UrzÄ…dzenia pomiarowe
UrzÄ…dzenia pomiarowe
Wykład 5
z
e u y
w
obiekt regulacji
urzÄ…dzenie
_ obiekt
wykonawcze
regulator
regulacji
ym
y
element
pomiarowy
UrzÄ…dzenia pomiarowe
UrzÄ…dzenia pomiarowe
" Prawidłowe działanie systemów OWK (HVAC) wymaga stałej kontroli
parametrówpracy tych systemów(grzejniki, wentylatory, pomieszczenia
itp.).
" Kontrola ta jest możliwa dzięki sieci czujników, które zbierają niezbędne
informacjei przesyłają jedo sterownikówi stacji operatorskich.
" Czujniki są zatemjednostkami warunkującymi sprawność i skuteczność
systemu.
" Czujnik w systemie OWK można określić jako urządzenie
przetwarzające wielkości fizyczne (np. temperaturę lub wilgotność) na
inne wielkości (najczęściej sygnały elektryczne), które są dogodniejsze
do zmierzenia i dalszej obróbki, a następnie wykorzystywane do
sterowania konkretnymi urzÄ…dzeniami wsystemie.
" Każdy czujnik w systemie OWK powinien spełniać określone
wymagania codosposobu działania, wydajności i ekonomii.
Wydajnościowe cechy czujnika:
Wydajnościowe cechy czujnika:
" Zakres: Zakres mierzonej wartości, dla której jest znana
charakterystykaczujnika.
" Dokładność: Stopień, do którego zmierzona wartość jest
zgodnaz wzorcowympunktemodniesienia.
" Powtarzalność: Zdolność czujnika, by z tej samej zmierzonej
wartości wytwarzać konsekwentnie, dokładnie taki sam
sygnał wyjściowy.
" Wrażliwość: Najmniejsza wykrywalna zmiana w mierzonej
wielkości, która wpływa na zmianę sygnału wysyłanego
przez czujnik.
" Liniowość: Maksymalnie liniowa zależność między zmierzoną
wartością a produkowanymsygnałemwyjściowymw całym
zasięgu pomiarowymczujnika.
" Czas reakcji: Czas potrzebny na zmianę sygnału
wyjściowego, gdy zmianie ulega wartość mierzonej
wielkości nawejściu.
Praktyczne i ekonomiczne cechy czujnika:
Praktyczne i ekonomiczne cechy czujnika:
Koszt: Należy wziąć pod uwagę koszty przetwornika,
kondycjonera sygnału (zależnie od potrzeb), kabli
przyłączeniowych oraz zapotrzebowania na prąd. Bardzo
często sam koszt instalacji czujnika jest najbardziej
znaczący wogólnymkosztorysie.
Konserwacja: Każda dodatkowa konserwacja i kalibrowanie
wymagają dodatkowej pracy i wydatków.
Kompatybilność: Zgodność z różnymi systemami operacyjnymi
i zamienność z innymi komponentami i standardami
(wejścia sterownika, protokół komunikacji systemu).
Środowisko: Funkcjonalność w nieprzyjaznym środowisku
(dopuszczalna temperatura, ciśnienie, wilgotność, nie
korozyjne własności medium).
Odporność na zakłócenia: Wrażliwość na otaczające
zakłócenia, takie jak fale elektromagnetyczne czy pola
elektryczne i magnetyczne.
Podział i rodzaje czujników w OWK
Podział i rodzaje czujników w OWK
Automatyzacja procesów w inżynierii środowiska wymaga
zastosowania czujników służących do pomiaru takich
wielkości jak:
" temperatura,
" ciśnienie,
" wilgotność,
" prędkość przepływającego medium,
" strumień objętości,
" strumień ciepła,
" entalpia,
" jakość powietrza,
" zawartość CO2,
" poziom cieczy,
" ruch,
" obecność itp.
Wielkością wyjściową czujnika może być:
Wielkością wyjściową czujnika może być:
" ruch mechaniczny (czujniki rozszerzalnościowe),
" oporność elektryczna (pasywne czujniki rezystancyjne, nastawniki
potencjometryczne),
" w przypadku czujników nazywanych aktywnymi standardowy sygnał
elektryczny (np. 0 do 10 V, 0 (4) do 20 mA),
" w przypadku czujników inteligentnych informacja cyfrowa (sygnał
binarny).
CZUJNIKI TEMPERATURY
CZUJNIKI TEMPERATURY
" Czujniki temperatury posiadają element czuły na
temperaturę, który przy zmianie temperatury (wejście)
zmieniawartość sygnału wyjściowego.
" Wzależności od zastosowanej zasady pomiaru temperatury
czujniki można podzielić na: rezystancyjne, termoelementy,
bimetalowe, manometryczne i cieczowe.
" W tablicy opisano możliwości wykorzystania
poszczególnych metod pomiarowych w automatyzacji
systemówgrzewczych i wentylacyjnych.
Mierniki temperatury
Mierniki temperatury
-
Zakres i niepew
Zasada pomiaru Zastosowanie Ograniczenia
ność pomiaru
Termometry cieczowe
- rtęć w szkle -38 do 550°C temperatura stykajÄ…cego siÄ™ gazu w gazie zakłócenia od
Ä… Ä…
0,03 do 2 K lub cieczy promieniowania
- ciecz organiczna w szkle -200 do 200°C temperatura stykajÄ…cego siÄ™ gazu w gazie zakłócenia od
Ä… Ä…
0,03 do 2 K lub cieczy promieniowania
Termometry rezystancyjne
-
platynowe
" z uzwojeniem rezystan- -259 do1000°C do dokÅ‚adnych i/lub zdalnych po- wyższy koszt; zakłóce-
Ä…0,1 do1,0 K
cyjnym miarów temperatury otoczenia nia od promieniowania,
bezwładność ciepła
" miniaturowe z rezystorem -50+600°C do dokÅ‚adnych i/lub zdalnych po-
wykonanym techniką cien- ca. 0,05 K miarów temperatury otoczenia;
kowarstwową stała czasowa nawet 10 ms; -
Mierniki temperatury
Mierniki temperatury
" niklowe -250 do 200°C do zdalnych pomiarów temperatu - zakłócenia od promie -
Ä…
0.05 do1,0 K ry otoczenia niowania
" termistory do 200°C do zdalnych pomiarów, punktowe nieliniowa charaktery -
Ä…0,05 K
pomiary; mała stała czasowa, styka, ulegają starzeniu
Ä…0,5 K
do
Termoelementy
"
- -
" Typ K (Ni-Cr/Krzem) do 1250°C do rutynowych pomiarów raczej w
Ä… Ä…
0.1 do 10K wyższych temperaturach, do zdalnych- najmniej dokładne z
pomiarów wymienionych termo -
elementów narażone na
" Typ J (Fe/Konstantan) do 750°C jw. utlenienie
Ä…0.1 do Ä…0,6 K
" Typ T (Cu/Konstantan) do 350°C jw; przystosowane specjalnie do
Ä… Ä…
0.1 do 3K niższych temperatur
" Typ E (Ni -Cr/Konstantan) do 900°C jw; przystosowane specjalnie do
Ä…0.1 do Ä…7K
niższych temperatur
Mierniki temperatury
Mierniki temperatury
Termometr bimetalowy -20 do 660°C do zgrubnych pomiarów opóz
nienie czasowe; nie
Ä…1 K; zwykle nadaje siÄ™ do zdalnych
większa pomiarów
Termometr manometryczny
napeÅ‚niony cieczÄ… (zmiana -50do150°C do zdalnych pomiarów bÅ‚Ä™dy z wadliwej
objętości) ą2K instalacji
napeÅ‚niony gazem (zmia- -75do660°C do zdalnych pomiarów bÅ‚Ä™dy z wadliwej
na ciśnienia) ą2 K instalacji
napeÅ‚niony parÄ… (zmiana -5do250°C do zdalnych pomiarów bÅ‚Ä™dy z wadliwej
ciśnienia) ą2 K instalacji
Pirometr radiacyjny -20do1000°C do zdalnych pomiarów temperatu- wysoki koszt
zwierciadłowy ą0,5 K ry powierzchni
CZUJNIKI REZYSTANCYJNE
CZUJNIKI REZYSTANCYJNE
" Wtypowych układach z regulatorami cyfrowymi stosowane są czujniki
rezystancyjne z elementami zmieniającymi swoją oporność elektryczną
przy zmianie temperatury.
" Są to przeważnieoporniki drutowe lub warstwowe z platyny lub niklu, jak
również specjalne elementy półprzewodnikowe  termistory.
" Opór elektryczny czujnika rezystancyjnego oznaczonego w literaturze
symbolem RTD (ang. Resistance Temperature Device) zależy od
temperatury, wzrasta z temperaturÄ….
" Termometry rezystancyjne robione są z platyny, stopu rod-żelazo, niklu,
wolframulub miedzi.
" Konstrukcja ich musi być prosta, sygnał w wysokim stopniu liniowy, o
dużej stabilności.
" Wybór materiału na termometr rezystancyjny zależy od zakresu
temperatury, wymagań antykorozyjnych, wymagań co do mechanicznej
trwałości i kosztu.
Czujniki rezystancyjne platynowe
Czujniki rezystancyjne platynowe
" są najszerzej stosowane do pomiarów cieplnych, ponieważ
platynajest najbardziej trwała i odpornana korozję,
" termometry platynowe mierzÄ… najszerszy zakres
temperatury i majÄ… najlepsze charakterystyki metrologiczne.
(ich zależności  rezystancja-temperatura są najbardziej
zbliżone doliniowych).
" o dokładności czujnika decyduje wdużymstopniu czystość
platyny,
" przy użyciu termometrów z czystej platyny uzyskać można
powtarzalność wskazań rzędu ą0,00001 K, podczas gdy
minimalna niepewność świeżo wywzorcowanego
termoelementu, jakiej nie udaje się przekroczyć wynosi ą0,2
K.
" termometrem platynowym do dokładnych pomiarów jest
termometr Pt 100, co oznacza, że rezystancja czujnika w
temperaturze0°Cwynosi 100 © (R0=100 ©).
Czujniki rezystancyjne platynowe
Czujniki rezystancyjne platynowe
Termometr rezystancyjny platynowy:
a) z uzwojeniem umieszczonym wewnÄ…trz obudowy ceramicznej, b) z
uzwojeniemnawiniętymnazewnątrz, c) cienkowarstwowy
Czujniki rezystancyjne platynowe
Czujniki rezystancyjne platynowe
Czujnik z platynowymuzwojeniem1 (rys. a), umieszczonym
w okrągłych studniach wywierconych w ceramicznej
obudowie 2, uzwojenie uszczelnione jest w obudowie
szklanymszczeliwem3.
" Termometr tego typu przystosowany jest raczej do
wyższych temperatur.
Do pomiaru temperatury środowiska termicznego
umiarkowanego stosowany jest częściej typ czujnika o
prostej konstrukcji pokazany narys. b.
" Na pręcie ceramicznym 2 nawinięte jest uzwojenie
platynowe 1 (z przyspawanymi przewodami zewnętrznymi 4
wobrębieczujnika), którejest pokryte szklaną polewą 5.
Czujniki rezystancyjne platynowe
Czujniki rezystancyjne platynowe
" Na rys. c pokazano konstrukcję czujników platynowych
temperatury firmy Heraeus Sensor-Nite (ang. New
InnovativeTechnologies for theEnvironment).
" Czujnik zawiera (wykonanÄ… technikÄ… fotolitograficznÄ…)
cienkÄ… warstwÄ™ platynowego rezystora 1 naniesionÄ… na
płytkę 2 pokrytą tlenkiemglinu Al2O3, którą przykrywa płytka
szklana3 z wtopionymi stykami 4 i przewodami 5.
" Dla uszczelnienia strefę styków 4 przykrywa warstwa 6 z
pasty szklano-ceramicznej.
Czujniki rezystancyjne platynowe
Czujniki rezystancyjne platynowe
" Termometry platynowe miniaturowe cienkowarstwowe (ang. Thin-Film
Platinum RTD) sÄ… obecnie stosowane coraz szerzej w pomiarach
cieplnych.
" Cechuje je rezystancja >1000 ©. MajÄ… jeszcze bardziej liniowe
charakterystyki niż termometry rezystancyjne tradycyjne i ich masowa
produkcjajest bardziej efektywna.
" Wadą ich są niestandardowe łącza (interfejsy) do systemów
komputerowych i występowanie niekiedy szkodliwego efektu
samoogrzewania siÄ™ czujnika o wysokiej rezystancji, gdy proces
pomiarunie jest dostatecznie kontrolowany.
" Termometry platynowe miniaturowe cienkowarstwowe są szczególnie
przydatne do pomiarówtemperatury powierzchni. Uważa się, że granicą
ich dokładności jest ą0,01 K lub ą0,1%. Dzięki małym (kilku lub
kilkunastu milimetrowym) wymiarom ich stałe czasowe są wielokrotnie
niższe niż innych czujnikówi liczą się wmilisekundach
Termistory
Termistory
" Wykonywane są z polikrystalicznych półprzewodników, w
postaci spiekówtlenkówróżnych metali: chromu, manganu,
żelaza, kobaltu, niklu i miedzi.
" Termistory typu NTC (ang. Negative Temperature
Coefficient) charakteryzują się dużym jednostkowym
spadkiemoporuelektrycznego przy wzroście temperatury.
" Dzięki wysokiej wartości oporności nie wymagają układów
kompensacji oporności linii łączącej czujnik z regulatorem,
coznacząco obniża koszt okablowania układuautomatyki.
" Duża nieliniowość charakterystyki uniemożliwia ich
zamianę natermistorowe czujniki innych producentów.
" Małe stałe czasowe oraz duża dokładność przyczyniła się
doszerokiego stosowania tych czujników.
Temperatura Rezystancja
°C ©
-5 8093
0 7661
+5 7182
10 6667
15 6126
20 5573
25 5025
30 4492
35 3987
40 3518
45 3089
50 2702
55 2358
60 2056
65 1792
70 1563
75 1364
80 1193
85 1047
90 921
95 815
Czujniki temperatury
Czujniki temperatury
" W zależności od typu regulatora czujniki rezystancyjne
mogą być łączone bezpośrednio do regulatora jako czujniki
pasywne,
" mogą być również wykonywane w połączeniu z
przetwornikiem elektrycznym, ze standardowym sygnałem
elektrycznym na wyjściu z czujnika 0-10 VDC lub 0(4)-20
mA, jakoczujniki nazywane aktywnymi.
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
" Termoelementy ze względu na ich mniejszą dokładność i
bardziej złożoną budowę niż czujników rezystancyjnych są
bardzo rzadko stosowane w automatyzacji systemów
ciepłowniczych i klimatyzacyjnych.
" ZÅ‚Ä…cze termoelementu powstaje gdy dwa przewody z
różnych metali zostaną połączone przez zespawanie,
zlutowanie lub skręcenie.
" Pomiar temperatury za pomocÄ… termopary wykorzystuje trzy
zjawiska fizyczne:
" zjawisko Thomsona,
" zjawisko Peltiera,
" prawo trzeciego metalu.
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
" Zjawisko fizyczne Thomsona to występowanie różnicy potencjałów w
przewodniku jednorodnym, którego końce umieszczono wśrodowisku o
różnych temperaturach. Wartość różnicy potencjałów jest
proporcjonalna do różnicy temperatury.
" Zjawisko fizyczne Peltiera to występowanie różnicy potencjałów w
miejscu styku dwóch różnych przewodników. Wielkość różnicy
potencjałów zależy od rodzaju materiałów oraz różnicy temperatur w
miejscachpołączenia.
" Prawo trzeciego metalu głosi, że jeżeli do obwodu wprowadzi się
przewód z trzeciego metaluto różnica potencjałównie ulegnie zmianie.
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
" Siła termoelektryczna na końcach złącza (różnica
potencjałów) zależy od materiału, z którego wykonane są
przewody, od jakości złącza i od jego temperatury. Jeśli
jedno złącze (nazwane złączem  odniesienia lub  zimnym
końcem ) znajdować się będzie w znanej temperaturze a
drugie (mierzone) znajdować się będzie w nieznanej
temperaturze, to zmierzona siła termoelektryczna będzie
funkcją różnicy temperatury między złączem odniesienia a
mierzonym.
" Zimne końce termoelementu 1 tworzące złącze 2 powinny
być utrzymywane wstałej temperaturze.
" Na rys. c pokazano charakterystyki napięcia wyjściowego
różnych termoelementów
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
" W zastosowaniach technicznych wykorzystywane są następujące
rodzaje termopar:
" Typ R (PtRh13-Pt)
" Typ S (PtRh10-Pt)
" Typ B (PtRh30-PtRh6)
" Typ J (Fe-CuNi),(żelazo-konstantan)
" Typ T (Cu-CuNi), (miedz
-konstantan)
" Typ K (NiCr-NiAl)
" Typ E (NiCr-CuNi),(NiCr-konstantan)
" Dokładność pomiarów przemysłowych 0,5 do 5 K.
" Zakresy pomiarowe jak na rysunku.
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE
ZALECENIA DOTYCZ
CE MONTAŻU CZUJNIKÓW
ZALECENIA DOTYCZ
CE MONTAŻU CZUJNIKÓW
ZANURZENIOWYCH
ZANURZENIOWYCH
Czujnik przylgowy-sposób montażu
Czujnik przylgowy-sposób montażu
Czujnik kanałowy
Czujnik kanałowy
Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza
Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrza
oraz czujnik temperatury z nastawnikiem
oraz czujnik temperatury z nastawnikiem
Czujnik pomieszczeniowy  zasady montażu
Czujnik pomieszczeniowy  zasady montażu
Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego  zasady
Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego  zasady
montażu
montażu
ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOÅšCI
ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOÅšCI
" Zasada działania elektrycznych czujników wilgotności
oparta jest na zastosowaniu substancji lub złożonych
układów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianie
wilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianę
właściwości elektrycznych układu jak impedancja i
pojemność elektryczna lubinneparametry elektryczne.
" Czujniki elektryczne mogą mieć wyjście napięciowe lub
częstotliwościowe, w przypadku którego stosuje się
przetwornik częstotliwościowo-napięciowy dla uzyskania
sygnału napięciowego proporcjonalnegodowilgotności.
ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOÅšCI
ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOÅšCI
" a) Czujnik rezystancyjny Dumnore'a,
" b) Czujnik pojemnościowy z tlenkiem glinu: model struktury
czujnika i układ zastępczy czujnika.
Czujnik rezystancyiny Dunmor'a
Czujnik rezystancyiny Dunmor'a
" Zawiera dwie elektrody (rys.) naniesione na płytkę pokrytą
warstwÄ… z utrwalonym2do5%roztworemchlorkulitu.
" Pełny zakres pomiarowy wilgotności względnej pokrywa
zwykle kilka czujników o odcinkowych charakterystykach
rezystancyjnych.
" Przebieg charakterystyki czujnika dla danego zakresu
wilgotności względnej dobiera się zmieniając grubość
warstwy higroskopijnej.
Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.
Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.
Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.
Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.
" Czujnikiemjest płytka aluminiowa z naniesioną elektrolitycznie warstwą
tlenku glinu o dużej higroskopijności (ma strukturę włóknistą z
podłużnymi porami skierowanymi kupowierzchni).
" Tlenek pokrywa przepuszczalna dla wilgoci mikrowarstewka
naparowanego chromulub złota.
" Nie trawiona część płytki aluminiowej oraz metalowa warstwa
stanowiąca elektrodę tworzą dwie elektrody, okładki kondensatora
złożonego z warstwy tlenkuglinu.
" Czujnik cechujedużastałość charakterystyki przy zmianachtemperatury
oraz małabezwładność wskazań.
" Stała czasowa może wynosić <2s i jeszcze mniej wniższych zakresach
wilgotności.
" Przy zmianie wilgotności od dużych wartości już od 80%, czas ustalania
się wskazań wydłuża się znacznie, przez coczujnik nie madobrej opinii
Czujniki pojemnościowe All Polimer
Czujniki pojemnościowe All Polimer
" Elementem pomiarowym czujnika wilgotności jest
niemetaliczny kondensator wykonany z polimerowych płytek
nasycanychwęglem.
" Płytki są rozdzielone wodochłonnym polimerem, którego
własności dielektryczne zmieniają się wzależności od ilości
wilgoci zaadsorbowanej z otaczajÄ…cegopowietrza.
" Zmiany pojemności tego kondensatora, uzależnione
proporcjonalnie od zmian wilgotności, wykorzystano jako
sygnał wejściowy do przetwornika normalizującego je w
formiestandardowegosygnału napięciowego.
ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOÅšCI
ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOÅšCI
CZUJNIKI WILGOTNOŚCI  ZASADY MONTAŻU
CZUJNIKI WILGOTNOŚCI  ZASADY MONTAŻU
Czujniki ciśnienia
Czujniki ciśnienia
" Wprzetwornikach ciśnienia elementempomiarowymjest membrana lub
piezorezystor.
" Piezorezystorami nazywa się czujniki wykonane z materiałów
półprzewodnikowych, których rezystancja zależy od naprężeń w
materiale.
" Zachodzącepod wpływemzmianciśnienia odkształceniamembrany lub
zmiany rezystancji elementu piezorezystora w przetworniku
przetwarzane są na standardowy sygnał elektryczny napięciowy lub
prÄ…dowy.
" Najczęściej elementem pomiarowym jest piezorezystancyjny czujnik
krzemowy oddzielony od medium przez membranÄ™ separujÄ…cÄ… i
wybranÄ… ciecz manometrycznÄ….
" Układ elektroniczny znajduje się w obudowie o stopniu szczelności IP
65.
Czujniki ciśnienia
Czujniki ciśnienia
CZUJNIK PRZEPA
YWU
CZUJNIK PRZEPA
YWU
Czujnik przepływu płynu
Czujnik przepływu płynu
" Przełącznik elektryczny z łopatką zanurzoną w medium (w
przewodzie) zwiera lub rozwiera styki elektryczne. Alarm
przy przekroczeniu lub spadku wartości strumienia poniżej
wartości zadanej (wielkością łopatki).
Pomiar prędkości
Pomiar prędkości
Pomiar zawartości CO2 w powietrzu
Pomiar zawartości CO2 w powietrzu
Schemat blokowy czujnika optycznego zawartości CO2 wraz z układem
przetwarzajÄ…cym.
Oznaczenia: 1,2  fotodiody odbiorcze, 3  dioda nadawcza emitująca światło, 4,5 
wzmacniacze sygnałowe, 6  drajwer impulsowy, 7  mikrokontroler zasilający, 8 
wyświetlacz, 9 interfejs RS232/485.
Czujniki CO2 działają w oparciu o technologię nie rozproszonej
podczerwieni (NDIR), dają sygnał wyjściowy 0...10Vdc odpowiadający
koncentracji 0...2030 ppm(czÄ…steczek namilion) CO2
Pomiar zawartości CO2 w powietrzu
Pomiar zawartości CO2 w powietrzu
" Stężenie CO2 jest oznaczane przez pomiar tłumienia
określonej długości pasma podczerwieni - to znaczy drogę
światła od jego z
ródła do detektora wzdłuż określonej
ścieżki optycznej.
" Czujnik wykrywa stopień stężenia i przy współpracy
przetwornika przetwarza go w analogowy sygnał wyjściowy
o wartości 0...10Vdc odzwierciedlający w sposób liniowy
koncentracjÄ™ CO2.
Czujnik jakości powietrza VOC
Czujnik jakości powietrza VOC
" Czujnik jakości powietrza w pomieszczeniu służy do
pomiaru zawartości niekorzystnych składników w postaci
łatwo utleniających się gazóworganicznych lub par (VOC
VolatileOrganic Compounds - lotneskładniki organiczne).
" Pomiar umożliwia optymalizację jakości powietrza w
pomieszczeniu oraz ograniczenie zużycia energii poprzez
określenie niezbędnego zapotrzebowania powietrza
świeżego.
Czujnik jakości powietrza - zasada pomiaru
Czujnik jakości powietrza - zasada pomiaru
Podgrzewany element pomiarowy wykonany na bazie półprzewodnikowego
tlenku cyny SnO2 reaguje wszerokimzakresie na wszystkie utleniajÄ…ce
siÄ™ gazy organiczne i pary jak np. dym tytoniowy, ludzkie biogazy,
zapachy kuchenne, tlenek węgla, alkohole, gazy techniczne,
formaldehydy itp. mierząc zawartość tych gazówwpowietrzu, wmg/m3
lubwppm.
Nowoczesne czujniki VOC charakteryzujÄ… siÄ™;
" wyeliminowaniem wpływu zmiennych parametrów powietrza tj.
temperatury, wilgotności i prędkości,
" kalibracją u producenta a nie w miejscu montażu,
" żywotnością i powtarzalnością wyników pomiarów,
" możliwością przekazywania danych w formie analogowych sygnałów
standardowych lub numerycznie.
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
" Przykładowym zastosowaniem jest ustalanie liczby osób
przebywających w danym momencie w hali sprzedaży
supermarketu i ustalanie na tej podstawie w systemach
wentylacji pomieszczeń ilości powietrza świeżego
podawanego przez wentylatory nawiewne przy założeniu
jednostkowego strumienia minimalnego przypadajÄ…cego na
jednÄ… osobÄ™.
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
Zasadadziałania
" Czujniki umieszczone w bramach wejściowych i
wyjściowych działają na zasadzie pasywnych czujników
podczerwieni reagujących na promieniowanie cieplne osób
przechodzących wobukierunkachwstrefieich zasięgu .
" Informacje z czujników przesyłane są do
mikroprocesorowego analizatora z możliwością dalszego
przesyłania danych w formie cyfrowej, po RS 232, lub w
formie niezależnych impulsów oddzielnie dla osób
wchodzących i osóbwychodzących.
System zliczania liczby osób  zasada działania
System zliczania liczby osób  zasada działania
" Główną część czujnika stanowi pyroelektryczny nadajnik.
" Elementy składowe czujnika wytwarzają w zakresie strefy
roboczej po dwie kurtyny po stronie wewnętrznej bramy i po
stroniezewnętrznej.
" Osoby wchodzące w przestrzeń pomiędzy kurtyny
wewnętrzne lub zewnętrzne generują sygnały informujące o
ilości osóbwchodzących i wychodzących.
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
System zliczania liczby osób
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !
REGULATORY
REGULATORY
BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
Wykład 6
Wykład 6
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
- Regulatory bezpośredniego działania charakteryzują się tym,
że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą
czujnika z obiekturegulacji.
- Z tego powodu nazywane są również regulatorami bez
energii pomocniczej.
- W regulatorze bezpośredniego działania element
pomiarowy, regulator, napęd i element wykonawczy
najczęściej stanowią jedną całość.
- Zaletą tych urządzeń jest prostabudowa i niski koszt.
- Wadą ich jest mała dokładność regulacji spowodowana
odchyłką statyczną i histerezą oraz możliwość realizacji
wyłącznie regulacji stałowartościowej.
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
REGULATORY BEZPOÅšREDNIEGO DZIAA
ANIA
- Zazwyczaj regulatory te wykonywane sÄ… jako
proporcjonalne P bez możliwości zmiany
współczynnika wzmocnienia oraz realizacji
regulacji programowej.
- Wartość współczynnika wzmocnienia wynika z
konstrukcji regulatora oraz właściwości obiektu
regulacji.
- Wartość zadana w regulatorach tego typu
nastawianajest mechanicznie.
Zastosowanie regulatorów bezpośredniego
Zastosowanie regulatorów bezpośredniego
działania
działania
Regulatory bezpośredniego działania w systemach
ogrzewania i klimatyzacji stosowanesÄ…doregulacji:
 temperatury (termostaty przygrzejnikowe, ograniczniki
temperatury powrotu, regulatory temperatury ciepłej
wody),
 ciśnienia (regulatory i reduktory ciśnienia),
 różnicy ciśnień ( regulatory różnicy ciśnień),
 przepływu (regulatory i ograniczniki przepływu),
 poziomu (regulatory poziomu wody).
Wykonywane są również jako wielofunkcyjne regulatory
bezpośredniego działania, na przykład w ciepłownictwie
do jednoczesnej regulacji różnicy ciśnień i przepływu
wody sieciowej w węz
le.
REGULATORY TEMPERATURY
REGULATORY TEMPERATURY
" Termostat grzejnikowy wraz z zaworem
grzejnikowym tworzy pracujÄ…cy bez energii
pomocniczej regulator temperatury o bezpośrednim
działaniuciągłymtypu P.
" Urządzeniesterujące(termostat) składasię z:
" - czujnikatemperatury,
" - popychacza
" - oraz zadajnika.
" Zawór grzejnikowy zawierający element nastawczy
(grzybek) stanowi zespół wykonawczy.
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
" 1 - nastawnik temperatury,
" 2 - cieczowy czujnik temperatury,
" 3  zabezpieczenie przeciążeniowe,
4  skala nastawianych temperatur,
5  dławnica,
" 6  tuleja,
" 7  połączenie gwintowe.
Termostat grzejnikowy
Termostat grzejnikowy
" W czujnikach termostatów grzejnikowych
wykorzystywane są następujące zjawiska fizyczne
zachodzącepod wpływemtemperatury:
- rozszerzalność cieplnacieczy,
- rozszerzalność cieplnaciał stałych,
- zmiana prężności pary nad powierzchnią cieczy,
- zmiana objętości substancji w czasie krzepnięcia i
topnienia.
Ograniczniki temperatury wody w
Ograniczniki temperatury wody w
instalacjach
instalacjach
Na podobnej zasadzie działają ograniczniki
temperatury wody winstalacjach centralnego
ogrzewania i cyrkulacji ciepłej wody
użytkowej.
Wielkością regulowaną w tymprzypadku nie
jest jednak temperatura powietrza w
ogrzewanym pomieszczeniu lecz
temperatura wody powrotnej w miejscu
zamontowaniaogranicznika.
Regulator temperatury c.w.u.
Regulator temperatury c.w.u.
bezpośredniego działania
bezpośredniego działania
" Termostat z nastawnikiem wartości zadanej, kapilarą oraz czujnikiem
temperatury pracujÄ…cymnazasadzie adsorbcji.
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień i przepływu
różnicy ciśnień i przepływu
" Urządzenie regulacyjne składa się z
regulatora, zaworu regulacyjnego i siłownika.
" Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa
siÄ™ przez wykorzystanie energii
przepływającego medium bez konieczności
doprowadzaniaenergii zewnętrznej.
" Wzrost różnicy ciśnień zamyka lub otwiera
zawór.
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień





Regulator różnicy ciśnień upustowy
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień
Regulatory bezpośredniego działania
Regulatory bezpośredniego działania
różnicy ciśnień
różnicy ciśnień
Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień 
Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień 
zasada działania
zasada działania
" Regulowana różnica ciśnień p wytwarza na powierzchni membrany
siłownika siłę
Fm = p ×A
" Siła ta porównywana jest na trzpieniu grzyba z siłą napięcia sprężyny Fs
odpowiadającą wartości zadanej.
" Siła napięcia sprężyny może być regulowana na nastawniku wartości
zadanej lub zadana nastałe.
" Jeżeli zmienia się wartość różnicy ciśnień "p, a wraz z nią również siła
Fm, grzyb zaworu przesuwany jest domomentu, gdy Fm=Fs.
" Dla zadanej powierzchni membrany A stała sprężyny nastawczej
określa wielkość współczynnika wzmocnienia Kp oraz zakres
proporcjonalności Xp.
" UrzÄ…dzenia sÄ… regulatorami proporcjonalnymi sterowanymi za pomocÄ…
medium.
Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień
Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień
z odciążeniem ciśnieniowym
z odciążeniem ciśnieniowym
Siły działające na grzyb
pochodzące od ciśnienia przed
zaworem lub od różnicy ciśnień
zostają wyeliminowane dzięki
odciążeniu ciśnieniowemu.
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator wyposażony jest w dławik,
za pomocą którego można dokonać
nastawy wartości zadanej.
UrzÄ…dzenie przeznaczone jest
szczególnie do stosowania w
instalacjach ciepłowniczych.
Ciśnienieregulowanegomediummoże
być przenoszone do siłowników przy
pomocy przewodówimpulsowych
lub& .
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Ciśnienie regulowanego medium może
być przenoszone do siłowników przy
pomocy przewodów impulsowych lub
przez kanał nawiercony w trzpieniu
grzyba.
Podczas projektowania należy
pamiętać o tym, że różnica ciśnień w
instalacji obliczana jest ze spadku
ciśnienia na dławiku i spadku ciśnienia
przy obliczeniowym przepływie
regulowanego mediumwinstalacji:
"p= "pinstalacji + "pmiernicze
Regulator przepływu - zastosowanie
Regulator przepływu - zastosowanie
Regulator przepływu
Regulator przepływu
Regulator różnicy ciśnień
Regulator różnicy ciśnień
z ograniczeniem przepływu
z ograniczeniem przepływu
Regulator różnicy ciśnień
Regulator różnicy ciśnień
z ograniczeniem przepływu
z ograniczeniem przepływu
Podczas projektowania należy
pamiętać o tym, że różnica
ciśnień w instalacji obliczana
jest ze spadku ciśnienia na
dławiku i spadku ciśnienia przy
obliczeniowym przepływie
regulowanego medium w
instalacji:
"p= "pinstalacji + "pmiernicze
Regulator różnicy ciśnień
Regulator różnicy ciśnień
z ograniczeniem przepływu
z ograniczeniem przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulator różnicy ciśnień i przepływu
Regulatory tego typu są wyposażane
wdwie membrany.
Za pomocą górnej membrany
regulowany jest przepływ, za pomocą
dolnej różnica ciśnień.
Pierwszeństwo ma zawsze sygnał
silniejszy.
Regulator różnicy ciśnień i przepływu -
Regulator różnicy ciśnień i przepływu -
zastosowanie
zastosowanie
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania
(reduktory ciśnienia)
(reduktory ciśnienia)
Regulator ciśnienia pary
[Samson].
Oznaczenia na rysunku:
1 - korpus zaworu,
2 - gniazdo,
3 - grzyb,
4 - trzpień grzyba,
5 - dyfuzor,
6 - nastawnik wartości
zadanej,
7 - sprężyna nastawcza,
8  siłownik,
9 - naczynie kondensacyjne.
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania
Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania
(reduktory ciśnienia)
(reduktory ciśnienia)
" W wypadku ciśnienia pary w
miejscu dokonywania pomiaru
umieszcza siÄ™ naczynie
kondensacyjne - 9. Zapewnia ono
gromadzenie siÄ™ kondensatu i
chroni membranowy system
pomiarowy przed zbyt wysokimi
temperaturami.
" Z powodu wynikajÄ…cego z redukcji
ciśnienia zwiększenia objętości
pary, celowe jest zwiększenie
średnicy przewodu za zaworem
przez zamontowanie dyfuzora - 5.
REGULATORY DWUSTAWNE
REGULATORY DWUSTAWNE
REGULATORY DWUSTAWNE
" Regulacja dwustawna jest regulacją nieciągłą, w której wielkość
sterująca przyjmuje tylko dwie wartości minimalną lub maksymalną, w
zależności od tego czy sygnał uchybu jest dodatni czy ujemny.
" Minimalna wartość wielkości sterującej jest zwykle oznaczana jako
umowne0a maksymalnajako1.
" Wartość 0 oznacza wyłączenie sygnału wyjściowego z regulatora a
wartość 1 pełne włączenie sygnału wyjściowego.
" Przełączenie sygnału sterującego następuje po przejściu sygnału
uchybu przez obszar nazywany strefÄ… histerezy.
" Histereza pełni w tym przypadku pozytywną rolę zapobiegania zbyt
częstemu działaniu mechanizmu załączającego regulatora (np. styki
elektryczne) oraz zmniejsza częstotliwość załączania urządzeń
wykonawczych.
Przykładowy przebieg wartości regulowanej w
Przykładowy przebieg wartości regulowanej w
układzie z regulatorem dwustawnym
układzie z regulatorem dwustawnym
Sygnał wyjściowy układu regulacji oscyluje pomiędzy dwoma granicami
strefyhisterezy.
Jakość regulacji dwustawnej ocenia się na podstawie amplitudy,
częstotliwości oraz wartości średniej oscylacji.
Jak wynika z rys. amplituda drgań wielkości regulowanej może być
zmniejszona przez ograniczenie szerokości obszaru histerezy. Spowoduje to
jednak zwiększenie częstotliwości przełączeń regulatora oraz liczby
zadziałań elementów wykonawczych, co może niekorzystnie wpłynąć na
trwałość tych urządzeń.
H = 2K
załącz
y(Ä)
c.o.
14°C
Histereza H = 2K
12°C
wyłącz
c.o.
0 Ä
Te
12°C 14°C
Regulatory dwustawne
Regulatory dwustawne
" Regulatory dwustawne sÄ… proste w budowie i
działaniuoraz niedrogie.
" Najczęściej wykonywane są jako regulatory
elektryczne sterujące napędami silnikowymi lub
elektromagnetycznymi.
" W klimatyzacji i ciepłownictwie znalazły szerokie
zastosowanie jako urzÄ…dzenia zabezpieczajÄ…ce
przed niedopuszczalnym spadkiem lub wzrostem
temperatury (termostaty) oraz ciśnienia
(presostaty).
" Służą także jako regulatory wilgotności (higrostaty)
oraz regulatory poziomucieczy.
TERMOSTATY
TERMOSTATY
" Termostatemnazywamy urządzenie składające się
z czujnikatemperatury i regulatora.
" Wtermostatach najczęściej stosowane są czujniki
rozszerzalnościowe:
" bimetalowe,
" prętowe
" lubmembranowe.
TERMOSTATY
TERMOSTATY
" Różne termostaty elektryczne: a - bimetalowy,
b - prętowy, c  membranowy.
TERMOSTATY
TERMOSTATY
" Sprężyna bimetalowa to zwinięte razem dwa
metalowe paski oróżnej rozszerzalności cieplnej.
" Czujnik prętowy stanowią dwa powiązane ze sobą
pręty. Jeden z materiału o dużej rozszerzalności
cieplnej, drugi wykonany z inwaru,
charakteryzujący się znikomą rozszerzalnością
cieplnÄ….
" Czujniki membranowe (ew. z kapilarÄ…)
wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieczy
(nafta) i gazów (butan, fluorowęglowodór np.freon)
oraz zjawiskoadsorbcji.
Termostaty-przykłady zastosowań w technice
Termostaty-przykłady zastosowań w technice
grzewczo-wentylacyjnej.
grzewczo-wentylacyjnej.
Termostaty pomieszczeniowe służą do
sterowania:
" wentylokonwektorami, gdzie mogą załączać
nagrzewnice elektryczne, otwierać lub
zamykać zawory regulacyjne
doprowadzajÄ…ce czynnik grzejny lub
chłodniczy, zmieniać obroty silników
napędzających wentylatory,
" sterować grzejnikami elektrycznymi,
" sterować pracą gazowych urządzeń
grzewczych.
Termostaty zabezpieczajÄ…ce
Termostaty zabezpieczajÄ…ce
TermostatyzabezpieczajÄ…ce stosowane sÄ… do:
" zabezpieczania kotłów i wymienników ciepła przed nadmiernym
wzrostemtemperatury czynnika grzejnego:
" termostaty ze stykiem przełączającym i automatycznym powrotem do
zadanego położenia (STW),
" termostaty ze stykiem otwierającym i blokadą (powrót do zadanego
położenia po naciśnięciu przycisku wyzwalacza tylko po spadku
temperatury poniżej wartości granicznej - reset) - (STB),
" zabezpieczania nagrzewnic elektrycznych przed nadmiernymwzrostem
temperatury,
Termostat ogranicznik temperatury bezpieczeństwa
(STB) firmy SAMSON, ze stykiem otwierajÄ…cym i
blokadÄ…
Termostaty przeciwzamrożeniowe
Termostaty przeciwzamrożeniowe
" (f-my Johnson Controls)
Termostaty przeciwzamrożeniowe
Termostaty przeciwzamrożeniowe
" Stosowane są do zabezpieczania przed zamrożeniem
nagrzewnic wodnych central wentylacyjnych oraz
przewodówwypełnionych zamarzającą cieczą.
" Elementempomiarowymjest kapilara o długości 2 do 6 m,
która rozpinana jest na powierzchni zabezpieczanej
nagrzewnicy.
" Przełączenie zestyku termostatu następuje, gdy
temperatura dowolnego odcinka o długości 30 cm lub
dłuższej elementu pomiarowego spadnie poniżej wartości
zadanej.
" Termostaty posiadają nastawialny zakres oraz stałą strefę
histerezy.
" Termostat w zależności od wykonania, po ponownym
wzroście temperatury może sam wrócić do stanu
normalnego (STW) lub przywrócenie tego stanu musi być
poprzedzone ręcznym odblokowaniem dz
wigni kasujÄ…cej
(termostat z ręcznymresetemSTB).
Termostaty przeciwzamrożeniowe
Termostaty przeciwzamrożeniowe
" Przy montażu termostatu należy zwrócić
uwagę na to aby cała powierzchnia
nagrzewnicy była pokryta elementem
pomiarowym.
" Przy bardzo dużych powierzchniach
nagrzewnic stosuje siÄ™ dwa lub trzy
termostaty zabezpieczeniowe.
Warunki techniczne umożliwiające zabezpieczenie
Warunki techniczne umożliwiające zabezpieczenie
nagrzewnic wentylacyjnych przed zamrożeniem
nagrzewnic wentylacyjnych przed zamrożeniem
1
1
W celu uzyskania prawidłowej i bezpiecznej pracy
nagrzewnic wentylacyjnych wzakresie temperatur powietrza
zewnÄ™trznego poniżej 0ºC, należy speÅ‚nićoprócz
konieczności zastosowania termostatu
przeciwzamrożeniowego, poniżej wymienione dodatkowe
warunki techniczne:
" właściwie wymiarować nagrzewnicę powietrza, gdyż jej
przewymiarowanie znacznie obniża przepływwody i bardzo
zwiększa gradient temperatury powierzchni nagrzewnicy
(dużeschłodzenie czynnika grzejnego),
2
2
" stosować zawory o charakterystykach
stałoprocentowych z prawidłowo dobraną
przepustowością,
" unikać pary jako czynnika grzejnego ze względu na
duże wychłodzenie kondensatu na odpływie z
nagrzewnicy,
" doprowadzać czynnik grzejny od dołu nagrzewnicy,
gdzie na ogół przepływa powietrze o najniższej
temperaturze,
" unikać uwarstwiania powietrza przez zapewnienie
odpowiedniego wymieszania powietrza świeżego z
powietrzemrecyrkulowanymwkomorzemieszania,
3
3
" odsuwać czerpnie powietrza od nagrzewnic, tak aby
utrudnić dostęp zimnego powietrza do nagrzewnicy przy
zamkniętej przepustnicy i wyłączonymwentylatorze,
" do napędu przepustnic świeżego powietrza stosować
siłowniki z funkcją bezpieczeństwa (ze sprężyną powrotną),
" w miarę możliwości nagrzewnice umieszczać w
pomieszczeniachogrzewanych,
" stosować pompy cyrkulacyjne wymuszające stały, duży
przepływ przez nagrzewnice i małe zróżnicowanie
temperaturypowierzchni nagrzewnicy,
4
4
" nagrzewnice dachowych central wentylacyjnych wyposażać
w dodatkowe grzałki elektryczne sterowne termostatem,
także przewody doprowadzające czynnik grzejny do central
dachowych powinny być wyposażone w elektryczne
elementy grzejne nie dopuszczające do zamarznięcia wody
w przypadku zatrzymania przepływu,
" zapewnić minimalny przepływ czynnika grzejnego przez
nagrzewnice umieszczone poza ogrzewanymi
pomieszczeniami, przez pozostawienie zaworów w stanie
niewielkiego otwarcia (do 10%) lub zastosowanie obejścia
zaworówregulacyjnych,
" zastosować w regulatorze funkcję gorącego startu tj.
uruchamiać wentylatory z opóz
nieniem w stosunku do
otwieraniazaworówregulacyjnych.
Higrostaty
Higrostaty
" Jako elementy wydłużające się
stosowane są w higrostatach włosy
ludzkie, nici nylonowe, błony zwierzęce,
drewno i papier.
" Czujniki cechuje nieliniowość i
histereza.
Zasada działania higrostatu włosowego
(z ustawianiem wartości zadanej przy
użyciu krzywki).
Presostaty - presostat różnicy ciśnień
Presostaty - presostat różnicy ciśnień
Presostat różnicy ciśnień znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie
muszą być sygnalizowane zmiany normalnych różnic ciśnienia (również
nadciśnienia i podciśnienia).
Monitorowanie i sterowanie ciśnieniem różnicowym, monitorowanie
przepływu, automatyczna kontrolastacji filtrówi awarii wentylatorów.
Presostat z wyświetlaczem wartości zadanej
Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym
Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym
Presostat różnicy ciśnień
Presostat różnicy ciśnień
Sposób montażu i nastawiania wartości zadanej
Presostat różnicy ciśnień - konstrukcje
Presostat różnicy ciśnień - konstrukcje
" Osobnekonstrukcjedlapowietrza i gazóworaz dla cieczy.
Element pomiarowy:
" Mieszki sprężyste lub membrana z gumy lub silikonu (w
zależności odparametrów).
" Odkształceniemembrany powoduje styk elektryczny.
" Półprzewodnikowe oporniki na membranie wykrywają
mechaniczne odkształcenie i generują wyjściowy sygnał
elektryczny.
" Ułożenie kilku oporników na powierzchni membrany
kompensujewpływtemperatury.
" Ciśnienie przełączające nastawne wzadanymzakresie (np.
100...600mbar) poprzez pokrętło regulujące napięcie
sprężyny.
Zastosowanie presostatów
Zastosowanie presostatów
" Zabezpieczenie kotłów
" Zabezpieczenie agregatów chłodniczych
" Zabezpieczenie wymienników płytowych
przed oszronieniem
" Kontrola sprężu wentylatorów
" Kontrola stanu filtrów
Dziękuję za uwagę !
Dziękuję za uwagę !