Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Automatizálási tanszék AUTOMATIKAI ÉPÍTŐELEMEK JELÁTALAKÍTÓK Kovács Gergely egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem Automatizálási Tanszék

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Automatizálási tanszék AUTOMATIKAI ÉPÍTŐELEMEK JELÁTALAKÍTÓK Kovács Gergely egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem Automatizálási Tanszék"— Előadás másolata:

1 Automatizálási tanszék AUTOMATIKAI ÉPÍTŐELEMEK JELÁTALAKÍTÓK Kovács Gergely egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem Automatizálási Tanszék

2 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Alapfogalmak o A mozgó test pályájának vizsgált szakaszát a test által megtett útnak nevezzük. A mozgási pálya egy meghatározott pontja, ahol a test éppen tartózkodik az a pillanatnyi mozgási helyzet. o Körpálya: Ha a mozgás speciális körpályán megy végbe, akkor a mozgási adatok megadása szögadatonként történik. Ekkor az útnak a szögelfordulás, helyzetnek pedig a szöghelyzet felel meg. Továbbiakban célszerű különbséget tenni a kis, és nagy elmozdulás, illetve szögelfordulások között. o Kis elmozdulások mérése: Erre a célra általában induktív, és kapacitív érzékelőket használnak.  Induktív érintés nélküli mérőfejek láthatók az ábrán, a jelölései a következők: 1- tekercs, 2- ház a menetes résszel, 3- szigetelőrész, 4- mag, és villamos csatlakozás. Ezt a megoldást napjainkra már többszörösen tökéletesítették, de az ábrán látható elv ugyanaz maradt. Párban használják, és többféle méretben készül néhány V-os (2…10V) és néhány kHz-es (2...10kHz) frekvenciára. Általában 10-4 mm-től néhány tized mm felső határig működik

3 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése Az ilyen típusú mérésekhez javasolt kétféle alapkapcsolás az ábrán látható. Bármely gyártó állítja elő a mérőfejeket, az elv a látottakkal azonos. Különleges célokra állítanak elő egyes gyártó cégek olyan mérőfejeket, amelyek 1µm…1mm közötti mérőtartományban működtethetők  Induktív módszer

4 Induktív méretellenőrző elrendezés Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Induktív módszer

5 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Kapacitív mérőátalakító Kevésbé használják, mert magasabb frekvenciájú tápfeszültség alkalmazása szükséges. A jobb oldali ábra mutat példát egy kapacitív elven működő mikrométerre. Az érzékelő elem egy hengeres felépítésű differenciálkondenzátor. Jelölések: 1- a kondenzátor álló fegyverzete, 2- mozgó fegyverzet, 3- különbségképző, és erősítő. Gyakran alkalmazott megoldást mutat a bal oldali ábra. Jelölések: 1- rögzítő rugó, 2- acélház, 3- elektróda tartó, 4- polisztirol szigetelő, 5- tányérrugó, 6- polisztirol szigetelés, 7- rögzítő anyák, 8- polisztirol szigetelés, 9- elektróda fegyverzet.

6 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Örvényáramú módszer Nem mágneses fémekből készült fóliák, lemezek, stb. érintkezés nélküli vastagságmérésre alkalmazható az örvényáramú módszer. Jelölések: 1- tápfeszültség generátor, 2- mérendő anyag, 3- erősítő, 4- detektor, 5- műszer. A primer tekercset az 1. jelű oszcillátor gerjeszti. A szekunder tekercsben indukált feszültség a tekercs geometriától és a mérendő vastagságú anyagban indukált feszültség hatására folyó örvényáram intenzivitásától függ. A műszert közvetlenül vastagságra hitelesítik. A mérési elv lényege, hogy a vizsgálandó lemez, a benne folyó örvényáramok miatt mágnesesen árnyékolja a transzformátor szekunder tekercsét. Az örvényáram adott indukció esetén a lemezvastagság, fajlagos ellenállás, és a relatív permeabilitás függvénye. Mivel „ρ” és „ε r ” állandó, ezért az örvényáram csak az anyag vastagságának függvénye. Általában Al, Cu és Zn lemezek vastagságának mérésére használják.

7 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Mágnesfluxus módszer Fluxusváltozás mérésén alapuló módszer o Ferromágneses lemezek vastagságának mérésére szolgál A fluxusváltozás a mágneskör ellenállásának függvénye. A méréshez statikus mágneses teret kell létrehozni. Korszerű hordozható műszerek készíthetők el ezen elv alapján. A (2) állandó mágnest az (1) lágyvas járommal E alakú vasmaggá képezik ki. Az állandó mágnesre helyezik a (4) tekercset, amely a mágneskör fluxusának változásait érzékeli, amelyet az (5) műszer a mérő. Működése a következő: a (3) mérendő ferromágneses lemezre helyezzük az egész mérő átalakítót (magot). A mágneses ellenállás megváltozása miatt annak mértékében megváltozik az állandó mágnes fluxusa, tehát az (5) fluxusmérő mutatója elfordul. A mágneses ellenállás a lemezvastagság függvénye, ettől függ tehát a „Φ” nagysága. Vaslemeztáblák, acélöntvények vizsgálatára szolgál. Bizonytalansága 4mm lemezvastagságig kb. 1%. Ha a mérőtekercs helyett a „Φ”-t Hall-generátorral érzékeljük, akkor a mérési tartomány 14 mm-ig is kiterjeszthető. Mágnesfluxusos mérés elve

8 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Ultrahangos vastagságmérés

9 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Csúszóérintkezős ellenállásos átalakítók Kis értékű lineáris elmozdulás – pl. belső átmérő – mérésére szolgál az ábra. Jelölései: 1- karáttétel, 2- tapogatófejek, 3- csúszóellenállás. Ellenállásos átalakító

10 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Mérőérintkezők Szakaszos működésű műszerek, amelyek segítségével arról kapunk információt, hogy a munkadarab belül van a tűrésen, vagy kívül, illetve ha kívül esik, akkor milyen irányba esik ki. Ezeket a változásokat gyakran a selejtes darabokig, különböző színű világító diódával jelzi a berendezés. A jelzési tartomány általában ±50…±1000µm-ig terjed, és hibájuk ±0,5…±5µm közé esik. Működése: A (3) munkadarabra felfekvő (2) tapintó mindaddig, amíg a munkadarab mérete helyes, nem mozdítja el az (1) kapcsolókart. A (4) és (5) kontaktusok tehát a rajz szerinti helyzetben vannak. Az álló érintkezők a (6) és (7) csavarokkal állíthatók be a megfelelő tűréshatárra. Így, ha a méret a tűrésmezőbe esik, akkor a (8), (9) meghúzó mágnesek közül egyik sem kerül gerjesztett állapotba, és így az elbillentő (10) tárcsa mögött égő (11) izzó, a tárcsa sárga ablakát világítja meg, az ábrán rajzolt esetben a (3) munkadarab „x” mérete nagyobb a megengedettnél. A tárcsa zöldet jelez.

11 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Nagy elmozdulások mérése Induktív eljárások esetén a már korábban tanult merülővasmagos tekercsek használatosak. A felső eszköz a mozgó (mérendő) objektumhoz csavarokkal rögzíthető, az alsó eszköz pedig tapintós felépítésű. A tapintó (nyomó) erőről rugó gondoskodik. A tárgyalt induktív átalakítók alsó mérési határa 0,5…1mm, a felső pedig 150…200mm Kapacitív mérési eljárásokkal a már korábban tanult dielektrikumos megoldást alkalmazzák. Egy ilyen átalakító felépítését mutatja az ábra. Jelölései: 1 - csatlakozó, 2 - átvezető, 3 - polisztirol szigetelő, 4 - belső elektróda, 5 - külső elektróda, 6 - mozgó dielektromos cső, 7 - csavaros csatlakozó, 8- Al csatlakozó

12 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Elmozdulás mérése impulzusszám alapján Impulzusok közvetlen számlálásával o Az impulzusszám alapján történő mérés úgy valósítható meg legegyszerűbben, ha a mérendő tárgy haladási útvonalán elhelyezett jeladók impulzusait számoljuk. Erre mutat példát az ábra melyen a közvetlen számlálással történő hosszúságmérés látható. A mérés kezdeti időpillanatát a tárgy elől haladó homlok élének FD 1 jeladó látótérbe kerülése jelenti. A mérés pontossága a jeladók közötti távolságtól és az optikai rendszer nagyításától függ. Ennek az abszolút mérési módszernek a hátránya, hogy a pontosság növelése a jeladók számának növelését igényli. Ez bonyolulttá, és költségessé teszi a rendszert, továbbá csökkenti a megbízhatóságot. o Az alsó ábra szerinti relatív mérési módszer, az előforduló legkisebb mérés túllépése alapján határozza meg az elmozdulást. A számlálás pillanata akkor kezdődik, mikor a tárgy hátsó éle az FD 1 jeladó tengelyvonalát metszi. A megvilágított fényérzékelők N számától függ a legkisebb mérés Δl túllépése. Megvilágított az az érzékelő, amelynek látóterében megtalálható a mérendő tárgy. A jeladók lehetnek fényelektromos, rádióizotópos és egyéb elven működő eszközök.

13 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Hosszúságmérés időmérés alapján A hosszúság meghatározható az idő és sebesség szorzataként. Ennél a mérésnél az idő alatt azt az időintervallumot értjük, amely a tárgy elülső és hátsó élei által a fényérzékelőkben generált jelek között mérhető. A pontosság növelése miatt nem célszerű a teljes hosszúság, hanem csak egy, a teljes méretet meghaladó minimális rész mérése. Erre mutat példát a bal oldali ábra. A Δl = L-L min méretet kell meghatározni. A tárgy „v” mozgási sebessége állandó. Ekkor: Δl=υ·Δt ahol Δt a két időpont különbsége. (FD1 jeladó tengelyének a metszéspontja, a tárgy elülső éle által és az FD2 jeladó tengelyének metszéspontja a hátsó él által). Ez a módszer csak állandó mozgási sebesség mellett használható.

14 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Út (távolság) mérése  Hosszúságmérés időosztás alapján „t Δl ” - a tárgy elülső élének, és az FD1 jeladó tengelyvonalának metszés-pontjai közötti időkülönbség, „t ΔL ”- a tárgy elülső élének, és az FD1 továbbá FD3 jeladó tengelyvonalának metszési időpontjai közötti időkülönbség. Ha a ΔL szakaszon a tárgy mozgási sebessége állandó, akkor:

15 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése

16 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Gyorsulásmérő elvi felépítése

17 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Gyorsulásmérő elvi felépítése

18 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Gyorsulásmérő elvi felépítése

19 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Gyorsulásmérő elvi felépítése

20 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Gyorsulásmérő elvi felépítése Alkalmazások: o Útérzékeny esetben: indukciós, nyúlásmérő bélyeges és kapacitív átalakítók. Bemenő jel: kitérés és sebesség o Sebességérzékeny esetben: indukciós átalakítások. Bemenő jel: kitérés és sebesség o Gyorsulásérzékeny esetben: piezoelektromos átalakítók. Bemenő jel: rezgés közbeni ismert jel tehetetlenségének villamos átalakítása

21 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Rezgésmérők típusai Nyúlásmérő bélyeges (piezorezisztív) átalakítók

22 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Rezgésmérők típusai Nyúlásmérő bélyeges (piezorezisztív) átalakítók Kialakítások:

23 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Induktivitást alkalmazó gyorsulásérzékelők Induktív gyorsulásérzékelő

24 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Induktivitást alkalmazó gyorsulásérzékelők Példa kialakításra: Felső ábra: két összeépített lengőrendszer. 1 - lengőtekercs, 2 - serleg, Alsó ábra: a lengőtekercs a felfüggesztő szál körül kis amplitúdójú ingamozgást végez. 1 - felfüggesztés, 2 - állandó mágnes 3 - a lengőtekercs

25 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Kapacitív mérőátalakítók A kapacitív rezgésmérők működése azon alapul, hogy a kapacitás az elmozdulás mértékének megfelelően változik. Mind út, mind torziós rezgések mérésére alkalmazzák. A kapacitásváltozás történhet úgy, hogy a laptávolság változik, de úgy is, hogy a felületek nagysága változik. A torziós mozgások esetére kialakított mérőátalakítók lineáris gyorsulások és viszonylag lassú rezgések mérésére kiválóan alkalmasak

26 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Piezoelekromos rezgésmérők Az erő hatására létrejött deformációt villamos töltéssé alakítja át, mivel a kimenő feszültség az erővel arányos. A piezelektromos gyorsulásmérő igen elterjedt a gyakorlatban.

27 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Gyorsulás és rezgés mérése  Gyorsulásmérő IC-k

28 Néhány erőmérő megoldás Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Elv: A koncentrált erők mérése, vagy az átalakítása külső behatás útján, vagy a bemeneti mennyiségek egy közbülső mennyiséggé történő átalakítása segítségével történik. Lehet elmozdulás, vagy rugalmas elem deformációja.  Közvetlen hatás útján történő mérés: Ebben az esetben mágneses, rugalmas és piezoelektromos átalakítókat alkalmaznak. Az átalakítók – nagy merevségük miatt – saját frekvenciája magas (<50kHz), ezért dinamikus erők mérésére alkalmasak. Az „a, b, és c” ábrákon piezoelektromos, a „d” ábrán elektromágneses, és az „e, f” illetve „g” ábrán tenzoellenállásos átalakítók láthatók.

29 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Nyúlásmérő bélyeges nyomóerő mérés Az „a” ábra egyszerű gyűrű alakú próbatestet szemléltet, amelynek oldalaira két-két bélyeget ragasztottak. A „b” ábra szerinti megoldásnál a gyűrű alakú próbatest külső és belső felületére ragasztják fel a bélyegeket. A 6 darab bélyeg bekötésének kapcsolását az alsó ábra mutatja, a „c” ábrán nyomásra, a „d” ábrán egy húzásra-nyomásra igénybe vehető megoldás, az „e” ábrán pedig speciális megoldás látható Gyűrűs próbatest helyettesítő képe Néhány bélyeges nyúlásmérő

30 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Szénoszlopos erőmérő Az átmeneti ellenállás változáson alapuló megoldás csak nyomóerők mérésére használható, ezért ha húzóerőt akarunk mérni, akkor azt az előbbi mechanikai megoldásokkal nyomóerővé kell alakítani. Jelölései: 1. hát, 2. szénoszlop, 3. membrán, 4. távtartó, 5. csillámlemez, 6. előfeszítést beállító csavar. Több összetevős piezoelektromos erőmérőket csak a 70-es évek után fejlesztettek ki. Ezek kvarckristályokból különböző irányokba kihasított kvarclemezeket tartalmaznak, amelyek más-más irányú erőhatásra érzékenyek. Egy három összetevős piezoelektromos erőmérőcellát mutat az ábra, amelyeket főként a szerszámgép iparban alkalmaznak általában előtolás, fogásmélység irányú erők mérésére. Az „a” ábrán az elvi kapcsolás, a „b” ábrán a kivitel alakja és a különböző metszetek láthatók. Szénoszlopos erőmérő cella

31 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Közvetett mérési módszerek Deformációs változáson alapuló módszer o Tenzoellenállások alkalmazása: Úgy kell felragasztani a vizsgálandó elemre, hogy a hosszanti tengelye megegyezzen a fődeformáció irányával

32 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Közvetett mérési módszerek Deformációs változáson alapuló módszer cella Erőmérő cella Erőmérő cella nyúlásmérő bélyeggel 1. mérőtest, 2. nyúlásmérő bélyeg 3. membrán, 4. ház, 5. és 6. felfüggesztés. Mindkét esetben bélyegekkel van megoldva a mérés. Jelölések: 1. mérőtest, 2. bélyegek, 3. ház, 4. nyomófelület.

33 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Nyomatékmérés tenzoellenállásokkal Forgatónyomaték méréséhez a tenzoellenállásokat az ábra szerinti elrendezésben helyezik el. Csavarónyomaték méréséhez a tenzoellenállásokat a rúd tengelyével 45°- os szöget bezárva ragasztják fel. A tengely feletti, illetve a tengely alatti részek nyújtást és nyomást mérnek, így hídkapcsolásban a kimenő jel kétszereződik. Az ábrán szintén nyúlásmérő bélyegeket mutat nyomatékmérésre alkalmazva. Jelölések: 1. karimás tengelykötés, 2. átvevőrendszer, 3. mérőbélyeg (rozetta), 4. mérő-tengely, 5. csavarhajtású kalibráló kapcsoló. Az elérhető pontosság < 0,5 %, linearitás < 1 %. Mérősor 20, 500, 1000, 2000, 5000 Nm. Kb fordulat / perc határig használható. Bélyeges nyomatékmérő

34 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Erő és nyomaték mérése  Induktív nyomatékmérők Felépítése és kapcsolási vázlata az ábrán látható. Jelölései: „a” a kivitel alakja, „b” a kapcsolási vázlata, Jelölések: 1. mérőtengely, 2. kábelcsatlakozó, 3. induktív mérőrendszer, 4. kompenzáló ellenállás, 5. induktív teljesítmény bevezetés, 6. induktív jelkivezetés. Az elrendezést mérőtengelynek is nevezik és több méretben is készül (1 Nm….106 Nm). Érintkező nélküli mérést tesz lehetővé. Vivőfrekvenciás mérő-rendszert alkalmaznak 5…12 kHz közötti frekvencián.

35 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Billenőgyűrűs manométer Ha a kamrában uralkodó nyomások nem egyenlők egymással, tehát az egyik kamrában túlnyomás állt elő, akkor a válaszfalnak a nagyobb nyomás felőli oldalán, valamint a zárófolyadékon a túlnyomásnak megfelelő nagyságú erőhatás lép fel. Ennek eredményeként a folyadékszint elmozdul eredeti helyzetéből, ami viszont a gyűrű elfordulását vonja maga után. A gyűrű elfordulása mindaddig tart, amíg az ellensúly elfordulásából származó ellennyomaték a túlnyomás által kiváltott forgatónyomatékot ki nem egyensúlyozza. Egyensúlyi állapotban a forgatónyomaték nagysága – nyilvánvalóan – egyenlő a nyomáskülönbségnek a csőkeresztmetszettel valamint a gyűrű sugarával alkotott szorzatával.

36 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  U csöves manométer Működése egyenértékű az U csöves Hg szálas ellenállás működésével.  Membrános nyomásmérő A membránra ható erő a két tuskót kifelé nyomja, így feszíti a rácsévélt tekercsellenállást. A másik cséve nem deformálódik, így a kompenzációt szabályozza. Kisebb nyomások esetén használják.

37 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Szifonmembránnal való nyomásmérés A laprugó két oldalára ragasztják a bélyegeket, így hídba kötve négyszeres érzékenység érhető el.

38 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Nyomásfüggő ellenállásos nyomásmérők Piezoelektromos nyomásátalakítók Az „a” ábra magas hőmérsékletű mérőhelyre (vízhűtéssel) kialakított. Belsőégésű motoroknál alkalmazzák. A kvarc hűtéséről cirkuláló vízzel gondoskodni kell. A „b” ábra szintén magas hőmérsékletű mérőhelyre van kialakítva, de nyomásközlő dugattyúval, a hosszú dugattyú vízhűtés nélkül is védi a kristályokat. A „c” ábra magas frekvenciás alkalmazásra kialakított nem kvarc lapokat, hanem csövecskéket tartalmazó megoldás A „d” ábra miniatűr kivitelű átalakítókat mutat igen magas frekvenciára szintén kvarc csövecskéket tartalmaz. Az ilyen kialakítású átalakítónak nagy a kimenő ellenállása, ezért főleg változó nyomások mérésére alkalmas. A mérhető nyomástartomány: 3·10 3 …7·10 8 Pa. Hőmérséklet kompenzálásáról gondoskodni kell (alsó ábra).

39 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Induktív átalakítók Az elvet a korábban tárgyaltuk, így itt csak a különböző megoldásokat mutatjuk be. Nagy elmozdulásokra kiképzett induktív nyomásmérőt láthatunk jobbra. A balra az ábra egy fémmembrános induktív átalakítót ábrázol, amelyet a robbanómotoroknál használnak. Jelölései: 1. membrán, 2. vasmag, 3. tekercs, 4. vízhűtés be – és kivezetés.

40 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Kapacitív nyomásérzékelők A gázok, folyadékok és szilárd anyagok dielektromos állandója függ a nyomástól. Ezt a tulajdonságot használják fel az átalakítók készítésénél. Nem vezető folyadékok nyomásának mérésére alkalmas érzékelő jobbra. A kondenzátort képező elektródák hengeres elrendezésűek. Jelölések: 1. külső elektróda, amely egyben a folyadék tartálya, 2. belső elektróda, 3. rögzítő anya, 4. szigetelő. Ezzel a módszerrel 0…2.107 Pa mérhető. Az érzékelőket különböző anyagokra hitelesíteni kell. o Változófelületű kapacitív kijelző. A külső fegyverzet maga a tartály, a belső pedig általában higany.

41 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Kapacitív nyomásérzékelők o Membránnal egybeépített differenciálkondenzátoros megoldás o Elektrolitos nyomáskülönbség mérő Az elektrolitok ellenállás változását használja ki ez a módszer. A bal oldali ábra igen nagy érzékenységű nyomáskülönbség mérőt mutat. A szigetelőanyagból készült kamrák műanyag membránt fognak közre. A kamrákban lévő elektrolit a membrán helyzetétől függő vastagságú elektrolit filmet alkot. A két elektrolit film ellenállása így ellenkező értelemben változik, ami megnöveli az érzékenységet. Ez a módszer hőmérséklet és koncentráció független Elektrolitos nyomáskülönbség érzékelő

42 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Nyomásmérés  Hővezetés alapján működő nyomásmérők Alacsony nyomáson a gázok hővezető képessége erősen csökken. Ha nyomástérbe egy fűtött szálat helyezünk és a szálat állandó teljesítménnyel fűtjük, akkor csökkenő nyomáson – a csökkent hővezetés miatt a szálról kevesebb hő távozik, így a szál hőmérséklete megemelkedik. Ilyen körülmények között a fűtőszál hőmérsékletének mérésénél a nyomás indikálható. Legismertebb típusa a Piráni mérőfej, Az ellenálláshőmérőt búrában kifeszített kb. 0,06 mm átmérőjű platinahuzal képezi. A hidat tápláló áramot állandó értéken tartva a mérőfejben lévő nyomás a híd kimeneti feszültségével mérhető. A kompenzáló fej és a mérőfej paraméterei teljes egészében megegyeznek, de a kompenzáló elemnél az üvegbúrát vákuum alatt lezárják. Ezt a típust 102…10-1 Pa nyomás között használják. A Piráni mérőfej félvezetőkkel is megépíthető, amivel a mérési tartomány kibővíthető Piráni és hőkompenzáló fej bekötése

43 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Általános mérési elv A folytonos gyártási eljárásokban általában igen nagy jelentősége van a szintmérésnek és a szintszabályozásnak (pl.: desztilláció, lepárlás stb.). A szintméréssel azonban közvetett módon meg lehet határozni a tartályokban lévő folyadék tömegét, de fontos szerepet játszik a kazánoknál és a vízműveknél is. Az alkalmazott módszereknél figyelembe kell venni a mérést befolyásoló tényezőket: pl. hőmérséklet, nyomás, szennyezettség stb.

44 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Ellenállás változáson alapuló szintmérők Villamos vezető folyadékok szintje a folyadékba merülő megfelelő alakú elektródok között ohmos ellenállás mérésével ellenőrizhetjük. Legegyszerűbb a szintérzékelő relé, amelyben két érzékelő akkor zár, ha az emelkedő folyadék az elektródákkal kapcsolatba lép. Ez csak szakaszos mérésre alkalmas eszköz. Folyamatos mérés is végezhető ezzel a módszerrel, ha követőrendszert alkalmazunk. Mindkét esetben hibaforrást jelent a folyadék hullámzása és az érintkezők korróziója. Érintkezős szintkapcsoló Folyamatos működésű szintérzékelés

45 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Ellenállás változáson alapuló szintmérők Egy a vezető folyadékba merített ellenállás értéke a folyadék szintmagasságának függvényében változik. Olyan ellenállás alkalmazásával, amelyet alakos csévetestre – lásd korábban – tekercselnek lineáris összefüggés teremthető a műszer által mutatott érték és a folyadék mennyisége között. Hibaként a fajlagos ellenállás változás jelentkezik. Ellenállásos érzékelő

46 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Elektromágneses sajátosságok megváltozásán alapuló módszerek Ez a mérési eljárás is csak villamos vezető folyadékok szintmérésére használható. A váltakozó árammal táplált tekercset úgy kell elhelyezni, hogy a szint váltakozásakor a folyadék a tekercs belsejébe kerüljön. Hibát a fajlagos ellenállás változás okozhat, amely a hőfokfüggés miatt következik be. Elektromágneses tulajdonság alapján működő érzékelő

47 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Kapacitásmérésen alapuló szintmérők Ez a módszer igen elterjedt a szintmérésben. Lényege, hogy koaxiális elektródarendszert merítenek a folyadékba. A változó magasságú folyadék néhányszor 100 pF kapacitásváltozást eredményez, ezért a mérőkör táplálására nagyfrekvenciás generátort alkalmaznak. Az egyik fegyverzet maga a tartály, a másik, pedig egy védőanyagba helyezett rúd, cső stb. A védőanyag általában műanyagból készül, és a korróziótól védi a rudat. Ennél a módszernél a műszer kitérése és a folyadék magassága között nem lineáris kapcsolat van, amit a skálázásnál figyelembe kell venni. Hibaként a dielektromos állandó hőmérséklet függése illetve az anyag összetétel változásából eredő függése szerepel. Kapacitív érzékelő

48 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Úszóval működő átalakítások o Ellenállásos mérőátalakító Ennél a módszernél a csúszóellenállások a leggyakoribbak, amelyet az úszók elmozdulása működtet valamilyen áttételen keresztül. A potenciométert mindkét esetben az úszó mozgatja, de pontosabb leolvasást tesz lehetővé az alsó ábra, amelyen két potenciométer mozog, de áttételen keresztül. Az egyik durva, a másik finom leolvasást tesz lehetővé.

49 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Termikus tulajdonságokon alapuló szintmérés Alapelve, hogy egy test hőátadása a környezet sajátosságától függ. Működése egy nagy hőmérsékleti együtthatóval rendelkező ellenállás, amelyet a rajta áthaladó áram melegít. Nem folytonos működésű kapcsolás esetén (bal oldali ábra) az ellenállást az érzékelni kívánt szint magasságában helyezik el a tartályon belül. Ha a szint emelkedik, akkor az ellenállás a gázneműből a folyékony közegbe kerül. A hőmérsékleti viszonyok ekkor megváltoznak és ezzel az ellenállás értéke is. Folyamatos mérés esetén függőlegesen helyeznek el egy ellenállást, amelynek a jobb oldali ábra szerint csak egy része merül a folyadékba. Még egy ugyanolyan ellenállást helyeznek el a folyadék aljára hőkompenzálás céljából. Hibaforrást a folyadék összetételének és a hőmérsékletnek változása jelent.

50 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Induktív mérőátalakítók Áttétellel működő induktív szintérzékelő Induktív szintérzékelő

51 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Induktív mérőátalakítók Az induktív mérőátalakítók előnyösen felhasználhatók a folyadékszint feletti nagy sztatikus nyomás esetén is szintmérésre. Egy a tartály oldalára szerelhető berendezés vázlatos elrendezését láthatjuk. Az úszónak a felhajtóerő változásából eredő elmozdulását közvetlenül egy vasmagra visszük. Az érzékelő egy olyan transzformátor, amelynek a primertekercse kettéosztott és a két fél szembekapcsolódik egymással. A folyadékszint kívánt értékén – amikor a vasmag középen helyezkedik el, a transzformátor szekunder tekercsében feszültség nem mérhető. A vasmag elmozdulásakor a szekunderfeszültség egyenirányítón keresztül Deprez-műszerrel mérhető. Kb. 8·10 7 Pa nyomásig használható. Magas nyomáson működő szintmérő

52 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Induktív mérőátalakítók Fekvő hengeres tartályokban tárolt folyadékok szintjének egyszerű módszerét mutatja az ábra. A rugóra függesztett úszó, amely 10 m hosszú is lehet és mm átmérőjű csőből áll. Az úszó hengeres vasmaghoz csatlakozik. A vasmag nyomásálló antimágneses csőben mozog. A mérés a kölcsönös induktivitás megváltozásán alapul. A primer kört, amely egy „L 1 ” induktív tekercsből, egy csőből, egy változtatható „L” induktivitásból és egy párhuzamosan kapcsolt „R 1 ” ellenállásból áll. Az érzékenység durva beállítása az „R 1 ” ellenállás, finom beállítása a változtatható „L” induktivitás segítségével történik. A kapcsolás gyakorlatilag feszültség, hőmérséklet és frekvencia független érzékelést tesz lehetővé. Az úszó elmozdulása mm. A szekunder feszültség nagysága és a folyadékszint-változás közötti függvénykapcsolat nem lineáris. Vizszintes tartály szintmérése

53 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Folyadékszint mérés hőmérsékletmérés útján Amennyiben kisebb mérési pontossággal is megelégszünk (például kazánok esetében) akkor nagyon egyszerű szintmérési módszert tesz lehetővé a termoelemek felhasználása. A tartály oldalára egy acélból készült mérőcsövet szerelnek. Az acélcső külső falára különböző magasságban termoelemeket forrasztanak, és sorba kapcsolják őket. Mivel a gőztérrel érintkező csőszakasz az állandó kondenzáció következtében magasabb hőmérsékletű, mint a folyadékkal érintkező, ezért az eredő termofeszültség a tartály folyadékszint magasságának függvénye lesz.

54 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Ultrahangos szintmérők Ultrahangos szintmérés esetén a mérendő folyadékon ultrahangot bocsátunk át. Az ultrahangnak a terjedési viszonyai a folyadék tulajdonságaitól nagymértékben függnek. Az ultrahanggal történő szintmérési módszereket ezek alapján úgy csoportosítjuk, hogy ezen rugalmas rezgéseknek mely jellemzőjét használjuk fel a folyadékszint meghatározására. Az ultrahangos szintmérők működése történhet: o a rugalmas rezgések csillapításának mérése alapján, o a mért közeg meghatározott útszakaszán a rezgés áthaladási idejének mérése alapján. Ultrahang csillapodásán alapuló szintmérés

55 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  A hang terjedési idejének mérésén alapuló szintmérés Ultrahang terjedési idején alapuló szintmérés Ultrahang visszaverődési idején alapuló szintmérés

56 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Változó impulzus-frekvenciájú ultrahangos szintmérő berendezés Változó impulzusfrekvencia alkalmazása

57 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Mikrohullámú szintmérők Vezetett mikrohullámú szintmérő A maximális szintváltozás a hullámhossz negyedét ne haladja meg.

58 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Radiometriai mérési módszer Ha egy tartály egyik oldalára egy radioaktív sugárzót, a másik oldalára egy mérőberendezéssel ellátott érzékelőt (vagy számlálócsövet) helyezünk, akkor különböző mérési eredmények adódnak aszerint, hogy a számlálócsövet a sugárforrással összekötő egyenes a folyadék felszín alatt vagy fölött halad át, mivel a folyadék hatással van az átsugárzás energiaszintjére. A jelenséget szintmérésre tudjuk felhasználni. Az ólomházakban elhelyezett „P1” és „P2” preparátumokból kiinduló sugárnyaláb a megfelelő „z1” és „z2” számláló csövekbe jut. Az indikációból megállapítható, hogy a tartály üres (1-1 töltési magasság alatt), vagy telt (a 2-2 töltési magasság felett). Mivel többnyire vastag anyagréteget kell átvilágítani, a folyadékszint mérésben gammasugárzókat alkalmaznak.

59 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Súlymérésen és a hidrosztatikai nyomáson alapuló folyadékszint-érzékelők Hidrosztatikai nyomáson alapuló szintmérők

60 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Rezgőelemes szintmérők Rezgőrudas szintmérő Rezgőrudas szintkapcsolókat tartályokban, silókban lévő ömlesztet szilárd anyagok szintjének jelzésére használjuk. A tartályba egy rezgőrúd nyúlik be, amelyet egy elektronikus áramkör tart rezgésben. Amint a töltő közeg szintje eléri és részben befedi a rudat, megnő a rezgés csillapítása. Ezt a változást egy áramkör érzékeli. Szénpor, cement, mész, gabona, műanyag granulátum, perlit és hasonlók mérésére. A készülék porrobbanás veszélyes térben is alkalmazható.

61 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Rezgőelemes szintmérők Rezgővillás szintérzékelő A készülékek működése a rezgővilla által érzékelt anyagtól függő rezonanciafrekvencia-változás elvén alapul. A piezokristályt tartalmazó mérővilla rezonanciafrekvenciájának a levegőben szabad oszcillálástól való eltérése a villa érintkezési felületétől, az érzékelt közegtől, annak sűrűségétől és viszkozitásától függ. Alkalmazhatósága: szilárd anyagok, folyadék -40 és +150 o C között, 2 MPa nyomásig, maximum 10 mm- es szemcseméretig. Rezgővillás szintmérő

62 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Forgólapátos szintmérő A forgólapátos szintkapcsoló ömlesztett szilárd anyagok, különféle porok, szemcsés és granulált anyagok szintjének jelzésére szolgál (pl. gabona, pernye, fűrészpor, mészkő, szén, agyag, stb.). A forgólapátot szinkronmotor hajtja. Amint a mérendő közeg eléri a forgólapátot, azt lefékezi, megakadályozza forgását.

63 Billenőlamellás mérő Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Vizuális szintjelzők A billenőlamellás, mágneses szintjelzők az ipar régóta ismert, megbízható eszközei. Erősségük az egyszerűség, a folyadékszinttel közvetlen kapcsolatban álló kijelzés; működőképesek maradnak például áramkimaradáskor is, amikor a kifinomult, közvetett mérési elveket megvalósító eszközökre nem lehet számítani. Ennek ellenére nemcsak másodműszerként használatosak, hiszen a biztonságos vizuális szintjelzésen túl a fejlett folyamatautomatizálási rendszerekbe integrálást lehetővé tevő villamos kimenetek is rendelkezésre állnak. A billenőlamellás szintjelzők a közlekedőedények elvét használják fel. A szint követése úszóval és mágneses jeltovábbítással történik. A műszer fontos eleme egy – nem mágneses fémből vagy műanyagból készült – nyomásálló úszókamra, amely külső csövekkel csatlakozik a megfigyelendő folyadékot tartalmazó tartályhoz.

64 Magnetostrikciós szintérzékelő Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Szintmérés  Magnetostrikciós szintmérő A magnetostrikciós szintmérő a Wiedeman-effektust használja szintmérésre. A készülék egy rozsdamentes acélcsőben végighaladó elektromos vezetékből és egy, a csövön le-fel mozgó úszómágnesből és a fejben elhelyezett elektronikából áll. A távadó elektromos impulzust gerjeszt, az végig halad elvileg a vezetéken a mágnesig. Az elektromos és mágneses erőtér kölcsönhatásaként a vezeték elcsavarodik, akusztikus hullámot gerjeszt, ami visszajut a távadóhoz. A távadó kimenete arányos a hanghullám futási idejével.

65 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  A csövekben szállított folyadékok, gázok, gőzök áramlásának mérése az egyik leggyakrabban felmerülő és sokszor az egyik legkomplikáltabb mérési feladat. Vákuumban vagy több MPa nyomáson, rendkívüli hidegben vagy több száz fokos hőmérsékleten, robbanásveszélyes térben, szigorú higiéniai körülmények között vagy éppen szennyvíztelepeken; nincs olyan mérőeszköz, mérőrendszer, amely minden célra egyaránt megfelelne. Olyan készülékeket kell tehát választani, amelyek az alkalmazás szabta feltételek között megbízhatóan, gazdaságosan, a törvényi előírásoknak megfelelően működnek. Az első tisztázásra váró kérdés: mit, mivel? Nincs tehát olyan áramlásmérő, ami egyformán jó minden alkalmazáshoz, a választás néha zavarónak tűnhet a kereskedelemben jelenlévő áramlásmérőkre és a rendelkezésre álló adatlapok változatosságára való tekintettel. Van öt tényező, amit érdemes megfontolni, mikor azt kell eldönteni, hogy melyik áramlásmérő legyen használva. Ezek a mérendő folyadék fajtája, folyamat feltételei, üzembe helyezési feltételek, teljesítmény követelmények és gazdasági tényezők. Folyadék mérésénél különböző információk megfontolása szükséges, pl. egyfázisú folyadék vagy tartalmaz-e egy második összetevőt, mint gázt vagy szilárd testet, a folyadék viszkozitása és sűrűsége, korróziót okozó-e és ha gázt mérünk, akkor ez száraz vagy nedves.

66 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés Bizonyos tényezőket figyelembe kell venni a folyamat alatt, mely feltételek tartalmazzák a csővezeték hőmérsékletét, nyomását, átmérőjét, a csőhálózat elrendezését a mérési pontnál, az egyenes csőhálózat lehetséges hosszát, vajon az áramlás változik-e, bármilyen áramláshoz szükséges feltétel, küldő erőforrás szükséglet és hogy a mérést veszélyes környezetben végzik-e. Bizonyos területeken, mint például az olajiparban és az élelmiszeriparban növekvő igény van arra, hogy képes legyen kétfázisú áramlásokat mérni, mint például folyadék módosított gázzal, vagy szilárd test folyadékkal. Adott technológiai folyamatban az időegység alatt résztvevő anyagok mennyiségének mérésére kétféle lehetőség kínálkozik: egyik esetben az átfolyt mennyiség pillanatnyi értékét mérjük a folytonossági törvény alapján, vagyis az áramlási sebesség és a keresztmetszet szorzatából képezzük a mennyiséget. A másik módszer szerint az anyagból folyamatosan azonos térfogatú, vagy súlyú mennyiségeket veszünk el, ezek számát összegezzük egy kezdő és egy záró leolvasás között. Az előbbi módszer csak folyadékok és gázok, az utóbbi szilárd anyagok mennyiségének mérésére is alkalmazható. Mi csak az áramlási sebességmérésen alapuló módszereket tárgyaljuk.

67 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés Áramlási sebességnek, ill. folyadék- (gáz-) áramnak nevezzük az időegység alatt valamely adott keresztmetszeten áthaladó folyadék- (gáz-) vagy gőzmennyiséget. Az áramlási sebesség mérésére szolgáló eljárások közül leginkább elterjedt az áramló folyadékok és gázok dinamikai törvényszerűségein alapuló ún. nyomáskülönbségi módszer. Ez az eljárás azon kívül, hogy igen egyszerűen megvalósítható, egyúttal a legtöbb mérési feladat által támasztott pontossági követelményeknek is megfelel.  Áramlási sebesség mérése nyomáskülönbségi módszerrel Az eljárás alkalmazhatóságának feltételei a következők: -Áramló folyadéknak (gáznak) a vezeték teljes keresztmetszetét be kell töltenie. -Az áramlásnak stacionáriusnak (állandósultnak) kell lennie. Stacionáriusnak az olyan áramlást nevezzük, amelyben a közegáramlási sebesség az időben változatlan. -Az áramló rendszerben nem léphetnek fel jelentősebb rezgések. A vegyipari üzemekben felmerülő mérési feladatok többségénél ezek a feltételek teljesülnek. A nyomáskülönbségi módszer legfőbb előnye, hogy a termékeket továbbító vezetékbe nem kell mozgó alkatrészeket beépíteni. A mérés végrehajtására a csővezetékeket mérőperemekkel, ill. – torkokkal látják el. A fellépő nyomásesés, valamint az áramlási sebesség közötti összefüggések olyan pontosan ismeretesek, hogy a szóban forgó mérőberendezések minden előzetes, a helyszínen végrehajtott kalibrálás nélkül is alkalmasak nagypontosságú mérések elvégzésére.

68 Mérőperem nyomás és áramlási viszonyai Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Áramlási sebesség mérése nyomáskülönbségi módszerrel Az áramló folyadékot vagy gázt vivő vezeték keresztmetszetét a mérés helyén mérőperem vagy torok beépítésével leszűkítik. A keresztmetszet csökkenésének hatására az áramlási sebesség a szűkületben megnövekszik. A sebességnövekedés egyúttal az áramló folyadék kinetikus energiájának növekedését is jelenti, ami viszont az áramló folyadékokra vonatkozó fizikai törvények szerint csak úgy lehetséges, ha a sebességnövekedéssel egyidejűleg az adott keresztmetszetben a folyadéknyomás csökken. Tehát a szűkítés előtt és után mérhető nyomáskülönbség lép fel. Az előálló nyomáskülönbség függvénye a vezetékben haladó folyadék, áramlási sebességének és felhasználható arra, hogy vele meghatározzuk a csővezetéken az időegység alatt átáramló folyadék mennyiségét.

69 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Áramlási sebességmérés rotaméterrel Az áramlási sebesség meghatározásának egyik további módszere azon fizikai jelenségen alapul, amely szerint a függőleges csőben felfelé áramló folyadékok vagy gázok az áramlási sebességgel arányos „F K ” nagyságú erőt fejtenek ki az áramlás útjába helyezett testre, amely a testet az áramlás irányába elmozdítani igyekszik. Az erő nagysága az áramlási sebességen kívül függ a szóban forgó ún. ratométertest keresztmetszetétől, az áramló közeg sűrűségétől. Az áramló közeg által gyakorolt erővel ellentétesen hat a rotamétertest effektív, vagyis az „F A ” hidrosztatikai felhajtó erővel csökkentett „F G ” súlya. Abban az esetben, ha ezek az erők egyensúlyba kerülnek egymással, a rotaméter egyhelyben lebeg, és így az egyensúlyi feltétel alapján felvilágosítással szolgál az áramlási sebesség értékére.

70 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Áramlási sebességmérés rotaméterrel A lebegő kúpos test felső hengeres peremét ferde vájatokkal szokás ellátni, ami az áramlás hatására annak forgó mozgást kölcsönöz (innen a rotaméter elnevezés). A forgó mozgásra azért van szükség, nehogy a rotaméter test a csőfalhoz érjen, mert az a súrlódási erők fellépése következtében zavarólag hatna a mérési eredményeire. Rotaméter induktív érzékelőkkel

71 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Áramlási sebességmérés turbinával Ebben az esetben, a turbinakerékben (lapátokon) a folyadék áramlása által létrehozott forgatónyomatékot használják. A fordulatszám arányos a mérendő közegmennyiséggel, vagyis a közeg áramlási sebességével. A turbinakerék lehet tangenciális, vagy axiális átömlésű. Mindkét típus készülhet ún. nedves vagy száraz kivitelben. A megkülönböztetés annak alapján történik, hogy a szárnykerék fordulatait számláló mechanikus szerkezet a nyomás alatt levő mérőtérben, vagy pedig azon kívül van-e. Tangenciális átömlésű áramlásmérők

72 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Áramlási sebességmérés Woltmann turbinával A turbina forgását egy tömszelencén és áttételen vezetik ki a számlálószerkezetre. Hátránya, hogy a pillanatnyi áramló mennyiség közvetlenül nem határozható meg. A kivezetés áttételeken és szelencéken keresztül történik, ami szintén hátrány Woltmann turbina

73 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Potter áramlásmérő Az (1) terelőtesten belül található a viszkozitás kompenzáló rendszer, amely a turbinával közös tengelyen van, így azzal együtt forog. A mérendő közeg egy kis részét (vékony szaggatott vonal) a mellékágon keresztül a (4) henger és a (3) hüvely közötti résbe vezetik, így ez fékezi a hengert. Növekvő viszkozitás a turbina nagyobb fordulatszámát eredményezné, de nagyobb viszkozitásnál a (4) hengerre ható fékezőerő is nagyobb, és a viszkozitás hatása kompenzálódik. A mellékágon haladó folyadék visszakerül a főágba, így hibát nem okoz a mérésben.

74 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Indukciós áramlásmérő A feszültség kicsi (μV nagyságrendű), Egyenesen arányos az áramlási sebességgel, A karakterisztika lineáris és nem befolyásolja -a közeg sűrűsége, -a viszkozitása -a szilárd részecskék jelenléte

75 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Termoanemometria (Hőhuzalos átalakítók) Ha felfűtéssel egy hőellenállást a környezeti hőmérséklet fölé emeljük, akkor annak hűtésével adott közeg áramlásának mérése megoldható. Ezt az eljárást termoanemometriának nevezik. A termoanemometriai érzékelők eleme - átalakítója – árammal fűtött vezető, amely egy vékony drót – hődrót – vagy igen vékony fólia – hőfolia. A huzalos átalakító két hordozó szárra felerősített (hegeszetett) 2,5…10 μm átmérőjű huzal. A hőfóliás átalakító kvarchordozóra erősített igen vékony fémfólia. Szilárdsága nagyobb az előzőnél, ezért nagy sebességek mérésére is alkalmas. Az ún. „X” típusú átalakító az „f” ábrán a legelterjedtebb. Az „a…d” ábrák egyhuzalos átalakítót mutatnak, az „e” ábra pedig kéthuzalos megoldást.

76 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Áramlásmérés  Ultrahangos áramlásmérők Ultrahangos áramlásmérő elve

77 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Fordulatszám mérése  Fordulatszám mérése tachométerrel.

78 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Fordulatszám mérése  Fordulatszám mérése impulzus számlálással Ez a módszer igen nagy mérési pontosságot biztosít. Itt a szögelfordulást impulzussorrá alakítjuk át, majd azt számlálva a fordulatszám meghatározható, de készítenek olyan kapcsolást is, amelyik emellett még a fordulatszám egyenlőtlenségét is méri, ábra. A forgó tárcsa 60 furatot tartalmaz. Ezáltal elérhető, hogy egy digitális frekvenciamérő a beérkező impulzusokat pontosan 1 percig számolja, így közvetlenül a fordulatszámot mutassa. Itt a fordulatszám ingadozás nem befolyásoló tényező, mert sok körülfordulás átlagát mérjük. Mindemellett a fordulatszámba bekövetkező ingadozás is mérhető, ha az impulzussorozatot aránydetektorra vezetjük. Ennek kimenő jele az ingadozást mutatja. Fordulatszám mérése impulzusszámlálással

79 Villamos Jelátalakítók Automatizálási tanszék Kinematikai mennyiségek mérése, Fordulatszám mérése  Fordulatszám mérése örvényáramú módszerrel. E módszer azt a jelenséget használja fel, hogy forgó mágneses mezőbe elhelyezett tárcsában, illetve serlegben indukált feszültség hatására keletkező örvényáramok a mágneses térrel kölcsönhatásban nyomatékot hoz létre, amely arányos a fordulatszámmal. Az örvény-áramok szintén mágnesteret hoznak létre, amelynek hatása ellentétes az őt létrehozó mágnes térrel. Szerkezeti felépítése: 1 a tartó tengelyben rögzített 4..8 pólusú állandó mágnes, 2 Al serleg, 3 mágneses vezető gyűrű, 4 spirálrugó, 5. mutató. A spirálrugó feladata, hogy az Al serlegre ható nyomatékkal szemben szögelfordulással arányos ellennyomatékot hozzon létre.


Letölteni ppt "Automatizálási tanszék AUTOMATIKAI ÉPÍTŐELEMEK JELÁTALAKÍTÓK Kovács Gergely egyetemi tanársegéd Széchenyi István Egyetem Automatizálási Tanszék"

Hasonló előadás


Google Hirdetések