Mätning av icke-elektriska storheter

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Mätning av icke-elektriska storheter"

Monica Bergqvist
för 7 år sedan
Visningar:

1 Mätning av icke-elektriska storheter Kap 15.1 mm Ex 2.15 Wheatstonebrygga s Resistiv vinkelgivare s Trådtöjningsgivare s Variabel reluktans s Diodtermometer

2 Mätning av icke-elektriska storheter Omvandling av en fysikalisk storhet tex Temperatur Position Kraft Hastighet Varvtal till en elektrisk storhet Spänning Ström

3 Mätsystem

4 Givare och vakt Givare (en. sensor) Analog eller digital signal som motsvarar fysikalisk storhet Tachogenerator (analog) Pulsräknare (digital) Vakt Ger bara information om större eller mindre än något visst värde Ex gränslägesbrytare, nivåvakt

5 Känslighet

6 Temperaturmätning Termoelement Relativ temperaturmätning Bygger på den s.k. Seebeck-effekten (u. 1821) Två ihoplödade metaller/legeringar i vilka en elektrisk spänning uppkommer pga olika temperaturer vid lödställena Mätområde 200 ºC ºC Liten tidskonstant, kort svarstid

7 V out = Temperaturmätning Termoelement T T ( S S )( ) A B Tip där S A och S B är Seebeck-koefficienterna för metallerna A och B. Egentligen är detta en approximation eftersom Seebeck-koefficienterna är temperaturberoende Ref

8 Temperaturmätning Termoelement Detta blir samma sak som två lödställe vid referenstemperatur

9 Temperaturmätning Termoelement Standardtyper av termoelement Typ Par Seebeck-koeff. (μv/k) E Chromel-Konstantan 60 J Järn-Konstantan 51 T Koppar-Konstantan 40 K Chromel-Alumel 40 N Nicrosil-Nisil 38 S Pt (10% Rh)-Pt 11 B Pt(30% Rh)-Pt(6% Rh) 8 R Pt(13 % Rh)-Pt 12

10 Temperaturmätning Termoelement

11 Temperaturmätning Termoelement

12 Temperaturmätning Termoelement Skyddskapslade termoelement Isolerad mätpunkt Den säkraste konstruktionen som är att föredra i de allra flesta fall. Man kan t ex utan hinder använda givaren för differensmätningar, slipper problemet med jordströmmar och vinner mekanisk hållfasthet. Jordad mätpunkt Trådarna svetsas fast i förslutningen. Ger något kortare svarstid. Mantel, isolering och termoelementtrådar har olika värmeutvidgning. Snabba och stora temperaturförändringar kan leda till att trådarna lossnar från spetsen. Exponerad mätpunkt Mätpunkten ligger utanför manteln och röret tätas med t ex glasmassa. Styrkan är kortast möjliga svarstid. Men på samma gång tar man bort flera av det slutna manteltermoelementets fördelar som hög temperatur-tålighet. Exponerad mätpunkt rekommenderas endast när kort svarstid ligger absolut högst på kravlistan.

13 Temperaturmätning Resistiva givare Mätområde: 260 ºC ºC Större noggrannhet än hos termoelement Baseras på resistivitetens temperaturboeroende - Ökande resistivitet med ökad temperatur (PTC) Vanligast använda metallerna: Platina, nickel, koppar

14 Temperaturmätning Resistiva givare Resistivitetens temperaturberoende hos nickel och platina, nästan linjärt

15 Temperaturmätning Resistiva givare Linjär approximation av temperaturberoende: R t R r ( 1+ α ( t t )) r R r = resistans vid temperatur t α r = temperaturkoefficient vid temperatur t R r och α r måste vara angivna vid samma temperatur r

16 Vanligaste typen av motståndstermometer: Pt-100 (Platina, 100 Ω vid 0ºC) Okapslad Kapslad Temperaturmätning Resistiva givare

17 Temperaturmätning Resistiva givare Problem vid mätning med Pt-100 Temperaturberoende ledningsresistanser => Kompensering med flera ledare Fyrtrådskoppling (med konstant strömkälla)

18 Temperaturmätning Resistiva givare OP-förstärkare som konstant strömkälla Strömmen I 2 genom givaren R t blir konstant

19 Temperaturmätning Termistor (halvledartermometer) PTC (Positive Temperature Coefficient) NTC (Negative Temperature Coefficient)

20 Temperaturgivare Strålningspyrometer

21 Givare för position Digital avkänning Ex. Inkrementell givare med två förskjutna kanaler

22 Givare för position Digital avkänning Inkrementell vinkelgivare Ex. volymkontroll

23 Givare för position Digital avkänning Ex. Absolut vinkelgivare: Gray-kodskiva

24 Givare för position Digital avkänning Avläsning av 4-bitars kodskiva

25 Givare för position Analog avkänning Resistiv vinkelgivare (potentiometer)

26 Givare för position Belastning av resistiv vinkelgivare Spänningsdelning ger upphov till fel i mätningen

27 Givare för position Analog avkänning Induktiv givare: LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

28 Givare för position Analog avkänning Resolver: Högfrekvent exciteringssignal i rotorn Två statorlindningar 90 förskjutna Inducerad spänning i statorlindningarna är beroende på rotorns position

29 Givare för position Halleffekten: Tvärspänning över en ledande platta utsatt för magnetfält Kraft på laddning q med hastighet v : n = Antalet laddningsbärare per volymsenhet

30 Givare för position Linjär hallgivare

31 Givare för position Hallgivare med switchutgång

32 Givare för position Fotodiod Vid belysning sänks diodkurvan - Backström uppstår som är linjär m.a.p. belysningen

33 Givare för position Reflexdetektor

34 Givare för position Läsgaffel

35 Givare för position Fotoresistor (LDR, Ligth Dependent Resistor)

36 Givare för position Fotoresistor i skymningsreläkoppling

37 Givare för position Induktiv närhetsgivare

38 Givare för position Kapacitiv närhetsgivare

39 Givare för position Kapacitiv givare för touchscreen

40 Givare för kraft och moment Trådtöjningsgivare

41 Givare för kraft och moment Trådtöjningsgivare

42 Mäta små resistansvariationer Wheatstonebrygga + + = = R R R R R R E U U U = = = = U R R R R Balanserad brygga:

43 Mäta små resistansvariationer Wheatstonebrygga Antag: R R 1 2 = R = R Δ R = R 4 = R 0 U { Δ R << R } 0 E Δ R 4R 0

44 Trådtöjningsgivare på balk 1/4-brygga 1 givare Mäter kraft och moment Temperaturkänslig

45 Trådtöjningsgivare på balk 1/2-brygga 1 2 givare i samma ben Mäter kraft och moment Ej temperaturkänslig

46 Trådtöjningsgivare på balk 1/2-brygga 2 2 givare i samma ben Mäter moment men inte kraft Ej temperaturkänslig

47 Trådtöjningsgivare på balk 2/4-brygga 2 givare diagonalt Mäter kraft men inte moment Temperaturkänslig

48 Trådtöjningsgivare på balk Fullbrygga 4 givare Mäter moment men inte kraft Ej temperaturkänslig

49 Givare för kraft Kraftgivare med trådtöjningsgivare - Balklastcell Ringlastcell

50 Belastning av Wheatstonebryggan Bryggans tomgångspänning (U th ) motsvarar de olika bryggvarianternas utspänning U.

51 Belastning av Wheatstonebryggan

52 Belastning av Wheatstonebryggan

53 Givare för kraft Piezoelektriska kraftgivare Ämnen: Kvarts, turmalin, bariumtitanat Laddning uppkommer när materialet utsätts för en kraft

54 Givare för tryck Tryckgivare - Trådtöjningsgivarbaserad

55 Givare för tryck Tryckgivare - Piezoresistiva

56 Givare för hastighet och varvtal Tachometergenerator för likspänning - Vanlig likströmsmaskin - Stator med permanentmagneter - Inducerade emk:n i rotorn proportionell mot varvtalet (obelastad)

57 Givare för hastighet och varvtal Tachometergenerator för växelspänning - Rotor med permanentmagneter - Stator med 2 48 poler - Emk:n proportionellt mot varvtalet (obelastad)

58 Givare för hastighet och varvtal Läsgaffel (2-detektors) med hålskiva Två givare ger även rotationsriktning

59 Givare för hastighet och varvtal Laser-tachometer - Reflex placerad på rotorn

60 Givare för hastighet och varvtal Stroboskop - Utnyttjar vikningseffekten med blinkande lampa

61 Givare för hastighet och varvtal Induktiv pulsgivare -Spänning induceras när reluktansen ändras -- Frekvensen proportionell mot varvtalet -- Låg frekvens ==> liten amplitud (nackdel)

62 Givare för hastighet och varvtal Hallgivare -Amplituden oberoende av frekvensen - (jfr induktiva pulsgivare)

63 Givare för moment Momentgivare - Momentmätning baserad trådtöjningsgivare Momentgivare med trådlös kommunikation

64 Givare för moment Momentgivare - Momentmätning baserad på IR-laser Speciella läsgafflar

65 Givare för acceleration Piezoelektrisk accelerometer 3-axlig accelerometer -- Används tex i telefoner

66 Givare för flöde Turbinhjulsmätare

67 Givare för flöde Varmtrådsanemometer - Mäter flödet via trådens temperatursänkning com/exex407123nist.html (s. 420)

68 Offsetfel Utsignalen är skild från noll även om instorheten är noll. Balansjustering i en givarbrygga Offsetjustering på en OP Summatorkoppling Kalibrera och efterbehandla

69 Känslighetsändring Ändra förstärkningsfaktorn i förstärkaren Ändra matningsspänningen till en brygga Koppla till en extra förstärkare Kalibrera för att kunna använda avläst värde

70 Linearitetsfel Avvikelse från ideala linjen Kopplingar för linearisering (kan minska känsligheten) Använder en kalibreringskurva och korrigerar enligt denna

71 Drift av mätsignalen Konstant insignal ger inte konstant utsignal. Uppstår genom t ex temperatur- och fuktändringar samt åldring. Kan begränsas genom regelbunden kalibrering. Motverkas genom byte mot mindre temperaturkänsliga komponenter. Skapa konstanta omgivningsparameter för att minimera driften.

72 Relativa felet

Relevanta dokument

Temperaturgivare. Värmetransport på 3 sätt: Typer av givare för temperatur: * Värmeledning * Konvektion * Strålning

Temperaturgivare. Värmetransport på 3 sätt: Typer av givare för temperatur: * Värmeledning * Konvektion * Strålning Värmetransport på 3 sätt: * Värmeledning * Konvektion * Strålning Typer av givare för temperatur: * Beröringstyp (värmetransport via värmeledning) * Beröringsfri typ (värmetransport via strålning) Givare