Transcript SENZORI ŞI TRADUCTOARE NUMERICE
Slide 1
SENZORI ŞI
TRADUCTOARE
NUMERICE
Ágoston Katalin
Universitatea “Petru Maior” Tg.Mureş
Slide 2
TIPURI DE SENZORI FOLOSITE ÎN
ENERGETICĂ
Senzori de tensiune
Senzori de curent
Senzori de temperatură
Senzori de nivel
Senzori pentru gaze
Senzori de debit
Senzori de presiune
Slide 3
Senzori de tensiune
Caracterizat prin: *puterea nominală secundară
*clasa de precizie
*supradimensionat pentru solicitări termice
*funcţionează în gol (Rv f. mare)
Slide 4
Senzori de tensiune
Divizoare de tensiune rezistive
Divizoare de tensiune inductive
Slide 5
Caracteristici generale
Pot măsura nivele de tensiune AC sau DC.
La ieşire furnizează U sau I proporţional cu mărimea de intrare.
Pot furniza frecvenţă sau o frecvenţă modulată de intrare.
Unele au la ieşire un semnal sin sau un tren de impulsuri.
Altele folosesc modulaţia în amplitudine (AM),
modulaţie în frecvenţă (FM)
modulaţia lăţimii impulsului (PWM).
Se folosesc şi senzori cu alimentaţie proprie,
portabile,
pentru circuite imprimate.
Unele sunt capabile pentru măsurarea tensiunii trifazate.
Pot fi echipate cu indicator de semn.
Senzori specializaţi folosesc fibre optice şi componente optice.
Slide 6
Utilizare
Se folosesc la:
•măsurarea puterii
•detectarea căderilor de tensiune
•detectarea sarcinii
•la cuplări , decuplări în siguranţă
•detectare de suprasarcină la motoare
•în clădiri
•sisteme de control
•măsurarea temperaturii
Slide 7
Exemplu
•Asigură ieşire izolată de semnal unificat 4 - 20mA proporţional dc.
•Precizie 1%FS;
•Timp de răspuns110ms;
•Alimentare+25 to +45Vdc;
•Domeniul de temperatură –25° to +75°C
Slide 8
Exemplu
•Ieşire izolată, prop. cu tensiunea AC. de intrare în dom.0-5V
•Precizie 0.5%FS;
•Timp de răspuns 1/2-cycle of AC;
•Alimentare din tensiunea de intrare;
•Frecvenţă 57-63Hz;
•Dom de temp. -40° to +70°C;
•Carcasă metalică
Slide 9
Senzori de Curent
•căderea rezistivă de tensiune
•câmpul magnetic generat
1.
2.
3.
4.
Transformator de măsură de curent
Sesizare magnetică cu senzor Hall
Convertor curent-tensiune
Sesizare rezistivă
Slide 10
Transformator de curent
i1 N 1 i 2 N 2
•Supradimensionat pentru solicitări
termice şi de curent
•Funcţionează în scurtcircuit
•Nu are voie să funcţioneze în gol
•Fenomenul de saturaţie mai mic decât
în c.c.
Slide 11
Sesizare magnetică cu senzor Hall
Izolare galvanică
Senzor magnetorezistenţă gigant – GMR
pentru cablaje imprimate
sensibil pentru câmpuri parazite
B
0I
2 d
U out U Hall R H
BI
g
Slide 12
Convertor curent-tensiune
pentru curenţi mici (pA)
Slide 13
Sesizare rezistivă
I
U
R
•Căderea de tensiune pe rezistenţa
•Puterea disipată P=I2·R
•Rezistenţa parazită serie
•Scurgeri de curent la R mari
•Autoâncălzire – neliniaritate
•Efecte dinamice – dependenţă de
frecvenţă
Slide 14
Exemplu
LEM
Slide 15
LEM
Slide 16
Slide 17
Avantaje, dezavantaje
•Măsoară în c.c. şi c.a.
•Asigură izolare galvanică
•Consum mic
•Cost redus
•Dimensiune mică
•Fără întreruperea circuitului
•Bandă de frecvenţă limitată
•Timp de răspuns moderat
•Dependente de variaţii de temperatură
•Offset magnetic şi d.c.
Slide 18
Slide 19
Caracteristici
•Curent de intrare 2A- 20kA
•Se elimină dependenţa de temperatură
•Fluxuri reziduale
•Timp de răspuns mai mic
•Precizie mai mare
•Domeniu de frecvenţă mare - 200kHz
Slide 20
Slide 21
2 variante: - rezistenţă internă
- rezistenţă externă
Slide 22
Utilizări
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
ACS715
Automotive Grade, Fully Integrated, Hall Effect-Based
Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation
Slide 29
Senzori de Temperatură
Termorezistenţe
R R 0 1 T T T0
-T coeficient de variaţie a rezistivităţii mare
-R0 rezistenţa nominală mare
-liniaritate bună a caracteristicii
-stabilitate în timp şi la agenţi chimici
Slide 30
Pt100 şi Pt1000
•rezistivitate: 0,1mm2m.
•domeniu de temperatură -200C +850C
•etaloane de temperatură 0 600C
Pt100
R=100
la 0C
R=138,4
la 100C
R=0,384 T=1C
T0,00385C
Slide 31
Circuite de măsurare cu termorezisteţe
Metoda de punte (tip Wheatstone )
-echilibrat
-dezechilibrat:
U
E
2
RT
RT
1
2 RT 0
Slide 32
Legarea termorezistenţei cu patru fire
IEX -generator de curent constant
V -voltmetru sau circuit electronic (amplificator)
RL -rezistenţele firelor de legătură
Slide 33
Termocupluri
efectul termoelectric direct sau
efectul Seebeck
E a T1 T 2 b T1 T 2 c T1 T 2 ...
2
3
Proprietăţi:
•sensibilitate, stabilitate în timp
•nu prezintă tensiuni de offset
•domeniu de utilizare mare care
depinde de materialele uilizate
•tensiune de ieşire f. mică (V,mV)
•sensibilitatea scade la temp. mici
•temp. joncţiunii reci f. constant
•fire de legătură prea lungi produc
căderi suplimentare de tensiune
•teaca de protecţie scade sensib.
şi măreşte timpul de răspuns
•func. nu este infl. de factori externi
doar de zgomote termice interne
Slide 34
Utilizarea, construcţia termocuplurilor se face pe baza unor legi:
1 Legea circuitului omogen: într-un circuit omogen (conductoare de aceeaşi
natură) nu apare tensiune electromotoare, indiferent de diferenţa de temperatură
dintre diferite puncte. Acesta permite utilizarea unor conductoare de legătură
2 Legea metalelor intermediare: într-un circuit izoterm (T=ct.) nu se generează
tensiune termoelectromotoare indiferent de natura elementelor care formează
circuitul. Aceasta permite ca lipirea conductoarelor să se facă cu un alt material,
respectiv ca joncţiunea rece să fie formată şi din circuitul de măsurare, cu
condiţia ca elementele să fie la aceeaşi temperatură.
3. Legea metalelor succesive: tensiunea termoelectromotoare generată de un termocuplu format din conductoarele A şi B este egală cu diferenţa tensiunilor
termoelectromotoare generate de termocuplele formate din conductoarele A şi C
respectiv C şi B, cu condiţia ca diferenţa de temperatură a joncţiunilor să fie
aceeaşi. Pe baza acestei legi se face etalonarea termocuplurilor.
4. Legea temperaturilor intermediare: tensiunea termoelectromotoare obţinută pentru
diferenţa de temperatură T2 – T1 este egală cu suma tensiunilor termoelectromotoare obţinute pentru diferenţele de temperatură T2 – T3 şi T3 – T1 .
Aceasta permite realizarea corecţiilor la schimbarea temperaturilor de referinţă.
T2 – T1 =(T2 – T3)+(T3 – T1).
Slide 35
LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT
Depinde de: *natura metalelor componente
*distanţa dintre punctul de măsurare circuitul de prelucrare
*modul de menţinere şi sesizarea temperaturii joncţiunii reci
1.Dacă aparatul se află la d2m şi T=ct. firele se prelungesc: din aceeaşi material,
sau din materiale de mare conductivitate
Termostatarea se face la: 0C apă-gheaţă
20C ulei
E T1T 0 E T1T m E T m T 0
Slide 36
LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT
2.Dacă distanţa până la aparatul de măsură este mare se folosesc fire de extensie.
3.Utilizarea unui termocuplu
identic
Slide 37
LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT
4. Utilizarea unei termorezistenţe sau a unui termistor
U 1 2 E
U 1 2 E
RT
RT
RT R 4
R 2 R 3 R 4
RT R 4
R 2 R 3 R 4
U T U TC U 1 2 k T1 T a T 0 T a k T1 T 0
Slide 38
Senzori integrate, numerice de temperatură
•Ieşire analogică
•Termocuple de tip J sau K
•Sesizare întrerupere senzor
•Tensiune de alimentare
+5V, ±15V
•Consum mic 1mW
Slide 39
Slide 40
MAX6699
Four Thermal-Diode Inputs
Local Temperature Sensor
1°C Remote Temperature Accuracy (+60°C to +100°C)
Temperature Monitoring Begins at POR for Fail-Safe System Protection
Active-Low ALERT and Active-Low OVERT Outputs for Interrupts
Small 16-Pin QSOP and 16-Pin TSSOP Packages
2-Wire SMBus Interface
Slide 41
AD22100
U OUT
V
5V
1, 375 V 22 ,5 mV / C T A
Slide 42
LM84
Slide 43
ADT7301
•convertor A/D pe 13 biţi plus bit de semn,
•rezoluţie 0,03125°C
Slide 44
MAX6677, MAX6676
Semnalul drepunghiular de la ieşire cu frecvenţă 1,8kHz (±20%) la +25°C
Se citesc duratele de timp t1 şi t2.
Determinarea temperaturii
T C 398 ,15
t1
273 ,15
t2
unde t1 = 0,24ms
Slide 45
Senzori ultrasonici
UnderstandingUltrasonics
Ultrasonic Sensing/Control Basics
Ultrasonic signals are like audible sound waves,
except the frequencies are much higher. Our
ultrasonic transducers have piezoelectric crystals
which resonate to a desired frequency and convert
electric energy into acoustic energy and vice versa.
The illustration shows how sound waves, transmitted
in the shape of a cone, are reflected from a target
back to the transducer. An output signal is produced
to perform some kind of indicating or control function.
A minimum distance from the sensor is required to
provide a time delay so that the "echoes" can be
interpreted. Variables which can effect the operation
of ultrasonic sensing include: target surface angle,
reflective surface roughness or changes in
temperature or humidity. The targets can have any
kind of reflective form - even round objects.
Slide 46
The ultrasonic sensors use wave-propagation phenomena in air or other materials to
measure physical or chemical properties.
Ultrasonic sensors transmit ultrasonic waves from its sensor head and again receives the
ultrasonic waves reflected from an object.
With accordance to the influence principle, two main types of ultrasonic sensors
can be differentiated:
The propagation-path sensors - decode changes on propagation to get a fast measurement
of temperature, flow, pressure variations or gas concentration.
Here, the parameters that are affected are the speed of propagation
Distance-Sensors detect echoes from objects and evaluate their propagation time and
amplitude. They are based on ultrasonic principles;
use the travel time and amplitude of the received signal to derive the presence, distance
Slide 47
The ultrasonic transducers comprise:
•a high voltage generator,
•a piezoelectric transducer (transmitter and receiver),
•a signal processing circuit and
•an output stage.
Excited by the high voltage generator, the transducer (transmitter-receiver) generates a
pulsed ultrasonic wave (200 to 500 kHz depending on the product), which travels through
the ambient air at the speed of sound.
When the wave strikes an object, it reflects (echo) and travels back towards the transducer.
A micro controller analyses the signal received and measures the time interval between
the transmitted signal and the echo.
By comparison with the preset or learnt times, it determines and controls the output states.
Slide 48
Each transducer has defined terms by the standard IEC 60947-5-2
Slide 49
The Doppler Effect is the change in frequency and wavelength of a wave that is perceived
by an observer moving relative to the source of the waves.
For waves that propagate in a medium, such as sound waves, the velocity of the observer
and of the source is reckoned relative to the medium in which the waves are transmitted.
The total Doppler Effect may therefore result from either motion of the source or motion
of the observer.
The relationship between observed frequency f' and emitted frequency f is given by:
v
'
f f
v vs
the speed of waves in the medium
the velocity of the source
Slide 50
Advantages of Ultrasonic Sensors
When used for sensing functions, the ultrasonic method has unique advantages
over conventional sensors:
1. Discrete distances to moving objects can be detected and measured.
2. Less affected by target materials and surfaces, and not affected by color.
3. Solid-state units have virtually unlimited, maintenance free life.
4. Can detect small objects over long operating distances.
5. Resistance to external disturbances such as vibration, infrared radiation,
ambient noise, and EMI radiation.
Slide 51
Ranging Measurement
Precise distance(s) of an object moving to and from the sensor are measured
via time intervals between transmitted and reflected bursts of ultrasonic sound.
The example shows a target detected at six inches from sensor and moving to
10 inches.
The distance change is continuously calculated and outputted.
Slide 52
Target Angle
This term refers to the "tilt response" limitations of a given sensor.
Since ultrasonic sound waves reflect off the target object, target angles indicate
acceptable amounts of tilt for a given sensor.
If an application requires a target angle beyond the capabilities of a single sensor,
two sensors can be teamed up to provide an even broader angle of tilt.
Slide 53
Beam Spread (divergenţa razei)
This term is defined as the area in which a round wand will
be sensed if passed through the target area.
This is the maximum spreading of the ultrasonic sound as it leaves the transducer.
www.migatron.com
Slide 54
TRADUCTOARE DE NIVEL
Ultrasonic Integrat - EasyTREK
CARACTERISTICI ::
Preţ redus
Măsurare fără contact
Electronică compenzată la temperatură
Fascicol ingust (5°)
Procesare de semnal cu software QUEST+TM
Programare cu magnet
Comunicaţii (transmitere ) HART
Se poate instala sub nivelul de evacuare
APLICAŢII ::
Măsurarea lichidelor antiexplozibile
Apă reziduală ,soluţii apoase,
Descărcarea şi incărcarea rezezvoarelor
Protecţia pompelor submersibile
Afişărea nivelelor superiore şi inferiore de alarmă
SPECIFICAŢII ::
Sursă de alimentare: 11.4 .. 40 V DC, 3,6 W 11.4 .. 28 V AC 4 VA
Temperatura de agent: -30°C .. +60°C
Presiune de agent: 0.3 .. 3 bar
Nivel de măsurare: 0,25 - 10m
Ieşire: 4 – 20 mA, releu, HART
Clasă de protecţie: IP65, IP 68, ATEX II 1 G EEx ia IIB T6, ATEX II 1 D IP65 T130°C
www.nivelco.com
Slide 55
Exemple de utilizări
Slide 56
Alte metode de măsurare a nivelului
Float Systems
A small magnetic float slides on a tubular shaft in which reed switches are
mounted at intervals. The float follows the rise and fall of the liquid and
actuates the switches to produce a continuous level indication.
A useful system where a vessel is used for liquids of varying S.G.s and/or
is pressurised.
Slide 57
Capacitive Systems
When the liquid (or free flowing powders) is non-conducting (e.g. oil
products, viscous & granular materials) the conductivity method does
not work, and a different type of electrode containing electronic
circuitry is required. This relies on the capacitive change as the liquid
(powder) leaves or touches the tip of the electrode.
The same principle is used in the "Flexicap" system which gives continuous
level indication.
Slide 58
Conductivity Systems
An electrode (metallic rod or tube) is placed in a conductive liquid (e.g.
water, acid, sewage & other aqueous solutions) at the point where
switching is required.
When the liquid touches or leaves the tip of the electrode, an electrical
circuit between it and earth is completed. This causes a switch to operate
in the control unit. This is a very simple, accurate and economical method
of controlling levels in liquids and covers up to 70% of applications.
Slide 59
TRADUCTOARE DE DEBIT
QV
Qm
dV
dt
dm
dt
d S l
S
dt
d V
dt
dl
dt
dV
dt
S vf
QV
Tipuri de debitmetre:- rezistive (diferenţe de presiune)
- cu inducţie
- cu laser
- termice
- cu ultrasunete
- numerice (efectele curgeri tulburente - frecvenţă)
Slide 60
Traductoare cu ultrasunete
Principiul de funcţionare a acestor tipuri de
debitmetre se bazează pe modificarea vitezei de
propagare a sunetului într-un fluid aflat în mişcare.
Se notează cu vS viteza sunetului în fluid static,
vf viteza fluidului, şi vS ± vf viteza sunetului în fluidul aflat în mişcare.
Timpul de propagare a sunetului între două sonde aflate la distanţa d va fi:
t1
d
t2
vS v f
t t 2 t1
d
vS v f
d
vS v f
d
vS v f
2 dv
f
vS v f
2
2
2 dv
2
vS
f
Slide 61
Se lucrează cu două sonde, care funcţionează şi ca generator şi ca receptor.
Se măsoară frecvenţa impulsurilor recepţionate de sonde
f1
vS v f
f2
d
vS v f
d
Diferenţa de frecvenţă, care se determină este proporţională cu viteza fluidului,
deci cu debitul de măsurat:
f f1 f 2
2vf
d
Slide 62
Canal Parshall – canale deschise
Nivel Debit
Ape reziduale, uzate, menajere
Apă purificată, recirculată
Slide 63
Traductoare termice de debit
În unele cazuri, efectul de răcire a fluidului este
sesizat prin termorezistenţe din platină (PT100).
Şi în acest caz se folosesc doi senzori, unul pentru
sesizarea temperaturii, iar celălalt pentru încălzire.
Senzorul de temperatură monitorizează temperatura
actuală a gazului, în timp ce senzorul auto încălzit
este menţinut la o diferenţă de temperatură
constantă (relativ la temperatura gazului măsurat)
variind curentul prin el. Cu cât masa de fluid
care trece prin senzorul încălzit este mai mare,
cu atât este mai mare efectul de răcire şi creşte
curentul necesar pentru menţinerea lui la
temperatura diferenţială constantă.
Deci valoarea curentului de încălzire este
proporţională cu debitul de masă al gazului.
Aceste tipuri de traductoare se conectează cu patru fire,
două pentru alimentare şi două pentru culegerea
semnalului unificat 4-20mA.
Slide 64
Traductoare de debit numerice
Aceste traductoare au fost realizate pentru a uşura prelucrarea datelor, respectiv
pentru transmiterea lor la distanţă.
Traductoarele digitale convertesc debitul de fluid în frecvenţă.
Fenomenele fizice care stau la baza funcţionării acestor senzori sunt:
• apariţia unor oscilaţii de natură hidrodinamică în lichidul în mişcare,
se determină frecvenţa acestor oscilaţii
• vibraţia unui corp sub acţiunea curgerii
• rotaţia unei turbine cu axa perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului.
Tipuri:
• debitmetre cu vârtej
• debitmetre cu turbină
Slide 65
Debitmetre cu vârtej
Aceste tipuri de debitmetre folosesc fenomenul de formare a unor vârtejuri în fluid,
când acesta întâlneşte un corp cu feţe simetrice faţă de linia de curgere dar neparalele cu
ea (Karman vortex street).
Aceste vârtejuri se formează alternativ pe o parte şi pe cealaltă a corpului apoi se
detaşează şi se pierd în fluid.
Frecvenţa vârtejurilor depinde de viteza medie de curgere deci de debitul de volum.
Variaţiile alternative de presiune cauzate de vârtejuri se transmit prin găurile laterale
aflate în corp la un senzor de presiune.
Acest senzor este protejat de temperatură, de şocuri şi de apă.
Ca senzor, se foloseşte un senzor diferenţial de capacitate
(DSC -Differential Switched Capacitance).
f
RE v f
d
Slide 66
SENZORI DE PRESIUNE
Tipuri de senzori: - piezoelectric
- piezorezistiv
- membrane
- tuburi ondulate
- mărci tensometrice
- capacitive
- traductoare de deplasare
p
F
S
F l
www.sensorland.com
Slide 67
Pressure metrology is the technology of transducing pressure
into an electrical quantity. Normally, a diaphragm construction
is used with strain gauges either bonded to , or diffused into it,
acting as resistive elements. Under the pressure-induced strain,
the resistive values change.
In capacitive technology, the pressure diaphragm is one plate
of a capacitor that changes its value under pressure-induced
displacement.
Pressure sensing using diaphragm technology measures the
difference in pressure of the two sides of the diaphragm.
Depending upon the relevant pressure, we use the terms
ABSOLUTE, where the reference is vacuum (1st picture),
GAUGE, where the reference is atmospheric pressure
(2nd picture), or DIFFERENTIAL, where the sensor has two
ports for the measure of two different pressure.
Slide 68
The piezoresistive pressure sensor, or silicon cell.
This type of pressure sensor consists of a micro-machined
silicon diaphragm with piezoresistive strain gauges diffused
into it, fused to a silicon or glass backplate.
The resistors have a value of approx. 3.5 kOhm. Pressure
induced strain increases the value of the radial resistors (r),
and decreases the value of the resistors (t) transverse to
the radius. This resistance change can be high as 30%.
The resistors are connected as a Wheatstone Bridge, the
output of which is directly proportional to the pressure.
Slide 69
Pressure Transducers.
Pressure transducers are pressure measuring instruments,
ready to use. It is an OEM transducer with pressure port,
integrated compensation resistors and a cable or connector.
Transducers give an unamplified signal into a separate
instrumentation amplifier or indicator. They can be
considered as passive bridges, being interchangeable
between different manufacturers.
Pressure Transmitters.
In pressure transmitters, the full signal conditioning circuitry
is integrated in the housing. The sensor signal is conditioned
into standard output signals of 0...100mV, 0...10V, 0.5...4.5V,
and 4-20mA.
www.keller-druck.com
Slide 70
Integrated pressure sensors
MPX4100
Slide 71
SENZORI PENTRU GAZE
Senzorul semiconductor contine un filament de incalzire care aduce la temperatura de
functionare (100 ¸ 400 oC) materialul semiconductor aflat pe tubul ceramic
ce inconjoara acest filament.
In prezenta unui gaz reducator rezistenta
electrica a substantei semiconductoare se
modifica drastic chiar pentru concentratii
mici de gaz. Cel mai utilizat material
semiconductor sensibil la gaze este
bioxidul de staniu (SnO2), o substanta
relativ comuna, mult utilizata pentru
glazurarea de culoare alba a portelanurilor.
Multi alti oxizi sunt sensibili fata de gaze
ca oxizii de fier, oxidul de zinc, oxizii de crom, etc.
precum si compusii oxidici.
Slide 72
Circuite electronice cu senzori pentru gaze
SENZORI ŞI
TRADUCTOARE
NUMERICE
Ágoston Katalin
Universitatea “Petru Maior” Tg.Mureş
Slide 2
TIPURI DE SENZORI FOLOSITE ÎN
ENERGETICĂ
Senzori de tensiune
Senzori de curent
Senzori de temperatură
Senzori de nivel
Senzori pentru gaze
Senzori de debit
Senzori de presiune
Slide 3
Senzori de tensiune
Caracterizat prin: *puterea nominală secundară
*clasa de precizie
*supradimensionat pentru solicitări termice
*funcţionează în gol (Rv f. mare)
Slide 4
Senzori de tensiune
Divizoare de tensiune rezistive
Divizoare de tensiune inductive
Slide 5
Caracteristici generale
Pot măsura nivele de tensiune AC sau DC.
La ieşire furnizează U sau I proporţional cu mărimea de intrare.
Pot furniza frecvenţă sau o frecvenţă modulată de intrare.
Unele au la ieşire un semnal sin sau un tren de impulsuri.
Altele folosesc modulaţia în amplitudine (AM),
modulaţie în frecvenţă (FM)
modulaţia lăţimii impulsului (PWM).
Se folosesc şi senzori cu alimentaţie proprie,
portabile,
pentru circuite imprimate.
Unele sunt capabile pentru măsurarea tensiunii trifazate.
Pot fi echipate cu indicator de semn.
Senzori specializaţi folosesc fibre optice şi componente optice.
Slide 6
Utilizare
Se folosesc la:
•măsurarea puterii
•detectarea căderilor de tensiune
•detectarea sarcinii
•la cuplări , decuplări în siguranţă
•detectare de suprasarcină la motoare
•în clădiri
•sisteme de control
•măsurarea temperaturii
Slide 7
Exemplu
•Asigură ieşire izolată de semnal unificat 4 - 20mA proporţional dc.
•Precizie 1%FS;
•Timp de răspuns110ms;
•Alimentare+25 to +45Vdc;
•Domeniul de temperatură –25° to +75°C
Slide 8
Exemplu
•Ieşire izolată, prop. cu tensiunea AC. de intrare în dom.0-5V
•Precizie 0.5%FS;
•Timp de răspuns 1/2-cycle of AC;
•Alimentare din tensiunea de intrare;
•Frecvenţă 57-63Hz;
•Dom de temp. -40° to +70°C;
•Carcasă metalică
Slide 9
Senzori de Curent
•căderea rezistivă de tensiune
•câmpul magnetic generat
1.
2.
3.
4.
Transformator de măsură de curent
Sesizare magnetică cu senzor Hall
Convertor curent-tensiune
Sesizare rezistivă
Slide 10
Transformator de curent
i1 N 1 i 2 N 2
•Supradimensionat pentru solicitări
termice şi de curent
•Funcţionează în scurtcircuit
•Nu are voie să funcţioneze în gol
•Fenomenul de saturaţie mai mic decât
în c.c.
Slide 11
Sesizare magnetică cu senzor Hall
Izolare galvanică
Senzor magnetorezistenţă gigant – GMR
pentru cablaje imprimate
sensibil pentru câmpuri parazite
B
0I
2 d
U out U Hall R H
BI
g
Slide 12
Convertor curent-tensiune
pentru curenţi mici (pA)
Slide 13
Sesizare rezistivă
I
U
R
•Căderea de tensiune pe rezistenţa
•Puterea disipată P=I2·R
•Rezistenţa parazită serie
•Scurgeri de curent la R mari
•Autoâncălzire – neliniaritate
•Efecte dinamice – dependenţă de
frecvenţă
Slide 14
Exemplu
LEM
Slide 15
LEM
Slide 16
Slide 17
Avantaje, dezavantaje
•Măsoară în c.c. şi c.a.
•Asigură izolare galvanică
•Consum mic
•Cost redus
•Dimensiune mică
•Fără întreruperea circuitului
•Bandă de frecvenţă limitată
•Timp de răspuns moderat
•Dependente de variaţii de temperatură
•Offset magnetic şi d.c.
Slide 18
Slide 19
Caracteristici
•Curent de intrare 2A- 20kA
•Se elimină dependenţa de temperatură
•Fluxuri reziduale
•Timp de răspuns mai mic
•Precizie mai mare
•Domeniu de frecvenţă mare - 200kHz
Slide 20
Slide 21
2 variante: - rezistenţă internă
- rezistenţă externă
Slide 22
Utilizări
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28
ACS715
Automotive Grade, Fully Integrated, Hall Effect-Based
Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation
Slide 29
Senzori de Temperatură
Termorezistenţe
R R 0 1 T T T0
-T coeficient de variaţie a rezistivităţii mare
-R0 rezistenţa nominală mare
-liniaritate bună a caracteristicii
-stabilitate în timp şi la agenţi chimici
Slide 30
Pt100 şi Pt1000
•rezistivitate: 0,1mm2m.
•domeniu de temperatură -200C +850C
•etaloane de temperatură 0 600C
Pt100
R=100
la 0C
R=138,4
la 100C
R=0,384 T=1C
T0,00385C
Slide 31
Circuite de măsurare cu termorezisteţe
Metoda de punte (tip Wheatstone )
-echilibrat
-dezechilibrat:
U
E
2
RT
RT
1
2 RT 0
Slide 32
Legarea termorezistenţei cu patru fire
IEX -generator de curent constant
V -voltmetru sau circuit electronic (amplificator)
RL -rezistenţele firelor de legătură
Slide 33
Termocupluri
efectul termoelectric direct sau
efectul Seebeck
E a T1 T 2 b T1 T 2 c T1 T 2 ...
2
3
Proprietăţi:
•sensibilitate, stabilitate în timp
•nu prezintă tensiuni de offset
•domeniu de utilizare mare care
depinde de materialele uilizate
•tensiune de ieşire f. mică (V,mV)
•sensibilitatea scade la temp. mici
•temp. joncţiunii reci f. constant
•fire de legătură prea lungi produc
căderi suplimentare de tensiune
•teaca de protecţie scade sensib.
şi măreşte timpul de răspuns
•func. nu este infl. de factori externi
doar de zgomote termice interne
Slide 34
Utilizarea, construcţia termocuplurilor se face pe baza unor legi:
1 Legea circuitului omogen: într-un circuit omogen (conductoare de aceeaşi
natură) nu apare tensiune electromotoare, indiferent de diferenţa de temperatură
dintre diferite puncte. Acesta permite utilizarea unor conductoare de legătură
2 Legea metalelor intermediare: într-un circuit izoterm (T=ct.) nu se generează
tensiune termoelectromotoare indiferent de natura elementelor care formează
circuitul. Aceasta permite ca lipirea conductoarelor să se facă cu un alt material,
respectiv ca joncţiunea rece să fie formată şi din circuitul de măsurare, cu
condiţia ca elementele să fie la aceeaşi temperatură.
3. Legea metalelor succesive: tensiunea termoelectromotoare generată de un termocuplu format din conductoarele A şi B este egală cu diferenţa tensiunilor
termoelectromotoare generate de termocuplele formate din conductoarele A şi C
respectiv C şi B, cu condiţia ca diferenţa de temperatură a joncţiunilor să fie
aceeaşi. Pe baza acestei legi se face etalonarea termocuplurilor.
4. Legea temperaturilor intermediare: tensiunea termoelectromotoare obţinută pentru
diferenţa de temperatură T2 – T1 este egală cu suma tensiunilor termoelectromotoare obţinute pentru diferenţele de temperatură T2 – T3 şi T3 – T1 .
Aceasta permite realizarea corecţiilor la schimbarea temperaturilor de referinţă.
T2 – T1 =(T2 – T3)+(T3 – T1).
Slide 35
LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT
Depinde de: *natura metalelor componente
*distanţa dintre punctul de măsurare circuitul de prelucrare
*modul de menţinere şi sesizarea temperaturii joncţiunii reci
1.Dacă aparatul se află la d2m şi T=ct. firele se prelungesc: din aceeaşi material,
sau din materiale de mare conductivitate
Termostatarea se face la: 0C apă-gheaţă
20C ulei
E T1T 0 E T1T m E T m T 0
Slide 36
LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT
2.Dacă distanţa până la aparatul de măsură este mare se folosesc fire de extensie.
3.Utilizarea unui termocuplu
identic
Slide 37
LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT
4. Utilizarea unei termorezistenţe sau a unui termistor
U 1 2 E
U 1 2 E
RT
RT
RT R 4
R 2 R 3 R 4
RT R 4
R 2 R 3 R 4
U T U TC U 1 2 k T1 T a T 0 T a k T1 T 0
Slide 38
Senzori integrate, numerice de temperatură
•Ieşire analogică
•Termocuple de tip J sau K
•Sesizare întrerupere senzor
•Tensiune de alimentare
+5V, ±15V
•Consum mic 1mW
Slide 39
Slide 40
MAX6699
Four Thermal-Diode Inputs
Local Temperature Sensor
1°C Remote Temperature Accuracy (+60°C to +100°C)
Temperature Monitoring Begins at POR for Fail-Safe System Protection
Active-Low ALERT and Active-Low OVERT Outputs for Interrupts
Small 16-Pin QSOP and 16-Pin TSSOP Packages
2-Wire SMBus Interface
Slide 41
AD22100
U OUT
V
5V
1, 375 V 22 ,5 mV / C T A
Slide 42
LM84
Slide 43
ADT7301
•convertor A/D pe 13 biţi plus bit de semn,
•rezoluţie 0,03125°C
Slide 44
MAX6677, MAX6676
Semnalul drepunghiular de la ieşire cu frecvenţă 1,8kHz (±20%) la +25°C
Se citesc duratele de timp t1 şi t2.
Determinarea temperaturii
T C 398 ,15
t1
273 ,15
t2
unde t1 = 0,24ms
Slide 45
Senzori ultrasonici
UnderstandingUltrasonics
Ultrasonic Sensing/Control Basics
Ultrasonic signals are like audible sound waves,
except the frequencies are much higher. Our
ultrasonic transducers have piezoelectric crystals
which resonate to a desired frequency and convert
electric energy into acoustic energy and vice versa.
The illustration shows how sound waves, transmitted
in the shape of a cone, are reflected from a target
back to the transducer. An output signal is produced
to perform some kind of indicating or control function.
A minimum distance from the sensor is required to
provide a time delay so that the "echoes" can be
interpreted. Variables which can effect the operation
of ultrasonic sensing include: target surface angle,
reflective surface roughness or changes in
temperature or humidity. The targets can have any
kind of reflective form - even round objects.
Slide 46
The ultrasonic sensors use wave-propagation phenomena in air or other materials to
measure physical or chemical properties.
Ultrasonic sensors transmit ultrasonic waves from its sensor head and again receives the
ultrasonic waves reflected from an object.
With accordance to the influence principle, two main types of ultrasonic sensors
can be differentiated:
The propagation-path sensors - decode changes on propagation to get a fast measurement
of temperature, flow, pressure variations or gas concentration.
Here, the parameters that are affected are the speed of propagation
Distance-Sensors detect echoes from objects and evaluate their propagation time and
amplitude. They are based on ultrasonic principles;
use the travel time and amplitude of the received signal to derive the presence, distance
Slide 47
The ultrasonic transducers comprise:
•a high voltage generator,
•a piezoelectric transducer (transmitter and receiver),
•a signal processing circuit and
•an output stage.
Excited by the high voltage generator, the transducer (transmitter-receiver) generates a
pulsed ultrasonic wave (200 to 500 kHz depending on the product), which travels through
the ambient air at the speed of sound.
When the wave strikes an object, it reflects (echo) and travels back towards the transducer.
A micro controller analyses the signal received and measures the time interval between
the transmitted signal and the echo.
By comparison with the preset or learnt times, it determines and controls the output states.
Slide 48
Each transducer has defined terms by the standard IEC 60947-5-2
Slide 49
The Doppler Effect is the change in frequency and wavelength of a wave that is perceived
by an observer moving relative to the source of the waves.
For waves that propagate in a medium, such as sound waves, the velocity of the observer
and of the source is reckoned relative to the medium in which the waves are transmitted.
The total Doppler Effect may therefore result from either motion of the source or motion
of the observer.
The relationship between observed frequency f' and emitted frequency f is given by:
v
'
f f
v vs
the speed of waves in the medium
the velocity of the source
Slide 50
Advantages of Ultrasonic Sensors
When used for sensing functions, the ultrasonic method has unique advantages
over conventional sensors:
1. Discrete distances to moving objects can be detected and measured.
2. Less affected by target materials and surfaces, and not affected by color.
3. Solid-state units have virtually unlimited, maintenance free life.
4. Can detect small objects over long operating distances.
5. Resistance to external disturbances such as vibration, infrared radiation,
ambient noise, and EMI radiation.
Slide 51
Ranging Measurement
Precise distance(s) of an object moving to and from the sensor are measured
via time intervals between transmitted and reflected bursts of ultrasonic sound.
The example shows a target detected at six inches from sensor and moving to
10 inches.
The distance change is continuously calculated and outputted.
Slide 52
Target Angle
This term refers to the "tilt response" limitations of a given sensor.
Since ultrasonic sound waves reflect off the target object, target angles indicate
acceptable amounts of tilt for a given sensor.
If an application requires a target angle beyond the capabilities of a single sensor,
two sensors can be teamed up to provide an even broader angle of tilt.
Slide 53
Beam Spread (divergenţa razei)
This term is defined as the area in which a round wand will
be sensed if passed through the target area.
This is the maximum spreading of the ultrasonic sound as it leaves the transducer.
www.migatron.com
Slide 54
TRADUCTOARE DE NIVEL
Ultrasonic Integrat - EasyTREK
CARACTERISTICI ::
Preţ redus
Măsurare fără contact
Electronică compenzată la temperatură
Fascicol ingust (5°)
Procesare de semnal cu software QUEST+TM
Programare cu magnet
Comunicaţii (transmitere ) HART
Se poate instala sub nivelul de evacuare
APLICAŢII ::
Măsurarea lichidelor antiexplozibile
Apă reziduală ,soluţii apoase,
Descărcarea şi incărcarea rezezvoarelor
Protecţia pompelor submersibile
Afişărea nivelelor superiore şi inferiore de alarmă
SPECIFICAŢII ::
Sursă de alimentare: 11.4 .. 40 V DC, 3,6 W 11.4 .. 28 V AC 4 VA
Temperatura de agent: -30°C .. +60°C
Presiune de agent: 0.3 .. 3 bar
Nivel de măsurare: 0,25 - 10m
Ieşire: 4 – 20 mA, releu, HART
Clasă de protecţie: IP65, IP 68, ATEX II 1 G EEx ia IIB T6, ATEX II 1 D IP65 T130°C
www.nivelco.com
Slide 55
Exemple de utilizări
Slide 56
Alte metode de măsurare a nivelului
Float Systems
A small magnetic float slides on a tubular shaft in which reed switches are
mounted at intervals. The float follows the rise and fall of the liquid and
actuates the switches to produce a continuous level indication.
A useful system where a vessel is used for liquids of varying S.G.s and/or
is pressurised.
Slide 57
Capacitive Systems
When the liquid (or free flowing powders) is non-conducting (e.g. oil
products, viscous & granular materials) the conductivity method does
not work, and a different type of electrode containing electronic
circuitry is required. This relies on the capacitive change as the liquid
(powder) leaves or touches the tip of the electrode.
The same principle is used in the "Flexicap" system which gives continuous
level indication.
Slide 58
Conductivity Systems
An electrode (metallic rod or tube) is placed in a conductive liquid (e.g.
water, acid, sewage & other aqueous solutions) at the point where
switching is required.
When the liquid touches or leaves the tip of the electrode, an electrical
circuit between it and earth is completed. This causes a switch to operate
in the control unit. This is a very simple, accurate and economical method
of controlling levels in liquids and covers up to 70% of applications.
Slide 59
TRADUCTOARE DE DEBIT
QV
Qm
dV
dt
dm
dt
d S l
S
dt
d V
dt
dl
dt
dV
dt
S vf
QV
Tipuri de debitmetre:- rezistive (diferenţe de presiune)
- cu inducţie
- cu laser
- termice
- cu ultrasunete
- numerice (efectele curgeri tulburente - frecvenţă)
Slide 60
Traductoare cu ultrasunete
Principiul de funcţionare a acestor tipuri de
debitmetre se bazează pe modificarea vitezei de
propagare a sunetului într-un fluid aflat în mişcare.
Se notează cu vS viteza sunetului în fluid static,
vf viteza fluidului, şi vS ± vf viteza sunetului în fluidul aflat în mişcare.
Timpul de propagare a sunetului între două sonde aflate la distanţa d va fi:
t1
d
t2
vS v f
t t 2 t1
d
vS v f
d
vS v f
d
vS v f
2 dv
f
vS v f
2
2
2 dv
2
vS
f
Slide 61
Se lucrează cu două sonde, care funcţionează şi ca generator şi ca receptor.
Se măsoară frecvenţa impulsurilor recepţionate de sonde
f1
vS v f
f2
d
vS v f
d
Diferenţa de frecvenţă, care se determină este proporţională cu viteza fluidului,
deci cu debitul de măsurat:
f f1 f 2
2vf
d
Slide 62
Canal Parshall – canale deschise
Nivel Debit
Ape reziduale, uzate, menajere
Apă purificată, recirculată
Slide 63
Traductoare termice de debit
În unele cazuri, efectul de răcire a fluidului este
sesizat prin termorezistenţe din platină (PT100).
Şi în acest caz se folosesc doi senzori, unul pentru
sesizarea temperaturii, iar celălalt pentru încălzire.
Senzorul de temperatură monitorizează temperatura
actuală a gazului, în timp ce senzorul auto încălzit
este menţinut la o diferenţă de temperatură
constantă (relativ la temperatura gazului măsurat)
variind curentul prin el. Cu cât masa de fluid
care trece prin senzorul încălzit este mai mare,
cu atât este mai mare efectul de răcire şi creşte
curentul necesar pentru menţinerea lui la
temperatura diferenţială constantă.
Deci valoarea curentului de încălzire este
proporţională cu debitul de masă al gazului.
Aceste tipuri de traductoare se conectează cu patru fire,
două pentru alimentare şi două pentru culegerea
semnalului unificat 4-20mA.
Slide 64
Traductoare de debit numerice
Aceste traductoare au fost realizate pentru a uşura prelucrarea datelor, respectiv
pentru transmiterea lor la distanţă.
Traductoarele digitale convertesc debitul de fluid în frecvenţă.
Fenomenele fizice care stau la baza funcţionării acestor senzori sunt:
• apariţia unor oscilaţii de natură hidrodinamică în lichidul în mişcare,
se determină frecvenţa acestor oscilaţii
• vibraţia unui corp sub acţiunea curgerii
• rotaţia unei turbine cu axa perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului.
Tipuri:
• debitmetre cu vârtej
• debitmetre cu turbină
Slide 65
Debitmetre cu vârtej
Aceste tipuri de debitmetre folosesc fenomenul de formare a unor vârtejuri în fluid,
când acesta întâlneşte un corp cu feţe simetrice faţă de linia de curgere dar neparalele cu
ea (Karman vortex street).
Aceste vârtejuri se formează alternativ pe o parte şi pe cealaltă a corpului apoi se
detaşează şi se pierd în fluid.
Frecvenţa vârtejurilor depinde de viteza medie de curgere deci de debitul de volum.
Variaţiile alternative de presiune cauzate de vârtejuri se transmit prin găurile laterale
aflate în corp la un senzor de presiune.
Acest senzor este protejat de temperatură, de şocuri şi de apă.
Ca senzor, se foloseşte un senzor diferenţial de capacitate
(DSC -Differential Switched Capacitance).
f
RE v f
d
Slide 66
SENZORI DE PRESIUNE
Tipuri de senzori: - piezoelectric
- piezorezistiv
- membrane
- tuburi ondulate
- mărci tensometrice
- capacitive
- traductoare de deplasare
p
F
S
F l
www.sensorland.com
Slide 67
Pressure metrology is the technology of transducing pressure
into an electrical quantity. Normally, a diaphragm construction
is used with strain gauges either bonded to , or diffused into it,
acting as resistive elements. Under the pressure-induced strain,
the resistive values change.
In capacitive technology, the pressure diaphragm is one plate
of a capacitor that changes its value under pressure-induced
displacement.
Pressure sensing using diaphragm technology measures the
difference in pressure of the two sides of the diaphragm.
Depending upon the relevant pressure, we use the terms
ABSOLUTE, where the reference is vacuum (1st picture),
GAUGE, where the reference is atmospheric pressure
(2nd picture), or DIFFERENTIAL, where the sensor has two
ports for the measure of two different pressure.
Slide 68
The piezoresistive pressure sensor, or silicon cell.
This type of pressure sensor consists of a micro-machined
silicon diaphragm with piezoresistive strain gauges diffused
into it, fused to a silicon or glass backplate.
The resistors have a value of approx. 3.5 kOhm. Pressure
induced strain increases the value of the radial resistors (r),
and decreases the value of the resistors (t) transverse to
the radius. This resistance change can be high as 30%.
The resistors are connected as a Wheatstone Bridge, the
output of which is directly proportional to the pressure.
Slide 69
Pressure Transducers.
Pressure transducers are pressure measuring instruments,
ready to use. It is an OEM transducer with pressure port,
integrated compensation resistors and a cable or connector.
Transducers give an unamplified signal into a separate
instrumentation amplifier or indicator. They can be
considered as passive bridges, being interchangeable
between different manufacturers.
Pressure Transmitters.
In pressure transmitters, the full signal conditioning circuitry
is integrated in the housing. The sensor signal is conditioned
into standard output signals of 0...100mV, 0...10V, 0.5...4.5V,
and 4-20mA.
www.keller-druck.com
Slide 70
Integrated pressure sensors
MPX4100
Slide 71
SENZORI PENTRU GAZE
Senzorul semiconductor contine un filament de incalzire care aduce la temperatura de
functionare (100 ¸ 400 oC) materialul semiconductor aflat pe tubul ceramic
ce inconjoara acest filament.
In prezenta unui gaz reducator rezistenta
electrica a substantei semiconductoare se
modifica drastic chiar pentru concentratii
mici de gaz. Cel mai utilizat material
semiconductor sensibil la gaze este
bioxidul de staniu (SnO2), o substanta
relativ comuna, mult utilizata pentru
glazurarea de culoare alba a portelanurilor.
Multi alti oxizi sunt sensibili fata de gaze
ca oxizii de fier, oxidul de zinc, oxizii de crom, etc.
precum si compusii oxidici.
Slide 72
Circuite electronice cu senzori pentru gaze