Mérés és adatgyűjtés

Átírás

1 Mérés és adatgyűjtés 7. óra Mingesz Róbert Szegedi Tudományegyetem április 11. MA - 7. óra Verzió: 2.2 Utolsó frissítés: április 10. 1/37

2 Tartalom I 1 Szenzorok 2 Hőmérséklet mérése 3 Fény érzékelése 4 Mágneses tér érzékelése 5 További szenzorok MA - 7. óra 2/37

3 Digitális mérőműszer MA - 7. óra Szenzorok 3/37

4 A szenzorok működése Zavarjelek Bemenet Szenzor Kimenet Fizikai mennyiség Segédenergia (Elektromos jelek) Energia-átalakítás történik Energiafajták: Sugárzási energia, mechanikai energia, hőenergia, villamos energia, mágneses energia, kémiai energia MA - 7. óra Szenzorok 4/37

5 Szenzorok jellemzése Bemeneti fizikai mennyiség pl. hőmérséklet, elmozdulás, mágneses térerősség... Kimenő fizikai mennyiség (általában elektromos mennyiség) pl. feszültség, áramerősség, ellenállás... Aktív (termóelem, ph-mérő, fényelem) Passzív - működéséhez segédenergiára van szükség (termisztor, fotóellenállás, Hall-szonda) Karakterisztika: a kimenet függése a bemeneti mennyiségtől lineáris / nem lineáris Működési elv Kialakítás MA - 7. óra Szenzorok 5/37

6 Szenzorok tulajdonságai Mérési tartomány Zajhatár: ennél kisebb jelek változása már elvész a zajban Túlterhelési tartomány Felbontóképesség Nullpont-hiba Érzékenység hiba Hiszterézis Linearitás-hiba / alakhiba Drift (kúszás) Hőmérsékletfüggés Környezeti hatások (rezgések, nyomás, nedvesség...) Beállási idő Frekvenciakarakterisztika MA - 7. óra Szenzorok 6/37

7 Hőmérséklet mérése A legtöbb folyamat, fizikai, kémiai... tulajdonság hőmérsékletfüggő pl. sűrűség, ellenállás, reakciósebesség... Az egyik leggyakrabban mért paraméter Mérés elve: a hőmérsékletváltozás hatására változás áll be a szenzorban vezetőképesség megváltozása thermoelektromos effektusok hőtágulás hallmazállapot-változás kémiai reakció (egyensúly eltolódás) Biztosítani kell a megfelelő hőátadást hőátadás - közvetlen érintkezés hővezetés - valamilyen közeg viszi át a hőenergiát hősugárzás - elektromágneses sugárzás útján MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 7/37

8 Bimetál kapcsoló Két állapot Hiszterézis MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 8/37

9 Ellenállás hőmérők (RTD) Fémek ellenállása hőmérsékletfüggő Leggyakrabban alkalmazott fém: platina PT100 szenzorok: 0 C: 100 Ω Mérési tartomány: -260 C C MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 9/37

10 Ellenállás hőmérők (RTD) Nagy pontosság Alacsony drift Széles mérési tartomány A termisztorokhoz képest lassaúbb reagálási idő (néhány másodperc) Típikus méret > 3 mm Ár > 2000 Ft MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 10/37

11 Ellenállás hőmérők mérése Feladat: nagy pontossággal és felbontással mérni az ellenállás változást MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 11/37

12 Ellenállás hőmérők mérése MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 12/37

13 Félvezető hőmérsékletmérő szenzorok: Termisztor (NTC) Hőmérséklet növekedése töltéshordozók számának növekedése ellenállás csökkenése Általános képlet: R(T) = R ref e A+ B T + C T 2 + D T 3 Gyakran használt formula: B 25/85 = B 25/85 B 25/85 T T R(T) = R 25 e 25 T(R) = 1 1 T B 25/85 ln R R 25 MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 13/37

14 Termisztor Mérési tartomány -90 C C Átmérő > 1,5 mm Ár > 100 Ft MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 14/37

15 Termoelem Seebeck-effektus: Termoelem (Réz-Konstantán vezetékek) MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 15/37

16 Termoelem - hidegpont Hidegpont kompenzálás MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 16/37

17 Termoelem Kis impedancia, kis feszültség: nagy erősítés szükséges Jó közelítéssel lineáris Átmérő > 1.5 mm Ár > 2000 Ft Mérési tartomány K típusú termoelem esetén: -200 C C MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 17/37

18 IC hőmérsékletszenzorok LM35 Lineáris kimenet + 2 C C LM35 Digitális kimenet (I2C) - 40 C C MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 18/37

19 Pirométerek Hőmérséklet hősugárzás (általában infravörös) A sugárzás spektruma hőmérsékletfüggő a hőmérséklet meghatározható Kontaktus nélküli mérés Mérési tartomány: -32 C Celsius MA - 7. óra Hőmérséklet mérése 19/37

20 Fény érzékelése Fény hőmérsékletváltozás elektronok gerjesztése elektronok kilépése MA - 7. óra Fény érzékelése 20/37

21 Bolométer Hőhatás mérése (infravörös fény detektálása) MA - 7. óra Fény érzékelése 21/37

22 Fotóellenállás (light dependent resistor) Félvezető Fény elektronok kerülnek át a vezetési sávba Hátrányok: lassú Előnyök: egyszerű alkalmazhatóság, ohmikus Spektrális érzékenység: típustól függ MA - 7. óra Fény érzékelése 22/37

23 Fotodióda Előnyök: gyors az áram arányos a fényintenzitással olcsó Érzékenység: szükség szerint optikai szűrővel módosítható MA - 7. óra Fény érzékelése 23/37

24 Fotodióda MA - 7. óra Fény érzékelése 24/37

25 Fotodióda MA - 7. óra Fény érzékelése 25/37

26 Fotótranzisztor Tranzisztor vezérlése: fény (a bázisáram helyett) Nagyobb érzékenység/áram MA - 7. óra Fény érzékelése 26/37

27 CCD MA - 7. óra Fény érzékelése 27/37

28 Hőkamera MA - 7. óra Fény érzékelése 28/37

29 Ionizáló sugárzások érzékelése Működési elv: Elektronok gerjesztése (vezetés, fényhatás) Ionizáció Geiger-Müller számláló Szcintillátor MA - 7. óra Fény érzékelése 29/37

30 Mágneses terek érzékelése Váltakozó mágneses terek mágneses indukció Állandó mágneses terek Hall-effektus,... MA - 7. óra Mágneses tér érzékelése 30/37

31 Hall-effektus Félvezetők esetén a töltéshordozók mind + mind előjelűek lehetnek MA - 7. óra Mágneses tér érzékelése 31/37

32 További mágneses érzékelők Reed-relé SQUID: gyenge terek érzékelése MA - 7. óra Mágneses tér érzékelése 32/37

33 Kémhatás mérése Nehézségek: nagy belső ellenállás, alacsony feszültség MA - 7. óra További szenzorok 33/37

34 Páratartalom mérése MA - 7. óra További szenzorok 34/37

35 Gázok érzékelése - Taguchi szenzorok Ellenállás változás Szenzor zajának változása MA - 7. óra További szenzorok 35/37

36 Oxigén koncentráció érzékelése - Lambda-szonda MA - 7. óra További szenzorok 36/37

37 Pulzoximéter Pulzusszám Oxigén szaturáció MA - 7. óra További szenzorok 37/37