Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Senzorji

No description
by

Domen Kepic

on 21 February 2017

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Senzorji

Senzorji
Senzorji (tipala) zagotavljajo procesne informacije
za regulacijo in krmiljenje procesov.

Senzorji zajemajo neelektrične fizikalne veličine in jih pretvarjajo v električne, npr. v električno napetost.
Pogosto pretvarjamo neelektrične veličine tudi v tok (npr. v tok od 4 mA do 20 mA).
Pomen senzorjev
Vrste senzorjev
Glede na način delovanja pri pretvorbi neelektričnih veličin v električne delimo senzorje na
aktivne
in
pasivne
.
VLOGA SENZORJEV V SISTEMU
Senzorji kot vhodni elemeti spremljajo dogajanje v procesu in posredujejo stanje nadzornemu sistemu oz. sistemu za vodenje.
Pasivni senzorji vsebujejo pasivne elemente, kot so upori, tuljave ali kondenzatorji.

Zaradi vpliva neelektričnih veličin, npr. tlaka, temperature ali magnetnega polja, se senzorjem spremenijo njihove električne lastnosti.(upornost, induktivnost).

Za delovanje potrebujemo pomožno energijo iz zunanjega vira napetosti.
PASIVNI SENZORJI
AKTIVNI SENZORJI
Aktivni senzorji pretvorijo mehansko, toplotno, svetlobno ali kemično energijo neposredno v električno energijo.

Aktivni senzorji so viri napetosti in ne potrebujejo pomožne energije.
Senzorji
Grobo jih lahko razdelimo na:

binarne senzorje (izhodni signal je preklopni signal za VKLOP/IZKLOP - napetost 0V/24 V, tok 0 mA/20 mA),

digitalne senzorje (Številčni zajem poti. npr. inkrementalni senzorji pomika).

analogne senzorje (zajemanje časovno odvisnih veličin, kot so temperatura, tlak, debelina).
Mehansko stikalo
Mehanska mejna stikala so binarna. Vgrajujejo se v dvigala, žerjave, obdelovalne in delovne stroje, lesnopredelovalne
stroje, tračne pogone itd.

Mehansko stikalo
Lastnosti:
Preklapljanje enosmernih in izmeničnih napetosti od nizkih do višjih moči.
lmajo popolno galvansko ločitev.
Cenovno so ugodnejši od brezkontaktnih senzorjev.
Ponovljivost mesta preklopa
To je merilo za točnost odprtja oziroma zaprtja kontaktov vključno z mehanskim sistemom pri ponavljajočem se preklapljanju. Ponovljivost je pri mehanskih mejnih stikalih boljša kot pri vsakem brezkontaktno delujočem mejnem stikalu.

Mehansko stikalo
Aktiviranje mejnega stikala

Aktiviranje se izvede z mehansko napravo. Pri tem je potrebno paziti na pravi kot približevanja in na maksimalno dopustno hitrost približevanja
Mehansko stikalo
Odskakovanje kontaktov
Vsi mehanski kontakti odskakujejo. To pomeni, da se preklopni element mejnega stikala pri stikanju tipke večkrat sklene in razklene. Razlog za to je vzmetno delovanje kontakta
Mehanska stikala
Najpogostejša uporaba mehanskega stikala:

Končno stikalo

Varnostno stikalo
Mehansko stikalo je pri tem večinoma vgrajeno neposredno v tokokrog ogrožajočega člena.
Ločevanje pri enofaznih sistemih vedno izvedemo
dvopolno.
Ločevanje pri trifaznih sistemih vedno izvedemo
tripolno.
Induktivni senzor
Induktivni senzorji v obliki prožilnika so brezkontaktno delujoča elektronska stikala.
Uporabljajo se za detekcijo kovine in grafita. Med drugim se
uporabljajo za nadzor števila vrtljajev, za določanje
končne lege in za odjemanje impulzov v rotirajočih strojih.
Induktivni senzor
Princip delovanja
Omogočajo zaznavo predmeta oddaljenega največ 60 mm.
Induktivni senzorji ustvarjajo v svoji bližini oscilirajoče magnetno polje.

Ko se pred senzorjem pojavi kovinski predmet, se oblika in velikost polja spremenita. Senzor zazna spremembo in preklopi polprevodniško stikalo ali ustvari tokovni impulz


Induktivni senzor
Realna preklopna razdalja (s )
r
Uporabna preklopna razdalja (s )
u
s označuje zagotovljeno preklopno razdaljo. To je razdalja znotraj
katere senzor preklaplja s 100% zanesljivostjo.

a
Induktivni senzor
Elementi iz drugih materialov prav tako vodijo do sprememb preklopnih razdalj, prav tako tudi odstopanje od predpisanih razdalj
(dolžina roba, debelina materiala). Podajanje fiksnih korekcijskih faktorjev za določene materiale ne ustreza dejanskemu stanju. Tudi vse kovine izkazujejo neko tolerančno območje. Razlogi za to so lastnosti oscilatorjev
(frekvenca nihanja) in dušenje materialov (čistost, struktura, geometrija,)

Induktivni senzor
Prednosti:
večja zanesljivost pri redkem in pri pogostem preklapljanju,
višja hitrost preklopov (do 5 kHz),
brezkontaktno delovanje, nobenega povratnega vpliva na objekt,
večje onesnaženje zaradi nekovinskih materialov, kot sta prah in vlaga, nima vpliva na natančnost preklapljanja,
zelo majhna poraba toka pri uporabi v dvovodnem načinu,
cenovno ugodni v primerjavi z npr. optičnimi senzorji,
možnost velike merilne točnosti (< 0,01 mm).
Slabosti:
možnost zaznavanja samo kovinskih in grafitnih materialov,
možno zaznavanje le na manjših razdaljah.
Induktivni senzor
Primeri uporabe induktivnih senzorjev
Nadzor avtomatskih proizvodnih linij
kontrola delovnega koraka,
pozicioniranje obdelovancev,
štetje in razvrščanje kovinskih teles.




Nadzor gibanja in pozicioniranja
mehanski nadzor pozicije.
merjenje števila vrtljajev,
zaznavanje vrtenja,
nadzor izhodiščne točke
Magnetni induktivni senzorji
To so posebni induktivni senzorji za zaznavanje gibanja pnevmatičnih valjev in za natančno določanje pozicije položaja bata.
Senzorji so pritrjeni neposredno na telo cilindra. Skozi steno ohišja iz nemagnetnega materiala se pri približevanju obročkov trajnega magneta v batu proži izhodni signal. Ti senzorji se odlikujejo po veliki točnosti točke preklopa +0,1 mm
-
Kapacitivni senzor
Omogočajo zaznavo oddaljenega predmeta na osnovi njegovih dielektričnih lastnosti.
V senzorju sta vgrajeni dve elektrodi, ki predstavljata kondenzator. V primeru, da med njiju postavimo predmet z relativno dielektrično konstanto večjo od 1, se kapacitivnost kondenzatorja občutno spremeni.
Kapacitivni senzor

Materiali, ki jih zaznavajo:

- kovina
- skoraj vse umetne mase
- maščobe, olja
- vse substance, ki vsebujejo vodo (živila)
- vse vrste alkoholov. topila
- steklo, keramika
Kapacitivni senzor
Kapacitivni senzorji reagirajo na vse materiale z zadosti veliko konstanto dielektričnosti in na kovino.

Ponovljivost točke preklopa:

Če se opazovani predmet giblje aksialno k aktivni površini, sprememba kapacitivnosti narašča obratnosorazmerno z razdaljo.

Sprememba kapacitivnosti je manj izrazita, če je sestava materialov kot tudi kvaliteta površine odvisna od temperature materiala.
Kapacitivni senzor
Kapacitivne senzorje uporabljamo na področjih,
kjer niso postavljene zahteve za visoko točnost
točke preklopa.

Nastavitev kapacitivnega senzorja:
Večina kapacitivnih senzorjev je opremljenih z nastavitvenim potencionetrom za nastavljanje preklopne razdalje.

Če nastavimo preveliko občutljivost, lahko senzor preklopi že pri
spremembi vplivov okolice (temperatura, zračna vlaga, onesnaženje) ali pa po sproženju ostane preklopljen.

Kapacitivni senzor
Prednosti:
Zaznava skoraj vse materiale, pri kovinah je njegova občutljivost največja.
Visoka zanesljivost tako pri pogostem kot pri redkem preklapljanju.
Pri kompenzaciji ima onesnaženje neposredno na aktivni površini senzorja manjši vpliv.
lzvedljivi so v dvovodnem načinu, ker je poraba energije (tok) zelo nizka.
Slabosti:
So dražji kot induktivni senzorji.
Razdalja zaznavanja je večja kot pri induktivnih in manjša kot pri optičnih senzorjih.
Ne da se proizvesti tako majhnih senzorjev kot pri induktivnih senzorji ker je zaradi kapacitivnosti potrebna določena minimalna površina senzorja.
Kapacitivni senzor
Področja uporabe:
Optični senzor
Optični senzor reagira na spremembo količine sprejete svetlobe. Oddajna dioda odda svetlobni žarek, ki ga zaznani objekt prekine (enosmerno svetlobno tipalo) ali pa se odbije nazaj k sprejemniku (odbojno svetlobno tipalo).
Sprememba intenzivnosti sprejete svetlobe privede do aktiviranja preklopa izhoda
.
Enosmerno svetlobno tipalo
Oddajnik in sprejemnik se nahajata v dveh ločenih, nasproti ležečih ohišjih. Če je žarek med oddajnikom in sprejemnikom prekinjen, sprejemnik generira preklopni signal.

Oddajnik in sprejemnik ustvarita stožec.

Ožji kot je stožec večja je premostitvena razdalja, torej doseg.

Zajema vse predmete, ki niso prozorni.
Refleksijsko svetlobno tipalo
Pri tej vrsti senzorja se nahajata oddajnik in sprejemnik v istem ohišju.

Reflektor, pritrjen na optični osi na nasprotni strani odbije oddano svetlobo nazaj k oddajniku.
Če zaznavni objekt prekine
svetlobni žarek, to povzroči
spremembo izhodnega signala.
Odsevno svetlobno tipalo
Oddajnik in sprejemnik sta v svetlobnem tipalu v istem ohišju.

Če količina odbite svetlobe prekorači določeno vrednost, senzor preklopi.

S potenciometrom spreminjamo občutljivost.




Senzorji s svetlobnimi vodniki
Svetlovodi so bodisi pritrjeni na senzor ali s senzorjem tvorijo celoto.

Lahko jih uporabljamo kot enosmerna ali kot odsevna svetlobna tipala.


Uporaba:
- zaznavanje zelo majhnih teles
-uporaba pri temperaturah do 300°C
-uporaba v eksplozijsko ogorženih prostorih
-na področjih z močnimi magnetnimi polji

Inkrementalni dajalnik (optični enkoder)
Natančnost glede na število resic
Dva signala za določitev smeri
Aboslutni dajalnik položaja
Na izhodu absolutni dajalnik položaja
Ob izpadu elektrike si zapomni pozicijo
Priključitev senzorjev

Priključitev senzorjev
Priključitev izhodov
Evropski sistem z aktivnim visokim nivojem
V sistemu z aktivnim visokim nivojem v procesno polje razpeljemo napajalno napetost +24V preko varovalk do posameznih digitalnih dajalnikov.
Le-ti v aktivnem stanju vklopijo napajalno napetost na povratni signalni vod. Na sprejemni strani steče signalni tok povratnega voda preko signalnega porabnika na zbirni negativni vod napajalnika –24V, ki pa naj bo povezan tudi z ozemljitvijo.

Povezava z ozemljitvijo nima neposredne zveze s potekom signala, prinaša pa varno zaščito in zmanjša vpliv motenj iz okolice.
Ameriški sistem z aktivnim nizkim nivojem
V sistemu z aktivnim nizkim nivojem je napajalna napetost +24V razpeljana neposredno na (+) vhode signalnih porabnikov (če so le-ti nameščeni v omejenem prostoru, zadostuje skupna varovalka). V procesno polje razpeljemo negativni in ozemljeni pol napajalnika, povratni vod pa povežemo na negativni vhod signalnih porabnikov.
Napetosni nivo 24VDC
Napetostni nivo 24V DC ima številne pomembne prednosti:

• Je življenjsko varen ,
• Je skladen s polprevodniško tehnologijo,
• Ima manjšo energetsko porabo,
• Napajanje dobimo preko napajalnikov iz omrežja – napajalniki lahko odlično zadušijo motnje in napetostne preobremenitve električnega omrežja,
• Zasilno napajanje izvedemo ceneno in neposredno s svinčevim akumulatorjem
Analogni signali
Analogni vhodni signali so signali, ki lahko zavzamejo vse vrednosti iz obsega signala.

Naš namen bo zagotoviti električni signal v določenem obsegu, ki bo sledil fizikalni količini v določenem obsegu.
-Napetosni:
- +/- 10V
- +/- 5V
- 0 do 5V
- 0 do 10V
Tokovni:
- 0 do 20 mA
- 4 do 20 mA
- +/- 20 mA
Analogno digitalna pretvorba
Diskretizacija po času ali vzorčenje
Analogni signal se nadomesti z nizom diskretnih vrednosti vzorcev v trenutku vzorčenja, vzorec, je vzet s konstantnim časom. Proces vzorčenje je podoben impulzni modulaciji.
Analogno digitalna pretvorba
Diskretizacija po amplitudi ali kavantizacija
Analogni signal se nadomesti z zaokroženimi vrednostmi, ki nastajajo v
poljubnih časovnih razmakih.
Kvantizacija se lahko izvaja s pomočjo relejnega elementa, v enostavnih
izvedbah imajo od 2 do 3 stopnje.
Analogno digitalna pretvorba
Diskretizacija po času in amplitudi
Analogni signal se zamenja z nizom diskretnih vrednosti v trenutku vzorčenja, katere seštevek prejme samo določeno vrednost. Kvantizacija in vzorčenje se doseže samo amplitudno/kodnim modulatorjem kot je A/D pretvornik.
Proces kvantizacije tvori sistem nelinearno, ker se vpliv kvantizacije lahko zanemari pa ta sistem lahko vzamemo kot impulzni sistem.
Analogno digitalna pretvorba
Napaka kvantizacije
Posledica delitve analognega signala v končno število digitalnih nivojev. Ta napaka na meji preklopa med dvemaosednjima niojema znaša +/- 1/2 LSB (least significant bit).
Napaka linearnosti
Maksimalna razdalja med ravno črto potegnjeno med kočnima točkama prenosne karakteristike in dejanskim potekom karakteristike. Dober pretvornik ima manjšo od 1/2 LSB
Analogno digitalna pretvorba
Ničelni pogrešek
Pri ničelni vhodni vrednosti napetosti mora biti izhodna napetost enaka nič, ker ni govorimo o ničelnem pogrešku. Ta pogrešek je potrebno z začetno nastavitvijo odpraviti.
Pogrešek strmine
Prenosna kakakteristika pretvornika poteka od začetne vrednosti nič do maksimalne vrednosti U . Če je končna vrednost manjša ali pride karakteristika v nasičenje, govorimo o pogrešku strmine ali pogrešku ojačanja.
M
Analogno digitalna pretvorba
Resolucija pretvornika
Je najmanjša analogna sprememba, ki jo analogno digitalni pretvornik še razloči.
Vezava analognih signalov
Pretvorbe v programu
Full transcript