienia, jak: podział termometrów elektrycznych, pomiary wilgotności w automatyce, właściwości dynamiczne termometrów, dokładność pomiaru, poziomy napięć wejściowych, szybkość przetwarzania.

Notatka posiada również liczne wzory i rysunki obrazujące temat.

Pomiary podstawowych wielkości fizycznych Charakterystyki dynamiczne czujników 
 
Urządzeniom  pomiarowym  stawiane  są  wysokie  wymagania  w  odniesieniu  do 
niezawodności działania, dokładności oraz własności dynamicznych. Dokładność urządzenia 
pomiarowego  decyduje  o  dokładności  regulacji  układu.  Dlatego  też  w  urządzeniu 
regulacyjnym  (sterującym)  największą  dokładność  powinien  mieć  przetwornik  pomiarowy, 
podczas gdy regulator może mieć dokładność mniejszą, a najmniejszą – siłownik. Oczywiście 
stosownie  do  wymagań  końcowej  jakości  produktu,  wszak  cała  automatyzacja  ma  na  celu 
podwyższenie jakości produkcji i uzyskanie jej na nie zmiennym poziomie. 
Sygnał  wyjściowy  czujnika  tylko  niekiedy  nadaje  się  do  bezpośredniego  wykorzystania 
w układach  regulacji,  na  ogół  trzeba  go  przekształcić  do  postaci  zgodnej  z  wymaganiami 
systemu.  Przetwornikiem  pomiarowym  nazywamy  układ  pośredniczący,  przetwarzający 
sygnał wyjściowy czujnika na sygnał standardowy (rys. 1). 
 
x(t) 
 
U 
y(t) 
czujnik 
wzmacniacz 
I 
 Rys.1. Przykład układu pomiarowego z konwencjonalnym przetwornikiem 
 
Podział termometrów elektrycznych 
Do  najczęściej  wykorzystywanych  pomiarów  w  realizacji  automatyzacji  procesu 
należy pomiar temperatury. Jednostką temperatury w układzie SI jest kelwin (K), natomiast 
najczęściej stosowaną i dopuszczalną jest (oC). Budowa czujników wynika z różnych zjawisk 
fizycznych  wykorzystywanych  do  określania  temperatury.  Zmiana  wymiarów  ciała  pod 
wpływem  zmiany  temperatury  (czujniki  rozszerzalnościowe),  zmiana  ciśnienia  gazów  lub 
cieczy  w  stałej  objętości  (czujniki  manometryczne),  zmiana  siły  elektromotorycznej  spoiny 
z dwóch  różnych  metali  (termoelementy),  zmianie  rezystancji  (czujniki  rezystancyjne), 
zmianie promieniowania rozgrzanego ciała (pirometry). 1.  Termometry termoelektryczne 
PN-92/M-53854 wyróżnia min. następujące typy termometrów termoelektrycznych: 
  PtRh10-Pt, (oznaczony symbolem S), 
  PtRh13-Pt, (oznaczony symbolem R), 
  PtRh30-PtRh6, (oznaczony symbolem B), 
  Fe-CuNi, (oznaczony symbolem J), 
 
1   NiCr-NiAl, (oznaczony symbolem K) 2.  Termometry rezystancyjne metaliczne 
Termorezystor  składa  się  z  metalowego  uzwojenia  rezystancyjnego  zmieniającego  swoją 
rezystancję  w  zależności  od  temperatury.  Uzwojenie  to  nawinięte  jest  na  rdzeniu  nośnym 
wykonanym z materiału izolacyjnego. Zasada działania termometrów rezystancyjnych polega 
na  wykorzystaniu  zjawiska  zmian  rezystancji  metali  wraz  ze  wzrostem  ich  temperatury. 

(…)

… rezystancyjne
pozwalają na pomiary wilgotności w zakresie od ok. 20% do 95% przy temperaturach od 20 C do +100 C z błędem mniejszym od 2% i czasem opóźnienia rzędu kilku sekund. Czas
opóźnienia odpowiedzi oraz stała czasowa czujników wilgotności związane są z procesem
dyfuzji mierzonego gazu (powietrza) w warstwie porowatej czujnika. Ponadto zależą od
rodzaju badanego gazu, stopnia jego zawilgocenia…
… dla wymuszenia dodatniego, oraz odczytać maksymalną minimalną
wilgotność powietrza w stanie ustalonym
b) w oparciu o wyznaczone parametry określić transmitancję operatorową G(s) czujnika
dla wymuszenia dodatniego, przyjmując wartość wzmocnienia k=1
c) wyjaśnić asymetrię charakterystyki dla wymuszenia dodatniego i ujemnego
d) wnioski z pomiarów
Rys. 5. Konfiguracja systemu pomiarowego: (1) - komputer, (2…
…, w różnych
warunkach, nie są wzajemnie porównywalne.
System pomiarowy jest zorganizowanym zbiorem przyrządów/urządzeń mającym na celu
jakościową (wielkości badane typu prąd, napięcie, pojemność, stężenie itd.) i ilościową ocenę
właściwości obiektu badanego. System pomiarowy ma interfejs (lub interfejsy) umożliwiające
komunikację między poszczególnymi elementami systemu. W systemie pomiarowym…
… dodatniego nastąpi chwilowe przekroczenie zakresu pomiarowego
rejestratora wilgotności.
2.
Moment ustalenia wskazań rejestratora wilgotności skonsultować z prowadzącym
zajęcia.
Opracowanie wyników
1.) Czujniki temperatury
a) na wydruku charakterystyki wyznaczyć graficznie wartości stałej czasowej T dla
obydwu czujników przy wymuszeniu dodatnim i ujemnym, odczytać wartości
ustalone tmax i tmin
b…
…
temperatury uzyskuje się umieszczając czujniki temperatury na przemian w gorącej
(ultratermostat) i zimnej (naczynie) wodzie. Skokowych wymuszeń wilgotności powietrza
dokonuje się przez umieszczanie czujnika na przemian w środowisku z parą nasyconą
(suszarka) i w środowisku suchym (statyw).
Zadania do wykonania
1.) Zapoznać się z budową i działaniem stanowiska pomiarowego
2.) Uruchomić rejestratory
3…
... zobacz całą notatkę