Pomiary przesunięcia

liniowego

i kątowego, prędkości

obrotowej, siły i naprężeń,

temperatury

Czujnik rezystancyjny

Potencjometr to najbardziej znany z czujników

przesunięcia. Szczotka , czyli styk ślizgowy

wykonuje ruch prostoliniowy, obrotowy lub

śrubowy

przez

co

przyjmuje

położenie

przesunięcia

mierzonego.

Najczęściej

potencjometr zbudowany jest z cienkiego,

izolowanego drutu oporowego nawiniętego na

izolacyjnej płytce lub pręcie. (na rys. różne typy

potencjometrów obrotowych)

Schemat

potencjometrycznego

pomiaru przesunięcia



Jeżeli

potencjometr

będzie

wykonany tak jak na schemacie-
czyli

będzie

nawinięty

na

karkasie o stałym przekroju, to
rezystancja przypadająca na
jednostkę długość będzie stała.
Napięcie na styku ślizgowym
będzie

się

zmieniać

proporcjonalnie do zajmowanej
przez niego pozycji.

U wy= Uz * x/l

Zależność ta jest słuszna tylko,

gdy

potencjometr

nie

jest

obciążony.

Przykładowy czujnik rezystancyjny Typ E/R-1/1 (do

zastosowania w wodzie)

Czujnik

indukcyjnościowy

Czujnik

indukcyjności

ma

bardzo

szerokie

zastosowanie.

Przetwarza

przesunięcie liniowe lub
kątowe

jego

części

ruchomej

na

zmianę

indukcyjności własnej lub
wzajemnej cewek czujnika.
Najprostszy

czujnik

indukcyjnościowy
zbudowany jest z cewki
( powietrznej lub nawiniętej
na

ferromagnetycznym

rdzeniu)

i

ruchomego

rdzenia
ferromagnetycznego.

Różne rodzaje czujników

wraz z charakterystykami

a) solenoidalny b) o zmiennej długości szczeliny c)

o zmiennej powierzchni szczeliny

Czujniki

transformatorowe

Wcześniej opisane czujniki wykorzystywały

zmiany indukcyjności własnej. Czujniki
transformatorowe wykorzystują zależność
indukcyjności wzajemnej od przesunięcia
rdzenia. Czujnik indukcyjnościowe stosuje
się do pomiarów przesunięć w zakresie od
setnych części, nawet do kilkudziesięciu
milimetrów.

Największą

dokładność

osiągają

czujniki

transformatorowe.

Pozwalają uzyskać dokładność nawet do
tysięcznych części milimetra.

Czujniki pojemnościowe

Czujnikiem takim jest kondensator, w którym

pojemność może zmieniać się na skutek

przesunięcia któregoś z elementów.

C= E*Eo* S/d
Er- przenikalność względna
Eo- przenikalność dielektryczna próżni

Zmiana pojemności występuje gdy zmieniamy jeden

z elementów wzoru. Zmianom tym w takim razie

może ulegać powierzchnia czynna lub odległość

między okładzinami lub przenikalność względna

dielektryka.

Schematy czujnika

pojemnościowego

a) płaski o zmiennej odległości między okładzinami b)

obrotowy o zmiennej powierzchni okładzin c) płaski o

zmiennej przenikalności względnej

Czujniki ultradźwiękowe

Czujniki ultradźwiękowe działają na

zasadzie

radaru

-emitują

wiązkę

promieniowania

(fal

ultradźwiękowych), która po odbiciu od

obiektu jest odbierana przez ten sam

przyrząd. W czujnikach odległości

mierzy się czas między wysłaniem i

odbiorem

impulsu

drgań

ultradźwiękowych.

Czujniki

ultradźwiękowe

są

stosowane

do

wykrywania

obiektów,

detekcji

poziomów cieczy przezroczystych i

nieprzeźroczystych przede wszystkim w

środowiskach gdzie ze względu na

znaczne zabrudzenie nie jest możliwe

zastosowanie czujników optycznych.

Zasada pomiaru tych czujników opiera

się na pomiarze czasu upływającego

między

wysłanym

sygnałem

ultradźwiękowym a odebranym echem

odbitym od przeszkody. Czas ten jest

proporcjonalny

do

odległości

wykrywanego obiektu

Czujniki

optoelektroniczne

Czujniki optoelektroniczne są elementami

automatyki, których działanie opiera się

na zasadzie wysyłania wiązki promieni

świetlnych przez nadajnik i odbieraniu jej

przez odbiornik. Czujniki te reagują na

obiekty, które przecinają wiązkę światła

pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem lub

na wiązkę odbitą od obiektu. Stosowane

są m.in. do kontroli położenia ruchomych

części maszyn, identyfikacji obiektów

znajdujących się w zasięgu działania

czujników, np. przesuwające się taśmy

transportowe, określenie poziomu cieczy i

materiałów sypkich.

Pomiary prędkości

obrotowej

1) Prądnice tachometryczne to małe

maszyny elektryczne przeznaczone do
pomiaru

prędkości

obrotowej

lub

przetwarzania ruchu obrotowego na
wielkość elektryczną. Ze względu na
zasadę działania prądnice tachometryczne
mogą być wykonywane jako maszyny
prądu stałego lub zmiennego (indukcyjne i
synchroniczne).

Zmiana

kierunku

wirowania powoduje w przypadku prądu
stałego zmianę biegunowości, a w
przypadku prądu przemiennego zmianę
fazy napięcia wyjściowego.

Prądnice tachometryczne mogą być

stosowane :



do pomiaru prędkości obrotowej



do pomiaru liczby obrotów lub
drogi



jako źródło napięcia sterującego w
układach regulacji i sterowania

Prądnica tachometryczna

prądu stałego



Składa się z części nieruchomej

zwanej stojanem i z części ruchomej,

zwanej wirnikiem. Wirnik służy do

wytwarzania prądu elektrycznego.

Wiruje on w polu magnetycznym

wytwarzanym przez magnes stały

lub

uzwojenie

stojana

zasilane

zewnętrznym źródłem prądu stałego.

Napięcie elektryczne jest odbierane

z komutatora znajdującego się na osi

wirnika

przy

pomocy

szczotek

grafitowych,

umieszczonych

na

stojanie.

Budowa prądnicy

tachometrycznej prądu

stałego

Budowa prądnicy tachometrycznej prądu stałego: a) ze wzbudzeniem

elektromagnetycznym ; b) ze wzbudzeniem magnesem trwałym; 1 –

uzwojenie wzbudzenia, 2 – magnes trwały , 3 – nabiegunniki , 4 –

wirnik , 5 – komutator , 6 – szczotki

Enkodery



Enkoder to urządzenie przetwarzające

przesunięcie i pozycję kątową na sygnał

elektryczny.

Enkodery

powszechnie

wykorzystuje się we wszelkiego rodzaju

maszynach i liniach produkcyjnych do

precyzyjnego

pomiaru

prędkości,

przesunięcia, odległości czy przebytej

drogi. Stosując enkoder można zmierzyć

obrót dokonany przez dany element –

część maszyny albo poddawany obróbce

detal, ilość wykonanych obrotów, jak też

za

pośrednictwem

przekładni

mechanicznych

również

przebytą

odległość w ruchu postępowym.

Enkodery absolutne Zasada działania opiera się na

przyporządkowaniu

odpowiednim

wartościom

kąta,

kodowanych wartości liczbowych. Na wałku napędowym

znajduje się tarcza kodowa, która zawiera w formie kodu

wartości liczbowe odpowiadające przesunięciom kątowym.

Pozwala to na zadawanie wartości absolutnych w

dowolnym momencie, bez konieczności porównywania z

punktem odniesienia Enkoder absolutny pozwala określić

dokładną

informację

o

pozycji

po

ponownym

uruchomieniu, gdy zanikło napięcie zasilania systemu lub

enkodera. Jeżeli po zaniku zasilania miał miejsce

jakikolwiek

ruch

mechaniczny,

faktyczna

pozycja

mechaniczna jest odczytana natychmiast po odzyskaniu

zasilania.

Dostępne

są

dwa

rodzaje

enkoderów

absolutnych:

jednoobrotowe

i

wieloobrotowe.

W

enkoderze jednoobrotowym, dzielony jest jeden obrót

wału na odpowiednią ilość kroków i pomiar wielkości

powtarza się po jednym obrocie. W enkoderze

wieloobrotowym pomiar wielkości jest wynikiem pozycji

kątowej i liczby obrotów wału.

Enkoder absolutny

Pomiary sił i naprężeń

1) Dynamometr- to przyrząd do

pomiaru wartości działającej

siły. Zasada jego działania

najczęściej opiera się na prawie

Hooke'a,

które

mówi,

że

odkształcenie

elementu

sprężystego jest proporcjonalne

do wartości działającej siły. W

zależności

od

konstrukcji

rozróżnia

się

dynamometry

mechaniczne, hydrauliczne i

elektromechaniczne.

(na

rysunku

dynamometr

sprężynowy)

Przetworniki

piezoelektryczne

2) Piezoelektryczne przetworniki to

elementy techniczne, w których
wykorzystuje się odwrotne zjawisko
piezoelektryczne dla bezpośredniego
przetworzenia energii mechanicznej
w energię elektryczną (lub proste
zjawisko piezoelektryczne dla
przeciwnej zamiany).

Tensometry

rezystancyjne

3) Tensometr rezystancyjny służy do

pomiaru odkształceń mechanicznych.

W tensometrze tym rezystancja zależy

od

odkształcenia

mechanicznego.

Drut poddany działaniu siły F

odkształca się zwiększając długość o

delta l i zmniejszając przekrój o delta

S.

Jeżeli

rezystancja

drutu

o

rezystywności p wynosi ---

To pod działaniem siły F, pod wpływem

zwiększania długości l i zmniejszaniu

przekroju S rezystancja zwiększa się

o delta R. Zmiana rezystancji może

nastąpić podczas zmiany

rezystywności. Jednak taka zmiana

jest pomijalna dla metali i ma

znaczenie tylko w tensometrach

półprzewodnikowych, które

zbudowane są z krzemu lub germanu

(tensometry te mają czułość ok.. 100

razy większą niż metaliczne).

Różne rodzaje

tensometrów

Układy pomiarowe

Włączenia

jednego,

dwóch

lub

czterech

tensometrów sprawia że prąd Ig = 0. jeżeli
jednak na tensometry będą działać odpowiednie
naprężenia to prąd lub napięcie będzie różne od
zera.

Występują

3

przypadki

włączenia

tensometrów.

1) Z jednym tensometrem (układ pół mostka)

rzadko używany , ponieważ charakteryzuje się
słabą czułością S=0,25

2) Z dwoma tensometrami (układ pół

mostka) – na każdy z tensometrów
działają naprężenia o przeciwnych
kierunkach

(np.

ściskanie

i

rozciąganie) , mają czułość równą
0,5 i mniejszą nieliniowość.

3) Z czterema tensometrami –

występują w nim 2 tensometry o
dodatnim kierunku zmian rezystancji
i dwa o ujemnym kierunku zmian
rezystancji. Układ ten
charakteryzuje się największą
czułością równą 1 .

Tensometry

półprzewodnikowe

Tensometry półprzewodnikowe dzielą

się na dwa rodzaje :

- monokrystaliczne ,wykonane z

cienkich ( o grubości ok.. 0.1-0.2

mm) pasków wycinanych z

monokryształów krzemu lub

germanu

- cienkowarstwowe, otrzymywane

przez naparowywanie bizmutu,

germanu lub tensometry

półprzewodnikowe na elastycznym

podłożu neutralnym

Pomiary temperatury

1) Przeliczenie ze stopni Celsjusza na stopnie

Kelvina :

TK=TC+273,16

TC- stopnie Celsjusza

TK- stopnie Kelvina

2) Przeliczenie ze stopni Kelvina na stopnie

Celsjusza:

TC= 5/9 ( TF – 32)

Termometr rezystancyjny

Termometr rezystancyjny – przyrząd do pomiaru

temperatury w którym wykorzystywana jest

zależność rezystancji metali ( np. platyny, niklu)

oraz półprzewodników od temperatury.

Przykładowe oporniki :
-Pt 100 – opornik platynowy o wartości pomiarowej

100 Ω w 0 °C

-Pt 500 – opornik platynowy o wartości pomiarowej

500 Ω w 0 °C

-Pt1000 – opornik platynowy o wartości pomiarowej

1000 Ω w 0 °C

-Ni 100 - opornik niklowy o wartości pomiarowej

100 Ω w 0 °C

Dla czujników rezystancyjnych metalowych

przyjmuje się następujące równanie

opisujące zależność zmian rezystancji od

temperatury.

Gdzie:
-Ro - rezystancja czujnika w temp odniesienia
-to -temperatura odniesienia
-α -współczynnik zmiany rezystancji z

temperaturą

Termistory

Termistory to termorezystory

półprzewodnikowe wykonywane z
mieszanin tlenków metali w kształcie
płytek, prętów i kulek z metalowymi
wyprowadzeniami. Rezystancja
termistorów w temperaturze 20
stopni C wynosi R=20 Ω do 200kΩ .
Czułość termistorów w zakresie
temperatury od -100 °C do +50°C
jest ok. 10 razy większa niż czułość
termorezystorów metalowych.

Termistory NTC

Termistory NTC (Negative Temperature

Coefficient-

ujemny

temperaturowy

współczynnik)

.

Rezystancja

tych

termistorów

maleje

wykładniczo

ze

wzrostem temperatury wg zależności :

Gdzie :



A, B są stałymi zależnymi od rodzaju

materiału i wymiarów półprzewodnika



T

jest

bezwzględną

temperaturą

termistora

R

A exp

B
T

T



Termistory PTC



Termistory PTC ( Positive
Temperature Coefficient) to
elementy o dodatnim
temperaturowym współczynniku
rezystancji. To tzw. pozystor -wzrost
temperatury powoduje wzrost
rezystancji .

Termistory CTR

Termistory CTR (Critical Temperature

Resistor) termistory o bardzo dużym
dodatnim

temperaturowym

współczynniku rezystancji w bardzo
małym przedziale temperatury. Są
stosowane w układach stabilizacji
temperatury.

Charakterystyka zależności U = f (I) przy

T = const. dla termistora

Czujniki

termoelektryczne



Czujniki termoelektryczne (ogniwa
termoelektryczne), których działanie
jest oparte na zjawisku powstawania
siły elektromotorycznej w miejscu
styku dwóch metali, stosowane do
pomiarów temperatury i energii
świetlnej,

zwłaszcza

w

zakresie

promieniowania podczerwonego.

Termoelementy

Termoelementy należą do najpopularniejszych

przyrządów do pomiaru temperatury. Jest to

spowodowane

bardzo

szerokim

zakresem

pomiarowym,

możliwością

wykonywania

pomiarów punktowych, dużą ilością różnych

wykonań specjalnych. Działanie termoelementu

oparte jest o odkryte przez Seebecka zjawisko

termoelektryczne. Polega ono na przepływie

prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym

utworzonym przez dwa różne metale (na rys

nikiel-aluminium z niklem-chromem). Warunkiem

przepływu prądu jest różnica temperatur spoin

tych metali. Jeżeli taki obwód zostanie otwarty to

na końcach otrzymamy siłę termoelektryczną

zależną od różnicy temperatur i rodzaju użytych

metali.

Termopara

Na styku dwu metali A i B pojawia się

różnica potencjałów. W oznaczeniu
termopary zawsze jako pierwszy
wymienia się metal o wyższym
potencjale.

Pirometry



Pirometry

służą

do

pomiarów

temperatury metodą bezstykową,
promieniowanie

cieplne

jest

skupiane za pomocą soczewki na
czujniku promieniowania cieplnego
(fototranzystor,

termorezystor,

termoelement). Proste pirometry
mierzą ilość energii emitowanej
poprzez

pomiar

temperatury

elementu,

na

który

pada

promieniowanie.

Do

pomiaru

temperatur powyżej 600°C używane
są pirometry optyczne