Automatikai építőelemek 3.

Az előadások a következő témára: "Automatikai építőelemek 3."— Előadás másolata:

1 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Higanyérintkezős ellenállások A higanyérzékelős jelátalakítók elmozdulást ill. szögelfordulást alakítanak át ellenállássá. U csöves Hg szálas ellenállás . Látható, hogy az „U” alakú csőben egy ellenálláshuzal van, amit a higany zár rövidre adott szakaszonként – analóg módon - helyettesítő kapcsolása a b. ábrán látható. Ez az eljárás főként folyadékos nyomásmérőknél, szintmérőknél terjedt el. Megoldás alapja a higanyos ellenállásos nyomáskülönbség mérése, ahol az elmozdulás lineáris. A mérő-átalakítóban a nyomáskülönbség hatására fellép egy elmozdulás, amely szintkülönbséget eredményez. .

2 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Higanyérintkezős ellenállások Gyűrűs higanyérzékelő Az ábrán egy szögelfordulásra működő higany-ellenállásos jelátalakítót mutat. A higany mozgása itt nem nyomáskülönbség hatására, hanem szögelfordulásra történik. Mindkét megoldásnál az ellenálláshuzal anyaga platina, vagy szénszál. A mérési pontatlanság kb. 1% hőmérsékletváltozásra gyakorlatilag nem érzékeny. A következő ábra egy nem lineáris karakterisztika kialakításának szakaszos megoldását mutatja higanyérzékelős megoldással. Előnyei: - kis működtető nyomaték, - a zártsága miatt nem érzékeny a környezet agresszív vegyi hatásaira, - kopás nincs, ezért hosszú élettartamú. Hátránya: - helyzet és rázásérzékenység, - érzékeny a Hg tisztaságra, - csak viszonylag kis értékű ellenállások képezhetők. . Nemlineáris karakterisztika szakaszos létrehozása

3 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Piezorezisztív átalakító Néhány fémben külső nyomás hatására a kristály-szerkezetében deformáció lép fel, ami megváltoztatja a fajlagos ellenállást, amelynek előjele lehet pozitív és lehet negatív, attól függően, hogy milyen anyagot használnak. A piezorezisztív átalakítók két nagy csoportba sorolhatók: fémes vezetők félvezetők Fém piezoellenállások Az ábrán látható a hogy dugattyúra „F” erő hat, amely „p” nyomásváltozást okoz. Az ellenállás nyomásfüggését az alábbi összefüggés mutatja: Fém piezoellenállások elvi felépítése ahol: „R” - ellenállás, „R0” – ellenállás légköri nyomáson, „Δp”- nyomásváltozás légköri nyomáshoz képest és „b” – nyomástényező.

4 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Fém piezoellenállások Erre az alkalmazásra leggyakrabban a manganint használják. Előnyük : hogy egyszerű felépítésűek kis hiszterézissel rendelkeznek holtidő mentesek Hátrányuk : a nemlinearitás, alacsony érzékenység és a nagyobb nyomások esetén nehézkes a kivezetés elkészítése. Az alábbi táblázat tartalmazza a különböző fémek nyomástényezőjét, amely 25 oC-on és Pa nyomástartományra érvényes. Anyag Nyomástényező (b) (1/atm) Alumínium Antimon 11, Vas -2, Platina -1, Réz -1, Ezüst -3, Manganin 2,

5 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Félvezetős piezo átalakítók A leggyakrabban alkalmazott természetes anyag a kvarc és a turmalin, általában azonban a kvarcot részesítik előnyben, - mert nagy az ellenállása - és kicsi a hőfokfüggése nagy linearitással is rendelkezik. A rugalmassági modulusa igen nagy (E = 0, Pa), amely az acélnak kb. 1/3-a (E=2, Pa). A legnagyobb modulus elérésére a kvarc lemezkét úgy vágják, hogy a legnagyobb sík merőleges legyen az x tengelyre, amelyet piezoelektromos tengelynek nevezünk, lássd. ábra. Az y irányban a mechanikai és z irányban az optikai tengely helyezkedik el.

6 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Félvezetős piezo átalakítók Az ellenállás-változás előjele és nagysága függ a félvezető anyagától, szennyezettségének mértékétől és fajtájától (p vagy n tip.) és a terhelés irányától. Ez utóbbi függést anizotropiának nevezzük. A kristályokban nyomóerő hatására bekövetkező relatív ellenállást az ábra mutatja. Piezoellenállások kialakításakor ún. egykristályokat alkalmaznak, amely teljes egészében egyetlen összefüggő kristályszerkezet. Egykristályt azért célszerű alkalmazni, mert: a, az ellenállás változás csak bizonyos ún. kristálytani irányokban jelentős, másokban elenyészően kicsi/erős anizotropia. b, ugyanaz a kristály más orientációban más előjellel változtatja az ellenállását Erő és relatív ellenállás összefüggései

7 Automatikai építőelemek 3.
Ellenállásos jelátalakítók Félvezetős piezo átalakítók Fő probléma, hogy az ellenállás függ a hőmérséklettől, ezért vagy termosztálni kell, vagy hídkapcsolást kell alkalmazni a mérés során. 3.25. ábra. Hídkapcsolás alkalmazása Az elemeket úgy kell megválasztani, hogy az l és 3 ellenállások relatív ellenállás-változásra abszolút értékére azonos, előjelre pedig ellentétes legyen a 2 és 4 ellenállás-változásaival szemben. Előnyük: - kisebb erők, nyomások mérésére is alkalmas, érzékenységük egy-két nagyságrenddel nagyobb a fémekéhez képest. Hátrányuk: ellenállásuk hőmérsékletfüggő, - mechanikailag sérülékenyek (törékenyebb) drágább a fémeknél.