AKADEMIA ROLNICZA

we Wrocławiu

Instytut Inżynierii

Rolniczej

Automatyka

Wykład 6a

Dr inż. Deta Łuczycka

2

Pomiary różnych wielkości

fizycznych

Człony pomiarowe i czujniki

3

Człony pomiarowe
wielkości elektrycznych:

-przekładnik prądowy i napięciowy

-dzielniki napięcia

Przetworniki:-magnetoelektryczne

-elektromagnetyczne

-elektrodynamiczne

-indukcyjne

-cieplne

-elektrostatyczne

4

Podział czujników ze względu na

sposób pomiaru

e le k t r o s t y k o w e
in d u k c y jn e
p o je m n o ś c io w e
fo t o e le k t r y c z n e
iz o t o p o w e

z ę b a t e
d ź w ig n io w e
d ź w ig n io w o - z ę b a t e
s p r ę ż y n o w e
d ź w ig n io w o - ś r u b o w e

in t e r fe r e n c y jn e
o p t y c z n o - m e c h a n ic z n e
in k r e m e n t a ln e

c z u j n i k i e l e k tr y c z n e

c z u j n i k i m e c h a n i c z n e

o p ty c z n e

C z u j n i k i p r z e s u n i ę ć

Człony pomiarowe
wielkości mechanicznych

(Pomiar przesunięć i
długości)

5



Czujniki fotoelektryczne
są skonstruowane na
zasadzie zależności zmian
wartości prądu
powstającego w
fotokomórce od zmian
intensywności padającej na
nią wiązki promieni
świetlnych.

Czujniki fotoelektryczne

6

Światło jako medium czujnika

Stosowane jest w wielu dziedzinach techniki i codziennego życia

w układach sterowania i regulacji. ocenia się przy tym zmianę

intensywności strumienia światła na jego drodze optycznej

(miedzy nadajnikiem i odbiornikiem), która to zmiana jest

wywołana obecnością kontrolowanego obiektu. W zależności od

obecności tego obiektu oraz budowy ścieżki optycznej strumień

światła zostaje przerwany, odbity lub rozproszony. jako nadajniki

stosowane są przeważnie synchroniczne diody pracujące w

podczerwieni, a jako odbiorniki stosowane są fototranzystory.

Sygnał wyjściowy jest w dużej mierze niezależny od oświetlenia

zewnętrznego, ponieważ światło widzialne łatwo jest odfiltrować.

W trudnych warunkach chętnie stosuje się czujniki odbiciowe lub

bariery świetlne pracujące ze światłem czerwonym, emitowane

przez diodę świetlną ponieważ łatwo zauważyć taki strumień

światła i punkt.

7

Czujniki odbiciowe

czujniki te mają nadajnik i

odbiornik we wspólnej

obudowie. Sposób

wycelowania na badany obiekt

jest w dużej mierze nieistotny.

Obiekt obserwowany (np.

płytka znormalizowana o 90%

odbiciu) umieszczona w

obszarze padania strumienia

światła odbija od swej

powierzchni część światła

która wraca do odbiornika. gdy

płytka zbliży się do krzywej

(patrz rys.) następuje

przełączanie i zmiana sygnału

wyjściowego.

8

Bariery refleksyjne

Bariery te mają nadajnik i

odbiornik we wspólnej obudowie.

Reflektor, znajdujący się na

przeciwległej stronie drogi

światła, odbija strumień światła

pochodzący z nadajnika, kierując

go do odbiornika.

Obiekt obserwowany przerywa

strumień światła odbitego i

wywołuje zmianę sygnału

wyjściowego. przy

powierzchniach lustrzanych

zaleca się, aby światło odbite

przed wejściem do układu

odbiornika przepuścić przez filtr

polaryzacyjny, żeby uniknąć

ewentualnych zakłóceń od innych

sygnałów.

9

Bariery jednokierunkowe

bariery świetlne
jednokierunkowe składają się z
oddzielnego nadajnika i
odbiornika, które muszą być
umieszczone po obydwu
stronach ścieżki światła.

Element obserwowany przerywa
strumień światła i oddziaływuje
na odbiornik - niezależnie od
własności powierzchni -
powodując zmianę sygnału
wyjściowego. Przy
niekorzystnych warunkach (np.
zapylenie, olej, mgła) takie
zapory jednokierunkowe dają
najlepsze wyniki

10

-fotoelektryczne

-z przysłoną(transoptor)

-ze zwierciadłem
ruchomym

11

Fotoelektryczne czujniki SCO



Fotoelektryczne czujniki zbliżeniowe SCO są w pełni

elektronicznymi przełącznikami, które wykrywają zbliżanie do

czoła obudowy materiałów stałych, sypkich i cieczy, takich jak

metale, drewno, woda, tworzywa sztuczne itp. Mają szerokie

zastosowanie w układach automatyki przemysłowej do

określania położenia przedmiotu, sygnalizacji przekroczenia

poziomu i wszędzie tam gdzie wymagana jest dokładność i

niezawodność.

Działają

niezawodnie

w

warunkach

przemysłowych, a ich długą żywotność zapewnia właściwa

konstrukcja, dobra jakość stosowanych materiałów i brak

części ruchomych.

12

13

Fotoelektryczne czujniki
refleksyjne SCOR

14

Fotoelektryczne czujniki
odbiciowe SCOD

15



Idealny czujnik dla rozpoznawania naklejek na
butelkach. Odbiciowy z zabezpieczeniem przed
interferencją z innymi czujnikami. Wersje z
kablem (2 m) lub z konektorem (M12). Metalowa
obudowa IP 67.



Zasięg:



Odbiciowy: 40 +/- 10 mm



Miniaturowy (7x11x14.6 mm) czujnik o dużej szybkości
działania. Posiada widzialną plamkę. Zabezpieczenie przed
wpływem innych czujników. Obudowa IP67 - wyposażony w
kabel.



Zasięg:



Nadajnik-odbiornik: 1 m; 500 mm



Odbiciowy z reflektorem: 10-200 mm



Odbiciowy: 5-30 mm; 5-15 mm

16



Czujnik wykrywający poziom w środku opakowania. Wykrywa
przeźroczyste płyny wewnątrz kartonowych i plastikowych
pojemników. Wyposarzony w kabel (2 m) NPN DARK-
ON/LIGHT-ON. Obudowa metalow IP67. Zasięg: 200 mm



Nowoczesny

czujnik

typu

odbiciowego

z

nastawialnym

zasięgiem

działania

i

zdefiniowanym w przestrzeni punkcie odczytu.
Dokładna detekcja bez względu na kolor
przedmiotu. Eliminuje wpływ tła. Każdy model
wyposażony w przełącznik LIGH-ON, DARK-ON.
Obudowa metalowa IP67, z kablem (2 m).
Wyjście NPN lub PNP.



Zasięg:



Odbiciowy: 30-100 mm

17



Czujnik przeznaczony do wykrywania obiektów
spod przenośników. Wąska obudowa
mieszcząca się między rolkami. Wyjście PNP,
wyposażony w konektor.

52 x 18,8 x 72 mm,
nadajnik-odbiornik odległ. 30mm
z regulacją czułości,

18



VS1:

25,7 x 8,3 x 11,6 mm,
odbiciowy zbieżny,

zasięg 20 mm

.

Q23, QH23:

34 x 12 x 23 mm,
zasięg maks. 8 m,
wszystkie rodzaje pracy

19

Czujniki pojemnościowe



Czujniki pojemnościowe

skonstruowane są na

zasadzie zmian pojemności

kondensatora w zależności od

zmian odległości między jego

okładzinami. Przesunięcie

trzpienia pomiarowego

zależne od wielkości

mierzonego przedmiotu,

wywołują przesunięcie

cylindra w stosunku do

drugiego nieruchomego

cylindra. Cylindry tworzą

okładki kondensatora o

pojemności zależnej od ich

wzajemnej odległości.

20

Schematy pojemnościowego
czujnika przesunięć wraz z
charakterystyką:

a)płaskiego o zmiennej odległości między okładzinami

b)obrotowego o zmiennej powierzchni okładzin

c)płaskiego o zmiennej przenikalności względnej

21

Mostek prądu przemiennego do współpracy z
pojemnościowym czujnikiem przesunięć

22

Czujniki elektrostykowe



Czujniki elektrostykowe

posiadają prostą

konstrukcję, jednak nie

pozwalają na wyznaczenie

wymiarów mierzonego

przedmiotu, a tylko na

stwierdzenie, czy są one

wykonane w założonych

granicach tolerancji.

Przesunięcia trzpienia

pomiarowego 1, zależnie od

wielkości mierzonego

przedmiotu powodują

zwieranie lub rozwieranie

styków 4 i zapalenie

odpowiednich lampek.

23

Przetworniki o ruchomym
styku:

- oporniki

- dławiki

- autotransformatory

Wada: zużywanie styków

24

Schematy potencjometrycznego
pomiaru przesunięcia:

a) liniowego

b) kątowego

25

Powstawanie nieciągłości w
sygnale wyjściowym
potencjometru:

a);b) dwa warianty usytuowania styku ślizgowego
względem zwojów potencjometru

c) Napięcie wyjściowe potencjometru

(Uwy –zmiana napięcia wyjściowego przy zwarciu
zwojów szczotką)

26

Czujniki indukcyjne



Czujniki indukcyjne dają
sygnał wyjściowy w postaci
ciągłej. Zasada ich działania
jest oparta na zmianie
indukcyjności własnej
(czujniki dławikowe) lub
wzajemnej (czujniki
transformatorowe) cewek
przetwornika, znajdującego
się w głowicy czujnika.

27

Czujniki dławikowe i
transformatorowe

Dławikowy czujnik indukcyjnościowy wraz z
charakterystyką statyczną:

a) solenoidalny

b) o zmiennej długości szczeliny

c) o zmiennej długości szczeliny

(L-indukcyjność)

28

Człon dławikowy

29

Czujniki radiacyjne



W czujnikach

radiacyjnych wykorzystuje

się zmianę intensywności

promieniowania preparatu

izotopowego w zależności

od zmiany kontrolowanego

wymiaru. Natężenie

promieniowania ulega

zmianie wskutek ruchu

przesłony, sprzężonej z

trzpieniem pomiarowym

czujnika lub wskutek zmiany

grubości elementu,

znajdującego się na drodze

promieni od emitującego je

źródła do licznika.

30

Czujniki mechaniczne



o przekładniach złożonych z
dźwigni
nierównoramiennych,
zębatek i kół zębatych,
ślimaków i ślimacznic,
sprężyn i dźwigni itp..



są oparte na zasadzie
mechanicznego
przenoszenia przesunięcia
końcówki pomiarowej na
człon wskazujący
(wskazówkę).

31

Czujniki mechaniczne -
1



Czujniki zębate

(zegarowe) to najbardziej

rozpowszechnione czujniki

mechaniczne. W osłonie

czujnika przesuwa się

trzpień pomiarowy 1

zaopatrzony w kulistą

powierzchnię pomiarową.

Duża wskazówka 3 pokazuje

przesunięcia trzpienia

pomiarowego. Ilość całych

obrotów dużej wskazówki 3

rejestruje mała wskazówka

6. Przekładnię czujników

zegarowych tworzy zespół

zębatki i kół zębatych.

32

Czujniki mechaniczne -
2



Najprostszą konstrukcją

wyróżniają się czujniki

dźwigniowe, oparte na zasadzie

dźwigni. Typowymi czujnikami

dźwigniowymi są minimetry

(znane w Polsce również pod

nazwą limimetry). Na trzpieniu

pomiarowym 1 umieszczony

jest dwustronny nóż 3. Nóż ten

wchodzi w wycięcie w dźwigni

5. Dźwignia z drugiej strony

opiera się na nieruchomym

nożu 6. Nóż przesuwając się

wraz z trzpieniem powoduje

obrót dźwigni i połączonej z nią

wskazówki dookoła ostrza noża.

33

Czujniki mechaniczne -
3



Czujniki dźwigniowo-
zębate są to zwykle
czujniki dwuprzekładniowe, z
których pierwsza licząc od
trzpienia pomiarowego jest
zawsze dźwigniowa,
następne - zębate. Trzpień
pomiarowy powoduje
wychylenie dźwigni, na której
wykonany jest segment
zębaty. Z segmentem
zazębia się kółko zębate na
osi którego zamocowana jest
wskazówka.

34

Czujniki mechaniczne -
4



Czujnikiem mechanicznym
o najwyższej dokładności jest
czujnik o przekładni
sprężynowej, zwany
mikrokatorem. Podstawowym
elementem przekładni
mikrokatora jest płaska,
cienka sprężyna wykonana ze
stali, brązu lub szkła, zwinięta
w połowie długości w prawo,
a w połowie długości w lewo.
W środku jest przymocowana
lekka wskazówka z włókna
szklanego.

35

Czujniki mechaniczne -
5



Ze względu na konstrukcję
przekładni czujniki
dźwigniowo-śrubowe
charakteryzują się małym
wychyleniem dźwigni
przenoszącej przesunięcie
końcówki pomiarowej na
wskazówkę czujnika.
Przekładnie tego typu
najczęściej stosowane są w
czujnikach z poprzecznym
ruchem trzpienia.

36

Czujniki optyczne



czujniki optyczne o
przekładniach złożonych z
układów soczewek, pryzmatów i
zwierciadeł, w których
wykorzystano geometryczne
prawa rozchodzenia się
promieni świetlnych.



przeniesienie ruchów końcówki
pomiarowej na urządzenie
wskazujące odbywa się przy
współdziałaniu elementów
przekładni mechanicznych (np.
dźwigni lub śrubowo skręconej
taśmy) i optycznych (np. układy
soczewek, pryzmatów, lusterek,
źródła światła).

37

Czujniki optyczne - 1



Schemat pomiarowy

interferometru laserowego

oparty jest na układzie

Twymana-Greena. Składa się on

z lasera, płytki światło dzielącej

tzw. dzielnika, dwóch

pryzmatycznych zwierciadeł,

zestawu fotodetektorów, układu

formowania impulsów i licznika

rewersyjnego. Wiązka światła z

lasera jest rozdzielana, na

powierzchni światło dzielącej X-

X dzielnika, na dwie wiązki.

Jedna z nich skierowana jest do

nieruchomego zwierciadła

pryzmatycznego, a druga - do

ruchomego.

38

Czujniki optyczne - 2



W czujnikach optycznych

przeniesienie ruchów końcówki

pomiarowej na urządzenie

wskazujące odbywa się przy

współdziałaniu elementów

przekładni mechanicznych

(np. dźwigni lub śrubowo

skręconej taśmy) i

optycznych (np. układy

soczewek, pryzmatów,

lusterek, źródła światła).

Promienie świetlne skierowane

od zewnętrznego źródła

światła przechodzą przez

pryzmat 2 i po załamaniu w

nim o 90° oświetlają podziałkę

4a naciętą na szklanej płytce.

39

Czujniki optyczne - 3



Czujnik inkrementalny
składa się ze źródła światła i
fotodetektorów. Wzorzec
inkrementalny przesuwa się
względem nieruchomego
przeciwwzorca. Otrzymany
sygnał pomiarowy jest
prostokątny, a liczba
impulsów (zliczana w
odpowiednim liczniku) przy
znajomości okresu siatki
daje informacje o
przemieszczeniu układu

.

40

Człony pomiarowe grubości i
rozmiarów:

-fotoelektryczne

:

Stosowane np. do pomiaru takich elementów jak:

-warstwa

-folia

-szklane części w przemyśle optycznym

-w polu widzenia mikroskopu

-elektronowe

-rentgenowskie

-z izotopami promieniotwórczymi

-kondensatorowe

-dławikowe

-rezystorowe

-pneumatyczne

41

Pomiary prędkości i
przyspieszeń liniowych

Przyspieszeniomierz:

a)wahadłowy z czujnikiem

indukcyjnościowym

b)z tensometrami

1 masa

2 tensometr

3 czujnik indukcyjnościowy

42

Pomiary prędkości i
przyspieszeń kątowych:

-obrotomierze

-poprzez zliczanie

impulsów

-magnetyczne

-radionawigacyjne

43

Cyfrowy pomiar przesunięć
kątowych:

a)schemat działania układu

b)przebiegi napięć otrzymywanych z fotoelementów

1-tarcza pomiarowa

2-oświetlacz

3-fotoelementy

4-wzmacniacze

5-układ wykrywania kierunku

obrotu i licznik

6-wycinek tarczy pokazany

w powiększeniu