Předmět: Technické prostředky automatizace

Transkript

1 Předmět: Technické prostředky automatizace Fakulta : HGF Studijní obor : Automatizace a počítače v surovinovém průmyslu Ročník : 3 Semestr : letní Způsob ukončení : zkouška Institut: 545 Institut ekonomiky a systémů řízení Garant předmětu :.Dr. Ing. Zdeněk Neustupa Vyučující:.Dr. Ing. Zdeněk Neustupa Anotace předmětu: Předmět seznamuje s problematikou automatizace z hlediska technického řešení. Popisuje jednotlivé části řídícího systému, prostředky pro získána zpracování informace a ovládání.použití řídící techniky na dolech. Podmínky nasazení. Řídící systém a jeho části. Měření neelektrických veličin. Principy snímačů. Měření polohy, výchylky, rychlosti, deformace, síly, zrychlení, vibrací, tlaku, průtoku, vakua, stavu hladiny. Měření teploty. Analýza plynů, důlního ovzduší, kvality materiálu. Měření záření. Převodníky a zesilovače. Technika přenosu informací, vyhodnocování, ovládání, signalizace. Řídící obvody důlních systémů. Sylaby Technické prostředky automatizace Požadavky na prostředky řídící techniky na dolech a jejich rozdělení. Prostředky řídící techniky v dolech je nutné podřídit požadavkům pro práci v dolech. Jde především o požadavky na bezpečnost, odolnost a celkové přizpůsobení důlnímu prostředí. Jde především o elektrická, pneumatická nebo hydraulická. Hlubinné doly V hlubinných dolech, zvláště pak uhelných, dochází k vytvoření výbušného prostředí a to především vývinem a výrony CH 4, CO, uhelného prachu apod. Další vlivy působící na prostředky řídící techniky jsou především vlhkost a mechanické namáhání při důlní činnosti. Z hlediska bezpečnosti je nejvážnější nebezpečí výbuchu, které mohou prostředky řídící techniky způsobit ve výbušném prostředí. Zabezpečení se provádí :

2 A/ Zajištěné provedení e (EXO) B/ Nevýbušné závěry - pískový závěr g (Ex1) - pevný závěr d (Ex3) - kapalinový závěr o (Ex5) - závěr s vnitřním přetlakem p (Ex6) - speciální závěr s (Ex8) C/ Jiskrově bezpečné provedení Zajištěné provedení je úprava takových částí, které mohou dát popud k výbuchu jen výjimečně ( svorky,vinutí apod.) Musí se dodržet tyto podmínky : - izolované části elektrických zařízení musí mít krytí alespoň IP 20 - holé živé části všech zařízení musí mít krytí alespoň IP 54 Nevýbušné závěry jsou zvláštní kryty elektrického zařízení, které buď zabrání přístupu výbušné směsi k živým částem nebo vznikne-li výbuch uvnitř závěru, zabrání přenosu výbuchu do okolí. Pískový závěr je vhodný pro elektrická zařízení, která nemají pohyblivé nebo jiskřící části. Závěr je vyplněn pískem předepsaných vlastností. Případný vznik elektrického oblouku nezpůsobí vznícení okolní výbušné směsi. Nevýhodou je špatné chlazení, proto je nutné vkládat chladicí žebra. Pevný závěr je nejpoužívanějším nevýbušným závěrem. Je konstruován tak,aby se případný výbuch uvnitř závěru nemohl přenést do okolí. Závěr není těsný, proto směs vniká dovnitř, je však pomocí konstrukce ( mezery 0,5 mm) zajištěno, že při výbuchu plamen unikající ze závěru je studený a nezapálí okolní směs. Kapalinový závěr, jinak též olejový. Je tvořen nádobou s chladícími žebry, naplněnou olejem, ve kterém je uložen vlastní přístroj. Užívá se pro elektrická zařízení, transformátory a spínače velkých proudů. u kterých zháší oblouk. Nádoba musí mít krytí IP 54 a být opatřená stavoznakem. Závěr s vnitřním přetlakem se dále dělí na : - závěry, které jsou neustále provětrávány vzduchem nebo inertním plynem pod nevelkým tlakem. - závěry, které jsou naplněny vzduchem nebo inertním plynem pod stálým tlakem. Speciální závěry se mohou užívat až po schválení zkušebnou. - kombinace několika závěrů - - kombinace závěru s přídavným opatřením, např. zalévané svorkovnice - - zalívaná zařízení - celé zařízení je zalito vhodnou hmotou - - neprodyšně zaletované závěry Jiskrově zabezpečené zařízení - princip spočívá v omezení nashromážděné energie

3 v elektronických systémech na mezní úroveň, která nemůže být příčinou iniciace výbušné směsi.zabezpečení jiskrové bezpečnosti se děje těmito způsoby: A/ omezení velkým sériovým odporem B/ Zenerova bariera C/ galvanické oddělení: kapacitní, transformátorové, optrony Bezpečnostní závěry se užívají u zařízení silových, např. motory, rozvody elektrického proudu apod. Veškeré měřící přístroje, snímače a kabely pro přenos dat se snažíme konstruovat jiskrově bezpečné. Z dalších vlivů působících na prostředky řídící techniky v hlubinných dolech jsou nejdůležitější vlhkost a mechanické namáhání. Proti těmto vlivům zabezpečujeme zařízení vhodnou konstrukcí - vodotěsnost, pevnost. Povrchové doly V povrchových dolech odpadá nebezpečí výbuchu. Nejdůležitější pak jsou vlivy povětrnostní a to především vlhkost. Dále bývají při důlních pracích namáhány mechanicky. Na ochranu proti těmto vlivům je nutné pamatovat při konstrukci zařízení řídicí techniky. Používané konstrukce se dělí podle: A/ pevnostní ochrana lehká, pevná, pancéřovaná B/ krytí proti nežádoucímu dotyku a vodě Je stanovené rozdělením podle řady IP.Značku krytí tvoří znak IP a dvojmístné číslo. První číslic označuje stupeň ochrany proti nebezpečnému dotyku: 0 - bez ochrany 6 - prachotěsné Druhá číslic označuje stupeň ochrany proti vniknutí vody : 0 - bez ochrany 8 - ponoření Struktura řídícího systému. Řídící technika je zařízení, které umožňuje ovládání, automatické ovládání, automatické měření, regulaci, automatickou regulaci a kombinaci těchto procesů. Základními procesy jsou měření, ovládání, regulace a přenos dat. Řídící technika se skládá z prostředků řídicí techniky, které umožňují realizaci jednotlivých procesů. Celek pak nazýváme řídicím systémem.

4 Řídící člen kontroluje stav soustavy a porovnává ho s cílem řízení. Je-li shodný, nepodniká řídící člen žádné zásahy do soustavy. Nastane-li odchylka, působí zpětně na vstup do soustavy tak, aby na výstupu odstranil odchylku. Teorie řídícího obvodu Schéma řídícího obvodu: w (t) žádaná hodnota e (t) regulační odchylka y (t) akční veličina Z (t), Z (t) náhodné poruchové veličiny x (t) regulovaná veličina Základním požadavkem je : x(t) = w(t) e (t) = 0 Teorie řízení se zabývá těmito základními problémy : 1/ Stabilita, obvod nesmí být nestabilní, nesmí kmitat, musí mít zápornou zpětnou vazbu. 2/ Přesnost řízení a regulace. To lze dosáhnout, bude-li dodržena podmínka, že limita odchylky v nekonečnu bude konvergovat k nule. lim e(t) = 0 t -> 3/ Kvalita regulačního obvodu, přechodný děj při změně zadávané veličiny musí mít požadovaný průběh a vlastnosti. Regulační a řídící obvody dělíme dle teorie řízení na lineární, nelineární a diskrétní. Matematický model reálného regulačního systému vychází z popisu diferenciální rovnicí. Pomocí Laplaceovy transformace se pak převedou tyto vztahy na lineární rovnice. Získáme tak operátorový přenos systému, který je hlavním identifikačním znakem pro další vyhodnocování. Kromě operátorového přenosu lze pro popis řídících systému použít další matematické prostředky:

5 soustava diferenciálních rovnic frekvenční přenos ( Fourierová transformace ) přechodová charakteristika ( odezva na jednotkový skok ) impulzní charakteristika ( odezva na jednotkový impuls ) frekvenční charakteristika v komplexní rovině amplitudová charakteristika a fázová charakteristika Sestavu řídicího systému si můžeme představit jako soubor jednotlivých obvodů. Obecná sestava řídicího obvodu. Řídicí systém se skládá z těchto základních obvodů: obvodu měřícího obvodu vyhodnocování a zpracování informací obvodu přenosu informací obvodu ovládacího obvodu akčního obvodu signalizace obvodu řízení a regulace Skutečné řídící systémy jsou většinou složeny jen z části výše uvedených obvodů. Řídicí systémy lze rozdělit : a) řídicí systémy otevřené b) jednostranně otevřený řídicí systém c) uzavřený řídicí systém A) Otevřený řídicí systém si lze představit jako soubor větve měřicí a větve ovládací. Otevřený řídicí systém je takový systém, v němž je rozhodujícím řídicím členem člověk. Člověk na základě informací, které získá pomocí měřicí větve, pak porovnáváním s požadovanými veličinami řídí technologický proces prostřednictvím ovládací větve.

6 Člověk zde nahrazuje řídicí a regulační člen. Principiální schéma otevřeného řídícího obvodu.

7 B) Jednostranně otevřený řídicí systém je takový systém, který je schopen provést zhodnocení stavu řízeného technologického procesu a porovnat tyto informace s požadovanými stavy. Systém je schopen předat výsledky člověku (obsluze), která pak provede zásah do technologického procesu. C) Uzavřený řídicí systém je systém, který je schopen pracovat samostatně a bez zásahu člověka. Uzavřený řídicí systém se skládá : 1) Měřící větev: - měřícího obvodu - obvodu přenosu informací - obvodu vyhodnocovacího 2) Řídící a regulační obvod 3) Ovládací větev: - obvodu přenosu dat - obvodu ovládání - obvodu akčního 4) Styk s obsluhou: - obvod signalizační - obvod ovládací

8 Měřící obvod, měření neelektrických veličin a základní principy jejich měření. Měřící obvod Měřící obvod zajišťuje sledování potřebných veličin technologického procesu. Do měřícího obvodu vstupuje fyzikální veličina, elektrická nebo neelektrická, která je převodníkem převedena na veličinu vhodnou ke zpracování obvody řídícího systému.jako výstupní veličina může být elektrické napětí, proud, kmitočet nebo přímo číselný kód. Obecná definice: " Měřící obvod provádí přeměnu vstupní fyzikální veličiny na veličinu jinou, vhodnou pro zpracování obvody přenosového a řídícího systému." Rozdělení měřících obvodů Základní dělení podle charakteru měřené veličiny: Měření elektrických veličin Měření neelektrických veličin Měření elektrických veličin je většinou funkcí převodníků, které převádí jednu elektrickou veličinu na jinou nebo jiné úrovně.

9 Měření neelektrických veličin se děje většinou převodem neelektrické veličiny na veličinu elektrickou. Některé neelektrické veličiny jsou měřeny tak, že je proveden převod měřené veličiny na jinou neelektrickou veličinu, kterou můžeme pak lehce a přesně měřit jednoduchým snímačem. Měření neelektrických veličin Požadavky: co největší přesnost vhodný průběh převodní charakteristiky časová stálost vlastností vhodná časová konstanta malá závislost na okolních parazitních vlivech co nejmenší vliv na měřený obvod spolehlivost jednoduchost konstrukce Snímače neelektrických veličin Snímač je takový prvek, který je schopen sledovat měřenou neelektrickou a v závislosti na ní dodávat na výstupu veličinu jinou. Rozdělení snímačů podle potřeby převodníku. A) Snímače aktivní ( generátory, vysílače ), které působením měřené neelektrické veličiny se chovají jako zdroje signálu. B) Snímače pasivní, které působením měřené neelektrické veličiny mění některý ze svých parametrů, který je dále sledován převodníkem a měněn na signál. Rozdělení snímačů z hlediska snímané veličiny na snímače. mechanických veličin tepelných veličin chemických veličin a vakua záření magnetických veličin speciální Rozdělení podle způsobu měření na snímače. dotykové bezdotykové Rozdělení podle principu konstrukce. odporové indukční kapacitní

10 magnetické indukčnostní piezoelektrické termoelektrické optoelektronické světelného záření - generátorové halovy emisní ionizační polarografické pyroelektrické elektrokinetické potenciometrické Principy snímačů používaných k měření neelektrických veličin. Odporové snímače Odporové snímače se vyskytují jak pasivní tak aktivní. Snímače jsou založeny na změně odporu v obvodu elektrického proudu. Změna odporu může být skoková ( kontaktní snímače ) nebo plynulá. Odporové snímače jsou často používané, protože jsou laciné a jednoduše se měří jejich výsledný odpor. Chovaní napětí a odporu v obvodu elektrického proudu je popsáno Ohmovým zákonem ( I = U / R ). U kontaktních snímačů dochází ke změně odporu skokem s hodnoty přechodového odporu kontaktu na hodnotu blížící se nekonečnu. Dojde tedy k přerušení toku elektrického proudu obvodem snímačem. Snímač je tedy dvoupolohový. Ostatní odporové snímače jsou založeny na závislosti odporu vodiče na délce, měrném odporu a průřezu. R = ρ l / S R elektrický odpor ρ...měrný odpor materiálu l délka vodiče S průřez vodiče Změnou kterékoliv z vlastnosti vodiče dochází ke změně odporu. Změna délky vodiče je využívána v potenciometrických snímačích, ve kterých se pohyblivý jezdec posouvá po odporové dráze a tím mění její délku. Odporová dráha může být uhlíková nebo vinutá z odporového drátu. Ke změně průřezu i délky dochází i při deformaci vodiče vnějšími silami ( tenzometry ). Odpor materiálu se mění v závislosti na teplotě. R = R o * ( 1 + α T ) R odpor vodiče při zvýšené resp. snížené teplotě

11 R o..odpor vodiče při počáteční teplotě α...teplotní součinitel odporu T rozdíl teplot Indukčnostní snímače Vlivem měření neelektrické veličiny se mění indukčnost nebo vzájemná indukčnost snímačů. Základní vztah pro impedanci cívky: Z L = R + j ω L Z L impedance cívky R stejnosměrný odpor cívky ω uhlová frekvence napájecího napětí L indukčnost cívky Stejnosměrný odpor cívky a uhlová frekvence jsou konstantní a jsou dány konstrukcí snímače a měřícího obvodu. Hlavní veličinou, která se mění je indukčnost cívky. N Z 2 L = Z m N Z počet závitu cívky = konst. Z m magnetická impedance R m činná složka mag. odporu X m jalová složka mag. odporu Z m = R m + j X m Pro měření se většinou využívá změna délky nebo průřezu části magnetického obvodu. Podle uspořádání cívky nebo magnetického obvodu dělíme indukční snímače na tyto základní skupiny: S malou vzduchovou mezerou Vlivem měřené veličiny se mění poloha kotvy a tím velikost vzduchové mezery změna indukčnosti cívky. Nelineární charakteristika, velmi dobrá citlivost. S otevřeným magnetickým obvodem Vlivem měřené veličiny se jádro posouvá a tím se mění indukčnost cívky. Nelineární charakteristika. Bez feromagnetika

12 Snímač se skládá alespoň ze dvou cívek z nichž jedna je pohyblivá. Jejím pohybem dochází ke změně vzájemné indukčnosti cívek. Jde o snímač transformátorový, nelineární charakteristika. S proměnnou délkou magnetického obvodu Je tvořen pevnou cívkou a magnetickým obvodem. Měřená veličina se přivádí na pohyblivou feromagnetickou vložku, která se nachází ve vzduchové mezeře mezi rameny magnetického obvodu. Pohybem se mění délka a tím indukčnost snímače. Lineární charakteristika. Kapacitní snímače Kapacitní snímače převádějí měřenou veličinu na změnu kapacity. Snímač tvoří jeden nebo více kondenzátorů s proměnnými parametry. Pro kapacitu kondenzátoru platí vztah: C kapacita kondenzátoru d vzdálenost elektrod S plocha elektrod ε o permitivita vakua ε r poměrná permitivita materiálu C = ε o * ε r * S / d Působením neelektrické veličiny se může měnit plocha, vzdálenost elektrod a poměrná permitivita dielektrika. Z toho vyplývá i rozdělení kapacitních snímačů a to na snímače se změnou : Vzdálenosti mezi deskami Neelektrická veličina působí na jednu nebo obě desky tak, že se jejich posunutím mění jejich vzdálenost změna kapacity. Plochy desek Neelektrická veličina způsobí vzájemný posun desek tak, že se mění jejich vzájemně působící plocha změna kapacity. Dielektrika Neelektrická veličina svým působením zasouvá mezi desky kondenzátoru dielektrikum jiné permitivity změna kapacity. Magnetické snímače

13 Magnetické snímače jsou tvořeny uzavřeným magnetickým obvodem z feromagnetického materiálu. Měření neelektrické veličiny je založeno na změně permeability feromagnetika magnetického obvodu. V důsledku této změny se mění impedance magnetického obvodu a indukčnost nebo vzájemná indukčnost jedné nebo několika cívek. Využívají se dva vlivy na magnetický obvod : - deformace - vliv změny teploty Snímače založené na vlivu deformace se dělí : Magnetoelastické Magnetoelastické snímače využívají změny magnetických vlastností feromagnetických materiálů při jejich deformaci. Při změně mechanického napětí ve feromagnetickém materiálu se mění jeho permeabilita a při uzavřeném magnetickém obvodě s alespoň jedním vinutím dojde ke změně indukčnosti a tedy impedance cívky. Magnetoanizotropní Magnetoanizotropní snímač je založen na změně magnetické vodivosti vlivem deformace feromagnetického jádra. U nezatíženého snímače nedochází k indukci napětí U 2. Po zatížení, vlivem změny magnetické vodivosti, přestává být magnetické pole buzené napětím U 1 kolmé k cívce 2 a indukuje se napětí U 2. S inverzí Wiedemannova jevu Tento jev spočívá v tom, že feromagnetická tyč nebo trubka, upnuta na jedné straně, se zkroutí kolem osy, je-li magnetována současně podélným a kruhovým magnetickým polem. Ve snímacím vinutí navinutém kolmo k ose trubky se indukuje elektromotorické napětí, vytvořené podélnou složkou magnetického pole. Elektromotorické napětí je úměrně velikosti kruhového budícího pole a úhlu zkrutu.

14 Indukční snímače Indukční snímače jsou založeny na indukčním zákoně. U = - N Z * d ϕ / dt N Z počet závitu cívky d ϕ / dt časová změna magnetického toku Jde tedy o aktivní snímač, který se chová jako zdroj napětí. Rozeznáváme tyto základní typy: Elektrodynamický Elektrodynamické snímače jsou založeny na využití Faradayova zákona. Pohybem vodiče v mag. poli permanentního magnetu se indukuje napětí U. U = B * l a * v B indukce mag. pole l a aktivní délka vodiče v rychlost vodiče ve směru kolmém na magnetické siločáry Elektromagnetické Na jádru z permanentního magnetu je cívka. Ve vzdálenosti d od pólových nástavců magnetu je feromagnetická část jejíž pohyb mění magnetický tok obvodu. Podle indukčního zákona se pak v cívce indukuje napětí. Piezoelektrické snímače Piezoelektrické snímače jsou založeny na piezoelektrickém jevu. Ten spočívá v tom, že uvnitř některých dielektrik vzniká vlivem mechanických deformací elektrická polarizace, čímž na povrchu vznikají zdánlivé náboje, které mohou vázat nebo uvolňovat náboje skutečné. V měřicí technice se nejčastěji užívá křemen, který má velmi dobré vlastnosti. Termoelektrické snímače Termoelektrické snímače jsou založeny na termoelektrické jevu. Ten je založen na vzniku rozdílu potenciálu v místě vodivého styku dvou kovů, jejíchž výstupní práce elektronu je různá. Empirický vztah udává výstupní termoelektrické napětí U t. U t = a + b* τ + c* τ a,b,c empirické konstanty pro určitou dvojici kovů τ rozdíl teploty dvou vodivě spojených styků dvou kovů

15 Rozsahy teplot: o C : měď - konstantan Cu-ko železo - konstantan Fe-ko niklchrom - nikl NiCr-Ni do 1600 o C : platina rhodium - platina PtRh-Pt nad 1600 o C: iridium rhodium - iridium IrRh-Ir wolfram - iridium W-Ir Hallovy snímače Snímač tohoto typu využívá Hallova jevu. První technická aplikace byla pro měření magnetické indukce. Hallův jev - příčné magnetické pole s indukcí B působí na polovodič, jímž prochází elektrický proud. Na protější straně hranolu potom vzniká Hallovo napětí U H. Pro měření neelektrických veličin je aplikace Hallova jevu výhodná pro svoji jednoduchost. Pohybujeme-li mechanicky Hallovým článkem v nehomogenním magnetickém poli, Hallovo napětí se mění v závislosti na změně polohy tohoto článku. Emisní snímače Emisní snímače využívají fotoelektrické a tepelné emise elektronů a fotonů. Emisní snímače se skládají z fotokatody a anody. Obě elektrody jsou umístěny v skleněné baňce, ve které je vysoké vakuum. Na elektrody je připojeno stejnosměrné napětí ( kladný pól na anodu a záporný na fotokatodu ). Proud procházející obvodem se skládá z proudu, který vzniká dopadem fotonů na fotokatodu a proudu vzniklého tepelnou emisí. Uvolněné elektrony jsou strhávány k anodě a tím vzniká proud. Uvolněné elektrony jsou doplňovány ze zdroje. Pro zvětšení fotoelektrického proudu se snímače plní vzácným plynem. Nedostatkem těchto snímačů je tepelná závislost, setrvačnost a závislost na napájecím napětí. Elektrokinetické snímače V nevodivé trubce 1 je polární kapalina 2 ( např.voda, metanol ). Vnitřní prostor trubky je rozdělen kotoučem 3 z nevodivého porézního materiálu na dvě částí. Pomocí pístu 4 je

16 kapalina protlačována porézním kotoučem ( membránou ) zleva doprava. Po obou stranách kotouče jsou umístěny elektrody 5 ve tvaru kovové mřížky. Obr. Napětí na výstupu snímače je nulové, protože systém je v rovnováze. Pohybuje-li se píst rychlosti v doprava, protlačuje se tlakem p porézním kotoučem a dojde k porušení nábojové rovnováhy na dvojvrstvách a ke vzniku napětí na výstupu snímače. Při změně směru proudění kapaliny se změní polarita napětí na výstupu snímače. Optoelektronické snímače Měřená neelektrická veličina je přivedena na vstup optoelektronického snímače, ve kterém je převedena na signál, který má charakter záření v ultrafialové, viditelné nebo infračervené oblasti spektra. Signál je veden z místa měření pomocí světlovodu. Zde je převeden pomocí některého typu fotoelektrických snímačů ( fotoodpor, fotodioda apod. ) na elektrický signál. Základním prvkem optoelektronického snímače je zdroj záření. Klasickými zdroji jsou žárovky a výbojky. Jejich nevýhodou je malá mechanická odolnost, rozměry a nízký rezonanční kmitočet. Luminiscenční kondenzátory jsou založeny na vlastností luminoforů, u kterých dochází vlivem vnějšího elektrického pole k vyzařování - luminiscencí. Nevýhodou je nízká účinnost, malá intenzita záření a životnost. Elektroluminiscenční diody (LED) pracují ve viditelné a infračervené části spektra. K vzniku záření dochází při rekombinací nosičů náboje v oblasti PN diody. Nevýhodou je nízká účinnost. Polovodičové lasery pracují ve viditelné a infračervené části spektra. Snímače ionizační Jsou tvořeny elektrodami, které se nacházejí v plynném prostředí. Na elektrody je přiloženo elektrické napětí. Dojde-li v plynném prostředí k ionizaci, dochází vlivem elektrostatického pole k pohybu iontů a elektronů a obvodem snímače prochází proud. Tyto snímače se používají pro měření polohy a jaderného záření. Dělení podle způsobu zpracování : integrační - měří střední hodnotu ionizačního proudu impulsové - měří impulsy vyvolané jednotlivými částicemi Dělení podle způsobu plnění : nízkotlaké pro měření střední a vysoké intenzity vysokotlaké pro měření kosmického záření Konstrukce se liší podle druhu měřeného záření. Měříme záření α β γ a Roentgenovo záření. Geigerův-Müllerův čítač je impulsní ionizační snímač. Skládá se ze dvou elektrod, umístěných v baňce naplněné plynem. Elektrody se připojují ke stejnosměrnému zdroji přes

17 odpor, na němž vznikají impulsy napětí, vyvolané průletem ionizující částice snímačem.tyto napěťové impulsy se většinou přivádějí do elektronického čítače. Pyroelektrické snímače Změní-li se teplota materiálu, který má pyroelektrické vlastnosti, změní se orientace molekul a tedy i polarizace krystalů. Je-li krystal opatřen elektrodami, vytvoří se na nich elektrické náboje. Snímače se užívají k měření infračerveného záření ( teploty ). Polarografické snímače Umožňují kvalitativní a kvantitativní analýzu měřené látky. Snímač je tvořen nádobkou 5, na jejímž dně je rtuťová elektroda - anoda 1, dále obsahuje elektrolyt se zkoumanou látkou 6. Katodou je rtuťová kapka 2. Vlivem vlastní hmotnosti odkapává rtuť na dno nádobky. Při průchodu proudu elektrolytem mezi elektrodami se na katodě vylučují kladné ionty z roztoku. Obr. Voltampérová charakteristika I = f ( U ) získaná tímto měřením umožňuje kompletní kvalitativní i kvantitativní analýzu složek roztoku. Měření mechanických veličin polohy, výchylky. Snímače mechanických veličin jsou často založeny na převodu měřené veličiny, na posunutí, natočení nebo pohybu, který je pak měřen snímači pro tyto veličiny. Rozlišujeme základní typy snímačů: Mechanické - nejznámější jsou koncové vypínače Pneumatické a hydraulické - rozlišujeme je na snímače s tryskou nebo s ladičkou Elektrické - dělí se na kontaktní a bezkontaktní Elektrické snímače Používají se tyto principy: Kontaktní Odporové Indukčnostní Kapacitní Fotoelektrické Hallův Emisní Ionizační Kontaktní

18 Kontaktní snímače ( spínače, mikrospínače apod. ) se užívají pro indikaci koncových a mezních stavů (např. koncová poloha ramene servomotoru, mezní délka výsuvné části strojního zařízení ). Zvláštním případem jsou jazýčkové kontakty - relé.ve skleněné trubičce s ochrannou atmosférou jsou zavařeny kontakty. Jejích spínání je prováděno vnějším magnetickým polem pevného magnetu. Vyrábějí se v nevýbušném provedení. Odporové Odporové snímače polohy se nazývají měřicí potenciometry. Působením měřené neelektrické veličiny se mění poloha jezdce, který se posouvá po odporové dráze a tím mění odpor mezi ním a počátkem nebo koncem odporové dráhy. Charakteristika potenciometru může být lineární nebo logaritmická. Potenciometry lze rozdělit na: Posuvné Otočné - používají se pro měření úhlové výchylky Snímače tohoto typu se vyznačují svou jednoduchostí a spolehlivosti. Indukčnostní Používají se všechny typy popsané v otázce č. 4. Podle měřené veličiny se rozdělují na snímače posunutí a natočení. Při měření posunutí mohou snímače pracovat v těchto režimech : pohyblivá část feromagnetika - změna velikosti vzduchové mezery - změna plochy vzduchové mezery pohyblivá cívka Indukčnostní snímače pro měření výchylky dělíme na snímače pro : malé výchylky - řadově stupně Při natočení se změní vzduchová mezera mezi kotvou a statorem. Tím se mění přenos mezi budícím a měřícím vinutí. velké výchylky Lze použít polohový transformátor s pohyblivou cívkou a pevnou cívkou bez feromagnetika. Vzájemná indukčnost cívek pak závisí na jejích výchylce sin α. Dalším typem jsou tzv. oscilátorové snímače: mezerový - mezi vazebními cívkami oscilátoru je mezera, do které se zasouvá elektricky vodivá clona, která mění ind. zpětnou vazbu ( největší citlivost ). průchozí - při průchodu kovového tělesa otvorem ve vazebních cívkách bez feritového jádra se mění indukčnostní zpětná vazba.

19 přibližovací - přiblížením elektricky vodivého materiálu k zpětnovazebné cívce se mění indukčnostní zpětná vazba Pro přímý přenos úhlové výchylky se používají selsyny. Snímač se skládá ze dvou základních částí - statoru a rotoru. Na rotoru je umístěno jednofázové budící vinutí - sloužící k vybuzení magnetického obvodu selsynu. Ve statorových drážkách je uloženo vinutí synchronizační. Dojde-li k pootočení hřídele A poruší se vzájemná rovnováha tak, že magnetické osy obou vinutí nebudou vzájemně kolmé a vybudí napětí, které pootočí hřídel B o stejný úhel. Systém se tak uvede do rovnováhy. Kapacitní Používají se všechny typy popsané v otázce č. 4. Posunutí nebo natočení se přímo přenáší na jednu z desek kondenzátoru nebo dielektrika. Fotoelektrické a optoelektronické Jsou bezkontaktní snímače polohy. Snímač je tvořen fotocitlivým prvkem a zdrojem světla. Snímače lze rozdělit : snímače bez pomocného zdroje snímače s pomocným zdrojem - pracující s proměnnou propustností - pracující s proměnným odrazem - pracující s proměnným cloněním

20 Jako fotocitlivý prvek se používá fotoodpor, fotodioda, fototranzistor. Pomocné zdroje mohou být žárovka, výbojka, LED dioda apod. Ionizační Pracují na stejném principu, jako fotoelektrické snímače, zdroj světla je nahrazen jaderným zářičem. Jejich předností je možnost použití v obtížných pracovních podmínkách v dole, kde by se fotonky zašpinily a vrstva prachu by znemožnila průchod světla. Hallovy Využívají Hallova jevů a pro měření polohy se používají ve spojení s permanentním magnetem. V závislosti na vzdálenosti magnetu se mění na výstupu Hallova snímače napětí. Měření mechanických veličin rychlosti, zrychlení, vibrací a kroutícího momentu. Měření rychlosti Rozeznáváme rychlost přímočarou a úhlovou. Úhlovou rychlost měříme nepřímo a to většinou jako rychlost otáčení. Snímače rozdělujeme na snímače : Mechanické Elektrické - impulsní - generátorové Měření přímočaré rychlosti se většinou mechanicky převede na měření otáček. Přímé měření se provádí pomocí snímačů posunutí. Za definovaný časový úsek se změří posunutí a rychlost se vypočítá. Rychlost otáčení se obvykle měří počtem otáček za minutu. Úhlovou rychlost můžeme měřit buď absolutní metodou, založenou na principu zjištění otáček hřídele během daného časového intervalu, nebo nepřímou metodou - srovnáním počtu otáček hřídele se známým kmitočtem libovolného nezávislého periodického děje ( např. stroboskop ). Mechanické snímače Mezi nejznámější patří odstředivý otáčkoměr. Odstředivý otáčkoměr se skládá ze závaží, umístěných v určité vzdálenosti od osy otáčení. Zvětšuji-li se otáčky, vzdaluji se působením odstředivých sil závaží od osy otáčení, překonávají sílu pružiny a jejich pohyb je vyveden na posuv objímky. Tohoto posuvu lze pak využít k vyhodnocení.

21 Elektrické snímače Impulsní snímače Rychlost měříme pomocí el. impulsů odvozených z otáček hřídele. Kontaktové - impulsy jsou vytvářeny vačkou, která spína kontakty Indukčnostní - impulsy vytváří cívka, jejíž indukčnost se mění přiblížením výstupu na hřídeli Oscilátorový - na hřídeli je clonka s jedním nebo více zuby, která prochází štěrbinou snímače. Tím se na výstupu snímače vytváří impulsy. Fotoelektrický - vytváří impulsy odcloněním světla dopadajícího na snímač zuby clonky. Hallův - impulsy se vytvářejí přiblížením permanentního magnetu připevněného na hřídeli k snímači. Kapacitní - na hřídeli je připevněno pohyblivé dielektrikum Generátorové snímače Jsou snímače u kterých je výstupní napětí úměrné otáčkám. Např. generátor stejnosměrného proudu ( dynamo ), který generuje stejnosměrné napětí v závislosti na otáčkách. Měření zrychlení Jsou založeny na využití vztahu mezi zrychlením a silou. F = m * a Při konstantní setrvačné hmotnosti převádíme měření zrychlení na měření síly. V praxi se používají tyto snímače : Odporové - s potenciometrem - se stykovým odporem - tenzometrické Indukčnostní Magnetostrikční Piezoelektrické Odporové snímače s potenciometrem Využívají vliv setrvačné hmotnosti na pružný závěs. Setrvačná hmotnost upevněná na pružině, způsobí vlivem zrychlení deformaci závěsu a tím i změnu polohy. Tu pak potenciometrem převedeme na elektrický signál. Odporové snímače se stykovým odporem Mají dva uhlíkové sloupce, které jsou pevně uchyceny mezi kryty. Mezi nimi je pohyblivě nasazená vložka, na které je upevněna setrvačná hmotnost. Působením zrychlení dochází ke stlačování jednoho nebo druhého sloupce. Tím je umožněno měření kladného i záporného zrychlení.

22 Odporové snímače s tenzometry Převádějí zrychlení na deformací nosníku vetknutého na jednom konci. Na volném konci nosníku je těleso uchyceno se setrvačnou hmotnosti. Při zrychlení je nosník ohýbán silou, která působí v těžišti tělesa. Na nosníku jsou nalepeny tenzometry,které určují velikost deformace a tím i zrychlení. Indukčnostní snímače Setrvačnou hmotu vytváří přímo cívka. Magnetostrikční snímače Působením zrychlení se vytváří silové působení setrvačné hmotnosti 1 na magnetický obvod 3. Ve vinutí 4 se pak indukuje napětí. Potřebné předpětí je vytvořeno pomocnou membránou 5. Piezoelektrické snímače Na piezoelektrický krystal působí síla od setrvačné hmotnosti. Deformace piezoelektrického článku od této síly má za následek vznik náboje na krystalu, jehož velikost je úměrná zrychlení. Měření vibrací K měření se používají snímače výchylky, rychlosti a zrychlení. Dělení snímačů podle dynamických vlastností: absolutní relativní dotykové bezdotykové

23 U absolutních snímačů se používá setrvačná hmotnost jako relativně klidné těleso, které je s kmitající částí spojeno pružným článkem. Relativní snímače pracují tak, že hmotnost představující měřící systém je pevně spojena článkem s velkou tuhostí s měřeným tělesem. Dělení snímačů podle fyzikálního principu: indukční elektromagnetické piezoelektrické - totožné se snímači zrychlení indukčnostní odporové - kontaktové - tenzometrické - elektrolytické - potenciometrické - se stykovým odporem fotometrické optoelektrické emisní kapacitní Indukční snímače Jsou jak absolutní tak relativní. Relativní snímače jsou snímače posunutí většinou s otevřeným magnetickým obvodem v diferenčním zapojení. Snímač je upevněn krytem 1 k pevnému tělesu ( rám stroje apod. ). V krytu jsou upevněny cívky 2 v diferenčním zapojení. V dutině cívek je pružně uloženo feromagnetické jádro 3 s měřící tyčí 4. Působením vibrací na měřící tyč dojde k posouvání jádra a tím ke změně indukčnosti snímače. Odporové snímače kontaktové Používají se většinou jako relativní, měřící tyč ovládá kontakty na pevném tělese. Snímač ukazuje jen koncové polohy vibrací od určité úrovně. Odporové snímače potenciometrické Stejné použití a princip jako u předchozího. Dávají však spojitý signál odpovídající vibracím. Odporové snímače se stykovým odporem a tenzometrické Tyto snímače odpovídají konstrukcí snímačům zrychlení.

24 Elektrolytické odporové snímače V uzavřené nádobce naplněné elektrolytem jsou dvě pevné a mezi nimi jedna pohyblivá elektroda. Při pohybu pohyblivé elektrody se mezi ní a pevnými elektrodami mění ohmický odpor elektrolytu. Snímač je značně teplotně závislý a konstrukčně náročný a proto se téměř nepoužívá Emisní snímače Tento snímač je v podstatě dvojitou vakuovou diodou. Při změně polohy obou anod vůči nepohyblivé katodě se mění proudy protékající oběma větvemi diody. Kapacitní snímače Vibrace se mechanicky převádějí na desku kondenzátoru, což má za následek změnu kapacity. Fotometrické snímače Podstatou fotometrických snímačů mechanických kmitů je, že pohybem kmitajícího předmětu se mění průměr světelného svazku dopadající na některý detektor záření. Optoelektronické snímače Tyto snímače odpovídají snímačům pro měření otáčení. Měření kroutícího momentu Měření kroutícího momentu je založeno na měření deformaci hřídele, na kterou působí moment síly. Deformaci hřídele měříme pomocí tenzometrů nebo snímačem výchylky. Dělení podle fyzikálního principu: odporový potenciometr - málo užívaný odporový tenzometr indukčnostní snímač kapacitní snímač magnetoizotropní snímač magnetoelastický snímač magnetický snímač s inverzí Wiedemannova jevu fotoelektrický optoelektrický Odporový tenzometr V současnosti nejpoužívanější snímač. Jako deformačního prvku se užívá většinou hřídel. Na jejím povrchu jsou nalepeny odporové tenzometry, které vytvářejí celý můstek. Magnetoelastický snímač

25 Měření je možné dvěma způsoby. Na obrázku a) měříme změnu permeability mezi body 1-2 nebo 3-4 pomocí příložného indukčnostního snímač s magnetickým obvodem tvaru U. Druhá možnost je na obrázku b), kdy měříme celkovou změnu permeability hřídele pomocí cívky, která je na hřídel nasunutá. Měření je zatíženo mnoha parazitními vlivy, jejichž kompenzace je obtížná. Magnetoizotropní snímače Snímač je složen ze dvou magnetických obvodů.je-li hřídel zatížená kroucením, deformuje se také magnetické pole obvodu a tak dojde k průchodu magnetického toku sekundárním magnetickým obvodem. Tím je na něm indukováno napětí, které je úměrné momentu síly. K výhodám patří, že nedochází k přímému kontaktu s hřídeli. Nevýhodou je vliv homogenity materiálu a zbytkový magnetizmus. Snímače s využitím inverze Wiedemannova jevu Sám princip tohoto snímače se nabízí pro použití k měření kroutícího momentu, jelikož jeho výstupní napětí odpovídá úhlu zkroucení trubky snímače. Při měření otáčející se hřídele vzniká problém přenosu budícího proudu. Protože se jedná o poměrně velké proudy, je řešení velmi obtížné a proto se tento princip nepoužívá. Indukční snímač Pro měření zkroucení hřídele se nejčastěji používají indukční snímače. Snímač tohoto typu je tvořen dvěma synchronními jednofázovými generátory, jejichž rotory jsou nasazeny na hřídeli ve dvou průřezech. Statory obou generátorů jsou zapojeny proti sobě. Nepůsobí-li kroutící moment, jsou elektromotorická napětí fázově posunuta o 180 o. Působí-li kroutící

26 moment, natáčejí se rotory snímače, a tím se fázově posouvají elektromotorická napětí obou statorů. Fotoelektrické snímače Tento snímač pracuje na principu dvou clon, které jsou uchyceny v určité vzdálenosti na kroucené hřídeli. Clony obsahují otvory, jimiž prochází světelný tok ze žárovky na fotoelektrický snímač. Zkroucením hřídele se posunou vzájemně otvory obou clon, což má za následek, že se bude měnit délka světelných pulsů a tedy i délka elektrických pulsů na výstupu snímače. Měření mechanických veličin deformace a síly. Měření deformace K měření deformace se užívá tenzometrů. Měření můžeme rozdělit na : statická - změna deformace dynamická - průběžná měření Poměrnou deformací ε definujeme jako podíl deformace a jednoho z původních rozměrů tělesa. ε = l / l Pro oblast pružné deformace platí Hookeův zákon, který říká, že poměrná deformace je úměrná mechanickému napětí materiálu. Pružná deformace je taková deformace kdy po namáhání materiálu se materiál vrátí do původního tvaru. σ = ε * E σ mechanické napětí E modul pružnosti v tahu Změřením poměrného posunutí můžeme určit velikost mechanického napětí. Odporové snímače tenzometrické Vychází s popsané závislosti odporu na délce a průřezu a tím na deformaci. Kovové tenzometry Příložné vlastní odporový drátek je napjat mezi izolačními nosníky, na které se mechanicky přenáší posunutím měřené části. Výhodou je možnost použití při vyšších teplotách až 310 o C. Nevýhodou je omezený měřící rozsah. Lepené - odporový drát má tvar mnohonásobné vlásenky a je nalepen na tenký podklad z papíru, plastické hmoty apod. Konce aktivního odporového drátku jsou přiletovány na tlustší vývody. Nevýhodou je parazitní vliv teploty.

27 V případě, že chceme měřit poměrné prodloužení ve více směrech, použijeme sdružené tenzometry. Na jedné podložce je umístěno několik vhodně orientovaných vinutí, která jsou umístěna nejen vedle sebe, ale i na sobě. Polovodičové tenzometry Vlivem deformací se mění měrný odpor křemíku. Pro tenzometry jsou nejvhodnější tenká vlákna vyrobená z monokrystalu křemíku, především typu P. Působením tlaku může dojít až k mezní deformaci, při niž dochází k nevratným změnám tenzometrů. Hodnota mezní deformace závisí na průřezu a povrchu polovodičového článku. Výhodou je vysoká citlivost v obou směrech ( zvětšení, zmenšení ).Nevýhodou je vyšší citlivost na změnu teploty. Polovodičové články lepíme buď přímo na měřený materiál, nebo na vhodnou podložku. Základní typy: jednoduchý - na podložce i bez podložky dvojitý - dva tenzometry obdélníkového tvaru s opačnými znaménky součinitele deformační citlivosti, ale stejné velikosti. tenzometrický můstek - složen ze čtyř odporových prvků křížový - pro zjišťování směrů hlavního napětí Indukčnostní snímače Pro měření deformací použijeme principy snímačů pro měření posunutí. Magnetoelastické snímače Princip magnetoelastických snímačů je popsán v otázce č. 4. Snímač je přilepen nebo přivařen na měřenou část. Tyto snímače jsou vhodné do obtížných podmínek, ve kterých se nedají použít odporové tenzometry. Tenzometry využívající inverze Wiedemannova jevu Vlastní princip je popsán v otázce č. 4. Deformace povrchu měřené části je většinou přímočará a musíme ji převést na torzní namáhání trubky. Snímače síly

28 Jsou většinou založeny na využití deformačních členů, pomocí nichž se převádí síla na deformaci nebo výchylku. Rozdělení podle fyzikální veličiny, na kterou převádí sílu. Mechanické pružinové - síla působí na jeden konec pružiny, druhý je pevně uchycen. Prodloužení a nebo stlačení pružiny je úměrné síle. Např. pružinové siloměry a váhy. pákové - jde především o váhy s protizávažím Hydraulické Pracují na principu působení síly na píst, který stlačuje kapalinu. Tlak v kapalině se měří a úměrný síle. Elektrické odporové - snímače polohy k mechanickým snímačům síly - se stykovým odporem - tenzometrické indukčnostní magnetické - magnetoelastické - magnetoizotropní - s inverzi Wiedemannova jevu kapacitní piezoelektrické Odporové potenciometry Používají se k přeměně výchylky, vznikající u mechanických snímačů síly na elektrický signál. Odporové tenzometry Převod tlakové a tahové síly na deformaci se provádí pomocí pružných prvků, na jejíchž povrchu jsou nalepeny tenzometry. Vlastnosti pružného prvku: dostatečná pevnost a odolnost proti porušení vysoká mez pružnosti dlouhodobou stabilitu mechanických veličin lineární průběh pružné deformace Požadavky lze splnit správným výběrem materiálů, jeho tepelného zpracování a vhodným tvarem pružného prvku. Indukčnostní Pro měření sil se používají snímače s malou vzduchovou mezerou a s otevřeným mag. obvodem. Magnetoelastické snímače Popis principu snímače je uveden v otázce č. 4.

29 Tento typ snímače je nejrozšířenější, je spolehlivý, jednoduchý a vhodný pro těžké provozy. Magnetoizotropní snímače Popis principu snímače je uveden v otázce č. 4. Snímače využívající inverze Wiedemannova jevu Pomocí tahové a tlakové síly jsou vytvořeny silové dvojice, jejichž kroutícím momentem je namáhána měřicí torzní trubka. Kapacitní snímače Tlaková nebo tahová síla je přenášená membránou na pohyblivou elektrodu kondenzátoru. Změnou vzdálenosti elektrod se mění kapacita kondenzátoru. Piezoelektrické snímače Popis principu snímače je uveden v otázce č. 4. Měření tlaku Snímače tlaku jsou většinou založeny na přeměně tlaku deformaci změnu polohy deformačního členu. Podle výstupního signálu dělíme snímače : Hydrostatické Mechanické Elektrické Hydrostatické tlakoměry Nádobkový tlakoměr Nádobkový tlakoměr se skládá z nádobky a svislé trubice. Větší tlak připojíme na hrdlo nádobky, menší horní konec trubice. Působením obou tlaků se sníží hladina v nádobce a zvýší v trubici. p 1 = p 2 + ρ * g * h ρ měrná hmotnost kapaliny g gravitační zrychlení h svislá měřená výška hladiny v trubici p = p 1 - p 2 p = ρ * g * h

30 Hodnota součinu ρ * g * h představuje hydrostatický tlak sloupce, který je stejně velký jako rozdíl připojených tlaků. Trubicový tlakoměr Jestliže je tlak p 1 > p 2 vychýlí se kapalina tak, že vytvoří sloupec, jehož hydrostatický tlak se vyrovná rozdílu připojených tlaků. měřený rozdíl tlaků celková výška h je p 1 = p 2 + ρ * g * h p = p 1 - p 2 = ρ * g * h h = h 1 + h 2 Při stejných průřezech obou ramen lze odečítat rozdíl hladin v obou ramenech nebo ji brát jako dvojnásobek hodnoty odečtené na jednom rameni. Pro měření vyšších tlaku se užívají U tlakoměry uzavřené ( kompresní ). Jedna trubice je uzavřená a nad hladinou kapaliny je vzduch. Plovákové tlakoměry Bývají většinou provedeny z ocelové trubice U, jejíž jedno rameno má větší průřez. Na hladině ( většinou rtuti ) v širším rameni je umístěn plovák, jehož poloha je funkcí tlaku. Zvonové tlakoměry

31 Patří do skupiny tlakoměru se silovým účinkem. Výsledná síla vzniká působením připojeného tlaku na zvon plující v kapalině.tyto snímače se používají pro měření malých přetlaků.

32 Prstencové tlakoměry Prstencový tlakoměr je tvořen kruhovou trubici otočně uloženou ve svém středu. Trubice je částečně naplněná uzavírací kapalinou. Je opatřena závažím a na opačné straně souměrně umístěnými tlakovými přívody, mezi nimiž je přepažena. Působí-li v jedné části přetlak p, vychýlí se sloupec kapaliny tak, že vzniklý moment natáčí prstenec, až se vyrovná s momentem vyvolaným hmotností vychýleného závaží. Výchylka se pomocí snímačů úhlové výchylky převádí na elektrický signál. Pístové tlakoměry Z jedné strany působí přetlak kapaliny p, z druhé strany působí pístní síla F, určená buď závažím nebo deformací pružiny. Převod na elektrický signál je možný libovolným snímačem síly nebo polohy. Mechanické tlakoměry Mechanické tlakoměry jsou založeny na změně geometrického nebo deformačního členu, který je namáhán měřeným tlakem. Toto namáhání musí být v rozsahu pružných deformací. Tlakoměr membránový Pro měření nižších tlaků se požívají tenké pružné fólie, pro měření vyšších tlaků se používají tuhé membrány. Vlivem působení tlaku dochází k prohybu membrány a vnitřnímu pnutí, které je úměrné velikosti tlaku. Převod na elektrický signál se děje

33 pomocí snímače výchylky. Nejčastěji se setkáváme s měřením mechanického napětí u membrány pomocí odporových tenzometrů.membránu lze také vyrobit z monokrystalu, ve kterém jsou zároveň vytvořeny odporové tenzometry. Tlakoměry trubicové Tyto tlakoměry využívají podélné nebo tečné deformace stěny trubky. Převod na elektrický signál se děje pomocí odporových tenzometrů, které jsou nalepeny na stěně trubky. Největšího rozšíření dosáhl tlakoměr s Bourdonovou trubici. Trubice s nekruhovitým průřezem je na jednom konci uzavřena a je stočena do tvaru kružnice. Posunutí volného konce je úměrné měřenému tlaku. Tlakoměry krabicové a vlnovcové Jediná membrána dává při měření tlaku poměrně malý zdvih. Proto se skládají tlakoměry ze dvou stejných membrán a vytváří se tzv. tlakoměrné krabice. Elektrické tlakoměry Rozdělení podle způsobu působení tlaku : Přímé Zprostředkované Rozdělení podle principu : odporové - potenciometrické - s využitím stykového odporu - tenzometrické - s měřením deformace - s přímou deformací

34 indukčnostní kapacitní piezoelektrické Snímače s přímým působením tlaku Tlakoměry odporové Tyto snímače využívají změny odporu při všestranném působení tlaku. Jako odporový materiál se používá manganin. Kapacitní tlakoměry Jednou elektrodou kondenzátoru je přímo kovová membrána, druhá pevná elektroda je od ní vzdálena o d. Působením tlaku dojde k průhybu elektrody a tím se změní kapacita snímače. Snímače se zprostředkovaným působením tlaku Tyto snímače měří změnu polohy, silové působení nebo deformaci, které vzniknou působením tlaku na hydrostatické nebo mechanické tlakoměry. Kontaktní snímače Kontaktní snímače působí jako indikátor mezních nebo důležitých velikostí tlaků. Odporové potenciometrické snímače

35 Tyto snímače se užívají jako měřiče polohy u hydrostatických zvonových a plovákových tlakoměrů a u membránových, vlnovcových a krabicových tlakoměrů. Při použití Bourdonovy trubice měří úhlovou výchylku. Odporové snímače s využitím stykového odporu Pevná membrána působí na sloupec uhlíkových destiček předepjatých tlakovou silou. Vlivem silového působení se mění stykový odpor mezi destičkami a tím i celkový odpor. Odporové snímače tenzometrické Tyto snímače měří deformaci mechanických tlakoměrů membránových a trubkových. Většinou jsou přímo nalepeny na deformačním členu tlakoměru. Indukčnostní snímače Měří se změna polohy deformačního členu mechanických tlakoměrů. Kapacitní snímače Používají se výjimečně tam, kde není možné zhotovit elektrický vodivou membránu. Měření stavu hladiny. Podle principu měření stavu hladiny můžeme hladinoměry rozdělit do těchto skupin : Plovákový Tlakový - snímače hydrostatického tlaku - snímače tlakového rozdílu - snímače tlaku s provzdušňováním kapaliny Elektrolytický Kapacitní Ultrazvukový S jaderným zářením Tepelné Měření hladiny kapalin Plovákové snímače Nejrozšířenějším snímačem krajních poloh hladiny je plovákový snímač, skládající se z plováku a libovolného snímače polohy. Snímač hladiny založený na hydrostatickém tlaku Hydrostatický tlak, který je úměrný výšce hladiny, můžeme měřit kterýmkoli tlakoměrným snímačem. Jednoduchým snímačem je trubka dole otevřená a nahoře ukončená v některém tlakoměrném snímači.

36 Elektrolytický hladinoměr Tento typ snímače využívá elektrické vodivosti kapaliny. V nádrží jsou uloženy dvě elektrody tak, že při změně výšky hladiny se mění hloubka ponoření elektrod a tedy i velikost impedance, kterou vytváří kapalina mezi elektrodami. Kapacitní snímače Na vnější stěně trubice jsou umístěny elektrody kapacitního snímače. Je-li kapalina vodivá, můžeme použít pouze jednu elektrodu, druhou tvoří měřená kapalina. Ultrazvukový hladinoměr Měří vzdálenost, která je úměrná době průchodu ultrazvukového signálu materiálem při známé rychlosti šíření signálu. Nejjednodušší je měření v kapalném prostředí kontaktním způsobem, kdy jedna nebo dvě ultrazvukové sondy jsou umístěny na dně nádrže a vysílají ultrazvukové impulsy. t doba průchodu signálu c rychlost šíření ultrazvuku l = ( c * t ) / 2

37 Snímače využívající jaderného záření Pracují na principu pohlcování záření materiálem. Pohlcení je úměrné tloušťce materiálu. Analogový snímač pro kontinuální měření stavu hladiny se z hygienických důvodu nepoužívá. Bodový snímač je určen pro měření mezních stavu hladin. Tepelný hladinoměr Termistor je umístěn na měřeném místě a v sérii s ním je zapojena žárovka. Přežhavený termistor je na vzduchu nedokonale ochlazen, tím se ohřívá a jeho odpor klesá. Obvodem prochází značný proud a žárovka svítí. Signalizuje tedy nepřítomnost hladiny. Jakmile hladina kapaliny stoupne a termistor začne být účinně ochlazován, stoupne odpor termistoru.

38 Měření hladiny sypkých materiálů V žádané výšce je umístěna pružná membrána, kterou materiál při dostoupení určité výšky zasype. Tím se membrána vychýlí, sepne kontakt a signalizuje stav hladiny, popř. zastavuje pás apod.. Vrtulkový hladinoměr Do nádobky zavěsíme malý motorek opatřený vrtulkou, která se stále otáčí. Dostoupí-li hladina materiálu do výše vrtulky, je vrtulka zabržděna, čímž se motorek natočí proti odporu pružiny a spojí kontakty signálního zařízení nebo ovládacího relé. Měření průtoku, množství. Snímače průtoku Průtok se měří podle objemu nebo podle hmoty, které protekly průřezem za jednotku času. V prvním případě jde o objemový průtok, ve druhém případě o průtok hmotnostní. Objemový průtok : Q v = S * v [ m 3 s -1 ] Hmotnostní průtok : Q m = S * v * ρ [ kg s -1 ] Rozdělení snímačů podle druhu materiálu jehož průtok měříme : Kapalné a plynné Sypké hmoty Rozdělení podle principu snímače : objemové - bubnové ( rotační ) zubové ( s oválnými rotory )

39 rychlostní - axiální - radiální dynamické - trysky - clony - Pitotova trubice - odstředivé plovákové - rotametr - přepad - danaida značkovací tepelné indukční ultrazvukové vírové speciální Rozdělení snímačů průtoku sypkých hmot : pásové váhy odstředivé indukční radioizotopní Snímače průtoku kapalin a plynů Objemové průtokoměry Pracují na principu nespojitém nebo spojitém. Nespojité průtokoměry se používají k cejchování ostatních průtokoměru. Pracuji s definovaným objemem nádoby a přesným měřením času. V rotačních ( bubnových ) přístrojích se kapalina přivádí trubkou do měrného válce, který je rozdělen na tři části. Kapalina přepadává pouze do jedné komory. Po jejím naplnění přeteče kapalina do druhé komory, tím se poruší rovnováha a buben se pootočí tak, aby se naplnila druhá komora. Stačí měřit počet otáček nebo pootočení, protože známe objem komory. Rychlostní průtokoměry Základem rychlostního průtokoměrů je lopatkové nebo šroubové kolo, které uvádí do otáčivého pohybu kinetická energie prudící kapaliny. Rychlost otáčení kola je úměrná střední rychlosti proudu, procházejícího příčným průřezem měřidla.