Układy pomiarowe i sensoryczne

1. Moduł 2
Układy pomiarowe i sensoryczne
1. Wprowadzenie do miernictwa przemysłowego
2. Sensory analogowe
3. Sensory binarne
4. Sensory cyfrowe
5. Układy sensoryczne

2. 2
1. Wprowadzenie do miernictwa przemysłowego
Miernictwo jest dziedziną wiedzy zajmującą się miarami i mierzeniem. Jego podsta-
wowym zadaniem jest umożliwienie człowiekowi dokonywania obiektywnej, ilościowej
oceny występujących w świecie zjawisk.
Dziedzina wiedzy dotycząca pomiarów nazywa się metrologią. Podstawowymi poję-
ciami metrologii są:
 wielkość mierzalna,
 wartość wielkości.
Wielkość mierzalna jest to cecha zjawiska lub ciała, którą można rozróżnić jako-
ściowo i określić ilościowo, np. długość, czas, masa, siła, ciśnienie, prędkość itd.
Wartość wielkości jest połączeniem liczby oraz jednostki miary. Liczba wskazuje, ile
razy mierzona wielkość jest większa od jednostki miary, np. 2[m], 4[s], 10[N], 100[Pa].
Powyżej jednostki miary (metr, sekunda, niuton, paskal) zapisano w nawiasie kwadra-
towym, aby podkreślić, że są to jednostki miary; w praktyce podczas zapisywania warto-
ści wielkości mierzonej pomija się nawiasy kwadratowe.
Pomiar – jest to doświadczalne wyznaczanie wartości wielkości mierzonej i polega
na określeniu, ile razy wartość wielkości mierzonej jest większa (lub mniejsza) od jed-
nostki miary tej wielkości.
Jednostką miary jest wartość wielkości umownie przyjęta i określona jako równa
jedności, np. 1 kg, 1 m itd.
Jednostki miary są ujęte w dokumencie zwanym Układ SI (Systéme International).
W układzie SI określono siedem jednostek podstawowych i dwie jednostki uzupeł-
niające (tabela 2.1.).
Tabela 2.1.
[Źródło: opracowanie własne]
Wielkości podstawowe
Jednostka miary
nazwa oznaczenie
Długość metr m
Masa kilogram kg
Czas sekunda s
Prąd elektryczny amper A
Temperatura kelwin K
Liczebność materii mol mol
Światłość kandela cd
Wielkości uzupełniające
Kąt płaski radian rad
Kąt bryłowy steradian sr
Jednostki podstawowe układu SI definiowane są w sposób następujący:
 metr – jednostka długości drogi przebytej w próżni przez światło w czasie
1/299.792.458 sekundy;
 kilogram – jednostkę masy, która jest równa masie międzynarodowego prototy-
pu kilograma przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres;
 sekunda – jednostka czasu równa 9.192.631.770 okresom promieniowania od-
powiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu pod-
stawowego atomu cezu 133;

3. 3
 amper – jednostka prądu elektrycznego niezmieniającego się, który, płynąc
w dwóch równoległych prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach
o przekroju kołowym znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości
1 metra od siebie, wywołałby między tymi przewodami siłę 2 · 10-7 niutona na
każdy metr długości;
 kelwin – 1/273,16 część temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody;
 mol – jednostka liczności materii układu zawierającego liczbę cząstek równą
liczbie atomów w masie 0,012 kilograma węgla 12; przy stosowaniu mola należy
określić rodzaj cząstek, którymi mogą być: atomy, cząsteczki, jony, elektrony, in-
ne cząstki lub określone zespoły takich cząstek;
 kandela – jednostka światłości źródła emitującego w określonym kierunku pro-
mieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 540 · 1012 herców i o natęże-
niu promieniowania w tym kierunku równym 1/683 wata na steradian.
Tabela 2.2. Nazwy, definicje i oznaczenia jednostek miary wybranych wielkości fizycznych
[http://www.plan-rozwoju.pcz.pl/wyklady/mechatronika/Miernictwo_i_systemy_pomiarowe.pdf]

4. 4
Metody pomiarowe
Metoda pomiarowa jest to sposób porównania wartości wielkości mierzonej
z jednostką miary.
Klasyfikacja metod pomiarowych przedstawiona jest na rysunku 2.1.
Rys. 2.1. Klasyfikacja metod pomiarowych
[opracowanie własne, na podstawie Malinowski J.: Pomiary długości i kąta w budowie maszyn. WSiP,
Warszawa 1998]
Metoda pomiarowa bezpośrednia – wartość wielkości mierzonej jest otrzymywa-
na wprost z odczytu miernika, bez konieczności wykonywania obliczeń (np. z odczytania
wskazania narzędzia pomiarowego).
Metoda pomiarowa pośrednia – poszukiwana wartość wielkości mierzonej jest
obliczana na podstawie zależności wiążącej ją z wielkościami, których wartości były
mierzone bezpośrednio (np. wyznaczanie pola powierzchni prostokąta na podstawie
pomiarów długości boków).
Metoda bezpośredniego porównywania – występuje wówczas, gdy cała wartość
wielkości mierzonej jest porównywana ze znaną wartością tej samej wielkości, która
w postaci wzorca wchodzi bezpośrednio do wyniku pomiaru (np. pomiar długości
przymiarem kreskowym).
Metoda różnicowa – polega na pomiarze niewielkiej różnicy między wartością
wielkości mierzonej, a znaną wartością tej wielkości (np. pomiar średnicy średnicówką
czujnikową).
Metoda wychyleniowa – określenie wartości wielkości mierzonej poprzez określe-
nia wychylenia przyrządu wskazującego (np. odczytywanie wartości za pomocą mierni-
ków wychyleniowych).
Metoda różnicowa wychyleniowa – pomiar małej różnicy pomiędzy wartością wiel-
kości mierzonej i znaną wartością tej wielkości za pomocą czujnika wychyleniowego.
Metoda koincydencyjna – polega na odczytaniu różnicy pomiędzy znanym
i mierzonym wymiarem na podstawie zgodności (koincydencji) wskazów podziałki
głównej przyrządu i podziałki noniusza (np. pomiar przy pomocy suwmiarek).

5. 5
Metoda zerowa polega na sprowadzeniu do zera różnicy pomiędzy wartością wiel-
kości mierzonej, a znaną wartością tej wielkości.
Błędem pomiaru nazywa się niezgodność wyniku pomiaru z wartością rzeczywistą
tej wielkości – różnica pomiędzy wartością zmierzoną a wartością rzeczywistą tej wiel-
kości. Wynik każdego pomiaru jest obarczony błędem.
Główne źródła błędów pomiarowych podczas wykonywania pomiarów warsztato-
wych przedstawione są na rysunku 2.2.
Rys. 2.2. Źródła błędów pomiarowych
[Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych. WNT, Warszawa 1993]
Wynikiem wykonania pomiaru wielkości o wartości rzeczywistej Ar jest wartość
zmierzona Az. Wartość zmierzona nie jest równa wartości rzeczywistej, ponieważ każdy
pomiar jest obarczony błędem. Różnica pomiędzy wartością zmierzoną a wartością
rzeczywistą nazywa się błędem pomiaru.
Dla potrzeb niniejszego kursu omówione będą podstawowe błędy wiążące się
z wykonywaniem pomiarów.
W zależności od sposobu obliczania wartości błędów rozróżnia się błędy:
 bezwzględne,
 względne.
W zależności od prawdopodobieństwa pojawienia się błędów rozróżnia się błędy:
 systematyczne,
 przypadkowe,
 nadmierne.
Błędem bezwzględnym eb różnica algebraiczna wartości rzeczywistej Ar i wartości
zmierzonej Az:
eb = Ar - Az
Błąd względny ew wyrażony jest wzorem:
ew = eb/ Ar

6. 6
Błędy systematyczne – błędy, których wartość można określić i podczas
wykonywania pomiarów tej samej wartości wielkości mierzonej, i w tych samych
warunkach są stałe. Wpływ błędu systematycznego na wynik pomiaru można
wyeliminować poprzez dodanie (lub odjęcie) odpowiedniej poprawki. Istnieją
odpowiednie procedury pozwalające określić wartość poprawki.
Wartości błędów przypadkowych nie można przewidzieć i określić. Można tylko
z pewnym prawdopodobieństwem wyznaczyć granice ich zmienności.
Błędy nadmierne (zwane grubymi) wynikają z nieprawidłowego przeprowadzenia
pomiaru i niewłaściwego odczytu wyniku pomiaru.
Pomiary wartości natężenia prądu, napięcia prądu i rezystancji odbiorników elek-
trycznych
Pomiary natężenia prądu można wykonać:
 metodą bezpośrednią za pomocą amperomierza. Amperomierz jest włączany do
obwodu szeregowo z elementami gałęzi, w której chcemy zmierzyć natężenie
prądu. Sposób włączenia amperomierza pokazany jest na rys. 2.3.
 metodą pośrednią w układzie, jak na rys. 2.4. Pomiar polega na zmierzeniu
spadku napięcia na oporniku o znanej rezystancji RW (RW << R, aby praktycznie
nie wpływał on na wartość prądu I) i obliczeniu wartości prądu na podstawie
prawa Ohma. Spadek napięcia na oporniku wzorowym RW, wyrażony prawem
Ohma wynosi:
UW =IRW.
Mając zmierzone napięcie UW, wartość prądu wyznaczamy z zależności:
W
W
R
U
I 
Rys. 2.3. Schemat układu do pomiaru natężenia prądu elektrycznego metodą bezpośrednią
[opracowanie własne]
Rys. 2.4. Schemat układu do pomiaru natężenia prądu elektrycznego metodą pośrednią
[opracowanie własne]

7. 7
Pomiary napięcia
Pomiary napięcia zwykle wykonuje się bezpośrednio za pomocą woltomierzy. Wol-
tomierze mierzą różnicę potencjałów pomiędzy punktami obwodu, włączamy je równo-
legle z tą częścią obwodu, na której mierzymy napięcie. Sposób włączenia woltomierzy
do układu pokazany jest na rys. 2.5., rys. 2.6.
Rys. 2.5. Schemat układu do pomiaru napięcia prądu elektrycznego
[opracowanie własne]
Pomiary rezystancji
Pomiary rezystancji wykonuje się metodą bezpośrednią za pomocą omomierzy lub
metodami pośrednimi, do których zalicza się metodę techniczną i metodę mostkową
(zwaną również zerową).
Rys. 2.6. Schemat układu do pomiaru bezpośredniego rezystancji
[opracowanie własne]
Pomiary rezystancji metodą techniczną polegają na pomiarze stałego prądu
i napięcia elementu w układach przedstawionych na rysunku 2.7 i wykorzystaniu prawa
Ohma. Układ na rysunku 2.7.a zalecany jest do pomiaru rezystancji dużych
w porównaniu z rezystancją amperomierza (RA  RX). Wtedy błąd pomiaru napięcia na
oporniku RX, spowodowany powstaniem spadku napięcia na amperomierzu ma pomijal-
ną wartość i można przyjmować, że:
Rys. 2.7. Schemat układu do pomiaru rezystancji metoda techniczną
[opracowanie własne]
X
X
I
U
R 

8. 8
Do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych można używać jednego przy-
rządu pomiarowego – multimetru, który umożliwia pomiar natężenia prądu, napięcia
prądu oraz rezystancji elementów elektrycznych.
Rys. 2.8. Widok multimetru
[www.tme.eu]
Pomiar wartości wielkości elektrycznych można dokonywać przy pomocy oscyloskopu.
Rys. 2.9. Widok multimetru
[www.eti.pg.gda.pl]
Pomiary wielkości nieelektrycznych
W układach automatyki istnieje konieczność dokonywania pomiarów wartości
różnych wielkości fizycznych, jak np. ciśnienia, siły, drogi, prędkości, przyspieszenia,

9. 9
temperatury i innych. Pomiarów tych dokonuje się za pomocą przetworników
pomiarowych.
Przetwornik pomiarowy jest wyodrębnionym zespołem elementów, które służą do
pomiaru i przetwarzania z określoną dokładnością wartości wielkości mierzonej na
wartość innej wielkości lub inną wartość tej samej wielkości.
Element, na który bezpośrednio oddziałuje wielkość mierzona, nazywa się
czujnikiem (sensorem). Zadaniem czujników pomiarowych jest rejestrowanie zjawisk
i przekształcanie ich na sygnały elektryczne. Po przetworzeniu i wzmocnieniu wyniki są
wyprowadzane w postaci sygnałów wizualnych, akustycznych bądź w postaci
wydrukowanych protokołów (odbiornik sygnałόw). Często wykorzystywane są one do
także do bezpośredniego inicjowania zadziałania urządzeń wykonawczych,
nastawczych, przekaźnikόw (rys. 2.10).
Rys. 2.10. Struktura układu pomiarowego
[opracowanie własne]
Wielkość mierzona jest przedstawiona w postaci sygnałów pojawiających się
w określonym czasie. Sygnałem nazywamy przebieg czasowy wielkości fizycznej, która
zawiera parametr informacji odtwarzający przebieg czasowy wartości wielkości
pierwotnej. Wielkość fizyczną przenoszącą sygnał nazywamy nośnikiem sygnału.
Wyróżnia się podstawowe rodzaje sensorów:
 analogowe – sygnał wyjściowy może przyjmować wszystkie wartości z zakresu
przedziału zmienności,
 cyfrowe – sensory te wartość zmierzoną wyświetlają jako liczbę,
 binarne – sygnał wyjściowy przyjmuje tylko dwie wartości, tzw. 0 oraz 1.
2. Sensory analogowe
Czujniki potencjometryczne
Zasadą przetwarzania przetwornikόw potencjometrycznych jest zmiana rezystancji
obwodu elektrycznego wskutek przemieszczania ruchomego styku wzdłuż drutu
oporowego lub uzwojenia wykonanego z takiego drutu na izolacyjnym rdzeniu w postaci
taśmy lub drutu ukształtowanych jak na rysunku 2.11. Wielkością wejściową jest
przemieszczenie liniowe lub kątowe, a pierwotną wielkością wyjściową jest rezystancja Ry.

10. 10
Rys. 2.11. Zasada działania i konstrukcji przetwornikόw potencjometrycznych
[Romer E.: Miernictwo przemysłowe. PWN, Warszawa, 1978]
Rys. 2.12. Zasada pomiaru prędkości obrotowej prądnicą tachometryczną
[http://we.pb.edu.pl/~solbut/pdf/omega.pdf]
Prądnice tachometryczne są to małe prądnice elektryczne. W silnym polu magne-
tycznym wytwarzanym przez magnesy stałe ułożyskowany jest obrotowo wirnik
z uzwojeniem. Podczas ruchu obrotowego wirnika wytwarzane jest napięcie stałe, któ-
rego wartość zależy od prędkości obrotowej wirnika, a w niektórych przypadkach także
od kierunku tej prędkości.
Indukcyjny sensor przemieszczenia liniowego z rdzeniem ferrytowym
Rys. 2.13. Indukcyjny sensor przemieszczenia liniowego
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]
Gdy rdzeń żelazny znajduje się w środku sensora, rezystancje obu części uzwojenia
są jednakowe. Kiedy rdzeń przesuwa się w lewo, zwiększa się indukcyjność lewej poło-

11. 11
wy uzwojenia, a zmniejsza prawej. W wyniku tego zmienia się wartość napięcia wytwa-
rzanego przez sensor. Wartość napięcia jest funkcją przesunięcia rdzenia. Sensorami
tymi można dokonywać pomiarów przemieszczenia liniowego w zakresie od 1 mm do 1
m. Sensory indukcyjne stosuje się np. do pomiaru grubości detali, wykorzystuje się je
również jako przetworniki położenia małych stołów maszynowych.
Selsyn – maszyna elektryczna o zasadzie działania zbliżonej do silnika elektryczne-
go, używana jako przyrząd pomiarowo-wskaźnikowy, który może jednocześnie wykonać
pewną pracę. Złożony jest z dwóch uzwojeń ułożonych w stałym polu magnetycz-
nym o tej samej orientacji (np. pionowo w górę), przez które płynie prąd. Obydwa uzwo-
jenia są zwykle odseparowane przestrzennie, jedno znajduje się w miejscu, gdzie doko-
nywany jest pomiar, drugie zaś tam, gdzie znajduje się mierzony obiekt. Zmiana orienta-
cji jednego z uzwojeń powoduje wychylenie się (obrót) drugiego.
Rys. 2.14. Zasada działania selsyna
[http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Drehmelderprinzip.png]
Rys. 2.15. Zasada działania resolvera
[http://kpt.wm.am.gdynia.pl/doc/WYKLAD_VI.pdf]
Selsyn trygonometryczny (resolver) stosowany jest do wykonywania dokładnych
pomiarów położenia kątowego. Uzwojenia stojana zasilane są dwoma napięciami V1
oraz V2. W uzwojeniu wirnika indukowane jest napięcie zarówno przez jedno, jak
i drugie uzwojenie. Indukcja w uzwojeniu wirnika jest maksymalna, kiedy osie uzwoje-
nia wirnika i uzwojenia stojana pokrywają się, a przyjmuje wartość zero, gdy osie są
względem siebie prostopadłe. Napięcie generowane w uzwojeniu wirnika jest zależne od
kąta obrotu Θ.

12. 12
Induktosyn składa się z liniału z meandrującą ścieżką 1 przewodnika i suwaka
z dwoma analogicznie meandrującymi ścieżkami 2 i 3 przewodników, które względem
siebie są przesunięte o ćwierć skoku meandra. Podczas przesuwania suwaka względem
liniału ścieżka przewodnika liniału pokrywa się na przemian ze ścieżkami przewodni-
ków jednego i drugiego uzwojenia suwaka. Uzwojenia suwaka zasilane są napięciami
sinusoidalnymi Uc i Us. Napięcia te wytarzają pole magnetyczne, które indukuje w uzwo-
jeniu liniału napięcie wyjściowe Uwy, będące funkcją przemieszczania suwaka wzglę-
dem liniału.
Rys. 2.15. Zasada działania induktosyna
[http://www.ktmiap.po.opole.pl/dydaktyka/Instr5.pdf]
Rys. 2.16. Sposób działania ultradźwiękowego sensora położenia
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]
Sensory ultradźwiękowe działają na zasadzie pomiaru czasu pomiędzy wysłaniem
impulsu ultradźwiękowego w kierunku kontrolowanego przedmiotu, a jego powrotem
po odbiciu się od powierzchni przedmiotu. Pomiary sensorami ultradźwiękowymi nie są
pomiarami szybkimi, ani dokładnymi. Przy odległościach do 1 m pomiar trwa ok. ¼ se-
kundy, a przy pomiarach odległości 10 m pomiar trwa ok. ½ sekundy. Dokładność po-
miaru wynosi 0,5 mm przy odległościach do 100 mm oraz około 5 mm przy odległo-
ściach ok. 1000 mm.
Sensory te stosowane są najczęściej np. do kontroli odległości w pojazdach stero-
wanych automatycznie, do kontroli poziomu zapełnienia zbiorników.
Sensory tensometryczne wykorzystują zjawisko zmiany rezystancji przewodnika
podczas jego rozciągania. Tensometry wykonuje się zwykle jako tensometry foliowe

13. 13
techniką podobną do wykonywania obwodów drukowanych. Aby zmieścić tensometr
na małych na folii o małych gabarytach, ścieżki przewodzące nanoszone są na folię
w kształcie meandra. Zapewnia to duże zmiany oporności przy pomiarze wydłużenia
tensometru. Zmiany oporności tensometru mierzone są metodą mostkową.
Rys. 2.17. Budowa i rodzaje czujników tensometrycznych
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]
Folie tensometrów przyklejane są do powierzchni elementów tak, aby kierunek
ścieżek przewodzących odpowiadał kierunkowi obciążenia oraz wydłużenia elementu.
Rys. 2.18. Tensometryczne sensory siły
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]

14. 14
Siła mierzona F powoduje rozciąganie lub ściskanie korpusu siłomierza. Dokonując
pomiaru wartości zmiany długości korpusu za pomocą czujnika tensometrycznego, moż-
liwe jest określenie wartości siły rozciągającej lub ściskającej.
Rys. 2.19. Sensor momentu obrotowego
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]
Urządzenia do pomiaru momentu obrotowego działają na zasadzie określenia war-
tości momentu skręcającego odpowiednio dobranego wałka torsyjnego.
Czujniki wykorzystujące zjawisko piezoelektryczne
Jeżeli kryształ kwarcu poddany będzie działaniu siły F (lub ciśnienia) to w płasz-
czyźnie prostopadłej do płaszczyzny działania siły wytworzy się różnica potencjałów
elektrycznych, która jest proporcjonalna do wartości siły.
Rys. 2.20. Ilustracja zasady działania sensorów piezoelektrycznych
[Źródło: własne]
Piezoelektryczne sensory siły wykorzystywane są do określania wartości dopusz-
czalnych obciążeń maszyn lub do wyznaczania wartości siła skrawania w obrabiarkach.
Rys. 2.21. Sensor przyspieszenia
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]

15. 15
Podczas ruchu o zmiennym przyspieszeniu masa bezwładnościowa poddawana jest
działaniu siły bezwładności, której wartość zależy od wartości przyśpieszenia. Czujnik
piezoelektryczny dokonuje pomiaru wartości tej siły. Szczególnie częstym zastosowa-
niem sensorów piezoelektrycznych jest pomiar przyśpieszeń ruchu drgającego maszyn.
Dokonując przekształcania (za pomocą układów elektronicznych) sygnału wytwarzane-
go przez sensor, można wyznaczyć również prędkość ruchu (dzięki całkowaniu sygnału
wyjściowego czujnika) oraz przemieszczenie elementów drgających (podwójne całko-
wanie sygnału wyjściowego czujnika).
Przetworniki temperatury
Do pomiaru temperatury cieczy roboczej wykorzystywane są czujniki działające
w oparciu o następujące zjawiska fizyczne:
1) wzrost ciśnienia stałej objętości płynu pod wpływem temperatury – termometry
manometryczne,
2) wzrostu rezystancji metali w wyniku wzrostu temperatury – termometry
elektryczne,
3) zjawisko termoelektryczne – termopary.
Termometr manometryczny składa się z czujnika (zbiornika płynu termometrycz-
nego) umieszczonego w ośrodku mierzonej temperatury, manometru sprężystego oraz
łączącej je kapilary. Pod wpływem wzrostu temperatury płyn zawarty w zbiorniku
1 zwiększa swoją objętość i w związku z tym ciśnienie płynu rośnie, powodując od-
kształcenia elementu sprężystego 3. Odkształcenie elementu 3 za pomocą układu dźwi-
gni przenoszone jest na wskazówkę, powodując jej wychylenie.
Rys. 2.22. Termometr manometryczny: a) budowa, b) widok
[http://www.i15.p.lodz.pl/strony/elektrownie/pomiar_temperatury.pdf]
Termometry manometryczne w zależności od rodzaju płynu termometrycznego,
dzielą się na:
 termometry cieczowe (rtęć, ciecze organiczne),
 termometry parowe (para nasycona cieczy termometrycznych: eter, alkohole,
propan, benzen, dwutlenek węgla, woda itp.),
 termometry gazowe (wodór, hel, azot).

16. 16
Rys. 2.23. Termometr oporowy
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]
Termometry oporowe działają na zasadzie zmiany oporności metali lub półprze-
wodników w zależności od zmian temperatury. Opór metali rośnie wraz ze wzrostem
temperatury, natomiast opór półprzewodników maleje. Czujnik pomiarowy
w termometrach oporowych wykonany może być z platyny, niklu, miedzi.
Rys. 2.24. Półprzewodnikowy sensor temperatury
[D. Schmidt (edytor): Mechatronika. REA, Warszawa, 2002]
Półprzewodnikowy sensor temperatury jest układem scalonym generującym prąd
elektryczny o wartości zależnej od temperatury. Sensory te przeznaczone są do pomiaru
temperatury absolutnej w zakresie od -60 ⁰C do 150⁰C.
Rys. 2.25. Zasada działania termometru termoelektrycznego
[A. Gajek, Z. Juda: Czujniki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2008]
1. miejsce pomiaru („gorące złącze”), 2. przyłącza, 3. przewody kompensacyjne,
4. miejsce odbioru sygnału, 5. przewody układu pomiarowego.

17. 17
Termometr termoelektryczny (rys. 2.25.) składa się z dwóch drutów wykonanych
z różnych metali, np. żelaza i konstantanu. Druty te w jednym końcu są ze sobą zlutowa-
ne. Jeżeli pomiędzy miejscem połączenia drutu, a ich wolnymi końcami wystąpi różnica
temperatur, to powstaje napięcie, tzw. siła termoelektryczna. Siła termoelektryczna jest
miarą temperatury.
Pirometry
Każde ciało o temperaturze większej od 0 K wysyła energię radiacyjną (ciepło), przy
czym zdolność emisji zależy od jego właściwości fizycznych (głównie powierzchni i od
temperatury). Po skupieniu przez układ optyczny promieniowania emitowanego przez
ciało na powierzchni termoelementu następuje zmiana temperatury termoelementu,
która jest funkcją temperatury ciała. Pirometrami można dokonywać pomiaru wysokich
temperatur (ponad 1000⁰C).
Rys. 2.26. Zasada działania pirometru radiacyjnego
[http://we.pb.edu.pl/~ketim/ketim-md/ziip_4_sp/4%20Pomiar%20temperatury.pdf]
Pomiary termowizyjne
Każde ciało o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego jest źródłem promie-
niowania w paśmie podczerwieni, a jego intensywność zależy od temperatury, rodzaju
materiału i cech powierzchni ciała. Promieniowanie podczerwone można odebrać za
pomocą detektorów podczerwieni. Wykorzystuje się do tego zjawisko zamiany energii
fali na ciepło (takim detektorem cieplnym jest bolometr) lub zjawisko fotoelektryczne
polegające na zmianie natężenia lub napięcia elementu oświetlonego. Istnieje możliwość
pokazania rozkładu promieniowania na powierzchni. Metoda badawcza polegająca na
wizualizacji i rejestracji rozkładu temperatury na powierzchni obiektów zwana jest ob-
razowaniem termalnym lub termowizją. Tworzenie obrazu termowizyjnego (inaczej
termogramu) polega na rejestracji przez kamerę promieniowania emitowanego przez
obserwowany obiekt, a następnie przetworzeniu go na mapę temperatur (rys. 2.28).
Rys. 2.27. Widok kamery termowizyjnej

18. 18
Intensywność promieniowania podczerwonego jest proporcjonalna do jego tempe-
ratury. Z reguły, barwami jasnymi oznaczone są powierzchnie o wysokiej temperaturze,
zaś kolorami ciemnymi o temperaturze niskiej.
Rys. 2.28. Termogram i zdjęcie fotograficzne instalacji elektrycznej. Kolor żółty wskazuje na element
nadmiernie rozgrzany
[www.put.itc.pw.edu.pl]
Termowizja ma szerokie zastosowanie, m. in.:
 obrazuje rozkład temperatury na elewacji budynku lub sieci ciepłowniczej i służy
do wykrywania wad izolacji cieplnej budynków lub instalacji cieplnej,
 umożliwia kontrolę jakości przyłączy energetycznych i badanie stanu przewodów
elektrycznych,
 do określania rozkładu temperatur w piecach i na ich powierzchni oraz do okre-
ślania temperatury elementów maszyn i urządzeń.
 do badania jakości układów scalonych, poszukiwania uszkodzonych elementów
w aparaturze elektronicznej i określanie rozpływu ciepła w obwodach drukowa-
nych,
 do badania stanu łożysk i innych ciernych elementów.
Czujniki światłowodowe
Rys. 2.29. Budowa i sposób przewodzenia światłowodu
[http://kpt.wm.am.gdynia.pl/doc/WYKLAD_VI.pdf]
Światłowód jest to struktura prowadząca fale świetlne. Światłowody wykorzysty-
wane są do transmisji sygnałów na duże odległości.
Sensor światłowodowy, który symbolicznie przedstawiono na rysunku 2.30, składa
się z nadajnika ze źródłem światła, modulatora, odbiornika w postaci detektora światła
z demodulatorem oraz światłowodów doprowadzających impulsy świetlne do modula-
tora i detektora. Modulatorem w tym wypadku jest wielkość fizyczna, pod wpływem

19. 19
której zmieniają się parametry impulsów świetlnych przesyłanych światłowodem. Sy-
gnał świetlny jest następnie przetwarzany w odbiorniku, gdzie w procesie demodulacji
wyznaczana jest wartość danej wielkości.
Rys. 2.30. Zasada pomiaru sensorem światłowodowym
[http://automatykab2b.pl/tematmiesiaca/4231-swiatlowody-w-przemysle-czesc-2-czujniki-
swiatlowodowe?start=0#czujniki_z_modulacja_natezenia_swiatla]
Przyrządy do pomiaru ciśnienia
Wyróżnia się następujące rodzaje ciśnień:
1. ciśnienie absolutne – ciśnienie zmierzone względem próżni (nazywane bez-
względnym) i najczęściej bywa oznaczane literą P,
2. ciśnienie manometryczne Pm – jest to różnica ciśnienia absolutnego i ciśnienia
otoczenia, którym najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez
barometr; ciśnienie manometryczne może przyjmować wartości większe od zera
i wówczas mówi się o nadciśnieniu lub wartości mniejsze od zera i wówczas mó-
wi się o podciśnieniu,
3. ciśnienie barometryczne (atmosferyczne) – ciśnienie wywierane przez słup po-
wietrza atmosferycznego, oznaczane jest Pb.
Wzajemne zależności między omówionymi ciśnieniami pokazano na rys. 2.31.
Rys. 2.31. Rodzaje ciśnień
[http://www.mech.pg.gda.pl/katedra/eiap/siuec/files/2012/05/02_Cisnienia.pdf]
W zależności od przyjętego ciśnienia odniesienia wyróżniamy następujące rodzaje
przyrządów do pomiaru ciśnienia:
 absolutne – do pomiaru ciśnienia absolutnego,

20. 20
 różnicowe – do pomiaru różnicy ciśnienia,
 manometry – do pomiaru nadciśnienia,
 wakuometry – do pomiaru podciśnienia,
 manowakuometry – do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia,
W praktyce najczęściej stosuje się manometry;
 hydrostatyczne,
 sprężyste,
 elektryczne( tensometryczne, pojemnościowe, piezorezystancyjne).
Manometry hydrostatyczne
Rys. 2.32. Manometr cieczowy dwuramienny (U-rurka)
[http://www.mech.pg.gda.pl/katedra/eiap/siuec/files/2012/05/02_Cisnienia.pdf]
Manometr typu U-rurka. Za pomocą manometrów typu U-rurka można mierzyć nadci-
śnienie, podciśnienie oraz różnicę ciśnień w zależności od sposobu przyłączenia. Jest to
najprostszy manometr służący do pomiaru technicznych ciśnień, w tym m.in. do pomia-
ru małej różnicy ciśnień, jak np. przy przepływie płynów przez zwężkę. Najważniejszą
częścią tego manometru jest rurka szklana (1) zgięta na kształt litery U, deska mocująca
(2) oraz podziałka milimetrowa (3). Zasada działania manometrów U-rurkowych oparta
jest na równości ciśnień na poziomych powierzchniach ekwipotencjalnych w naczyniach
połączonych. Pomiarowi podlega przesunięcie słupa cieczy manometrycznej (spiętrze-
nie) h. Wobec tego, że na poziomie niższej powierzchni cieczy ciśnienia w obu ramio-
nach są jednakowe, to P1 = γ ⋅h+ P2, a różnica ciśnień wynosi: P2 – P1 = ∆P = γ ⋅h , gdzie:
γ – ciężar właściwy cieczy manometrycznej [N/m3].
Rys. 2.33. Manometr z rurka pochyłą
[http://www.mech.pg.gda.pl/katedra/eiap/siuec/files/2012/05/02_Cisnienia.pdf]

21. 21
Manometr z rurką pochyłą może służyć do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia oraz róż-
nicy ciśnień. Zastosowanie rurki pochyłej umożliwia zwiększenie dokładności odczytu
przemieszczeń słupa cieczy manometrycznej, ponieważ wysokość h mierzy się za po-
średnictwem długości słupa cieczy l. Medium o ciśnieniu mierzonym Pm podawane jest
do zbiorniczka powodując wypchnięcie części cieczy manometrycznej do rurki
i obniżając poziom cieczy z zbiorniczku o wartość h1, a podnosząc poziom w rurce
i zmieniając długość słupa cieczy l w rurce. Zmieniając wartość kąta pochylenia rurki
α uzyskuje się zmianę zakresu pomiarowego manometru.
Manometry sprężyste
Spośród wielu przyrządów do pomiaru ciśnienia najczęściej stosowane są manometry
sprężyste z rurką Bourdona.
Rys. 2.34. Schemat budowy manometru sprężystego z rurką Bourdona
[http://www.mech.pg.gda.pl/katedra/eiap/siuec/files/2012/05/02_Cisnienia.pdf]
Zasadniczym elementem manometru jest zwinięta rurka, tzw. rurka Bourdona, naj-
częściej o przekroju eliptycznym lub owalnym. Rurka wykonana jest ze sprężystego ma-
teriału: stali, brązu lub stali specjalnych, przy czym rodzaj stosowanego materiału zależy
od własności płynu, którego ciśnienie jest mierzone oraz od wymaganego zakresu po-
miarowego. Jeden koniec rurki jest zamknięty, natomiast drugi jest zamocowany
w króćcu zakończonym złączką z gwintem; za pomocą złączki łączy się rurkę
z przestrzenią, w której panuje mierzone ciśnienie.
Jeżeli do rurki doprowadzi się płyn o ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycz-
nego, to krzywizna rurki zmniejszy się; w przypadku, gdy czujnik wykazuje podciśnie-
nie, krzywizna rurki powiększa się. Ponieważ jeden koniec rurki jest sztywno zamoco-
wany, zmiana krzywizny powoduje przemieszczenie jej drugiego, swobodnego końca.
Ruch swobodnego końca rurki oddziałuje na przekładnię zębatą przez układ wodzik-
przegub. Proporcjonalnie do obrotu kółka zębatego przekładni obraca się też wskazów-
ka manometru.

22. 22
Rys. 2.35. Budowa manometru przeponowego: 1 – przepona, 2 – dźwignia, 3 – przekładnia zębata,
4 – wskazówka, 5 – pokrywa górna, 6 – pokrywa dolna
[http://www.mech.pg.gda.pl/katedra/eiap/siuec/files/2012/05/02_Cisnienia.pdf]
Manometry przeponowe
Przepona 1 (membrana), wykonana ze sprężystego materiału, szczelnie zamocowana na
obwodzie pomiędzy kołnierzami górnej 5 i dolnej 6 części obudowy przyrządu. Impuls
mierzonego ciśnienia jest doprowadzany do jednej z komór utworzonych przez przepo-
nę i obudowę czujnika. Ugięcie środka przepony, odkształcającej się pod wpływem ci-
śnienia, jest przekazywane za pośrednictwem układu dźwigni 2 i przekładni zębatej 3 na
wskazówkę 4, której wychylenie jest miarą ciśnienia. W celu uzyskania liniowej zależno-
ści pomiędzy odkształceniami, a działającym ciśnieniem stosuje się przepony z wytła-
czanymi falami. Manometry przeponowe stosuje się do pomiarów ciśnień, których war-
tość nie przekracza 3 MPa. Najczęściej jednak manometry te stosowane są do pomiaru
podciśnień i różnic ciśnień.
Pojemnościowy przetwornik różnicy ciśnień
Mierzona różnica ciśnień, działająca poprzez przepony izolujące powoduje prze-
mieszczenie membrany pomiarowej, co zmienia jej pojemność w stosunku do okładek
kondensatora i wytwarza sygnał proporcjonalny do różnicy ciśnień.
Rys. 2.36. Schemat budowy pojemnościowego przetwornika różnicy ciśnień
[http://www.i15.p.lodz.pl/strony/elektrownie/pomiar_cisnienia.pdf]

23. 23
Tensometryczny przetwornik ciśnienia. Przetwornikami manometrycznymi do pomiaru
ciśnień 10 do 2000 bar są mostki tensometryczne naklejone na ścianie cylindrycznego
naczynia, do którego wnętrza doprowadzone jest mierzone ciśnienie. Tensometry kom-
pensujące temperaturę naklejone są na część tulei nie poddanej działaniu ciśnienia.
Rys. 2.37. Schemat budowy tensometrycznego przetwornika ciśnienia
Rys. 2.38. Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia
[http://www.i15.p.lodz.pl/strony/elektrownie/pomiar_cisnienia.pdf]
Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia. W piezorezystancyjnym czujniku ciśnienia cienka
membrana krzemowa ugina się pod wpływem oddziaływania ciśnienia płynu. W ugiętej
membranie powstają naprężenia rozciągająco–ściskające. W obszarze tych naprężeń
umieszczone są piezorezystory połączone w układ mostka Wheatstone’a tak, aby otrzy-
mać w nich dodatnie i ujemne zmiany rezystancji wywołane efektem piezorezystancyj-
nym. Zmiany rezystancji są zależne od wielkości naprężenia (odkształcenia) membrany,
a więc od ciśnienia.
3. Sensory binarne
Czujnik indukcyjny (rys. 2.39) generuje zmienne pole elektromagnetyczne. Jeżeli
w polu oddziaływania czujnika znajdzie się przedmiot metalowy, powstaną w nim prądy
wirowe, które wpływają na spadek amplitudy pola elektromagnetycznego. Przy pewnej
charakterystycznej dla danego czujnika zmianie na wyjściu z komparatora następuje
skokowa zmiana napięcia. Napięcie to po wzmocnieniu umożliwia sterowanie elemen-
tów wykonawczych.

24. 24
Rys. 2.39. Struktura sensora indukcyjnego zbliżeniowego
[http://autokult.pl/2011/03/26/czujnik-polozenia-walu-korbowego]
Sensory indukcyjne są powszechnie stosowane w układach detekcji przedmiotów me-
talowych. Czujniki indukcyjne nazywane są często krańcówkami. Przykładem aplikacji,
w której można użyć czujników indukcyjnych, jest system wykrywania pozycji butelek,
które zatrzymywane muszą być precyzyjnie pod dyszą dozownika. Na rysunku przed-
stawiono elementy metalowe rozmieszczone na okręgu stołu obrotowego, które wy-
krywa krańcówka.
Rys. 2.40. Przykład zastosowania sensora indukcyjnego zbliżeniowego
[http://automatykab2b.pl/prezentacja-artykul/3951-czujniki-zblizeniowe---od-nich-rozpoczyna-sie-
automatyka#.UhJuo9JK8as]
Sensor pojemnościowy (rys. 2.41) aktywowany jest w zależności od pojemności
w stosunku do materiału, który chcemy wyczuć – zbliżający się przedmiot powoduje
zmianę pojemności kondensatora. Przy wzroście pojemności pojawiają się oscylacje,
które wykrywa komparator. Sygnał z komparatora po wzmocnieniu umożliwia stero-
wanie układów wykonawczych.
Ich główną zaletą jest wykrywanie wszelkich obiektów, takich jak metal, woda,
szkło, drewno czy tworzywa sztuczne. Charakteryzują się one zakresem detekcji wyno-
szącym do ok.15mm.

25. 25
Rys. 2.41. Struktura sensora indukcyjnego zbliżeniowego
Dzięki swoim właściwościom czujniki pojemnościowe mogą – w odpowiednio stwo-
rzonej aplikacji – wykrywać zmiany pojemności poprzez materiał, do którego są zbliża-
ne. Na rysunku przedstawiono system monitoringu stanu minimalnego oraz maksymal-
nego cieczy poprzez ścianki pojemnika, w którym się ona znajduje.
Rys. 2.42. Przykład zastosowania sensora pojemnościowego zbliżeniowego
[http://automatykab2b.pl/prezentacja-artykul/3951-czujniki-zblizeniowe---od-nich-rozpoczyna-sie-
automatyka#.UhJuo9JK8as]
Optyczny sensor zbliżeniowy (rys. 2.43) składa się z diody świetlnej
i fotoelektrycznej, stopnia synchronizującego (2) i wzmacniacza (3). Po przyłożeniu na-
pięcia do styku w czujniku fotoelektrycznym wytwarza się promień świetlny wychodzą-
cy z powierzchni czołowej przełącznika. Jeżeli wyemitowany promień świetlny napotka
na powierzchnię ciała, impulsy światła podlegają odbiciu i zostają odebrane przez fotoe-
lement. Stopień synchronizacji ocenia odebrany sygnał i kieruje go do wzmacniacza. Ze
wzmacniacza steruje on wyjściem przełącznika. Obciążenie podłącza się przez biegun
ujemny przyłączanego napięcia. Stan przełącznika sygnalizowany jest przez diodę
świetlną. Czujniki fotoelektryczne w zależności od sposobu wyczuwania mają szeroki
zakres pola detekcji.

26. 26
Rys. 2.43. Struktura sensora optycznego zbliżeniowego
Sensory optyczne (fotoelektryczne) znajdują zastosowanie w maszynach pakujących
oraz na liniach technologicznych. Dzięki bezkontaktowemu działaniu i braku elementów
mechanicznych cechują się one znacznie dłuższą żywotnością oraz możliwością zasto-
sowania w aplikacjach, gdzie użycie czujników mechanicznych byłoby całkowicie nie-
możliwe. Poniższy rysunek przedstawia przykładowy układ z barierami optycznymi.
Czujniki światłowodowe mają również tę zaletę, że mogą być stosowane w miejscach,
gdzie trudno byłoby użyć inne elementy pomiarowe lub detekcyjne.
Rys. 2.44. Przykład zastosowania sensorów optycznych
[http://automatykab2b.pl/prezentacja-artykul/3951-czujniki-zblizeniowe---od-nich-rozpoczyna-sie-
automatyka#.UhJuo9JK8as]
Rys. 2.45. Sposób działania sensora laserowego
[http://automatykab2b.pl/tematmiesiaca/4135-laserowe-pomiary-wielkosci-geometrycznych-czesc-1-
czujniki-laserowe#.UhJ089JK8at]

27. 27
Czujniki bezdotykowe nie posiadają ruchomych części i najczęściej znajdują
zastosowanie tam, gdzie występuje wysoka częstotliwość przełączania. Nie zużywają się
mechanicznie, mają zwartą konstrukcję i są łatwe w montażu. Zalety czujników
bezdotykowych to:
 wysoka powtarzalność,
 brak zużycia mechanicznego,
 wysoka częstotliwość przełączania.
Rys. 2.46. Zasada działania czujnika kontaktronowego
[FESTO: Materiały szkoleniowe z zakresu SENSORYKA, Warszawa, 1998]
Zestyki ruchome (druciki lub blaszki) zatopione w rurce szklanej pozbawionej
powietrza zwierają się, gdy kontaktron znajdzie się w polu magnetycznym zamykając
tym samym obwód elektryczny (rys. 2.46).
Łącznik krańcowy
Dzięki wciśnięciu elementu napędowego 1 poprzez sprężynę 2 styki ruchome 4 unoszą
się do góry, zwierając nowe obwody ze stykami 3 (rys. 2.47).
Rys. 2.47. Zasada działania łącznika krańcowego
[Poradnik elektryka. WSiP, Warszawa, 1995]
1) element napędowy, 2), sprężyna stykowa, 3) styk stały, 4) styk ruchomy, 5) sprężyna powrotna

28. 28
4. Sensory cyfrowe
Rys. 2.48. Zasada działania i konstrukcji inkrementalnego przetwornika przemieszczenia liniowego
[The Hydraulics Trainer, Volume 1: Basic Principles and Components of Fluid Technology, Mannesmann
Rexroth AG, 1991]
Inkrementalny przetwornik przemieszczenia liniowego (rys. 2.48) Zasada działania jest
następująca: światło emitowane przez lampkę (1) zamieniane na wiązkę promieni
równoległych w kondensorze (2), przenika przez liniał szklany (3) pokryty czarnymi
kreskami, siatkę (5) płytki skanującej (6) i dociera do fotoelementu (7). Jeżeli liniał
przemieszcza się, to do fotoelementu docierają impulsy świetlne. Miarą
przemieszczenia liniału jest ilość impulsów docierających do fotoelementu zliczana
przez licznik.
Rys. 2.49 Zasada działania i konstrukcji tarczy kodowej
[The Hydraulics Trainer, Volume 1: Basic Principles and Components of Fluid Technology, Mannesmann
Rexroth AG, 1991]
Optyczna tarcza kodowa (rys. 2.49) służy do pomiaru przemieszczenia kątowego.
Promienie światła emitowane przez diodę po przeniknięciu przez tarczę kodową
z naniesionymi kreskami docierają do fototranzystora. Pierścień najbliższy środka tar-
czy podzielony jest na dwie części, zawiera więc jeden segment zaczerniony i jeden
przezroczysty. Następny pierścień podzielony jest na cztery części i zawiera dwa seg-

29. 29
menty zaczernione, rozdzielone dwoma segmentami przezroczystymi. Trzeci pierścień
podzielony jest na osiem części, czwarty na szesnaście itd., każdy następny pierścień
zawiera dwukrotnie więcej segmentów niż poprzedni. Liczba pierścieni określa liczbę
segmentów na zewnętrznym pierścieniu, a zatem dokładność pomiaru. Pojawieniu się
segmentu zaczernionego odpowiada sygnał, któremu przypisujemy wartość 0, a poja-
wieniu się segmentu przezroczystego – sygnał, któremu przypisujemy wartość
1 w dwójkowym systemie liczenia. Każdemu położeniu tarczy kodowej odpowiada więc
kombinacja zer i jedynek, czyli liczba dwójkowa, która stanowi miarę położenia kątowe-
go tarczy.
Do pomiaru prędkości obrotowej elementόw wirujących z reguły stosowane są sen-
sory impulsowe indukcyjnościowe.
Zasada działania impulsowych indukcyjnych sensorόw prędkości (rys. 2.50).
Na elemencie wirującym umieszczona jest tarcza z naciętymi zębami (2). Impulso-
wy sensor indukcyjny (sensor indukcyjny zbliżeniowy – 1) usytuowany jest w niewiel-
kiej odległości od obwodu tarczy. Poszczegόlne zęby, przemieszczając się w pobliżu po-
wierzchni czołowej sensora, powodują wzbudzanie impulsόw, ktόrych częstotliwość jest
proporcjonalna do prędkości obrotowej tarczy.
Rys. 2.50. Zasada pomiaru prędkości obrotowej sensorem impulsowym
[FESTO: Materiały szkoleniowe z zakresu SENSORYKA, Warszawa,1998]
5. Układy sensoryczne
Urządzenia i systemy inteligentne stosowane w procesach produkcyjnych (np. robo-
ty przemysłowe) dla wykorzystania pełni swoich możliwości wymagają pozyskiwania
sygnałów i informacji o środowisku, w którym pracują. Informacje te umożliwiają:
 rozpoznanie otoczenia pracy maszyny,
 podejmowanie decyzji o ewentualnej korekcie cyklu pracy maszyny,
 wybór optymalnego przebiegu pracy maszyny w określonych okolicznościach.
Zdolność rozpoznawania aktualnego stanu urządzeń oraz zmian w środowisku
pracy wynika z wyposażenia urządzeń w układy sensoryczne. Układem sensorycznym
są czujniki (sensory) współpracujące z układami sterowania urządzeń przetwarzającymi
i analizującymi informacje realizujące zmysły człowieka. Układ sensoryczny ma
wygenerowć informacje, na podstawie ktόrych układ sterowania wypracowuje decyzje
sterownicze, nie tylko dla procesu realizowane przez urządzenie wykonujące proces
technologiczny, ale rόwnież dla wszystkich elementόw i urządzeń tworzących

30. 30
stanowisko produkcyjne. Znaczące zastosowanie mają następujące urządzenia i układy
sensoryczne:
 taktylne – zastępujące zmysł dotyku,
 wizyjne – zastępujące zmysł wzroku.
Typowe zadania układόw i urządzeń taktylnych dotyczą:
 pomiarόw i sterowania parametrami chwytania przedmiotów obrabianych lub
ich obrόbki,
 rozpoznawania położenia i zorientowania przedmiotów poddawanych obróbce
lub manipulacji (przemieszczania, pozycjonowania),
 lokalizowania przedmiotów,
 zabezpieczenia elementów urządzeń przed kolizją.
Dla realizacji zadań układόw i urządzeń taktylnych najczęściej stosuje się:
 czujniki stykowe,
 czujniki zbliżeniowe,
 przetworniki siły i naprężeń,
 przetworniki typu „sztuczna skόra”.
Czujniki stykowe, zbliżeniowe, przetworniki siły oraz naprężeń zostały przedsta-
wione w rozdziałach 2, 3 oraz 4 treści skryptu.
Przetworniki typu „sztuczna skora”
Najczęściej stosowane są „sztuczne skόry” wykonane z wykorzystaniem przewodzą-
cych prąd elestomerόw. Efekt elastomeryczno-rezystancyjny polega na zmianie rezy-
stancji przejścia między dwiema elektrodami przyłożonymi do elastomeru w zależności
od zewnętrznej siły nacisku na elektrody. Zwiększenie siły nacisku powoduje zmniej-
szenie rezystancji przejścia i zwiększenie prądu płynącego przez elektrody. Poszczegόl-
ne elektrody są prόbkowane z dużą częstotliwością przez multiplekser elektroniczny
wprowadzający zakodowane binarne wartości ich napięcia do pamięci komputera.
Rys. 2.51. Budowa elastomerycznej „sztucznej skóry”
[Honczarenko J.: Roboty przemysłowe – elementy i zastosowanie. WNT, Warszawa 1996]

31. 31
Układy wizyjne
Ideę układów wizyjnych przedstawimy na przykładzie stanowiska robota przemy-
słowego do montażu.
Dzięki układom wizyjnym stosowanym w budowie robotόw przemysłowych można:
a) wykryć obecność obiektu o określonym kształcie,
b) określić orientację obiektu w otoczeniu,
c) klasyfikować obiekty (np. określić, że jest to wałek, podkładka itp).
Zadaniem układu przedstawionego na rysunku 2.52 jest montaż elementόw zgodnie
z pokazanym rysunkiem obiektu (studio obrazu).
Robot jest wyposażony w dwie kamery, z których jedna rejestruje obiekt, a druga
obserwuje wyłożone do montażu obiekty. Sygnały z kamer są przesyłane do układu
rozpoznawania SR, a stamtąd przez program przetwarzający PE do bloku GMP, gdzie
jest generowany program dla manipulatora. Obraz widziany przez kamerę jest
przesyłany do komputera, gdzie określane są kontury i następuje umieszczenie obrazu
obiektu w układzie wspόłrzędnych biegunowych (tak, aby środek ciężkości pokrył się ze
środkiem układu wspόłrzędnych). Następnie ustalane są wspόłrzędne
charakterystycznych punktόw obiektu i przekazanie modelu obiektu do pamięci.
Tu następuje porόwnanie przekazanego modelu z modelami przechowywanymi
w pamięci.
Rys. 2.52. Sposób działania układu wizyjnego robota
[Kordowicz-Sot A.: Automatyka i robotyka – robotyka. WSiP, Warszawa 1999]
Bibliografia:
1. Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych. WNT, Warsza-
wa, 1993
2. Gajek A., Juda Z.: Czujniki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa,
2008
3. Malinowski J.: Pomiary długości i kąta w budowie maszyn. WSiP, Warszawa, 1998
4. Poradnik elektryka. WSiP, Warszawa, 1995
5. Schmidt D. (edytor): Mechatronika, REA, Warszawa, 2002
6. Jabłoński W., Płoszajski G. :Elektrotechnika z automatyką. WSiP, Warszawa 2003

32. 32
Netografia:
1. http://autokult.pl/2011/03/26/czujnik-polozenia-walu-korbowego - Szymon Witkow-
ski: Czujnik położenia wału korbowego.
2. http://automatykab2b.pl/tematmiesiaca/4231-swiatlowody-w-przemysle-czesc-2-
czujniki-swiatlowodowe?start=0#czujniki_z_modulacja_natezenia_swiatla - Monika
Jaworowska: Światłowody w przemyśle. Część 2. Czujniki światłowodowe, str. 1-3.
3. http://automatykab2b.pl/prezentacja-artykul/3951-czujniki-zblizeniowe---od-nich-
rozpoczyna-sie-automatyka#.UhJuo9JK8as - WObit: Czujniki zbliżeniowe - od nich roz-
poczyna się automatyka.
4. www.eti.pg.gda.pl - Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki.
5. http://www.i15.p.lodz.pl/strony/elektrownie/pomiar_temperatury.pdf - Politechnika
Łódzka Instytut Elektroenergetyki: Pomiar temperatury.
6. http://kpt.wm.am.gdynia.pl/doc/WYKLAD_VI.pdf - Wiesław Tarełko: Schemat systemu
mechatronicznego.
7. http://www.mech.pg.gda.pl/katedra/eiap/siuec/files/2012/05/02_Cisnienia.pdf - Wy-
dział Mechaniczny Politechniki Gdańskiej: Pomiar ciśnienia.
8. http://www.plan-
rozwoju.pcz.pl/wyklady/mechatronika/Miernictwo_i_systemy_pomiarowe.pdf - Mi-
chał Gruca, Janusz Grzelka, Michał Pyrc, Stanisław Szwaja, Wojciech Tutak: Miernictwo
i systemy pomiarowe.
9. www.tme.eu - strona Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
10. http://we.pb.edu.pl/~solbut/pdf/omega.pdf - dr inż Adam Sołbut: Opis i analiza metod
pomiaru prędkości kątowej.
11. http://www.zaoios.pw.edu.pl/kjemiel/sensoryka/Lab%204%20Sensoryka-
cz_optyczne.pdf - Prof. dr hab. inż. Krzysztof Jemielniak: Badanie optycznych czujni-
ków przemieszczeń liniowych i kątowych.