UNIVERZITET U SARAJEVUFakultet za saobraćaj i komunikacijePredmet: Primjenjena elektronika   Tema : Mjerne tehnike : senzo...
decembar 2011, godine, Sarajevo                                     SADRŽAJ0.Uvod ………………………………………………………………………………….…… 11. M...
UvodTokom cijele historije postojala je želja da ljudi radi što boljeg međusobnograzumijevanja razmjenjuju podatke o mater...
1. MetrologijaNauka o mjerenju ili metrologija je specijalizirani dio pojedinih prirodnih i tehničkihnauka koji se bavi me...
To su potrebni uslovi kojima se obezbjeđuje jedinstvo mjera i mjerenja, tačnost izradeproizvoda i stabilnost i tačnost pro...
3       2. SenzoriSredstva za dobivanje informacija u sistemu automatskog upravljanja daju informacijuo kvalitativnim i kv...
3. Proširivanje funkcionalnih mogućnosti senzora zahvaljujući ugradnji mikroprocesora.                                    ...
• Induktivne• Otporničke• Kapacitivne.                                                                                    ...
• Direktni kojima se vrši od ulaza do izlaza direktan prijenos (konverzioni lanac) i• Kompenzacioni sa negativnom povratno...
eksplozije. Pasivni senzori su jednostavnije konstrukcije i jeftiniji su od aktivnih pa jeizbor jednog od njih stvar kompr...
8
Slika 3. Principi rada senzora                                                                                         9El...
10    Slika 4. Indukcioni senzori: a) sa pokretnim kalemom, b) sa pokretnim magnetom, c) za                               ...
12    Slika 5. Induktivni senzori s promjenom zazora i njihove statičke karakteristike: a) prosti induktivni senzor sa U-p...
Q-količina elektricitetaC-kapacitivnost                                                                                   ...
Slika 7. Prosti piezoelektrični senzor:a) traka, b) disk, c) cilindar, d) uzdužni segment cilindra                        ...
prekrivena je slojem fotoemisionog materijala, čiji elektroni imaju mali izlazni rad. Kadase fotokatoda osvijetli monohrom...
Slika 10. Optički senzor sa fotonaponskim efektom i tipičnom karakteristikom                                              ...
Znak minus upućuje na negativan prirast potencijala i temperature sa pozitivnimprirastom rastojanja duž provodnika. Kako n...
• međusobnim djelovanjem dva ili više elemenata,• promjenom međusobnog položaja kalema i jezgra,• promjenom položaja dvije...
2.3.6. Kapacitivni senzoriDvije metalne ploče između kojih se nalazi dielektrični (izolacioni) mateijal gradekondenzator (...
Slika 14. Kapacititivni senzor: a) opšti prikaz, b) ekvivalentna šema, c) ekvivalentna šema                           kapa...
Slika 15. Kapacitivni senzori sa promjenljivim zazorom: a) prosti, b) diferencijalni, c)                                  ...
Slika 16. Izvedbe pločastih kapacitivnih senzora i njihove statičke karakteristike: a)poboljšana                         v...
Kapacitivni senzori sa promjenom dielektrikaNajčešće se koristi za mjerenje pomjeranja. Princip rada se sastoji u kretanju...
Materijal nosećeg elementa mora biti takav da prenosi deformacije sa konstrukcije natraku. Žica mjerne trake može biti raz...
Uticaj temperatureUticaj temperature na mjernu traku se ogleda u promjeni otpora žice mjerne trake irazlici deformacija ma...
Relativna promjena otpora usljed izduženja:Ako se uzme u obzir poprečna i uzdužna osjetljivost (kx i ky) tada je:Toplotni ...
Mjerno mjesto na konstrukciji, na koje će se lijepiti traka predhodno se treba dobroizbrusiti tako da površina bude glatka...
Otpornički termometriRad ove vrste pretvarača bazira se na činjenici da se električni otpor čistih metala ilegura povećava...
2.4. Prijenos i registracija mjerenih veličinaMjerni lanac se sastoji do nekog pretvarača, zavisno od toga koja se veličin...
Slika 22. Realizacija zapisa: a) sa krivolinijskim koordinatama, b) i c) sa pravolinijskim                                ...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Sr mjerne tehnike- senzori i pretvaraci

3,811

Published on

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
3,811
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
68
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "Sr mjerne tehnike- senzori i pretvaraci"

  1. 1. UNIVERZITET U SARAJEVUFakultet za saobraćaj i komunikacijePredmet: Primjenjena elektronika Tema : Mjerne tehnike : senzori i pretvarači (prvi dio senzori)Studenti: Profesor:Ćurovac Amina prof. dr Izudin Kapetanović
  2. 2. decembar 2011, godine, Sarajevo SADRŽAJ0.Uvod ………………………………………………………………………………….…… 11. Metrologija ……………………………………………………………………………... 2 1.1. Zadaci i podjela metrologije ……………………………………………………… 2 1.2. Međunarodne organizacije u području metrologije …………………………..3 2. Senzori ………………………………………………..……………………………..… 4 2.1. Klasifikacija senzora …………………………………………………………..…. 42.1.1. Klasifikacija prema vrsti izlaznog signala ………………………………………..... 5 2.1.2. Klasifikacija prema prirodi mjerene veličine …………………………..… 5 2.1.3. Klasifikacija senzora prema principu rada ……………………………..... 5 2.1.4. Klasifikacija senzora prema gabaritima ……………………………….….. 5 2.1.5. Klasifikacija prema prirodi izlazne veličine ………………………………. 5 2.1.6. Klasifikacija senzora prema uslovima rada …………………………..….. 5 2.1.7. Klasifikacija prema načinu upotrebe ………………………………………. 5 2.1.8. Klasifikacija prema unutrašnjoj strukturi ………………………………….. 6 2.1.9. Klasifikacija prema pouzdanosti u eksploataciji ………………………….. 7 2.1.10. Aktivni i pasivni senzori ……………………………………………………. 7 2.2. Fizikalni pricipi rada senzora …………………………………………………….8 2.3. Vrste senzora ………………………………………………………………………. 8 2.3.1. Magnetnoelektrični senzori ………………………………………………….. 8 2.3.2. Piezoelektrični senzori ……………………………………………………... 13 2.3.3. Fotoelektrični senzori ………………………………………………………. 15 2.3.4. Termoelektrični senzori ……………………………………………………. 17 2.3.5. Induktivni senzori …………………………………………………………… 18 2.3.6. Kapacitivni senzori …………………………………………………………. 19 2.3.7. Otpornički senzori ………………………………………………………….. 23 2.3.8. Ostali otpornički senzori za mjerenje mehaničkih i procesnih veličina…27 2.4. Prijenos i registracija mjerenih veličina …………………………………… 29 2.4.1. Prijenos mjernih veličina ………………………………………………….. 29 2.4.2. Registriranje mjernih veličina …………………………………………….. 29
  3. 3. UvodTokom cijele historije postojala je želja da ljudi radi što boljeg međusobnograzumijevanja razmjenjuju podatke o materijalnom svijetu. To su mogli raditi samo akosu te podatke izražavali na svima podjednako razumljiv način. Bilo je potrebno tokomhiljada godina razvijati sistem međusobnog razumijevanja uz navođenje konkretnihpodataka mjerenja. U vrijeme koje se može smatrati početkom mjerenja nije bilomjeriteljskih 3ensor3e3 i mjeriteljstva kao naučne discipline. Od predhistorijskog dobaljudi su se dogovarali oko mjerenja. U prvim državnim zajednicama zakonima supropisivali upotrebu određenih mjera, tj. Tijela koja su bila personifikacija neke fizičkeveličine, debljine, obima, težine 3ens. Sa razvojem tehnike i tehnologije razvijalo se imjeriteljstvo. Prema razvoju mjeriteljstva u velikoj mjeri cijenio se stepen 3ensor3 icivilizacije tog područja. S razvojem komuniciranja i trgovine te s premještanjemstanovništva nastala je u svijetu u 17. I 18. St. prava zbrka mjernih jedinica. Svakastruka i svaka državica, ponekad i svaki grad, imali su svoje mjerne jedinice, koje su semijenjale s promjenom kraljeva i kneževa. Jedna od tekovina francuske revolucije bila jei zamisao o stvaranju jedinstvenog mjernog sistema, a tous les temps, à tous les3ensor3 za sva vremena, za sve narode), neovisnog o strukama, krajevima, kraljevima ivremenima.Za jedinicu dužine odabrana je neka dužina svojstvena Zemlji; htjelo se da to bude 40-milijuniti dio duljine meridijana. Nazvali su je metar (grč. Metron – mjera). Jedinicomdužine određene su jedinica površine kvadratni metar i jedinica zapremine kubni metar.Za jedinicu mase zapremine (tada se to još zvala težina) odabrana je određenazapremina određene materije pri određenim uslovima. Bio je to kubni centimetar vodepri 3ensor3e3re od 4ºC. Ta je jedinica nazvana gram (grč. Gram – naziv antičkejedinice težine).Godine 1799. Načinjene su materijalne pramjere (etaloni, prototipovi) tih jedinica ipohranjene u Arhivu Francuske Republike, pa 3enso tome nazvane arhivski metar iarhivski kilogram.Senzor je uređaj koji mjeri fizički kvantitet i konvertuje ga u signal kojeg može očitavatiposmatrač ili instrument. Na primjer, živin termometar konvertuje izmjerenu3ensor3e3re tako što se širi ili skuplja, što može biti očitano na kalibriranoj cjevčici.Termopar konvertuje 3ensor3e3re u struju koja može biti očitana na voltmetru. Zatačnost, svi senzori moraju biti kalibrirani prema unaprijed utvrđenom 3ensor3e.Senzori se koriste u svakodnevnim predmetima, kao što su pozivna dugmad lifta(osjetilni 3ensor) ili lampa koja se pali na dodir. Postoje i mnoge druge aplikacije okoijma ljudi uopće ne razmišljaju. Primjene uključuju automobile, letjelice, 3ensor3e,proizvodnju i robotiku. Senzor je uređaj koji prima signal i reaguje na njega ili na nekipoticaj. Poticaj mora biti konvertovan u električnu formu.Signal tako konvertovan može biti korišten dalje u elektroničkim uređajima. Senzorimogu biti veoma osjetljivi, zavisno od namjene. Dobar 3ensor je osjetljiv na mjerenuosobinu, ujedno je neosjetljiv na bilo koju drugu nebitnu a prisutnu osobinu. 1
  4. 4. 1. MetrologijaNauka o mjerenju ili metrologija je specijalizirani dio pojedinih prirodnih i tehničkihnauka koji se bavi metodama mjerenja fizikalnih veličina, razvojem i izradom mjernihuređaja, reprodukcijom i pohranjivanjem mjernih jedinica, te svim ostalim aktivnostimakoje omogućavaju mjerenje i usavršavanje mjernih postupaka.Mjerenje predstavlja skup aktivnosti čiji je cilj dobivanje vrijednosti mjerne veličine(fizičke veličine). Značaj mjerenja kao praktične tehničke djelatnosti od prvenstvene jevažnosti kako u svakodnevnom životu tako i u svim područjima privrede i nauke. Skoroda je nemoguće opisati bilo koju pojavu bez oslanjanja na mjerenje: mjeri se težinapisma, sobna temperatura, pritisak u gumama itd. Postoje različite djelatnosti kojedirektno zavise od mjerenja. Značaj mjerenja kao praktične tehničke djelatnosti odprvenstvene je važnosti kako u svakodnevnom životu tako i u svim područjima privredei nauke. Tako npr. u USA u 1978. godini je procijenjeno da je izvršena 2·10 9 mjerenjasvakog dana, odnosno 100 mjerenja po stanovniku. U Evropi i USA se za procesemjerenja potroši 6 % bruto nacionalnog dohotka (GDP). Mnoge oblasti nauke razvile suse tek kada je ostvarena odgovarajuća mogućnost mjerenja. I u tom području ostvarenje ogroman progres. U nastojanju da se u nađu sve mogućnosti istraživači su čestopokazivali i vrhunac dovitljivosti ljudskog duha pa su uz vlastite eksperimente čestodoprinijeli razvoju metoda i tehnika mjerenja.Na rezultat mjerenja mogu uticati i spoljni faktori. Zato ih je potrebno održavati nakonstantnom nivou. Mjerenja koja se provode u svrhu kontrole ili utvrđivanjakvantitativnog nivoa nekog radnog parametra ili neke veličine gotovog proizvoda nezahtjevaju isti niz radnji koje se moraju provesti kod mjerenja za istraživačke svrhe.Mjerenja mogu biti vrlo jednostavna i rutinska. Za takva mjerenja nije potrebna posebnaobuka. Međutim, za složena mjerenja sa sofisticiranom opremom vršioci moraju proćiobuku i dobro poznavati metode i principe mjerenja. Posebno je važno da poznajuoblast u kojoj se vrše mjerenja. 1.1. Zadaci i podjela metrologijeU tehnici i tehnologiji proizvodnje različitih mašina i uređaja koriste se različite metode isistemi ocjene karaktera proizvoda. Kvalitet proizvoda može se ogledati krozgeometrijsku tačnost, kvalitet površina, hemijskog sastava i mehaničkih karakteristikamaterijala. Kvalitet proizvoda je i direktna posljedica tačnosti tehnoloških procesa.Osnovne fizičke veličine se koriste za identifikaciju i kvalifikaciju kvaliteta proizvoda(dužina, masa, vrijeme, sila, pritisak). U različitim granama nauke i tehnike trebamjerenje istih fizičkih veličina provoditi jedinstvenim postupcima mjerenja i kontrole.Metrologija je nauka o mjerenju (metron - mjerenje, logos - nauka). Nauka o mjerenju, uprincipu, obuhvata:• principe i metode mjerenja,• sredstva za izvođenje mjerenja i kontrole.
  5. 5. To su potrebni uslovi kojima se obezbjeđuje jedinstvo mjera i mjerenja, tačnost izradeproizvoda i stabilnost i tačnost proizvodnih procesa. 2Prema oblastima kojima se bavi metrologija se dijeli na:• metrologiju dužina, površina i uglova,• metrologiju mase, sile i pritiska,• metrologiju fizičko - hemijskih veličina,• metrologiju električnih veličina.Unutar ovakve opće podjele može se govoriti i o metrologiji dužina, vremena ifrekvencije, metrologiji zapremine itd.Metrologija se može podijeliti na:• opću i• primjenjenuMetrologija se može posmatrati i kao:• naučna,• industrijska i• zakonska (legalna).Mjerna tehnika se može podijeliti na sljedeća osnovna područja:1. precizna mjerna tehnika (mjerenje mjerila, kontrola etalona)2. laboratorijska mjerna tehnika (razvoj mjerila i mjernih metoda)3. industrijska mjerenja (proizvodnja, trgovina, promet itd. ). 1.2. Međunarodne organizacije u području metrologijeMetrološkim problemima i međunarodnom saradnjom u oblasti metrologije bave semeđunarodne metrološke organizacije.1. Međunarodne organizacije za tegove i mjere osnovana na međunarodnoj metrološkojkonvenciji u Parizu 1875.2. Međunarodna organizacija za zakonsku metrologiju je osnovana na međunarodnojkonvenciji za zakonsku metrologiju u Parizu 1955. godini.Međunarodna organizacija za tegove i mjere rješava metrološke probleme od značajaza sve zemlje potpisnice "Konvencije za metar".Postoji niz metroloških organizacija koje pomažu da se uspostavi mjeriteljsko jedinstvou cijelom svijetu i da bi de sigurno i brzo razmjenjivale robe i usluge. U postupku je iosnivanje drugih organizacija koje nastaju sa naraslim potrebama privrede i nauke ucijelom svijetu. Pored metroloških postoje i nemetrološke organizacije koje se bavemjerenjem npr: ISO-međunarodne organizacije za standardizaciju, IEC međunarodnaelektrotehnička, Međunarodna unija za čistu i primjenjenu hemiju i mnoge druge.
  6. 6. 3 2. SenzoriSredstva za dobivanje informacija u sistemu automatskog upravljanja daju informacijuo kvalitativnim i kvantitativnim karakteristikama procesa što se odvijaju u upravljanomobjektu kao i u samom upravljačkom sistemu. Za upravljanje tehničkim sistemimaveoma su važne informacije o ponašanju osnovnih parametara kao što su: temperatura,protok, nivo, pritisak, vrijeme, položaj, …Troškovi za dobivanje informacija u sistemimaautomatskog upravljanja čine 1/3 ukupne cijene proizvoda. Informacije se u suštinidobivaju mjerenjem fizikalnih veličina koje karakteriziraju ponašanje procesa. Dobivenainformacija se obrađuje po nekom algoritmu. Mjerni uređaji pomoću kojih se u sistemuautomatskog upravljanja dobivaju informacije su: senzori, transdjuseri i mjernipretvarači.Senzor ili davač je primarni osjetilni element, koji pretvara fizikalnu veličinu X F koja jepogodnija za mjerenje. Senzor vrši prvo pretvaranje fizikalne veličine u nizu pretvaranjakoja su prisutna u složenim mjernim uređajima.Transducer pretvara mjernu fizičku veličinu X F u neki standardni oblik – najčešćeelektrični signal, strujni ili naponski a može biti i pneumatski.Mjerni pretvarač ili transmiter pretvara fizičku veličinu u standardni signal.Konstruktivno je osposobljen da šalje informaciju sa jednog mjesta na drugo putemprenosnih linija ili medijuma. Sastoji se od primarnog elementa koji procesnu veličinu X Fpretvara u neki pogodniji oblik XF , te baznog elementa (adaptera) koji tu veličinupretvara u informacioni signal sa normalnim obilježjima. Šema pretvaranja mjernogsignala dana je na slici 1. Slika 1. Struktura mjernog pretvarača2.1. Klasifikacija senzoraTehnika senzora razvija se u tri osnovna pravca:1. Minimalizacija i veći stepen integracije sastavnih dijelova što je tendencija i u drugimoblastima nauke.2. Realizacija višestrukog djelovanja, tako da se pomoću jednog senzora istovremenoodređuje nekoliko različitih fizikalnih veličina (npr. senzor temperature i vlažnosti zraka)
  7. 7. 3. Proširivanje funkcionalnih mogućnosti senzora zahvaljujući ugradnji mikroprocesora. 4 2.1.1. Klasifikacija prema vrsti izlaznog signalaSenzori se dijele na analogne i digitalne. Analogni senzori imaju normiran dinamičkiopseg izlaznog signala i osjetljivost na šumove. Digitalni senzori imaju veliku mogućnostinterakcije sa mikroprocesorskim upravljačkim sredstvima. 2.1.2. Klasifikacija prema prirodi mjerene veličineDijele se na: toplotne, mehaničke, kinematičke, geometrijske, radijacijske, vremenske ielektrične, hemijske i fizikalne. • Toplotni se koriste za mjerenje temperature, toplotnog kapaciteta, entalpije, toplote izgarnja • Mehanički se koriste za mjerenje sile i momenta, pritiska, vakuuma, mehaničkog naprezanja. • Kinematički se koriste za mjerenje linearnog i ugaonog ubrzanja i brzine, protoka. • Geometrijski se koriste za mjerenje položaja (koordinata) tijela razmjere, nivoa. • Radijacijski se koriste za mierenje intenziteta toplotnog, nuklearnog, akustičnog i elektromagnetnog zračenja, boje, parametara talasnog procesa. • Vremenski se koriste za mjerenje vremenskog perioda i frekvencije. • Električni se koriste za mjerenje elektromotorne sile, struje, otpora, induktivnosti, kapaciteta, provodnosti • Hemijski senzori se koriste za mjernje hemijskog sastava. • Fizikalni senzori se koriste za mjernje mase, gustine, vlažnosti, tvrdoće, plastičnosti, hrapavosti 2.1.3. Klasifikacija senzora prema principu radaPretvaranje neelektričnih mjernih veličina u električne vrši se pomoću odgovarajućihpretvarača na dva načina. Prvi način podrazumijeva da se odgovarajuća neelaktričnaveličina pretvara u pretvaraču u elekričnu veličinu. Pretvarači koji rade na ovaj načinzovu se aktivni pretvarači. Aktivni pretvarači za svoj rad ne trebaju dodatnu energiju.Aktivni senzori mogu biti:• Indukcioni• Elektromagnetni• Elektrodinamički• Piezoelektrični• Piroelektrični• Termoelektrični• Fotoelektrični.Drugu grupu pretvarača čine pasivni pretvarači ili parametarski pretvarači.U pasivnim pretvaračima neelektrične veličine utiču na promjenu neke električnekarakteristike; kapaciteta, otpora ili induktiviteta.Pasivni senzori se dijele na:
  8. 8. • Induktivne• Otporničke• Kapacitivne. 5Hemijski senzori rade na principu: polarizacija jona, kombinovanja hemijskih i električnihmetoda, promjena impedance u zavisnosti od hemijskog sastava.Hemijski senzori mogu biti:• Polarizacioni• Hemijsko-električni• Impedantni.Optoelektronski dovode do pojave struja u poluprovodnicima koja djeluje na spontanu ilistimulisanu emisiju svjetlosti (svjetleća ili laserska dioda). Kvanti svijetlosti mijenjajugustinu nosilaca naboja u poluprovodniku (fotootpor), otpor p-n prelaza (fotodioda) iliotpor zapornog sloja metal –poluprovodnik (fotoelement)Optoelektronski senzori su:• Predajnici• Prijemnici sa vanjskim fotoefektom 2.1.4. Klasifikacija senzora prema gabaritimaPrema veličini mjerni senzori mogu biti:• Normalni i oni su standrdne izvedbe.• Malogabaritni za primjenu u ograničenom prostoru• Minijaturne koji se koriste za specijalne namjene. 2.1.5. Klasifikacija prema prirodi izlazne veličine• Mehanički čiji je izlazni signal je sila ili pomak• Vremenski čiji je izlazni signal vremenski ili frekventni kod• Električni čiji se izlazni signali mjerene veličine odražavaju kroz promjenu R, L, Cparametara izlaza, pa se zovu i parametarski. Ukoliko se na izlazu se generiraelektričnii signal to su generatorski ili aktivni senzori. 2.1.6. Klasifikacija senzora prema uslovima rada• Stacionarni koji su fiksirani na jednom mjestu i• Prenosivi koji se mogu pomjerati na razna mjesta 2.1.7. Klasifikacija prema načinu upotrebe• Operativni koji služe za neposredno davanje informacija• Pomoćni za dobivnje pomoćnih informacija. 2.1.8. Klasifikacija prema unutrašnjoj strukturi
  9. 9. • Direktni kojima se vrši od ulaza do izlaza direktan prijenos (konverzioni lanac) i• Kompenzacioni sa negativnom povratnom spregom po izlaznoj veličini. 6 2.1.9. Klasifikacija prema pouzdanosti u eksploataciji• Pouzdani koji imaju mali intenzitet otkaza i malo vrijeme obnavljanja• Nepouzdani. 2.1.10. Aktivni i pasivni senzoriAktivni pretvarači za svoj rad ne zahtijevaju dovođenje dodatne energije tj. izlaznisignall senzora je nastao na osnovu energije mjerene veličine.Pasivni pretvarači moduliraju energiju nekog vanjskog izvora tj. potrebnoim je dovesti dodatnu energiju. Slika 2. Podjela senzora na osnovu energije potrebne za mjerenje:a) pasivni, b) aktivni senzorPasivni senzori su zapravo mjerni uređaji direktnog tipa, jer energiju neophodnu zamjrenje i transport izlaznog signala uzimaju sa objekta mjerenja. Na slici 2.a prikazan jepasivni uređaj za mjerenje pritiska. Pritisak fluida prenosi se preko klipa tako da se vršipomjeranje kazaljke. Ovo pomjeranje je rezultat promjene mjerenog pritiska, jer, nemanikakvog vanjskog izvora energije.Aktivni senzori su mjerni instrumenti indirektnog tipa, oni energiju neophodnu zamjerenje dobijaju iz vanjskog izvora. Vanjski izvor je najčešće električni, ali može biti ipneumatski ili hidraulični. Na slici 4.2.b prikazan je aktivni senzor za mjerenje nivoagoriva u rezervoaru. Promjena nivoa prenosi se preko plovka na klizač potenciometra.Energija izlaznog signala dolazi iz vanjskog izvora, tako što klizač modulira vrijednostizlaznog napona u skladu sa promjenom nivoa.Razlika između pasivnih i aktivnih senzora je u rezoluciji mjerenja. U prethodnomprimjeru se vidi da se rezolucija mjerenja pasivnih senzora može povećatiprodužavanjem kazaljke ali je ta mogućnost ograničena iz praktičnih razloga. Rezolucijaaktivnih senzora se povećava uzimanjem izvora sa većim iznosom energije, što je opetograničeno zbog zagrijavanja vodova i povećanih gubitaka toplote i zbog opasnosti od
  10. 10. eksplozije. Pasivni senzori su jednostavnije konstrukcije i jeftiniji su od aktivnih pa jeizbor jednog od njih stvar kompromisa između cijene i potrebe rezolucije mjerenja. 7U literaturi se može naći i drugačije poimanje pasivnog odnosno aktivnog senzora.Naime, pasivni senzor mehaničkim kontaktom prenosi promjene mjerne fizikalneveličine na promjenu nekog električnog parametra: otpora, induktivnosti, kapaciteta,struje, napona ili intenziteta zračenja. Aktivni generiraju električni signal (struja, napon,naboj) zahvaljujućii konverziji mehaničke, svijetlosne ili hemijske energije.Primjer pasivnog senzora je otpornički detektor mehaničkog pomjeranja, a aktivnogtermoelement, koji toplotnu energiju pretvara u napon.2.2. Fizikalni pricipi rada senzoraSenzori rade na osnovu njihove interakcije sa procesom i to tako što reagiraju na stanja,a reakciju transformiraju u izlazni signal. Postoji veliki broj fizikalnih pojava i efekata,načina transformacije svojstava procesa kao i metoda konverzije energije koji se moguprimijeniti pri gradnji senzora. Principi su dati na slici 3.Nosilac informacije je masa ili energija. Mjerenje neelektričnih signala počinjepretvaranjem u električni pa se onda obavlja procesiranje. Važnost imaju fizikalni efektikoji omogućavaju takvu konverziju. Za neelektrično-električno pretvaranje potrebna jeenergija iz domena mjernog signala ili van njega.2.3. Vrste senzoraNajčešće korišteni senzori biće opisani u narednom tekstu; način rada, konstrukcija iupotreba. 2.3.1. Magnetnoelektrični senzoriZa pretvaranje neelektrične mjerne veličine u električnu koristi se principelektromagnetne indukcije. Ovi senzori rade na samouzbudnom principu.Elekromotorna sila koja se na tajj način inducira proporcionalna je brzini promjenemagnetnog toka u pojedinim namotajima i i broju namotaja:Magnetno električni senzori se dijele na:• elektrodinamičke ili senzore sa relativnim pomjeranjem provodnika i• elektromagnetne ili senzore sa promjenljivim magnetnim otporom
  11. 11. 8
  12. 12. Slika 3. Principi rada senzora 9Elektrodinamički senzoriPrincip rada elektrodinamičkog senzora zasniva se na elektrodinamičkoj indukciji. Uprovodniku koji se kreće određenom brzinom v i presijeca silnice stalnog magnetnogpolja indukuje se napon:gdje su:N-broj zavojal-dužina jednog navojaB-magnetna indukcijav-brzina kretanja kalemaKako je promjena napona proporcionalna prvom izvodu pomjeranja tj. brzini ova grupasenzora se koristi za detekciju brzine. Kada pokretni dio senzora miruje izlaz je jednaknuli.Brzina kretanja kalema može biti linearna ili ugaonaAko je brzina kretanja kalema linearna pomoću njega se može mjeriti puti ubrzanjeAko je brzina kretanja kalema ugaona onda se pomoću nje može odrediti broj obrtaja i ugaono ubrzanje .Kalem umjesto pravolinijskog kretanja vrši rotaciju između polova magneta. Indukovanaelektromotorna sila je u tom slučaju:gdje je:r-poluprečnik kalemaϕ -ugao zakretanjaNapon indukovan na ovaj način direktno zavisi od brzine okretanja motora. Indukcionisenzori su u suštini generatori. Zato što su izvanrerdni detektori vibracija primjenjuju seu alarmnim sistemima.
  13. 13. 10 Slika 4. Indukcioni senzori: a) sa pokretnim kalemom, b) sa pokretnim magnetom, c) za detekciju ugaone brzineElektromagnetni senzoriRad ovih senzora zasnovan je na indukciji. Pri promjeni magnetnog fluksa na krajevmakalema se indukuje napon. Promjena magnetnog fluksa nastaje pomjeranjem metalnepločice u onosu na magnet. Napon koji se indukuje na krajevima kalema dat je izrazom:gdje je:n-broj navojaΦ - fluks - ֹ brzina pokretne pločiceElektromagnetni senzori rade na bezkontaktnom principu. Induktivnost se mijenja uzavisnosti od promjene vazdušnog zazora između jezgra (jarma) i pokretnog dijela odferomagnetika (kotve). Prosti induktivni senzor ima jaram u obliku slova U ili E. Kada sekotva približi jarmu, zazor se smanji a induktivnost raste. Prednost ovakvih mjerenja ješto masa senzora i opreme ne utiče na rezultate mjerenja. Osjetljivost senzora zavisi odudaljenosti pokretnog elementa. Indukcioni senzori se primijenjuju u uljnoj hidraulici zamjerenje ugaonih brzina, a posebno elektrodinamički indukcioni pretvarači(tahogeneratori).
  14. 14. 12 Slika 5. Induktivni senzori s promjenom zazora i njihove statičke karakteristike: a) prosti induktivni senzor sa U-presjekom, b) prosti induktivni senzor sa E-presjekom, c) diferencijalni induktivni senzor 2.3.2. Piezoelektrični senzoriZa rad piezoelektričnih senzora iskorišten je princip piezoelektričnog efekta.Piezoelektrični efekat otkrili su braća Kiri. Oni su primijetili da izvjesni dielektričnimaterijal monokristalne strukture kada se mehanički napreže razvija električnipotencijal.Ako se na materijal koji ima ove osobine djeluje silom F kristalna rešetka će sedeformisati. Usljed deformacije rešetke javiće se piezoelektricitet., čiji napon se mjerina elektrodama postavljenim na površine kristala. Količina elektriciteta zavisi od silekojm se rešetka deformiše:gdje je:F-sila deformisanjad-konstanta kristalaNapon između elektroda određen je izrazom:gdje je:
  15. 15. Q-količina elektricitetaC-kapacitivnost 13Kako je tada je . Kapacitivnost je dana izrazom:gdje je ε linearna dilatacija.Tada je:Ako se uvede oznaka tada je napon između elektroda:Vrijednosti g i d su karakteristike kristala. Najpoznatiji prirodni piezomaterijal je kvarc.Piezoelektrični senzori se koriste za mjerenje mehaničkih vibracija i zovu sepiezoelektrični akcelerometri. Slika 6. Piezoelektrični akcelerometarProsti piezoelektrični senzorProsti piezoelektrični senzori se grade u obliku: prizme, diska, cilindra ilidijela cilindra.
  16. 16. Slika 7. Prosti piezoelektrični senzor:a) traka, b) disk, c) cilindar, d) uzdužni segment cilindra 14Izlazni napon je pozitivan kada je prizma podvrgnuta sabijanju. Najveća osjetljivost jekada je maksimalan odnos l/d tj. kada je piezoelektrik u obliku trake. Traka, naime, imamalu čvrstinu pa se lako lomi pod uzdužnim opterećenjem. Oblik diska je povoljniji upogledu čvrstine. Površine diska se posrebruju kako bi kontakt između piezoelektrika ipriključnih vodova bio što bolji.Najbolju čvrstinu ima senzor u obliku cilindra, ali ga je tehnološki najteže proizvesti.Potrebno je da poprečni presjek što manje odstupa od kružnog prstena i da debljinaprstena bude jednaka po cijelom obimu. Uzdužni segment cilindra ima sva dobrasvojstva cilindra i zbog zakrivljenosti je čvršći od trake.Nedostaci prostih piezoelektričnih senzora su mali izlazni napon i slabamehanička čvrstina pa se grade višestruki ili složeni senzori (paralelnoserijskospajanje više prostih piezoelektričnih senzora slika 8). Slika 8. Višestruki piezoelektrični senzor: a) lamelni, b) diskoidni, c) trosegmentni 2.3.3. Fotoelektrični senzoriOsnov rada ovih senzora zasniva se na promjeni parametara optičkog signala sapromjenom mjerene fizikalne veličine tj. prvenstveno se bazira na fizičkoj pojavifotoelektričnog efekta. Fotoelektrični efekat može biti unutrašnji i vanjski.Vanjski fotoelektrični efekat karakteriše se time što djelovanjem svjetlosti na nekeprovodnike ili poluprovodnike dolazi do emitovanja elektrona. Fotokatoda ovih senzora
  17. 17. prekrivena je slojem fotoemisionog materijala, čiji elektroni imaju mali izlazni rad. Kadase fotokatoda osvijetli monohromatskom svjetlošću talasne dužine apsorbovani foton predaje elektronu dovoljno energije da savlada energetskubarijeru i sasvim napusti materijal.Pomoću vanjskog izvora fotoelektroni se dalje ubrzavaju između anode i katode isakupljaju na anodi. Registrujuća fotostruja registruje se direktno ili kao pad napona naopteretnom otporu. Fotoni svjetlosti manje talasne dužine imaju veću energiju pa jepojava fotoemisije vjerovatnija. Zato se fotoelektrode prave od fotoemisionih materijalaosjetljivih na vidljivu ili infracrvenu svjetlost. 15 Ukoliko se pod djelovanjem svjetlosti na odgovarajuće materijale oslobađaju elektroni uunutršanjosti materijala, onda je to unutrašnji fotoelektrični efekat. Efekat se sastoji upromjeni električnog otpora materijala na koji pada svjetlost. Nedostatak im je relativnovelika vremenska konstanta T>50ms. Slika 9. Princip rada optičkog senzora: a) sa fotoelektronskom emisijom, b) sa efektom fotoprovodnostiFotoelementiPretvaranje svjetlosne energije u električnu na principu fotoelektričnog efekta vršepretvarači u zoni između poluprovodnika i metalne podloge na koju je nanesenfotemisioni sloj. To su aktivni senzori, jer se pod uticajem svjetlosti unutar p-n prijelazajavljaju slobodni elektroni i šupljne pa se generira ems. Pri tome se p-sloj ponaša kaoanoda a n-sloj kao katoda. Tipičan fotonaponski element je solarna ćelija. Kada sefotonaponski element inverzno polariše pomoću vanjskog naponskog izvora, inverznastruja zasićenja postaje direktno proporcionalna jačini svjetlosti. Inverzna polarizacijaima veliku brzinu odziva.Predstavnici senzora koji rade na ovom principu su fotodiode i fototranzistori.Primjenjuju se u automatskoj regulaciji tehnoloških procesa, robotici, avioindusriji, vojnojtehnici, medicini, itd.
  18. 18. Slika 10. Optički senzor sa fotonaponskim efektom i tipičnom karakteristikom 16 Slika 11. Optički senzor sa piroelektričnim efektom i ekvivalentnom šemom 2.3.4. Termoelektrični senzoriMjerenje temperature zasniva se na termoelekreičnom efektu. Princip je sljedeći: spojese dvije žice, slika 12. napravljene od različitih materijala koji su elektroprovodnici.Jedan čvor npr. čvor (2) se grije na temperaturu T2, a drugi je na temperaturi T1.Kada su krajevi provodnika na različitim temperaturama T2>T1 između njih nastajetoplotni tok od toplijeg prema hladnijem kraju. Prijenos toplote je, prema tumačenjukvantne teorije, usko povezan sa kretanjem slobodnih elektrona. Njihova koncetracija ipripadni potencijal neravnomjerno su raspoređeni duž provodnika, pa se javlja struja:Istovremeno se javlja i struja zbog temperaturnog gradijenta:Ke i Kτ označavaju proporcionalnost sruja i sa gradijentom potencijala, odnosnogradijentom temperature.
  19. 19. Znak minus upućuje na negativan prirast potencijala i temperature sa pozitivnimprirastom rastojanja duž provodnika. Kako nije zatvoreno nikakvo vanjsko električnokolo, ukupna struja kroz provodnik je nula tj. pa je:Napon koji nastaje kao rezultat temperaturne razlike T2-T1 između krajevaposmatranog provodnika naziva se termoelektrični napon, a njegova vrijednost sedobija integracijom jednačine:Koeficijent zavisi od svojstava materijala od kojeg je izrađen provodnik itemperature. 17Za male promjene temperature može se smatrati da je: Slika 12. Termoelektrični efekt: a) otvoreno termoelektrično kolo, b) zatvoreno termoelektrično kolo sa dva provodnika, c) otvoreno termoelektrično kolo sa dva provodnikaTermoelement ili termopar je uobičajeni naziv za termoelektrično kolo sastavljeno oddva provodnika napravljena od različitih materijala. Pri mjerenju temperature javlja setoplotna inercija. To je vrijeme potrebno da termoelement pri prenošenju sa sobnetemperature (15÷20)°C na temeraturu 100°C dostigne (97÷98)°C. Početna, odnosnokonstantna temperatura T0 ostvaruje se tako što se spoj stavlja u prostor konstantnetemperature. Veza između posude i termoelementa mora biti takva da se ne unosigreška sistemom mjerenja. Ako se mjerenje vrši na većoj udaljenosti uvode se tzv."kompenzacione" veličine, a vodiči moraju biti od materijala istih termoelektričnihsvojstava kao i radni čvor termoelementa. 2.3.5. Induktivni senzoriOva grupa elektromagnetnih senzora radi na principu promjene magnetnog otpora.Promjena magnetnog otpora može se ostvariti promjenom:• ukupne dužine zavojnice,• zračnog zazora,• permeabilnosti materijala jezgra,
  20. 20. • međusobnim djelovanjem dva ili više elemenata,• promjenom međusobnog položaja kalema i jezgra,• promjenom položaja dvije zavojnice.Najčešće se koriste senzori kod kojih se promjena magnetnog otporaostvaruje promjenom veličine zračnog zazora ili promjenom magnetnepermeabilnosti tj. propustljivosti željeznog jezgra μ.Induktivnost senzora, koji sadrži namotaj i feromagnetno jezgro, određujese izrazom:gdje su:n-broj navoja kalemaZm-magnetni otpor jezgra i zazora. 18Kod senzora sa promjenljivim zračnim zazorom pomjeranjem kotve pod djelovanjemmjerene veličine dolazi do promjene induktivnosti. Ovi senzori imaju po dva navojamagnetno povezana. Zahvaljujući tome, između izvora napajanja i izlaza postojitransformatorska veza, pa se ovi senzori nazivaju i transformatorski. Pogodni su zamjerenja malih mehaničkih pomjeranja. U ovu grupu spada i diferencijalnitransformatorski senzor (slika 13.). Na primarni namotaj N1, koji je ravnomjernoraspoređen po cijeloj dužini senzora, priključen je naizmjenični napon napajanja U.Sekundar je podijeljen na dva navoja N2 i N2 koji su suprotno namotani i vezani useriju. Proporcionalno položaju pomičnog jezgra na njima se indukuje napon U2 i U2odnosno ukupni napon Ui=U2-U2. Prilikom prolaska kroz središnji položaj Ui=0, izlaznisignal mijenja znak, što odgovara promjeni faze za 180°. Pomjeranjem namotaja ilijezgra remeti se magnetna simetrija i javlja se izlazni signal.Izvedba diferncijalnog međuinduktivnog (transformatorskog) senzora omogućavaproširenje mjernog opsega i bolju linearnost.Slika 13. Transformatorski induktivni senzor: a) sa linearnim pomjeranjem kotve, b) sa ugaonim zakretanjem primara
  21. 21. 2.3.6. Kapacitivni senzoriDvije metalne ploče između kojih se nalazi dielektrični (izolacioni) mateijal gradekondenzator (slika 14.a) kapaciteta:gdje su:S-površina pločed-rastojanje između ploča -relativna dielektrična konstanta• -dielektrčna konstanta vakuuma 19Ukoliko se na S, d ili ε utiče nekom neelektričnom veličinom, tada kapacitet C zavisi odte veličine pa se na taj način dobija kapacitivni senzor., tj, rad kapacitivnih senzora setemelji na promjeni kapaciteta kondenzatora koji se mijenja pod uticajem mjereneneelektrične veličine.
  22. 22. Slika 14. Kapacititivni senzor: a) opšti prikaz, b) ekvivalentna šema, c) ekvivalentna šema kapacitivnog senzora sa priključnim vodovimaPostoje razne konstrukcije senzora zavisno da li se utiče sa S, d ili ε. Vrste kapacitivnihsenzora su:1. Senzori sa promjenljivim rastojanjem kondenzatorskih ploča2. Diferencijalni pretvarač3. Pretvarači sa obrtnom elektrodom4. Pretvarač sa ugaonim preklapanjem5. Pretvarač sa promjenom dielektrikumaSenzori sa promjenljivim rastojanjem kondenzatorskih pločaOvaj tip senzora se sastoji od dvije kondenzatorske ploče čiji se kapacitet mijenja akojedna od ploča mijenja rastojanje u odnosu na drugu prilikom paralelnog pomjeranja. 20
  23. 23. Slika 15. Kapacitivni senzori sa promjenljivim zazorom: a) prosti, b) diferencijalni, c) poludiferencijalniPrincip rada senzora zasniva se na promjeni kapacitivnosti. Ako je početnavrijednost kapaciteta C0 kada su ploče na rastojanju tada je:Nakon pomjeranja jedne ploče za Δa kapacitet je:Promjena kapaciteta je:a relativna promjena kapaciteta:Ovi senzori imaju veliku osjetljivost na promjenu razmaka između ploča Δd.Njihova osjetljivost je negativna, što znači da s porastom pomakakapacitet senzora opada i obratno. Koriste se za praćenje fizikalnih veličina koje semanifestuju kao mali pomaci reda milimetra, mikrometra pa i manje. 21
  24. 24. Slika 16. Izvedbe pločastih kapacitivnih senzora i njihove statičke karakteristike: a)poboljšana varijanta, b) diferencijalni, c) poludiferencijalniNa slici 16.b prikazan je kapacitini senzor sa promjenljivom površinom preklapanjaploča. Sastoji se od dvije fiksne i jedne pokretne ploče. Reltivnim pomjeranjem ploče upravcu x veličina površine preklapanja se mijenja. Ovakav senzor ima dva radnakondenzatora. Prilikom pomjeranja pokretne ploče kapacitet jednog kondenzatora sepovećava, a drugog smanjuje.Kapacitivni senzor sa ugaonim preklapanjemPovršine preklapanja mogu se ostvariti i rotacionim preklapanjem dviju pločica. Pločekod kapacitivnog senzora mogu biti izvedene kao kod ugaonog kondenzatora.Statorskaploča je fiksna a rotorska se zakreće za ugao α, slika 17. Ako je aktivnapovršina ploča kondenzatora kružnog oblika promjena kapaciteta je dana izrazom: gdje je: - početna vrijednost kapaciteta.Ovi senzori izgrađeni su tako da je zakretni moment rotorske ploče veoma mali, reda0,1Nm. Slika 17. Izvedbe kapacitivnih senzora: a) ugaoni, b) cilindrični 22
  25. 25. Kapacitivni senzori sa promjenom dielektrikaNajčešće se koristi za mjerenje pomjeranja. Princip rada se sastoji u kretanju čvrstogdielektrika između kondenzatorskih ploča dužine l i širine b.Promjena kapaciteta dana je izrazom:gdje je: -dielektrična konstanta -relativna dielektrična konstantas- mjereno pomjeranjeb- širina pločea- razmak između ploča Slika 18. Pločasti kapacitivni senzor sa promjenljivim dielektrikom: a) dielektrik sa paralelnim elektrodama, d) dielektrik okomit na electrodeKapacitet linearno zavisi od delektrične konstante izolatora. Bitan uslov je da materijalizmeđu elektroda kondenzatora ne smije provoditi električnu struju. 2.3.7. Otpornički senzoriU grupu otporničkih mjernih pretvarača spadaju mjerne trake koje se koriste zamjerenje deformacija. Mjerne trake su jedan od najčešće korištenih mjernih pretvarača.Mjerna traka je kao otpornički pretvaračjeftina, neznatne je krutosti male dužine. Možese koristiti za mjerenja statički i dinamički opterećenih konstrukcija.Opis mjerne trakeMjerna traka se sastoji od žice savijene nekoliko puta a zatim zalijepljene posebnimljepilom na njen noseći element koji može biti napravljen od papira, sintetičke mase,metalne folije i slično. Savijena žica se preko nosećeg elementa lijepi na konstrukcijukoja je izložena djelovanju opterećenja usljed čega se deformiše. Dio mjerne trake nakoji je postavljena mjerna mrežica zove se noseći element. 23
  26. 26. Materijal nosećeg elementa mora biti takav da prenosi deformacije sa konstrukcije natraku. Žica mjerne trake može biti različito uvijena i postavljena na noseći element.Mjerne trake mogu biti izrđene u obliku rozete. Rozete se koriste za mjerenje lokalnihdilatacija u više pravaca. Mjerne trake se još koriste i kao pretvarači za mjerenje sile,pritiska, obrtnog momenta, ubrzanja i sl. Veličina mjerne trake nije određena i zavisi odnamjene. Najčešće su u upotrebi mjerne trake dužine (0¸5÷50) mm i širine (1÷15) mm,a električni otpor se kreće od 50 do 1000Nm. Oblik mjerne trake zavisi od funkcije kojutraka treba da ima.Električni otpor provodnika može se definisati izrazom:gdje je:ρ-specifični otporl-dužina provodnikaS-poprečni presjek provodnikaUsljed djelovanja sile pritiska ili istezanja na žicu, nastaju male promjene dužine l,poprečnog presjeka S i specifičnog otpora ρ. Pošto je zapremina žice mjerne trake V=Slotpor žice kroz koju prolazi struja je:Diferenciranjem gornjeg izraza i dijeljenjem sa prethodnim dobija se:gdje je: - koeficijent osjetljivosti mjerne trake - Bridgemanova konstantaKoeficijent osjetljivosti k definira se kao jednačina promjene otpora poluprovodnikapodijeljena sa relativnom deformacijom koja je izazvala tu promjenu:Koeficijent osjetljivosti zavisi od dva faktora i to od promjene dimenzija provodnika uobliku (1+2μ) i od promjene specifičnog otpora datog Bridgemanovom konstantom B.Konstanta zavisno od vrste materijala trake kože biti pozitivna, jednaka nuli ilinegativna. Koeficijent osjetljivosti ima vrijednosti od –12 do +4 za većinu materijala, anajčešće se koriste sa k=2. Ova vrijednost koeficijenta osjetljivosti se dobije za B=0 iμ=0¸5. 24
  27. 27. Uticaj temperatureUticaj temperature na mjernu traku se ogleda u promjeni otpora žice mjerne trake irazlici deformacija materijala mjerne trake i materijala konstrukcije na koju je mjernatraka zalijepljena. Promjena otpora usljed promjene temperature dana je izrazima:gdje su: -toplotni koeficijent mjerne trake -toplotni koeficijent promjene otpora žice -koeficijent linearnog izduženja materijala žice usljd promjene temperature -koeficijent linearnog izduženja usljd promjene temperature materijala dt-promjena temperatureVeza između promjene otpora i toplotnog koeficijenta promjene otpora žice može sedobiti na osnovu izraza:i Bridgemanove kostante:pa je:Toplotni koeficijent usljed razlike linearnih deformacija materijala žice i konstrukcijemože se naći iz relacija:Dužine i su dužine konstrukcije trake pri t=t0 odnosno temperature lijepljenjatrake kada je baza . Usljed promjene temperature sa vrijednosti napromijeniće se različito dužina trake i konstrukcije: 25
  28. 28. Relativna promjena otpora usljed izduženja:Ako se uzme u obzir poprečna i uzdužna osjetljivost (kx i ky) tada je:Toplotni koeficijent trake može se napisati u obliku:pa je promjena otpora mjerne trake usljed temperature:Karakteristike i materijal mjerne trakeZahtjevi koje mjerna traka mora da ispuni:• promjena električnog otpora po jedinici dužine mora biti relativno velika i velikikoeficijent osjetljivosti;• veliki specifični otpor kako bi se relativno malom dužinom žice dobio pretvarač velikeotpornosti;• dužina žice u odnosu na poprečni presjek treba da bude što veća kako bi sila pojedinici površine poprečnog presjeka bila što manja. Ovaj zahtjev se može ispuniti i sažicom čiji prečnik ne prelazi 0,025 mm;• temperaturni koeficijent žice treba da bude što manji, kako bi se što lakše izbjegliuticaji promjene okolne temperature na otpornost pretvarača, pa se problem prevazilazikorištenjem kompenzacionih traka:• izvodi mjerne trake treba da se lako leme sa bakrom i da spoju daju minimalnutermoelektromotornu silu;• mjerna traka treba da bude jednako osjetljiva pri mjerenju naprezanja u oba smjera;• mjerna traka treba da ima što manji histerezis.Ljepila i uslovi rada mjernih trakaZa konstrukciju čije se dilatacije mjere, mjerna traka se pričvršćuje pomoću ljepila. Odkvaliteta i osobina ljepila zavisi ispravno prenošenje dilatacija sa konstrukcije na mjernutraku.Zato ljepila moraju ispunjavati sjedeće uslove:• osigurati dobro prijanjanje između konstrukcije i nosećeg elementa trake;• ne smiju imati osobine puzanja što bi dovelo do histerezisa;• trebaju biti otporna prema uticaju vlage;• između ljepila i žice mjerne trake ne smije doći do hemijske reakcije.Ljepila se prave na bazi sintetičkih smola ili na bazi celuloze. Kvalitet mjerenja zavisi odpostupka ljepljenja trake na konstrukciju koja se ispituje. 26
  29. 29. Mjerno mjesto na konstrukciji, na koje će se lijepiti traka predhodno se treba dobroizbrusiti tako da površina bude glatka i sjajna. Zatim se ta površina očisti hemijskimsredstvom od mehaničkih nečistoća i masnoća. Mjerna traka se zalijepi na mjernomjesto na kom su tačno određeni pravci (uzdužni i poprečni). Traka se pritisne sve dokse ljepilo ne osuši. Nakon toga se zaleme izvodi trake sa izvodima kablova kojima semjerno mjesto povezuje sa uređajem. Zaštitni kit se stavlja preko mjerne trake u slučajukada se mjerenja izvode u vlažnoj ili zaprljanoj sredini. 2.3.8. Ostali otpornički senzori za mjerenje mehaničkih i procesnih veličinaOstali otpornički senzori za mjerenje mehaničkih i procesnih veličina su:• potenciometar• otpornički termometar• termistor• pretvarač sa toplom žicomPotenciometarski senzorNjihov rad se temelji na promjeni otpora usljed promjene kliznog kontakta. Omski otporse mijenja sa promjenom dužine provodnika. Nedostatak ove vrste senzora je kontaktnatačka između klizača i otporničke žice. Slika 19. Detekcija promjene otpora potencioematrskog senzora: a) mjerna šema, b)statička karakteristikaPrimijenjuju se za mjerenje otpora senzora na bliskim rastojanjima. Senzor u ovomslučaju ima oblik potenciometra tj. otpornika sa klizačem i pogodan je za mjerenjemehaničkih veličina.Veza između veličina potenciometarskog pretvarača sa namotanom otporničkom žicomdate su izrazima:gdje su: - najveći mogući put , - ukupni otpor , - ulazni napon 27
  30. 30. Otpornički termometriRad ove vrste pretvarača bazira se na činjenici da se električni otpor čistih metala ilegura povećava sa povećanjem temperature. Takvi materijali imaju pozitivantemperaturni koeficijent.Veza između otpora i temperaturre je linearna i može se pokazati izrazom:gdje su:R1 i R2 otpori na temperaturama T1 i T2.Najčešće korišten otpornički termometar je od čiste platine jer se može koristiti utemperaturnom području od -182,7°C do 630,5°C.Termootpornički senzor je pasivan i kroz njega mora prolaziti neka struja da bi se dobionapon koji se može mjeriti. Međutim, prolaskom struje kroz termootpornik nastajeDžulova toplota koja ga dodatno zagrijava. Ovaj najveći nedostatak termootporničkihsenzora ispoljava se kod platinastog kao sistemska greškaTermistoriTermistor je osjetljivi otpornik, koji se pravi od čistog germanijuma, oksida metalahroma, kobalta, željeza, nikla i drugih. Termistori imaju otpore većeg iznosa u odnosuna otpore metala za iste temperature. Za većinu termistora otpor opada sa porastomtemperature, što znači da je temperaturni koeficijent otpora negativan. Takvi termistorise nazivaju NTCotpornici (Negative Temperature Coefficient). Temperaturni koeficijenttermistora može biti i pozitivan, kao što je kod metala. Tada je riječ o PTC-otpornicima(Positive Temperature Coefficient). Imaju najčešće oblik diska, prstena ili cilindra. Slika 20. Termistor: a) statička karakteristika, b) izgledPretvarači sa toplom žicomPrincip rada ovog pretvarača zasniva se na promjeni električnog otpora usljed strujanjafluida, oko tople žice, kroz koju protiče struja. Žica se hladi gasnom strujom, a brzinastrujanja gasa se mjeri. Najčešće se koriste za mjerenje protoka fluida pa se zovuanemometri. 28
  31. 31. 2.4. Prijenos i registracija mjerenih veličinaMjerni lanac se sastoji do nekog pretvarača, zavisno od toga koja se veličina mjeri,uskladnog i registracionog člana. Osnovni zadatak uskladnog člana je pojačavanjeslabih i nestabilnih signala koji se dobiju mjerenjem neelektrične veličine. Ove signaletreba prilagoditi uređajima za registraciju i obradu podataka. 2.4.1. Prijenos mjernih veličinaPrijenos mjernih veličina od objekta na kojem se vrše mjerenja do registracionoguređaja može se vršiti kada su mjerni objekt i registrcini uređaj praktično jedan uz drugi,ali isto tako i na velike udaljenosti kao što je prijenos podataka sa satelita iz svemira.U procesu prenosa signala uključene su razne vrste modulacija i filtriranja. Za jedansignal postoji mogućnost direktnog prenosa, mogućnost da veličina prijeprenosadigtalizuje ili da se nakon digitalizacije grupiše i prenese po grupama. Ovo semože ostvariti bežično ili kablovskim putem. Analogni signal koji se dobije iz mjernogpretvarača može se prenijeti direktno kao analognii zapis, a može se modulirati i narazne načine. Nakon prijenosa može se demodulirait i registrvati kao analogni ili digitalnipodatak. Postoje razne vrste modulacija kao što su frekventna modulacija FM,modulacija dužine impulsa PDM, plus-kodna modulacija PCM, multikomleks prijenos.Frekventnom modulacijom dobija se kontinuiran signal. komponente. 2.4.2. Registriranje mjernih veličinaNačin pokazivanja rezultata na instrumentu zavisi od tipa instrumenta. Principijelno,razlikuje se pokazivanje rezultata na analognim i digitalnim instrumentima. Indikacioni iregistracioni uređaji, koji se zovu i mjerni instrumenti mogu biti: pokazivači, pisači,osciloskopi, magnetne trake, magnetofoni, digitalni pokazivači.Slika 21. Pokazivanje instrumenta: a) kazaljka između oznaka, b) stvarno očitanjeAnalogni registracioni uređajiAnalogni instrumenti (slika 22. i 23.), koji se u automatskoj regulaciji primjenjuju ufunkciji monitoringa imaju kazaljku čiji položaj odgovara trenutnoj vrijednosti mjereneveličine. Kazaljka može biti: čvrsta, tečna i optička. Problem tačnog očitavanja naanalognim instrumentima javlja se onda kada je položaj kazaljke između oznaka naskali. Jedan od načina analognog bilježenja je zapisivanje na traku, dakle direktnoregistriranje. Kretanje trake vrši se u funkciji vremena. Analogni registracioni uređajipogodni su za mjerenje dinamičkih veličina. 29
  32. 32. Slika 22. Realizacija zapisa: a) sa krivolinijskim koordinatama, b) i c) sa pravolinijskim koordinatama Slika 23. Galvanometarski pisač: a) sa krivolinijskim koordinatama, b) i c) sa pravolinijskim koordinatamaDigitalno memorisanje podatakaIzlazni signali gotovo svih pretvarača su po svom karakteru analogni tj. predstavljajuveličine koje su po svom karakteru analogne veličinama koje se mjere. Za prikazivanjerezultata u digitalnom (cifarskom) obliku treba analogne signale pretvoriti uodgovarajuće digitalne veličine. Ovu funkciju obavlja jedan dio mjerne sprege,analogno-digitalni konvertor. Izlazna digitalna informacija može se dalje koristiti narazličite načine, bilo da se direktno zapisuje na štampaču, ili da se poslije šifriranjazapisuje na perforiranu traku i vodi u računar na obradu.Digitalna obrada informacija nalazi sve veću primjenu u raznim oblastima nauke itehnike a naročito u informaciono-mjernoj tehnici. Razlog tome je u brzini djelovanjadigitalnih mjernih uređaja, koji se grade na bazi integralnih kola velikog ili srednjegstepena integracije. Prednosti u odnosu na analogne mjerne uređaje su: funkcionalnost,efikasnost, ekonomičnost, tačnost i pouzdanost. Imaju i dodatne prednosti koje su uvezisa prenosom informacija na veća rastojanja. Slika 24. Opšta strukturna blok-šema digitalnog senzora 30

×