Mérés és adatgyűjtés Szenzorok I. Mingesz Róbert

Az előadások a következő témára: "Mérés és adatgyűjtés Szenzorok I. Mingesz Róbert"— Előadás másolata:

1 Mérés és adatgyűjtés Szenzorok I. Mingesz Róbert
2014. április 24. v4.0

2 Tartalom Szenzorok Hőmérséklet mérése Fény érzékelése

3 Szenzorok

4 Digitális mérőműszer

5 A szenzorok működése Energia-átalakítás történik Energiafajták:
Sugárzási energia, mechanikai energia, hőenergia, villamos energia, mágneses energia, kémiai energia

6 Szenzorok jellemzése Bemeneti fizikai mennyiség
pl. hőmérséklet, elmozdulás, mágneses térerősség... Kimenő fizikai mennyiség (általában elektromos mennyiség) pl. feszültség, áramerősség, ellenállás... Karakterisztika: a kimenet függése a bemeneti mennyiségtől lineáris / nem lineáris Érzékenység pl. 3 mV/°C

7 Szenzorok jellemzése Működési elv
Aktív pl: termóelem, pH-mérő, fényelem Passzív működéséhez segédenergiára van szükség pl: termisztor, fotóellenállás, Hall-szonda Kialakítás Elérhetőség

8 Szenzorok tulajdonságai
Mérési tartomány Zajhatár: ennél kisebb jelek változása már elvész a zajban Túlterhelési tartomány Felbontóképesség Nullpont-hiba Érzékenység hiba Hiszterézis Linearitás-hiba / alakhiba

9 Szenzorok tulajdonságai
Drift (kúszás) Hőmérsékletfüggés Környezeti hatásokra való érzékenység pl. rezgések, nyomás, nedvesség... Beállási idő Sávszélesség, frekvencia-karakterisztika Követett szabványok pl. IEEE 1451, TEDS Kalibrálás szükségessége

10 Hőmérséklet mérése

11 Hőmérséklet mérése A legtöbb folyamat, fizikai, kémiai... tulajdonság hőmérsékletfüggő pl. sűrűség, ellenállás, reakciósebesség... Az egyik leggyakrabban mért paraméter

12 Mérés elve Hőmérsékletváltozás hatására változás áll be a szenzorban
vezetőképesség megváltozása thermoelektromos effektusok hőtágulás hallmazállapot-változás kémiai reakció (egyensúly eltolódás)

13 Megfelelő hőkontaktus
Hőátadás közvetlen érintkezés Hővezetés valamilyen közeg viszi át a hőenergiát Hősugárzás elektromágneses sugárzás útján

14 Bimetál kapcsoló Két állapot Hiszterézis

15 Ellenállás-hőmérők RTD

16 Fémek ellenállása Fémek ellenállása hőmérsékletfüggő
Ok: ionok hőmozgása T nő → R nő

17 PT 100 Platina PT100 szenzorok: 0 °C: 100 Ω
Mérési tartomány: -260 °C °C

18 Ellenállás hőmérők Nagy pontosság Alacsony drift
Széles mérési tartomány Reagálási: idő néhány másodperc Típikus méret > 3 mm Ár > 2000 Ft

19 Ellenállás hőmérők mérése
Feladat: nagy pontossággal és felbontással (24 bit) mérni az ellenállás változást

20 Ellenállás hőmérők bekötése

21 Termisztor NTC

22 Ellenállás hőmérsékletfüggése
Hőmérséklet növekedése → töltéshordozók számának növekedése → ellenállás csökkenése Általános képlet: 𝑅 𝑇 = 𝑅 𝑟𝑒𝑓 ∙ 𝑒 𝐴+ 𝐵 𝑇 + 𝐶 𝑇 2 + 𝐷 𝑇 3 Közelítés: 𝑅 𝑇 = 𝑅 25 ∙ 𝑒 𝐵 25/85 𝑇 − 𝐵 25/85 𝑇 25

23 Termisztor 𝑇= 1 1 𝑇 25 + 1 𝐵 25/85 ∙ln 𝑅 𝑇 𝑅 25 V0
𝑅 𝑇 = 𝑅 0 ∙ 𝑉 𝑇 / 𝑉 0 1− 𝑉 𝑇 / 𝑉 0 R0 VT A/D Rt 𝑇 25 = K 𝐵 25/85 =3977 K 𝑅 0 = 𝑅 25 =10 kΩ MicLab – 09 – Mingesz Róbert

24 Termisztor Mérési tartomány: -90 °C ..130 °C Reakcióidő: néhány s
Átmérő > 1,5 mm Ár > 100 Ft

25 Önfűtés Mérőáram: hőt termel: 𝑃=𝑈∙𝐼
Newton lehűlési törvény: 𝑃 𝑇 =𝐾( 𝑇 𝑅 − 𝑇 𝐾 ) Egyensúlyi állapot: 𝑇 𝐾 = 𝑇 𝑅 − 𝑈 2 𝐾∙ 𝑅 𝑇

26 PTC eszközök T nő → R nő Alkalmazások:
Áram korlátozása (regenerálódó biztosíték) Hőmérsékletszabályozás

27 Thermoelem

28 Termoelem Seebeck-effektus: Termoelem (Réz-Konstantán vezetékek)

29 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

30 Termoelem - hidegpont Hidegpont kompenzálás

31 NI-9211 hidegpont-kompenzálás
Termisztor

32 Integrált hőmérsékletszenzorok

33 IC hőmérsékletszenzorok
LM35 Lineáris kimenet +2 °C °C

34 IC hőmérsékletszenzorok
AD7414 Digitális kimenet 10 bit -40 °C °C

35 IC hőmérsékletszenzorok
LM75 Digitális kimenet 9 bit -55 °C °C

36 Pirométerek Hőmérséklet → hősugárzás (általában infravörös)
A sugárzás spektruma hőmérsékletfüggő → a hőmérséklet meghatározható Kontaktus nélküli mérés Mérési tartomány: -32 °C °C

37 Fény detektálása

38 Fény érzékelése Fény → hőmérsékletváltozás elektronok gerjesztése
elektronok kilépése

39 Bolométer Hőhatás mérése (infravörös fény detektálása)

40 Fotóellenállás (light dependent resistor)
Félvezető Fény → elektronok kerülnek át a vezetési sávba Hátrányok: lassú Előnyök: egyszerű alkalmazhatóság, ohmikus Spektrális érzékenység: típustól függ

41 Fotodióda Előnyök: gyors az áram arányos a fényintenzitással olcsó Érzékenység: szükség szerint optikai szűrővel módosítható

42 Fotodióda

43 Fotodióda

44 Fotótranzisztor Tranzisztor vezérlése: fény (bázisáram helyett)
Nagyobb érzékenység/áram

45 CCD

46 Hőkamera

47 Ionizáló sugárzások érzékelése
Működési elv: Elektronok gerjesztése (vezetés, fényhatás) Ionizáció Szcintillátor Geiger-Müller számláló

48 Pulzoximéter Pulzusszám Oxigén szaturáció

49 Köszönöm a figyelmet ... vége ...