-MJERNA TEHNIKA-

1. Blok šema mjernog sistema

.

Mjerni pretvaraĉi su primarni elementi sistema upravljanja. To su komponente ureĊaja ili ureĊaj

koji kvantitativno pretvaraju mjerenu promjenljivu u signal pogodan za dalju obradu. Ulazna

veliĉinaje neelektriĉne prirode (temperatura, pritisak, nivo teĉnosti),aizlazna veliĉinaje

elektriĉni signal koji moţe da bude: EMS, struja, promjenljiva impedansa i dr. Prema ISO

standardima mjerni pretvaraĉi se drugaĉije mogu nazvati:

- Senzori (elementi mjernog pretvaraĉa, odgovorni za vrijednost mjerene promjenljive),

- Transmiteri (pretvaraĉi koji daju odziv na mjerenu promjenljivu preko senzora i pretvara

je u standardni oblik signala),

- Konvertori (pretvaraĉi jednog standardizovanog transmisionog signala u drugi signal).

Struktura mjernog sistema data je na gornjoj slici, gdje mjerni pretvaraĉ prima energiju od

mjerene promjenljive koja djeluje na njegovom ulazu i proizvodi izlazni signal koji se

transformiše u bloku za korišćenje signala. Prijemnik signala prihvata signal i tranformiše ga u

oblik pogodan za korišćenje na kraju prenosne linije. Rezultujuća informacija koristi se u bloku

za donošenje upravljaĉkih odluka (raĉunaru), proizvodeći komade koje se dalje šalju izvršnim

organima.

Prema promjenljivoj koju treba izmjeriti mjerni pretvaraĉi se mogu podjeliti:

1. Mehaniĉke veliĉine: brzina, broj obrtaja, ubrzanje, snaga, pritisak, protok itd.

2. Hemijske veliĉine: elektriĉna provodnost elektrolita, hemijski sastav gasova

3. Termiĉke: temperature, vlaţnost itd.

Prema konstrukciji i prinipu pretvaranja mjerni pretvaraĉi se dijele:

1. Pretvaraĉe neelektriĉnih u elektriĉne veliĉine:

- Parametarski

- Generatorski

2. Hidrauliĉki pretvaraĉi

3. Pneumatski pretvaraĉi

2. KARAKTERISTIKE SIGNALA

Signal je vremenski promenljiv fiziĉki fenomen koji nosi neku informaciju. Signali imaju veoma razliĉite pojavne oblike: govorni signal kod koga je informacija sadrţana u izgovorenim glasovima, zvučni signal koji informaciju predstavlja pomoću boje i visine tona, toplotni signal od koga je informacija iskazana razliĉitim temperaturama, svetlosni signal koji informaciju predstavlja vizuelno ili pomoću razliĉitog intenziteta svetlosti, ili pomoću razliĉitog trajanja svetlih i tamnih segmenata, električni signal kod koga je informacija sadrţana u nekoj od karakteristika signala (amplituda ili uĉestanost) itd. Pri observiranju nekog fiziĉkog fenomena o kome se ţeli dobiti informacija veoma ĉesto se koriste merni instrumenti koji informaciju o nekoj fiziĉkoj veliĉini daju u formi elektriĉnog signala. Ova forma signala je veoma pogodna i ukoliko se ţeli prenos signala na daljinu.

Rad PLK se prevashodno zasniva na obradi signala koje prima od razliĉitih senzora. Signali daju informaciju o trenutnoj vrednosti neke fiziĉke veliĉine. Postoji nekoliko podela signala, ali sa stanovišta PLK, najĉešće je pristutna podela na:

analogni signali- primer iz svakodnevnog ţivota je merenje temperature pomoću termometra sa ţivinim stubom, gde nivo stuba ţive u termometru predstavlja signal. Pomoću njega se pokazuje vrednost temperature. Svakoj vrednosti temperature (parametar signala) odgovara taĉno odreĊeni nivo ţivinog stuba (parametar informacije). U okviru odreĊenih granica signal moţe da primi proizvoljnu meĊuvrednost. PLK kontroleri su digitalni ureĊaji I zbog toga ne mogu da direktno obraĊuju analogne signale. Zbog toga se koriste analogno/digitalni (skraćenica je A/D) pretvaraĉi koji analogni signal pretvaraju u digitalni.

digitalni signali - za razliku od analognog signala, digitalni signal ne odgovara stvarnoj vrednosti fiziĉke veliĉine u svakom trenutku vremena, već signal moţe da primi konaĉan broj diskretnih vrednosti. Svaka od ovih mogućih vrednosti predstavlja celobrojni umnoţak odreĊene osnovne jedinice E. Ako se za primer uzme digitalni ĉasovnik sa pokazivanjem sekundi, tada je elementarna jedinica 1 sekunda.

binarni signali - U praksi, najĉešći oblik digitalnog signala koji se obraĊuje na PLK je binarni. Binarni signal je posebna vrsta digitalnog signala sa samo dve moguće vrednosti. To znaĉi da signal moţe da pruţi

samo dve informacije, na primer 1 - 0, Da - Ne, Ukljuĉeno – Iskljuĉeno ili Ima - Nema. Ova najmanja moguća jedinica informacije (1 ili 0) naziva se 1 bit.

Binarni signali imaju veliki znaĉaj u elektronici I elektrotehnici, jer se primenom prekidaĉkih kola mogu jednostavno predstavljati i obraĊivati.Primeri iz industrijske prakse su mnogobrojni. Binarni signali, koji se dobijaju sa tastera, prekidaĉa, senzora (kapacitivnih, induktivnih I dr.) su primeri ulaznih, dok je ukljuĉivanje signalne sijalice, razvodnika primeri izlaznih signala. Budući da binarni signali uzimaju samo dve vrednosti, bilo bi teško obezbediti da vrednosti merenog/radnog/upravljaĉkog signala uvek budu u uskim granicama tolerancije.Zbog toga se govori o podruĉijima signala.

Upravljaĉki signali su signali kojima se realizuje upravljaĉka logika, npr. pritisak u razvodniku. Radni signal je onaj kojim izvršni organi izvršavaju svoje zadatke.

Šum(sluĉajan signal) je vremenski promenljiv fiziĉki fenomen koji ne nosi informaciju. Štaviše, on najĉešće zamagljuje informaciju koju nosi signal i kao takav je nepoţeljan.Signali se obraĊuju u sistemu. Sama svrha obrade moţe biti raznovrsna. Signal se moţe obraĊivati da bi se iz njega izvukla informacija i predstavila na neki razumljiviji ili pogodniji naĉin, ili da bi se na osnovu nje predvideli neki fenomeni koji će se dogoditi u budućnosti. Pored toga, obradom u sistemu signal se moţe transformisati u oblik pogodniji za prenos na daljinu. Isto tako, obrada signala moţe imati za cilj da se na izlazu sistema postigne neki ţeljeni efekat. Uprkos izuzetnoj raznovrsnosti signala i sistema, pokazuje se da se oni imaju neke zajedniĉke karakteristike i da se mogu, bar u nekoj meri, analizirati na isti naĉin. U osnovi analize signala i sistema leţi njihovo predstavljanje pomoću odgovarajućih jednaĉina, odnosno formiranje matematiĉkih modela. Matematički model signala i sistema je skup jednaĉina kojima se oni mogu opisati. Pri tome, budući da i signali i sistemi mogu biti veoma sloţeni, matematiĉki model je veoma ĉesto samo aproksimacija realnog fiziĉkog signala ili sistema. To nadalje znaĉi da se i rezultati analize moraju kritiĉki posmatrati i da se stalno mora voditi raĉuna o odnosu teorijskih rezultata i njihove fiziĉke ostvarljivosti. U zavisnosti od vrste signala, matematiĉka funkcija kojom se oni modeliraju moţe imati jednu ili više nezavisnih promenljivih. Kod jedne široke klase signala nezavisna promenljiva je vreme. Pokazaće se meĊutim, da je sa gledišta analize, veoma ĉesto pogodno da se odreĊenim transformacijama vremenski promenljive funkcije preslikaju u domen neke druge nezavisno promenljive veliĉine. U tom smislu signali i sistemi se analiziraju u vremenskom, frekvencijskom i kompleksnom domenu. Posebnu klasu signala ĉine signali koji imaju dve ili tri nezavisne promenljive koje odgovaraju dimenzijama u prostoru. Ovi signali se koriste za formiranje i prenos slike. Vrste signala U zavisnosti od aspekta koji se posmatra postoje razliĉite podele signala. Definisanost signala u vremenu (nezavisna promenljiva)

• Kontinualni signali – definisani u svakom trenutku vremena na nekom vremenskom intervalu. Ovi signali se oznaĉavaju i kao analogni signali jer je njihova promena analogna promeni neke fiziĉke veliĉine koja se posmatra i o kojoj oni nose informaciju. Treba istaći da je najveći broj fiziĉkih fenomena koji se posmatra u po svojoj prirodi kontinualan.

• Diskretni signali – definisani samo u odreĊenim trenutcima vremena na nekom vremenskom intervalu. Diskretni signali mogu nastati tako što se neki kontinualni fiziĉki fenomen prati (meri) u odreĊenim diskretnim trenutcima vremena. Tako se , na primer, meteorološki podaci u jednom gradu (temeperatura, pritisak, brzina vetra, vlaţnost vazduha itd.) beleţe svakog sata. Pored toga, diskretni signali mogu nastati i u nekom procesu koji je po svojoj prirodi diskretan (na primer obraĉun dnevnog interesa na raĉunu štednje). Konaĉno, ĉak i pod uslovima da se vrši kontinualno merenje na nekom fiziĉkom procesu kontinualni signali se, zbog potreba obrade, mogu disktretizovati tako što se u nekim odreĊenim trenutcima vremena uzimaju vrednosti kontinualnog signala – odbirci i na osnovu njih se formira diskretni signal. Ovaj postupak se naziva odabiranje, a vremenski interval uzimanja odbiraka se zove perioda odabiranja.Samo se po sebi razume da se u ovom sluĉaju postavlja pitanje veze periode odabiranja i taĉnosti sa kojom dobijeni diskretni signal opisuje kontinualni fenomen.

3. AMPLITUDNO-FREKVENTNA I FAZNO-FREKVENTNA KARAKTERISTIKA SIGNALA

Vaţan segment analize sistema automatskog upravljanja je, svakako, i crtanje amplitudno-frekventne i fazno-frekventne karakteristike. Ove dvije karakteristike nisu ništa drugo do razbijanje amplitudno-fazne karakteristike sistema na ove dvije zavisnosti. Preko ovih grafika smo u stanju, kao što smo to bili i sa grafikom amplitudnofazne karakteristike sistema, da dobijemo informaciju o promjeni amplitude i faze izlaznog signala u odnosu na ulazni signal za sve frekvencije. Amplitudna modulacija je vrsta modulacije pri kojoj se amplitude signala noseće frekvencije mijenja proporcionalno signal korisne informacije. Centralna noseća frekvencija se drţi konstantnom.Ako je signal informacije analogni signal (glas, muzika), amplituda signala noseće frekvencije će se mijenjati kontinualno u odredjenom amplitudnom opsegu. Ako je signal informacije digitalni signal, amplituda signala noseće frekvencije moţe imati dvije ili vise diskretnih vrijednosti

AM signal u vremenskom domenu je oblika:

gdje su:

- amplituda signala nosioca

- kutna frekvencija nosioca

- konstanta AM-a

- modulirajući signal

AM je nasal primjenu u svijetu komercijalnih radio stanica (dugi, srednji, kratki talasi).Takodje, koristi se i za prijenos slike u beţiĉnom TV sistemu, kao i za mnoge druge ţiĉne i beţiĉne komunikacione sisteme. Prednost AM nad frekventnom u radio komunikaciji je potreban uţi frekventni opseg, a mana slabija otpornost na smetnje. Frekventna modulacija je vrsta ugaone modulacije, pri kojoj se noseća frekvencija mjenja proporicionalno signal korisne informacije.Amplituda noseće frekvencije se drţi konstantnom. Ako je signal informacije analogni signal (glas, muzika), noseća frekvencija će se mijenjati kontinualno u odredjenom frekventnom opsegu. Ako je signal informacije digitalni, noseća frekvencija moţe imati dvije ili vise diskretnih vrijednosti. Primjenu je nasla kao i amplitudna, u svijetu komercijalnih radio stanica u opsegu ultrakratkih talasa. Prednost frekvnentne modulacije nad amplitudnom je veća otpornost na smetnje, a mana širi frekventni opseg.

Razmotrimo mat.izrazza sinusoidalnitalas:

v = Vp sin (2πft+θ) ili

v = Vp sin (ωt+θ)

gdje je

v = trenutna vrijednost sinusoidnog napona

Vp = vršna vrijednost sinusoidnog napona

f = frekvencija (Hz)

ω = 2πf = ugaona brzina

t = vrijeme (s)

ωt = 2πft = ugao u radijanima

θ = fazni ugao

Fazna modulacija je vrsta modulacije pri kojoj se fazni pomak noseće frekvencije mijenja

proporcionalno signal korisne informacije.Amplituda noseće frekvencije se drţi konstantnom.

Zbog sliĉnosti, fazna I frekventna modulacija se zovu I jednim imenom kao ugaona modulacija.

Ako je signal informacije digitalni signal, fazni pomak noseće frekvencije moţe imati dvije ili

vise diskretnih vrijednosti. U najjednostavnijem obliku PSK (Phase Shift Keying) fazni pomak

moţe da se odrţava na jednoj vrijednosti za digitalnu nulu, a na drugoj za jedinicu.

Frekventna I fazna modulacija su vrlo sliĉne: nije moguće mijenjati fazu bez promjene

frekvencije i obrnuto.Razlikujemo ih samo u tome koja osobina nosioca se direktno mijenja. Ako

se direktno mijenja frekvencija, a indirektno faza, govorimo o frekventnoj modulaciji. Ako se

direktno mijenja faza, a indirektno frekvencija, govorimo o faznoj modulaciji.

4. STATIĈKE KARAKTERISTIKE MJERNIH SISTEMA

5. DINAMIĈKE KARAKTERISTIKE MJERNIH SISTEMA

6. KLASIFIKACIJA SENZORA Klasifikacija senzora po mjernoj veličini:

Akustiĉke (amplitude, faza i brzina vala, spektar)

Biološke (tip i koncentracija biomase)

Hemijske (koncentracije komponenata)

Elektriĉke (naboj, struja, potencijal, napon, amplituda…)

Magnetske (amplitude i faza mag. Polja, vodljivost i dr.)

Optiĉke (amplituda, faza i brzina vala, index refleksije…)

Mehaniĉke (Pozicija, ubrzanje, sila, naprezanje, pritisak…)

Radijacione (tip, energija, intenzitet zraĉenja)

Toplotne (temperatura spec. toplota, toplotna provodljivost)

Klasifikacija senzora po specifikaciji karakteristika:

Osjetljivost • linearnost • mjerno podruĉje • stabilnost • rezolucija • taĉnost • selektivnost • brzina odziva • histerezis • zona neosjetljivosti • ţivotni vijek • cijena, veliĉina, teţina

Klasifikacija senzora po načinu detekcije:

mehaniĉki pomjeraj

hemijska reakcija

zraĉenje – radioaktivnost

toplota, temperature

elektriĉni, magnetski ili elektromagnetski

Klasifikacija senzora po materijalu od koga su napravljeni:

• neorganski ili organski • provodnici ili izolatori • poluprovodnici • biološki supstrat • plazma

Klasifikacija po području primjene:

poljoprivreda • automobili • medicina • elektroenergetika • procesna tehnika i proizvodnja • nauĉna istraţivanja • meteorologija, ekologija • pomorstvo • informatika, telekomunikacije • vojna industrija • domaćinstvo

7. OTPORNIĈKI SENZORI U grupu otporniĉkih mjernih pretvaraĉa spadaju mjerne trake koje se koriste za mjerenje deformacija. Mjerne trake su jedan od najĉešćie korištenih mjernih pretvaraĉa. Mjerna traka je kao otporniĉki pretvaraĉ jeftina, neznatne je krutosti male duţine.Moţe se koristiti za mjerenja statiĉki i dinamiĉki opterećenih konstrukcija. Opis mjerne trake Mjerna traka se sastoji od ţice savijene nekoliko puta a zatim zalijepljene posebnim ljepilom na njen noseći element koji moţe biti napravljen od papira, sintetiĉke mase, metalne folije i sliĉno. Savijena ţica se preko nosećeg elementa lijepi na konstrukciju koja je izloţena djelovanju opterećenja usljed ĉega se deformiše. Dio mjerne trake na koji je postavljena mjerna mreţica zove se noseći element. Materijal nosećeg elementa mora biti takav da prenosi deformacije sa konstrukcije na traku. Ţica mjerne trake moţe biti razliĉito uvijena i postavljena na noseći element. Mjerne trake mogu biti izrĊene u obliku rozete.Rozete se koriste za mjerenje lokalnih dilatacija u više pravaca. Mjerne trake se još koriste i kao pretvaraĉi za mjerenje sile, pritiska, obrtnog momenta, ubrzanja i sl. Veliĉina mjerne trake nije odreĊena i zavisi od namjene. Najĉešće su u upoterbi mjerne trake duţine (0¸5÷50) mm i širine (1÷15) mm, a elektriĉni otpor se kreće od 50 do 1000Nm. Oblik mjerne trake zavisi od funkcije koju traka treba da ima. Elektriĉni otpor provodnika moţe se definisati izrazom: R = ρ l gdje je: ρ-specifiĉni otpor l-duţina provodnika S-popreĉni presjek provodnika Usljed djelovanja sile pritiska ili istezanja na ţicu, nastaju male promjene duţine l, popreĉnog presjeka S i specifiĉnog otpora ρ. Pošto je zapremina ţice mjerne trake V=Sl otpor ţice kroz koju prolazi struja je:

8. KAPACITIVNI SENZORI

KAPACITIVNI SENZORI su bezkontaktni ureĊaji koji imaju veliku rezoluciju signala. Oni imaju sposobnost merenja poloţaja ili promene poloţaja bilo kojeg predmeta koji ima kapacitivnost. Kapacitivni senzori sastoje se od elektronskog modula i sonde koja je povezana kablom na elektronski modul.

Kapacitivni senzori koriste osobinu "kapacitivnosti" za utvrĊivanje vrednosti nekih promenljivih. Kapacitivnost je osobina (pojava) koja postoji izmeĊu bilo koje dve površine na bliskoj udaljenosti, koje imaju provodnost. Promena rastojanja između površina utiĉe na promenu kapacitivnosti. Ovu promenu kapacitivni senzori koriste za identifikaciju promene poloţaja predmeta. Sezori velike osetljivosti imaju male površine tako da ih je potrebno postaviti na maloj udaljenosti u odnosu na predmet koji treba da detektuju (0.25 mm - 2mm).

Prednosti kapacitivnih senzora:

1) Taĉno i automatsko detektovanja poloţaja 2) Bezkontaktno detektovanje objekata tj. kod elektronskih senzora nema kontakta izmeĊu senzora i objekta 3) Nema varniĉenja i ne proizvode laţne impulse 4) Otporni su na trošenje, jer nemaju pokretnih delova koji se mogu istrošiti 5) Neograniĉen broj korišćenja 6) Pogodni za opasne okoline (npr. za podruĉja u kojima postoji opasnost od eksplozija)

Osnovni nedostatak kapacitivnih senzora je taj što nije pouzdano korišćenje u prljavim i vlaţnim sredinama

Postoje razne konstrukcije senzora zavisno da li se utiĉe sa S, d ili ε. Vrste kapacitivnih senzora su: 1. Senzori sa promjenljivim rastojanjem kondenzatorskih ploĉa 2. Diferencijalni pretvaraĉ 3. Pretvaraĉi sa obrtnom elektrodom 4. Pretvaraĉ sa ugaonim preklapanjem 5. Pretvaraĉ sa promjenom dielektrikuma

Na slici 4.15.b prikazan je kapacitini senzor sa promjenljivom površinom preklapanja ploĉa. Sastoji se od dvije fiksne i jedne pokretne ploĉe.Reltivnim pomjeranjem ploĉe u pravcu x veliĉina površine preklapanja se mijenja. Ovakav senzor ima dva radna kondenzatora. Prilikom pomjeranja pokretne ploĉe kapacitet jednog kondenzatora se povećava, a drugog smanjuje.

Kapacitivni senzor sa ugaonim preklapanjem Površine preklapanja mogu se ostvariti i rotacionim preklapanjem dviju ploĉica. Ploĉe kod kapacitivnog senzora mogu biti izvedene kao kod ugaonog kondenzatora. Statorska ploĉa je fiksna a rotorska se zakreće za ugaoα, slika 4.16. Ako je aktivna površina ploĉa kondenzatora kruţnog oblika promjena kapaciteta je dana izrazom: C=C0 + kα gdje je: C0 - poĉetna vrijednost kapaciteta.Ovi senzori izgraĊeni su tako da je zakretni moment rotorske ploĉe veomamali, reda 0,1Nm.

Kapacitivni senzori sa promjenom dielektrika Najĉešće se koristi za mjerenje pomjeranja. Princip rada se sastoji u kretanju ĉvrstog dielektrika izmeĊu kondenzatorskih ploĉa duţine i širine b.

9. INDUKTIVNI SENZORI INDUKTIVNI SENZOR je elektronski bezkontaktni senzor koji sluţi za detekciju metalnih predmeta. Rastojanje izmeĊu senzora i predmeta moţe biti do 50mm. Senzor se sastoji od induktivne petlje. Elektriĉna energija generiše magnetno polje. Pri ulasku metalnog predmeta u magnetno polje dolazi do indukovanja struje u predmetu, nakon ĉega se smanjuje amplituda signala i aktivira promena stanja na izlazu iz senzora.

U induktivne senzore spadaju: detektori metala, sistemi za automatizovano pranje automobila, kao i drugi senzori koji se primenjuju u industrijskim okruţenjima. Obzirom da ovakav senzor ne zahteva postojanje fiziĉkog kontakta izmeĊu predmeta i senzora pogodan je za primenu u prljavim sredinama. Rastojanje izmeĊu predmeta i senzora u retkim sluĉajevima je veće od 6 cm.

Prednost korišćenja induktivnog senzoraogleda se u njegovoj neosetljivosti na vodu, ulje, prljavštinu, ne metalne delove, boju predmeta ili hrapavost površine predmeta koji treba da detektuje, kao i u otpornosti na udarce i vibracije. Ova grupa elektromagnetnih senzora radi na principu promjene magnetnog otpora. Promjena magnetnog otpora moţe se ostvariti promjenom: • ukupne duţine zavojnice, • zraĉnog zazora, • permeabilnosti materijala jezgra, • meĊusobnim djelovanjem dva ili više elemenata, • promjenom meĊusobnog poloţaja kalema i jezgra, • promjenom poloţaja dvije zavojnice. Najĉešće se koriste senzori kod kojih se promjena magnetnog otpora ostvaruje promjenom veliĉine zraĉnog zazora ili promjenom magnetne permeabilnosti tj. propustljivosti ţeljeznog jezgra μ. Induktivnost senzora, koji sadrţi namotaj i feromagnetno jezgro, odreĊuje se izrazom:

N -broj navoja kalema Zm-magnetni otpor jezgra i zazora. Kod senzora sa promjenljivim zraĉnim zazorom pomjeranjem kotve pod djelovanjem mjerene veliĉine dolazi do promjene induktivnosti. Ovi senzori imaju po dva navoja magnetno povezana.Zahvaljujući tome, izmeĊu izvora napajanja i izlaza postoji transformatorska veza, pa se ovi senzori nazivaju i transformatorski.Pogodni su za mjerenja malih mehaniĉkih pomjeranja. U ovu grupu spada i diferencijalni transformatorski senzor (slika 4.12). Na primarni namotaj N1, koji je ravnomjerno rasporeĊen po cijeloj duţini senzora, prikljuĉen je naizmjeniĉni napon napajanja U. Sekundar je podijeljen na dva navoja N2' i N2'' koji su suprotno namotani i vezani u seriju. Proporcionalno poloţaju pomiĉnog jezgra na njima se indukuje napon U2' i U2'' odnosno ukupni napon Ui=U2'-U2''. Prilikom prolaska kroz središnji poloţaj Ui=0, izlazni signal mijenja znak, što odgovara promjeni faze za 180. Pomjeranjem namotaja ili jezgra remeti se magnetna

simetrija i javlja se izlazni signal. Izvedba diferncijalnog meĊuinduktivnog (transformatorskog) senzora omogućava proširenje mjernog opsega i bolju linearnost

10. GENERATORSKI SENZORI Kod generatorskih senzora se na izlazu generiše elektriĉni signal (aktivni senzori)

11. DETEKTORI POLOŢAJA I POMJERAJA • Poloţaj – koordinate posmatranog objekta u odnosu na zadatu referentnu taĉku. • Pomeraj – meren uglom ili rastojanjem. Moţe se posmatrati kao merenje poloţaja u odnosu na predhodni poloţaj posmatranog objekta. • Poloţaj i pomeraj su bitni za upravljanje procesima, kontrolu saobraćaja, u robotici, sigurnosnim sistemima, itd. • Posebna kategorija senzora poloţaja – blizinski (proximity) senzori, predstavlja komparator senzora poloţaja, u trenutku kada je rastojanje objekta manje od dozvoljenog, izlazni signal je visok. Jednostavnije je konstrukcije od senzora poloţaja. Npr. najednostavniji bliziski senzor je prekidaĉ kojim se zatvara ili otvara elektriĉno kolo. • Senzori poloţaja su ĉesto deo većeg kompleksnog senzora, kod kojih se jedan od pretvaraĉa konvertuje odreĊenu fiziĉku veliĉinu u poloţaj, a zatim se poloţaj konvertuje u elektriĉni signal. Npr. merenje pritiska se vrši merenjem deformacije membrane, pri ĉemu deformacija membrane izaziva promenu poloţaja. KARAKTERISTIKE BEZKONTAKTNIHPREKIDAĈA – INDUKTIVNI 1 • BLIZINSKI PREKIDAĈI- detektori poloţaja 1. Induktivni – namotaji oko feritnog jezgra u glavi senzora. Napon visoke frekvence generiše oscilatorno magnetno polje. Prolaskom metalnog objekta stvara se struja u objektu, te usled transformatorskog efekta se smanjuju oscilacije, a na dovoljno bliskom rastojanju i prestaju.

- zbog primene EM polja moguć rad u sredinama sa prisustvom vode, ulja, prašine... - oklopljeni senzori usmeravaju snop EM polja na ĉeonu površinu senzora, smanjen domet - neoklopljeni senzori, znaĉajno veći domet, nemoguća montaţa u ravni sa metalnom površinom KARAKTERISTIKE BEZKONTAKTNIH PREKIDAĈA – INDUKTIVNI 2 • BLIZINSKI PREKIDAĈI- detektori poloţaja 1. Induktivni – detekcija metalnih objekata - AC ili DC napajanje - graniĉna osetljivost, od 0.3 do ĉak 30mm, zavisno od izvedbe i primene - primena: - detekcija prolaska objekata - detekcija punih objekata - detekcija brzih pokreta mašine - uloga u sklopu brojaĉa • BLIZINSKI PREKIDAĈI- detektori poloţaja 1. Kapacitivni –u glavi senzora su postavljene ploĉaste elektrode. Formira se elektrostatiĉko polje izmeĊu elektode i zemlje.Kada se objekat naĊe u blizini senzora povećava se kapacitivnost elektrode. - detekcija metalnih i nemetalnih objekata, u teškim uslovima rada (vlaga, reagensi) - AC ili DC napajanje - graniĉna osetljivost, od 0.3 do ĉak 25mm, zavisnood izvedbe i primene - primena: - detekcija nivoa i prisustva teĉnosti - brojanje u konvejerima - nivo korozivni teĉnosti, bez obzira na pjenu • FOTOELEKTRIĈNI senzori- detektori 1. Prijemnik-predajnik – predajnik emituje svetlost koju detektuje prijemnik. Objekat prolaskom preseca svetlosni snop. - nije osetljiv na boju, teksturu ili sjaj objekta - sensing distanca – rastojanje prijemnik predajnik: u zavisnosti od izvedbe od nekoliko mm do 50m 2. Reflektivni – prijemnik i predajnik su u istom kućištu, a snop svetlosti se odbija o reflektujuću površ. Objekat prolaskom preseca svetlosni snop. - Jedno mesto za oţiĉenje. - sensing distanca – rastojanje prijemnik predajnik: u zavisnosti od izvedbe od nekoliko mm do 50m - centriranje – bitno je da reflektor vraća snop svetlosti • FOTOELEKTRIĈNI senzori- detektori 3. Difuzni – prijemnik i predajnik su u istom kućištu, a snop svetlosti se odbija o objekat. Objekat prolaskom preseca svetlosni snop. - Jedno mesto za oţiĉenje. Uticaj boje na domet. - sensing distanca – rastojanje senzor objekat

Primena: detekcija objekata, inspekcija sadrţaja, pozicioniranje detekcija na velikoj razdaljini, detekcija minijaturnih objekata i rasporeda objekata detekcija providnih objekata detekcija objekata bez obzira na boju, materijal, vel. detekcija sjajnih objekata detekcija oznaka i razlika u boji detekcija nivoa teĉnosti i razlike nivoa TIPOVI PREKIDAĈA – DETEKTORA NAPREDNI 1 NAPREDNI “SMART” detektori - kombinacija - detekcija ekscentriĉnosti, zakrivljenosti, nivoa, savijenosti kontrolom stepena refleksije zraka - detekcija oblika reljefa, zakrivljenosti, debljine ili poloţaja elektronskih komponenti, pomeranjem kontaktne glave duţ vertikalne ose - detekcija rastojanja, udubljenja, ispupĉenja, vibracija promenom frekvencije oscilovanja glave senzora (metalni objekti) TIPOVI PREKIDAĈA – DETEKTORA VIZUELNO PREPOZNAVANJE 1 VIZUELNI detektori – kontrola proizvodnje i precizno pozicioniranje (kamera i pojaĉavaĉ + snop svetlosti, kontroler, soĉivo) - prepoznavanje oblika u gray scale spektru (do 256 nivoa kontrasta) - poreĊenje uzoraka - provera pravilnog pozicioniranja (obrnuti ili oznaĉeni predmeti, nepravilno zalepljeni, dvostruko nalepljeni) - potvrda identiĉnosti štampe - provera dimenzija objekata, inspekcija poloţaja objekata u prostoru, segmenti sklopa pri montaţi VIZUELNI detektori – kontrola proizvodnje i precizno pozicioniranje (kamera i pojaĉavaĉ + snop svetlosti, kontroler, soĉivo) - detekcija oznaka na IC kolima - detekcija orjentacije - poloţaj komponente na štampanoj ploĉi - detekcija prljavštine, loma, oštećenja - sve sa kontrolom i boja, RGB filter, 8 boja na jednoj sceni, brzina oĉitavanja slike maksimum do 8.3ms, vidljivo polje kamere: 20 x 20mm ili 50 x 50mm, pamćenje do 35 scena (oblika) u gray scale reţimu, ili 16 scena u kolor varijanti

Detektor pomjeraja Funkcije detektora pomeraja:

detekcija prisustva i aktiviranje rasvete i ureĊaja svetlo/mrak mod rada-aktivira se samo kada je nizak nivo osvetlaja automatsko iskluĉivanje rasvete kada je prostorija prazna u funkciji štednje energije rana detekcija neţeljenih posetilaca u funkciji bezbednosti aktiviranje programskih scenarija kućne automatrike

12.OTPORNIĈKI PRETVARAĈI POLOŢAJA I POMJERAJA

13. INDUKTIVNI PRETVARAĈI POLOŢAJA I POMJERAJA

Индуктивни претварач помераја је калем сопствене индуктивности

µr – релативна магнетна пермеабилност језгра

µο - апсолутна магнетна пермеабилност вакуума

µ - пермеабилност језгра

N - број завојака

S - површина попречног пресека

l - дужина калема

Када постоји извор наизменичне струје онда индуктивни претварачи на излазу дају енергију. Јачина струје у колу биће :

E - ефективна вредност електромоторне силе

R - отпорност губитака калема

ω - кружна учестаност

L - индуктивност калема

Промена индуктивности калема остварује се у зависности од :

- промене облика магнетног кола,

- променом магнетне отпорности мења сеструја у колу.

Индуктивни претварачи су поузданији од потенциометарских претварача помераја.

Недостатак им је :

- сложеност кола за подешавање сигнала ,

- мерење се обавља теже него код потенциометарски претварача,

-осетљиви су на мале помераје,па се примењују код уређаја за мерење дебљине танких слојева боје и код уређаја за аутоматску контролу димензија.

-промена индуктивности постиже се тако што се објекат ,чији се померај мери,механички повеже са покретним језгром.

Merenje pomeranja pomocu induktivnih pretvaraca Ovi pretvaraci baziraju svoj rad na promeni magnetnog otpora magnetnog kruga pod dejstvom merene mehanicke velicine. Sa promenom magnetnog otpora menja se induktivnost, odnosno impedansa kola, pa se merenjem induktiviteta mo·ze odrediti neelektricna veli·cina koja izaziva njegovu promenu. Magnetni Omov zakon za kalem sa n namotaja kroz koji protice struja jacine I glasi:

14. SENZORI POLOŢAJA I POMJERAJA ZA AUTOMATIZOVANE MAŠINE

15. ENKODERI Enkoderi su mjerni pretvaraĉi ugaonog ili linearnog pomjeraja. Dijele se na:

inkrementalne i

apsolutne enkodere.

Inkrementalni enkoderi daju na izlazu impulse ĉiji broj ovisi o veliĉini pomjeraja. Mjerenje pozicije pomoću inkrementalnih enkodera se izvodi brojanjem impulsa sa enkodera. Apsolutni enkoderina izlazu daju binarni kod trenutne pozicije, npr 1010. Kod inkrementalnog enkodera na staklenom disku imamo samo jednu traku koja propušta svjetlosne impulse na jednu fotodiodu. Impulsi nastaju usljed rotacije diska, jer je sa jedne strane diska postavljen izvor svjetlosti (sijalica), a sa druge fotodioda. Crna traka iscrtana od centra ka obodu diska prekida snop svjetlosti od sijalice tako da fotodioda pri svakom obrtaju da jedan impuls. Apsolutni enkoderi imaju i do dvanaest fotodioda pri ĉemu dioda najbliţa centru diska daje jedan impuls po obrtaju, a dioda na obodu diska daje 2048 impulsa po obrtaju. Enkoder sa 3 fotodiode moţe signalizirati 2x2x2=8 ugaonih pozicija, jer njegova dioda sa oboda daje 4 impulsa po obrtaju, dioda do centra daje jedan impuls po obrtaju, a srednja dioda daje 2 impulsa po obrtaju. Ukoliko se spoje preko zavojnog vretena ovakvi enkoderi mogu mjeriti i linearne pozicije, odnosno pomjeraje.Inače za mjerenje linearnih pomaka se koristi posebna vrsta enkodera – mjerne letve. Proizvode se inkrementalni enkoderi sa 500 do 5000 impulsa po obrtaju, meĊutim najveću primjenu imaju enkoderi sa 1024, 2500 i 5000 imulsa. Enkoderi sa 1024 impulsa po obrtaju se koriste za glavna vretena alatnih mašina, a enkoderi sa 2500 i 5000 impulsa za ose pomoćnog kretanja. Impulsi imaju oblik TTL signala +5 V, HTL signala +24 V ili sinusnog signala amplitude 1 V. Signal B kasni za signalom A za pola impulsa (90 elektriĉnih stepeni). Nul impuls 0 je duplo kraći od impulsa A i B, a javlja se na poĉetku svakog punog obrtaja. Fazni pomjeraj izmeĊu impulsa A i B se koristi da bi se detektovala promjena smjera obrtanja. Apsolutni enkoderi šalju izlazni signal u serijskosinhronom obliku (SSI). Savremeni enkoderi se mogu spajati na BUS raĉunarske mreţe ĉime se znatno smanjuje broj potrebnih kablova.

Klasifikacija enkodera:

Konstruktivna izvedba

Translatorni enkoderi (linearni pomeraj, direktno merenje, merna letva)

Obrtni enkoderi (ugaoni pomeraj, indirektno merenje, disk). APSOLUTNI (kodirani) ENKODERI: merenje ugla od 0 do 360° ili dopunih 1000 obrtaja. Vrsta AD konvertora.

Na cilindriĉnoj ploĉi se sistemom fotoćelija tipa prijemnik – predajnik oĉitavaju kodovi za binarni zapis. Prvi red ima kod 20, sledeći 21 itd... što zavisi od kvaliteta binarne konverzije enkodera. 4-bitni zapis=16 brojeva.

Binarna konverzija: 8-bitna (8 redova, 8 parova fotoćelija), 16/bitna...

Koristi se dodatni disk sa još jednim parom fotoćelija za brojaĉ punog kruga.

U zavisnosti od kombinacije osvetljenosti polja dobija se kod koji predstavlja oznaku polja i definiše ugaoni pomeraj.

Koristi se: binarni, Grejev, pseudosluĉajni i optiĉko resolviranje u kombinaciji sa geometrijskim maskama da bi se spreĉile greške oĉitavanja.

REZOLUCIJA:Broj pozicija po jednom punom obrtaju/skali.

Najĉešće je 6 do 1024 impulsa po obrtaju

Ne zavisi od grešaka transmisije, od nestanka napajanja, sa startom napajanja je odreĊena pozicija.

Koristi se vee-scan (visoka toleranca poloţaja 45°) sistem za korekciju binarnog koda gde se odjednom menjaju najmanje 2 cifre.

RELATIVNI ENKODER PRINCIP RADA: Disk relativnog enkodera je podeljen po obimu na prozirna i neprozirna polja. Pri rotiranju diska prozirna i neprozirna polja presecaju snop svetlosti tako da se generiše izlazni signal u vidu povorke pravougaonih impulsa (ĉetvrtki).

Ugaoni zakretaj ose je direktno proporcionalan broju ostvarenih impulsa, a ugaona brzina frekvenciji. Ostvarene impulse detektuje brojaĉ.

Fiziĉki, sa obe strane diska postavljena su dva para fotoćelija fazno pomerena 90° za detekciju smera obrtanja.

Neophodan 3 par fotoćelija za detekciju punog kruga i resetovanje ureĊaja u situaciji sa prekidom napajanja ili havarijom.

Greška kumulativno raste

Enkoderi imaju 3 tipa signala: a) pozicija (broj impulsa) b) drugi signal za reverzibilno obrtanje ili linearno pomeranje c) treći signal markera punog kruga Spregnuti sa brojaĉima impulsa i tajmerima pa mere poziciju, brzinu i smer obrtanja. REZOLUCIJA:Broj pozicija po jednom punom obrtaju/skali. RELATIVNI ENKODER

Najĉešće je 10 do 3600 impulsa PRINCIP KODIRANJA

Enkoderi imaju 3 tipa kodiranja 1) Geometrijsko maskiranje (kod apsolutnih se više koristi, ali i kod inkrementalnih, ideja je da se eliminiše efekat difrakcije-(prividno skretanje svetlosti usled nailaska na prepreku), svetlost je EM talas visoke frekvencije, male talasne duţine ĉiji se uticaj zato zanemaruje, razmak ploĉa je 10μm, soĉivo pravi paralelni snop. a1) svetlost se usmerava pravolinijski, a2) razliĉite vrste kodiranja-maski

2) Moarov efekat – pruge nastaju pri prolasku svetlosti kroz paralelne 2 difrakcione rešetke zakrenute za ugao α. Smanjivanjem ugla αpruge se šire a svetli razmak postaje veći. Jedna rešetka se kreće, druga je fiksna. Pomak pruga je 10-100 puta veći od pomeraja rešetke. Razmak izmeĊu linija rešetki je w, pa je korak pruga: W=kw, k=1/α. Broje se pruge. Mogu da se mere pomeraji od 0.4 do 2μm. Mogu biti i radijalno rasporeĊene pa su Moaroove pruge koncentriĉne. Amplitudni naĉin ĉitanja: n=w/Δ. Najĉešće se koristi za inkrementalne enkodere.

3) Difrakcija - najviša rezolucija - fokusiranje svetlosnog snopa - odreĊivanje aritmentiĉke sredine

16. MJERENJE KVALITETA OBRADE POVRŠINE

17. BROJAĈI OBRTAJA

18. TAHOMETRI

Ovakav mjeraĉ okretaja sastoji se od monostabilnog multivibratora sa ulaznom mreţom RC elemenata kao sklopom za okidanje. Signal sa platina se dovodi na RC mreţu. Kada motor ne radi (nema okretaja) tada je T2 u zasićenju pa kroz mjerni instrument ne protiĉe nikakva struja. U trenutku paljenja potencija kolektora T2 se neprestrano mijenja, oscilirajući od najviše vrijednosti do nule. Ova promjena će ovisiti o broju okretaja, a povećanjem broja okretaja T2 će sve ĉešće ići u zapiranje te će tada na njegovu kloektoru biti i veći napon. Prije upotrebe instrument treba izbaţdariti, a to napravite uz pomoć nekog motora kojemu moţete mijenjati broj okretaja (npr. asishroni motor). Primjer:

Tahometar je instrument za mjerenje brzine rotacije osovine ili diska. Prikazuje brzine rotacije u rotacijama u minuti ili u drugim jedinicama. Poznat primjer tahometra je mjeraĉ brzine rotacije radilice motora u automobilima.. Najpoznatija je primena merenja brzine rotacije radilica motora u automobilima. Prvi tahometar je bio mehanicki, i princip njegovog rada zasniva se na merenju centrifugalne sile. Prvi tahometar je konstruisao Diedrich Uhlhorn, nemacki inzinjer.Taj tip tahometra je korien za merenje brzine masina u 1817. godini. Od 1840. koristese i za merenjebrzina lokomotiva. Tahometri mogu biti razliĉitih konstrukcija;mehaniĉki,elektirĉni i elektronski. El. mehaniĉki tahometar je u stvari mali elektriĉni generator jednosmjerne struje. Osovina generator je povezana sa objektom ĉija se brzina rotacije mjeri. Što je rotacija brţa, veći je inducirani napon u rotoru I isti se dovodi na kazaljku baţdarenog voltmetra za oĉitanje. Napon se moţe umjesto toga dovesti na ulaz nekog kontrolnog sistema, ako se teţi regulaciji brzine. El.mehaniĉki tahometar proizvodi napon koji je direktno proporcionalan ugaonoj brzini rotora (armature). Danas su u upotrebi razlicite vrste tahometara,shodno zahtevima merenja. U industriji je cesta primena tahogeneratora, tj.generatorinaizmenicne ili jednostmerne struje. Merenje se ostvaruje prikljucivanjem tahogeneratorana osovinu koja rotira. Mehanicki momenat se prenosi sa objekta merenja na osovinu tahogeneratora, koji tu mehanicku energiju pretvara u elektricnu energiju. U upotrebi su tako|e reluktantni i induktivni pretvaraci, koji se sastoje odjednog namotaja ili dva spregnuta namotaja u transformator. Reluktantni pretvaraci imaju magnetsko kolo, cija se magnetna otpornost (reluktansa) menja usled obrtanja posmatranog objekta. Induktivni pretvaraci slicne su konstrukcije, ali nemaju feromagnetno jezgro,zubaca raspore|enih po svom obodu. Pretvarac se

postavlja u blizinini objekta, tako da pri obrtanju zupci svojim prolaskom menjaju reluktansu, odnosno induktivnost mernog kola. Uz pomoc induktivnih pretvaraca se ostvaruje beskontaktno merenje, ali mana je mali domet merenja, do nekoliko centimetara. Kada je neophodno ostvariti veci domet koriste se optoelektricni pretvaraci ugaone brzine.Objekat koji se okrece prekida svetlost emitovanu svetlosnom diodom (laserska, infracrvena), prekid svetlosti se registruje fotoosetljivim elementom (fotootpornikom, fototranzistorom).Ovim postupkom se dobija povorka impulsa ucestanosti direktno srazmernoj broju obraja diska. U praksi su nasli primenu i tahometri na bazi Halovog efekta, kao i oni na bazi vihornih struja.

19. DINAMIĈKE KARAKTERISTIKE SEIZMIĈKIH AKCELEROMETARA

Akcelerometar je ureĊaj za merenje akceleracija odnosno ubrzanja nekog tela koje je u pokretu.Ova naprava ima višestruku namenu, izmeĊu ostalih za navoĊenje raznih raketa/projektila, kao i za naravno merenje nekog preĊenog puta.

20. PIEZOELEKTRIĈNI AKCELEROMETRI

Piezoelektriĉni senzorikoji sekoriste za mjerenje mehaniĉkih vibracija zovu se piezoelektriĉni akcelerometri.

Piezoelektriĉni efekt je pojava stvaranja elektriĉnog naboja na površini posebno odrezanog kristala (ĉvrsti dielektrik - izolator) koji je elastiĉno deformiran vanjskom silom. Jedna strana (površina) tog kristala nabit će se negativno, a druga pozitivno. Dakle, kristal postaje elektriĉki polariziran. Polarizacija kristala je najveća kada je naprezanje usmjereno u pravcu piezoelektriĉne osi kristala. Promjenom smjera deformacije (tlak - vlak) dolazi do polarizacije obrnutog smjera. Piezoelektriĉni efekt otkrili su 1890.Jacques i Pierre Curie.Koristi se u senzorima tlaka. Najznaĉajniji piezoelektriĉni materijali su kvarc(SiO2), Seignettova sol, turmalin, topaz, kost, svila, drvo, te umjetni materijali poput raznih vrsta keramike,plastike i kristala, a u novije vrijeme PZT keramike. Iako je dugo nakon otkrića bio samo zanimljivlaboratorijski efekt, s vremenom je pronašao primjenu u brojnim ureĊajima. Prisutan je i obrnuti efekt: mehaniĉka deformacija materijala kada je na njega primijenjen elektriĉni napon.

Piezoelektriĉni efekt predstavlja vid konverzije mehaniĉke energije u elektriĉnu i

obrnuto.Piezoelektriĉni materijali predstavljaju, u elektriĉnom pogledu, izolatore a pretvaraĉi se

proizvode u obliku ploĉastih kondenzatora. Piezoelektriĉni efekat moţe se formulisati na dva

naĉina, od kojih se jedan naziva direktni, a drugi inverzni efekat. Direktni efekat se formuliše na

sledeći naĉin: kada na piezoelektriĉni pretvaraĉ deluje sila F , na njegovoj površini se generiše

proporcionalna koliĉina elektriciteta:

Q = dij F

gde je dij konstanta za dati materijal. Indeks i zavisi od smera naprezanja u odnosu na

orijentaciju kristalne rešetke (kod kristala) ili od smera naprezanja u odnosu na pravac

polarizacije (kod keramiĉkih materijala). Indeks j zavisi od ravni u kojoj je stavljena elektroda sa

koje se dobija izlazni signal.

Inverzan piezoelektriĉni efekt se sastoji u mehaniĉkoj deformaciji pretvaraĉa kada se on stavi u

elektriĉno polje, odnosno naelektriše nekom koliĉinom elektriciteta.Direktni i inverzni

piezoelektriĉni efekt su u potpunosti reciproĉni, tj.reĉ je o jednoj istoj pojavi. Piezoelektriĉni

elementi imaju tri osnovne namene:

1. Merenje sile, pritiska ili ubrzanja, kada se pod dejstvom mehaniĉke veliĉine generiše odgovarajući elektriĉni signal.

2. Proizvodnja ultrazvuka, kada se pod dejstvom naizmeniĉnog ili impulsnog napona u piezoelektriĉnoj ploĉici izazivaju jake vibracije koje u okolnoj sredini generišu ultrazvuk.

3. Stabilizacija frekvencije elektronskih oscilatora, konstrukcija elektriĉnih filtara, i dr. Ove vaţne primene neće biti razmatrane na ovom mestu.

Piezoelektriĉni pretvaraĉi za merenje mehaniĉkih veliĉina rade u opsegu frekvencija koje su

dosta niţe od njihove rezonantne frekvencije. Ekvivalentna šema pretvaraĉa u oblasti niskih

frekvencija prikazana je na slici 5.1 a. Pretvaraĉ se prikazuje strujnim generatororm

i kondenzatorom Ce koji predstavlja zbir sopstvene kapacitivnosti pretvaraĉa i prikljuĉnih veza, i

otpornikom Re ĉija otpornost predstavlja paralelnu otpornost pretvaraĉa i prikljuĉnih veza

(kabla).

21. DINAMOMETARSKE ĆELIJE SA MJERNIM TRAKAMA U grupu otporniĉkih mjernih pretvaraĉa spadaju mjerne trake koje se koriste za mjerenje deformacija. Mjerne trake su jedan od najĉešćie korištenih mjernih pretvaraĉa. Mjerna traka je kao otporniĉki pretvaraĉ jeftina, neznatne je krutosti male duţine.Moţe se koristiti za mjerenja statiĉki i dinamiĉki opterećenih konstrukcija. Opis mjerne trake Mjerna traka se sastoji od ţice savijene nekoliko puta a zatim zalijepljene posebnim ljepilom na njen noseći element koji moţe biti napravljen od papira, sintetiĉke mase, metalne folije i sliĉno. Savijena ţica se preko nosećeg elementa lijepi na konstrukciju koja je izloţena djelovanju opterećenja usljed ĉega se deformiše. Dio mjerne trake na koji je postavljena mjerna mreţica zove se noseći element. Materijal nosećeg elementa mora biti takav da prenosi deformacije sa konstrukcije na traku. Ţica mjerne trake moţe biti razliĉito uvijena i postavljena na noseći element. Mjerne trake mogu biti izrĊene u obliku rozete.Rozete se koriste za mjerenje lokalnih dilatacija u više pravaca.Mjerne trake se još koriste i kao pretvaraĉi za mjerenje sile, pritiska, obrtnog momenta, ubrzanja i sl. Veliĉina mjerne trake nije odreĊena i zavisi od namjene. Najĉešće su u upoterbi mjerne trake duţine (0¸5÷50) mm i širine (1÷15) mm, a elektriĉni otpor se kreće od 50 do 1000Nm. Oblik mjerne trake zavisi od funkcije koju traka treba da ima.

Мерење силе мерним тракама

Код мерних трака сила се мери посредно.Уређај за посредно мерење силе има еластични елемент који се под дејством силе деформише. Мерне траке функционише по принципу промене електричне отпорности проводника или полупроводника приликом његовог истезања. Отпорност :

где је -специфична електрична отпорност материјал

l - дужина проводнока или полупроводника

S- површина попречног пресека

Полупроводничка трака од силицијума се излаже истезању чиме јој се мења специфична отпорност , односно отпорнст R.Код проводника отпорност се мења услед промене дужине.Ове траке се праве од жичаног проводника .Истезањем траке се повећава дужина l и отпорност R.Отпорност се мери електричним мерним мостом (Винстонов мост).

22. KONFIGURACIJE MJERNIH MOSTOVA Jednosmerni Vitstonov most MJERNI MOSTOVI su elektriĉna kola koja omogućuju neposredno poreĊenje poznatih i nepoznatih veliĉina koristeći indikator koji se dovodina nulu ruĉnim ili automatskim podešavanjem poznatih veliĉina. Merne metode koje koriste merne mostove se nazivaju mostne metode. Osnovni merni most je Vitstonov most (Wheatstone). Na slici 4.3.1 je predstavljen osnovni oblik jednosmernog Vitstonovog mosta1).

Ĉetiri razliĉita otpornika spojena su u ĉetiri "grane" mosta.Na jednu dijagonalu mosta (AB) dovodi se jednosmerni napon E, a u drugu, tzv.mernu dijagonalu (CD) povezan je osetljiv instrument (indikator nule).Ovaj instrument mora biti dovoljno osetljiv i imati dovoljan otklon za male promene otpornosti u mostu kako bi ova metoda merenja imala odgovarajućutaĉnost. Napon na mernoj dijagonali u kojoj se nalazi instrument u funkciji vrednosti ĉetiri otpornika izraĉunava se kao

Ravnoteţa mosta postiţe se kada je struja kroz granu sa indikatorom jednaka nuli, IG = 0. U tom sluĉaju nema pada napona na instrumentu pa su naponi na otpornicima R1 i R2 jednaki, kao i naponi na otprnicima R3 i R4, odakle se dobija da je Za most, kod koga vaţi da su struja i napon merne dijagonale jednaki nuli, kaţe se da je uravnoteţen. Kao indikator nule u uravnoteţenom mostu moţe se koristiti instrument skromnih mogućnosti s obzirom da njegova unutrašnja otpornost i druga konstrukciona ograniĉenja ne utiĉu bitno na proces merenja. Osim toga, uravnoteţen most ima mnoge prednosti u merenjima, kao što je, recimo, ĉinjenica da uslov ravnoteţe mosta ne zavisi odnapona napajanja, odnosno

da most ostaje u ravnoteţi i ako se za napajanje koriste baterije ili akumulatorski izvori ĉija struja i napon vremenom slabe. Najjednostavnija realizacija uravnoteţenog jednosmernog Vitstonovog mosta dobija se kada su svi otpornici u granama mosta jednaki (izraz 4.3.5). R R R R R 1 2 3 4 (4.3.5) Ukoliko neka od otpornosti odstupi od ove vrednosti i promeni se za malu vrednost ΔR (kao u 4.3.6), napon na mernoj dijagonali će se razlikovati od nule i iz vrednosti ovog napona moţe se izraĉunati vrednost promene ove otpornosti. Ovakav most neće imati nulti napon u mernoj dijagonali i naziva se neuravnoteţen most.

23.PIEZOELEKTIĈKI PRETVARAĈI ZA MJERENJE SILE Piezoelektiĉni efekat – konverzija mehaniĉke energije u elektiĉnu i obrnuto. Piezoelektiĉni materijali predstavljaju, u elektriĉnom pogledu, izolatore a pretvaraĉi se proizvode u obliku ploĉastih kondenzatora. Piezoelektriĉni efekt (grĉ. piezo - gurati) je, dakle, pojava stvaranja elektriĉnog naboja na površini posebno odrezanog kristala (ĉvrsti dielektrik - izolator) koji je elastiĉno deformisan vanjskom silom. Jedna strana (površina) tog kristala nabit će se negativno, a druga pozitivno. Dakle, kristal postaje elektriĉki polariziran. Polarizacija kristala je najveća kada je naprezanje usmjereno u pravcu piezoelektriĉne osi kristala. Promjenom smjera deformacije (tlak - vlak) dolazi do polarizacije obrnutog smjera. Piezoelektriĉni efekt otkrili su 1890.Jacques i Pierre Curie.Koristi se u senzorima tlaka.Najznaĉajniji piezoelektriĉni materijali su: kvarc(SiO2), Seignettova sol, turmalin, topaz, kost, svila, drvo, te umjetni materijali poput raznihvrsta keramike,plastike i kristala, a u novije vrijeme PZT keramike. Iako je dugo nakon otkrića bio samo zanimljiv laboratorijski efekt, s vremenom je pronašao primjenu u brojnim ureĊajima.

Prisutan je i obrnuti efekt: mehaniĉka deformacija materijala kada je na njega

primijenjen elektriĉni napon.Elektromehanički pretvornici

pretvaraju elektriĉnuenergiju u mehaniĉku i obrnuto.Koriste se pasivno i aktivno.Pasivno

kao senzori, kad samo primaju signale.Tu se izravno piezoelektriĉna svojstva koriste da bi se

proizveo napon iz vanjskog naprezanja.

Primjena piezoelektrika Piezoelektrici imaju široku primjenu u današnjoj tehnologiji. Najvaţnija dva svojstva piezoelektrika sumogućnost vrlo uĉinkovite prijetvorbe mehaniĉkih deformacija u elektriĉne impulse i obratno (tupiezoelektrik sluţi kao "most" (transducer), te svojstvo da piezoelektriĉni kristali imaju vrlo stabilnu iusko odreĊenu rezonantnu frekvenciju (u sluĉaju kada se na krajeve kristala dovodi izmjeniĉni napon).Vaţna je i niska proizvodna cijena i jednostavnost primjene u odnosu na alternativna riješenja.Za potrebe pretvorbe elektriĉnih impulsa u mehaniĉke pomake i obratno najprikladniji materijali su piezoelektriĉne keremike, poput PZT-a , i polimerni piezoelektrici. Piezoelektriĉna svojstva se ĉestokombiniraju sa nekim drugim fizikalnim svojstvima materijala, da bi se dobili materijali novihsvojstava.

Tako se npr. dodatkom lantana u piezoelektrik PZT dobiva optiĉki proziran produkt kojiima vaţna elektrooptiĉka svojstva. Takav materijal se naziva PLZT, i koristi se kao osnova pri izradioptiĉkih memorija. Inaĉe, većina ĉvrstih tvari su piezoelektriĉne, sa više ili manje izraţenim efektima

Direktni efekat – dejstvom mehaniĉke veliĉine (npr. sile) u piezoelektiĉnoj ploĉici se generiše naelektrisanje. Inverzan – unošenjem piezoelektiĉne ploĉice u naizmjeniĉno elektriĉno polje dolazi do promjene njenih dimenzija, što se koristi za mjerenje mehaniĉkih veliĉina: sile (pod dejstvom mehaničke veličine se generiše odgovarajući električni signal), ubrzanja, pritiska itd. Ne mogu mjeriti statiĉke veliĉine.Gornja graniĉna frekvencija zavisi od dimenzija (osciluje kao polutalasni rezonator) i moţe iznositi i nekoliko MHz. Ultrazvuk je mehaniĉki talas u opsegu frekvencija 20 MHz.

24. APARATURA I TEHNOLOGIJA ZA MJERENJE OBRTNOG MOMENTA Postupak merenja obrtnog momenta i mehaniĉke snage U zavisnosti od rada mašine, obrtni moment moţe da bude: - Statiĉki i - Dinamiĉki: Stacionaran dM/dt = 0 Nestacionaran M(t) ≠ 0 Merenjem dinamiĉkog obrtnog momenta dobijaju se informacije o karakteru opterećenja (koje moţe biti ravnomerno, periodiĉno, impulsivno i dr.), ĉime se otkrivaju – dijagnostikuju uzroci i postupci za njihovo odstranjenje. Za merenje se najviše primenjuju tenzometarske merne trake koje se najĉešće lepe na elastiĉni torzioni dinamometar. Uglavnom se montiraju izmeĊu motora i ulaznog vratila neke radne mašine (pomoću krutih spojnica koje omogućuju radijalno i aksijalno podešavanje vratila). Mehaniĉka snaga je proizvod obrtnog momenta i broja obrtaja – moraju se izmeriti dve meĊusobno nezavisne veliĉine i zdruţiti u proizvod

Najĉešće se koriste merne trake zalepljene pod nekim uglom da bi se dobio torzioni navoj, a on pretvorio u obrtni momenat.

U visoko mehanizovanom društvu, obrtni momenat je jedna od najvaţnijih mehaniĉkih veliĉina koje se mere. Nije bitno merenje obrtnog momenta samo kod parnih turbina nominalnog momenta 50kNm pri 8000o/min i izlaznom snagom od 40MW ili kod motora Formule 1 sa 1 do 2kNm pri 20.000o/min, već u stvari kod svega gde imamo korišćenje obrtnog kreanja. Ima nebrojeno primera preimene merenja obrtnog momenta kod probnih stolova, praćenje i kontrole procesa u proizvodnji, kontrole kveliteta, istraţivanja i razvoja. Sve vaţnije, u cilju optimizacije, postaje taĉnost izmerenih vrednosti, pouzdanost i ponovljivost rezultata. Naroĉito je to izraţeno kod istraţivanja i razvoja motora i prenosnika snage. Problemi vezani za energiju sa kojima se danas suoĉavamo, otvaraju vrata za nove primene. Obrtni moment se moţe izraĉunati i preko elektriĉne snage i brzine obrtanja. Sa današnjim instrumentima je lako izmeriti oba parametra; ipak raĉunski dobijen momenat ima poveću grešku, pošto rasipanje snage i stanje mašine imaju veliki uticaj. Oblasti gde se primenjuje ovaj metod su praćenje procesa, kao što su mešalice, mikseri meljaĉi i sliĉno, pošto je bitno merenje dodatnih veliĉina kao što je reaktivna snaga ili efikasnost. Bitna prednost ove metode je to što nije potrebna mehaniĉka intervencija da bi se obavilo merenje. Nesigurnost koja je vezana za ovakav naĉin raĉunskog merenja je nekoliko puta veća nego merenje sa senzorima sa mernim trakama. Direktno merenje obrtnog momenta (in-line) Ova metoda zahteva rotirajući senzor koji se direktno montira u transmisiju. Slika pokazuje ovaj princip. Davaĉi momenta u ovom sluĉaju dolaze u tri oblika: • vratilo sa leţajevima • vratilo bez leţaja • prirubnica.

25. APSORPCIONI DINAMOMETAR SA VRTLOŢNIM STRUJAMA Najjednostavniji tip apsorpcionog dinamometra je pronykoĉnica, koje su striktno razvijene na ĉistoj frikciji (trenju) preko kog se konvertuje mehaniĉka energija u toplotu. Postoji više tipova prony koĉnica, dva su

Drugi tip dinamometra funkcioniše na sliĉnim principima a to je vodena koĉnica, koja koristi trenje u fludu, koja usljed toga u fluidu razvija toplotu na raĉun ulazne mehaniĉke energije. Najjednostavniji primjer dinamometra sa koĉenjem vodom je prikazan na slici 7.8. Kapacitet je funkcija dva faktora a to su brzina i nivo fluida (vode). Apsorpcija snage je aproksimativno funkcija kvadrata brzine, a apsorpcija na odreĊenoj brzini moţe biti kontrolirana podešavanjem nivoa fluida (vode).

26. DINAMIĈKE OSOBINE MANOMETARA SA TEĈNOSTIMA

Manometri su instrumenti za merenje statiĉkog pritiska gasova i teĉnosti većeg od atmosferskog pritiska. Pokazuje samo razliku izmeĊu atmosferskog i pritiska koji se meri. Manometar se koristi za merenje pritiska u sistemima (radni fluidi mogu biti i vazduh i voda). Bitne karakteristike mjernih sistema su: -mjerni opseg -mjerno podruĉje -osjetljivost -taĉnost -preciznost -ponovljivost mjerenja

DINAMIĆKE KARAKTERISTIKEse dobiju kao rezultat dinamiĉke analize, pri ĉemu se ispituju vremenske promjene izlaznih veliĉina prema vremenskim promjenama ulaznih veliĉina. Pri dinamiĉkoj analizi izvode se razliĉite pobude. Primjenjuju se tri osnovne vrsti pobuda (promjena): prijelazne i periodiĉne koje spadaju u determinirane, te sluĉajne ili stohastiĉke. Prijelazne pobude su:

b. skokomiĉne - ulazna vrijednost mijenja vrijednost skokomice, trenutaĉno,

b. impulsna - ulazna veliĉina mijenja vrijednost skokomice, kratkotrajno zadrţava tu vrijednost, te opet skokomice poprima poĉetnu vrijednost. To su zapravo dvije uzastopne vremenski pomaknute skokomiĉne pobude istih iznosa, a suprotnih djelovanja,

c. δpobuda (Dirack-ova pobuda) - ulazna veliĉina poprima za trenutak beskonaĉno veliku vrijednost,

d. uzlazna (linearna) - ulazna veliĉina mijenja vrijednost postupno.

27. BURDONOVA CIJEV

28. PIEZOELEKTIĈNI MANOMETRI Polazeci odosnovnih izraza za piezoelektricni efekt, vidi se da se pri dejstvu pritiska na piezo- elektricnu plocicu dobija kolicina naelektrisanja Q = k · F = k · p · S; gde je Spovr·sina pretvaraca. Piezoelektricni pre- tvaraci za merenje pritiska, po pravilu, rade po- sredno, tj. pritisak deluje na plocicu preko mem- brane (slika 8.7).Piezoelektricne pretvarace za merenje priti- ska odlikuju male dimenzije i visoka rezonantna u·cestanost (stotinak kHz), sto ih cini pogodnim za dinamicka merenja pri impulsnim promenama pritiska, kao na primer pri eksplozijama ili udar-

nim talasima u gasovima.

29. DINAMIĈKE OSOBINE PRETVARAĈA PRITISKA

Мерни претварачи притиска течности или гаса увек су сложени уређаји.Притисак се у претварачу МP1 претвара у ниво тећности или померај. Претварач МP2 је један од описаних претварача нивоа течности или помераја.

Претварачи притиска са елестичном деформацијом – Мери се ефекат притиска флуида на судове у којима се налазе, изражен као линеарни или угловни померај.Ови претварачи могу да буду са мехом, са мембраном или манометарском опругом.Недостатак – промена особина елестичности са временом.

1. Претварач притиска са мембраном – За мерење нижих притисака користи се равна мембрана.То је танка метална плоча која дели металну комору на два дела.материјал i конструкција претварача бирају се према величини притиска и условима рада,према врсти гаса или течности са којима мембрана долази у додир.

Под дејством разлике притисака у деловима коморе раздвојених мембраном настаје њена елестична деформација.Мембрана је једна од електрода капацитивног претварача линеарног помераја.Комора представља другу електроду. Промена растојања између електрода,услед разлике притисака утиче на промену капацитивности,па се на излазу капацитивног претварача MP2 добија се електрични сигнал сразмеран мереном притиску.

30. KONTINUALNI METODI MJERENJA NIVOA TEĈNOSTI Nivo je visina teĉnog ili usitnjenog (sipkastog, praškastog) materijala u posudi. Nivo radnog medija je tehnološki parametar, pa je informacija o njemu neophodna za kontrolu rada tehnoloških aparata, a u nizu sluĉajeva i za upravljanje tehnoIoškim procesima. U suštini, nivo predstavlja graniĉnu površinu izmeĊu dve sredine razliĉite gustine u odnosu na neku horizontalnu površinu uzetu kao referentnu. Graniĉna površina je obiĉno izmeĊu teĉne i gasne faze, a reĊe izmeĊu dve teĉne faze. Senzori za merenje nivoa nazivaju se nivometrima. Merenje koliĉine (zapremine) teĉnog i usitnjenog materijala u rezervoaru vrši se na osnovu informacija o nivou. Zbog promenljivog popreĉnog preseka rezervoara zapremina je data integralnom jednaĉinom

Merenje nivoa teĉnosti u nekom rezervoaru daje uvid u zapreminu, a kod poznate gustine,

takoĊe i u masu teĉnosti.Klasiĉna neposredna merna metoda, koja se i dalje koristi u praksi,

sastoji se u uronjavanju metalne sipke-lenjira. Vizuelnim putem uoĉava se do kog nivoa je

merna šipka okvašena.U savremenoj tehniĉkoj praksi, prvenstveni znaĉaj imaju elektriĉni

metodi merernja nivoa koji su primenljivi za daljinska merenja, a takoĊe i u procesnoj

tehnici.Naĉini merenja nivoa mogu se podeliti na kontinualne i diskretne. Kontinualna merenja

daju trenutnu vrednost nivoa dok diskretna merenja daju signal kada nivo teĉnosti poraste ili

opadne u odnosu na neku zadatu graniĉnu vrednost.

UreĊaji kod kontinualnog metoda koriste plovak koji neposredno ili preko kotura deluje na potenciometarski pretvaraĉ za merenje translatornog ili ugaonog pomeranja. Na primer, kod automobila koriste se meraĉi nivoa sa plovkom uĉvršćenim za jedan kraj poluge dok drugi kraj pokreće klizaĉ potenciometra.

Izbor kontinualnih metoda praćenja nivoa zavisi od vrste medija, od toga da li je rezervoar otvoren ili zatvoren, te od toga da Ii je zatvoreni rezervoar pod natpritiskom ili potpritiskom. U zavisnosti od ovih karakteristika, postoji veliki broj razliĉitih metoda u tehnici merenja nivoa. U automatizaciji tehnoloških procesa za kontinualno mjerenje nivoa najviše se upotrebljavaju:

Hidrostatski senzori

Senzori na principu plovka

Kapacitivni senzori

Otporniĉki senzori nivoa

Ultrazvuĉni senzori.

31. DISKRETNI METODI MJERENJA NIVOA TEĈNOSTI Kod diskretnih metoda odreĊivanje nivoa teĉnosti, u trenutku kada nivo preĊe neku odreĊenu vrednost generiše se signal koji se koristi za automatsku zaštitu od prepunjavanja rezervoara ili kao alarm da je nivo pao ispod najmanje dozvoljene vrednosti. Sa vise kontaktnih senzora postavljenih u vertikalnom nizu, koji aktiviraju niz sijalica dobija se svetlosni indikator koji daje priblizno analogni prikaz trenutnog nivoa teĉnosti. Kod provodnih teĉnosti koristi se kontaktni metod sa dve razmaknute elektrode koje se u vazduhu ponašaju kao otvoreni, a u teĉnosti kao zatvoreni prekidaĉ. Kod dielektriĉnih teĉnosti primenjuje se kapacitivni senzori u vidu malog kondenzatora ĉija se kapacitivnost pri potapanju skokovito poveća r puta, gde je r relativna dielektriĉna konstanta.Kao diskretni senzori nivoa koriste se i samozagrejani otporni senzori temperature (metalni otpornici, NTC i PTC termistori). Pošto je toplotna provodnost teĉnosti mnogo veća nego toplotna provodnost vazduha, pri potapanju u teĉnost temperatura senzora opada, time se dobija skokoviti strujni ili naponski signal.

32. TURBINSKI PROTOKOMETRI Protok je koliĉina sipkastog materijala, teĉnosti ili gasa koja protekne kroz posmatrani popreĉni presjek za jedinicu vremena. Koliĉina se izraţava u jedinicama mase ili zapremine, pa se razlikuju: a) Maseni protok: Qm = dm/dt [kg/s] b) Volumenski protok: Qv=dV/dt [m3/s] Egzaktniji je maseni protok jer opisuje stvarnu koliĉinu materije u kretanju. Volumenski protok zavisi od gustine, pritiska i temperature materije, te od lokalne gravitacije. Senzor protoka naziva se protokometrom ili protokomjerom.Protok sipkastog materijala obavezno se izraţava kao maseni, aprotok teĉnosti i gasova obiĉno kao volumenski. Protokometar sluţi da prenese informaciju kompjuteru koliko je vazduha u datom momentu prošlo kroz popreĉni presek cevi u kome se nalazi a nalazi se izmeĊu kućišta filtera vazduha i turbine.Protokomer daje informaciju o trenutnom protoku vazduha; na osnovu ove informacije

upravljaĉki ureĊaj odreĊuje koliĉinu ubrizganog goriva (benzinski motori) ili maksimalnu koliĉinu goriva i koliĉinu izduvnih gasova za recirkulaciju (dizel motori);

protokomer sa "L" klapnom. Primenjuje se na vozilima od otprilike 1985. godine do otprilike 1995. IzraĊeni su od aluminijumskog kućišta u kojem je pokretna klapna u obliku slova "L". Ovi protokomeri imaju plastiĉan crni poklopac koji je fabriĉki zalepljen i koji NE SME da se otvara. Ovi protokomeri veoma retko otkazuju. Najveći problem kod ovih protokomera su osobe koje smatraju da će skidanjem ovog poklopca i pomeranjem poloţaja kalibracione opruge bolje podesiti protokomer nego fabrika. Drugi problem ovih protokomera su mehaniĉka oštećenja koja nastaju prilikom saobraćajnih udesa ili na vozilima sa ugraĊenim ureĊajem za pogon na gas. Naime, usled povratnih paljenja smeše u usisnoj grani javlja se nagli i veliki protok zapaljene smeše od motora prema filteru, koji, i pored rasteretnih i povratnih ventila, veoma ĉesto mogu oštetiti protokomer. Veoma retko, i to na vozilima koja su prešla izuzetno veliki broj kilometara, moţe doći do istrošenja potenciometra koji je sastavni deo protokomera.

protokomer sa grejnom ţicom. Ovi protokomeri obiĉno se nalaze na vozilima proizvedenim od 1990. do 1996. godine. Imaju kućište u obliku plastiĉne cevi na kojoj je elektronski sklop veliĉine kutije cigareta. Unutar cevi kućišta, na sredini, izmeĊu rešetki sa obe strane, nalazi se grejna ţica od platine debljine 70 mikrometara. Ovu ţicu zagreva elektronski sklop protokomera, a hlaĊena je protokom vazduha. Jaĉina struje elektronskog sklopa kojom se odrţava temperatura grejne ţice, mera je protoka mase vazduha. Ovi protokomeri su veoma trajni i precizni. Osnovni kvarovi su prekid platinijumske ţice i neispravnost elektronskog sklopa.

ultrazvuĉni protokomeri. Ovakvi protokomeri obiĉno imaju aluminijumsko kućište u obliku cevi sa elektronskim sklopom veliĉine kutije šibica. Unutar cevi, sa dve nasuprotne boĉne strane vidljive su samo dve okrugle ravne površine; to su ultrazvuĉni prijemnik i predajnik. Ovakvi protokomeri koriste doplerov efekat, i skoro da se i ne kvare.

Protokomeri koji koriste Karman-Vortex princip. I ovi protokomeri imaju kućište u obliku cevi sa elektronskim sklopom na njemu. Unutar cevi kućišta vidljiv je plastiĉan umetak koji u preseku ima oblik trapeza. Ovaj umetak prilikom protoka vazduha stvara vrtloţenje, ĉija frekvencija je proporcionalna protoku. Ovakvi protokomeri skoro da se i ne kvare.

protokomeri sa vrelim slojem, starije generacije. Obiĉno imaju plastiĉno kućište u obliku cevi, sa umetkom koji je vijcima uĉvršćen, na kojem se nalaze senzorski elemenat, elektronski sklop i konektor sa ĉetiri elektriĉna kontakta. Umetak ima, sa unutrašnje strane cevi, vidljiv metalni deo koji sluţi za hlaĊenje elektronike, i senzorski elemenat u vidu tanke ploĉice u blizini vrha umetka. Naţalost, ovaj senzorski elemenat puca, i to je najĉešći kvar ove vrste protokomera. Princip rada veoma je sliĉan protokomeru sa grejnom ţicom. Koriste se na vozilima otprilike od 1992 do 1998 godine.

protokomeri sa vrelim slojem, novije generacije. Izgledaju sliĉno kao i prethodni, osim što nemaju velikih metalnih delova na umetku, i imaju pet elektriĉnih prikljuĉaka na konektoru (na mnogim vozilima koriste se samo ĉetiri, što je vidljivo po broju elektriĉnih

provodnika na konektoru instalacije vozila). Za struĉnjake, ovi protokomeri, kada nema protoka vazduha, imaju izlazni napon signala oko 1V, koji se povećava što je veći protok vazduha od filtera prema motoru, a za obrnut smer protoka (moţe se desiti prilikom većih pulsacija protoka pri niţim brojevima obrtaja motora) daju smanjenje napona signala ispod 1V. Koriste se na vozilima otprilike posle 1997. godine. U praksi, vek trajanja im je obiĉno 30.000 do 40.000 km. U tom periodu, budući da je u pitanju termiĉki senzor od poluprovodnika, dolazi do lagane promene karakteristika u odnosu na poĉetnu. Protokomer obiĉno funkcioniše, ali više nije dovoljno precizan. Dodatno, loš kvalitet ulja moţe dodatno da smanji vek trajanja protokomera. Kada se ugasi vreo motor, ulje loše kvalitete jako isparava, i ove pare dolaze do protokomera i menjaju karakteristike senzorskog elementa. Ovo se moţe prepoznati po umetku koji je masan i sjajan od ulja.

33. PROTOKOMETRI SA SUŢENOM CIJEVI

34. ANEMOMETRI SA UGREJANIM TIJELOM

- Omogućuje mjerenje masenog protoka - Nema pada pritiska - Mjerni signal ne zavisi od sastava teĉnosti - Koristi se za regulaciju masenog protoka

Anemometrisa ugrejanom ţicom i filmom se koriste za dinamiĉka merenjakada se zahteva velika brzina odziva.Senzori od ţice (platina, volfram, nikl i sliĉno) su duţine oko 5mm I d e b l j i n e 5 – 1 0 μm.Rad se zasniva na promeni odvoĊenja toplote sa ugrejane ţice u zavisnostiod brzine strujanja okolnog fluida.Anemometri od ţice su podloţni kidanju pri mehaniĉkim udarima ipregorevaju pri visokim strujama zagravanja pa se ţica presvlaĉi tankimzaštitnim slojem od kvarcnog stakla. Jošstabilniji senzori se dobijaju kadase umesto ţice koristi tanak film koji se ostvaruje naparavanjem metalnogsloja na kvarcnu ili keramiĉku podlogu. Prednost filmova se ogleda u boljimmehaniĉkim osobinama, manje pregorevaju i nisu podloţni uticajuneĉistoća.

35. PITOTOVA CIJEV Pitot-cijev je posebno konstruisana kratka i šuplja cijev koja se postavlja s vanjske aviona u smjeru relativne struje vazduha.Kroz centralni otvor prikuplja se ukupni strujanja vazduha. Pomoću Pitot-cijevi i statiĉkog otvora brzinomjer aviona mjeri brzinu. Statiĉki otvor se izvodi ili kao jedan odnosno više boĉnih otvora bilo na Pitot-cijevi (koja se u takvoj izvedbi naziva i Pitot-statiĉka cijev), bilo kao posaban otvor na oplati aviona. Statiĉki otvor sluţi za mjereje statiĉkog vazduha, dakle pritiska koji vlada u sredstvu (u ovom sluĉaju je to vazduh) i ne ovisi o gibanju sredstva, i stoga se za smještaj statiĉkog otvora bira ono mjesto na kojem nema znaĉajnog niti povećanja niti smanjenja pritiska vazduhauzrokovanog kretanjem aviona.

Prema Bernoullijevoj jednacini je ukupni tlak jednak zbroju statiĉkog pritiska (koji vlada u sredstvu bez gibanja) i dinamiĉkog pritiska (koji se pojavljuje kada se sredstvo giba).

Питоова цев представља широко распрострањен претварач за мерење брзине у отвореним и затвореним струјањима флуида,посебно гасова,а користи се за мерење брзине летелица,за мерење струјања гасова у цевима, за калибрацију анемометра итд. Цев има два отвора.Један отвор је је усмерен насупрот струјању флуида и на њему влада такозвани зауставни притисак јер се струјање ваздуха на овом отвору зауставља, тј.ту је V1=0.Као други отвор користи се систем од неколико рупа на обиму цеви, тако да се поред њих ваздух креће брзином блиској стварној брзини ваздуха V2=V. Применом Бернулијеве једначине за разлику притиска добија се dp=(p*v^2)/2 одакле и добијамо брзину.

36. BIMETALNI TERMOMETRI Bimetalni termometri: rade na osnovama dva spojena metala razliĉitih koeficijenata toplinske ekspanzije. Porastom temperature metal višeg koeficijenta toplinske ekspanzije izaziva savijanje toplinske poluge, te se javlja defleksija d koja je u funkciji temperature

- Defleksija d je jako mala ali se njena vrijednost moţe povećati upotrebom bimetalne opruge kao na slici 31b). - Bimetalni termometri su priliĉno jeftini ali i dosta neprecizni - Ne koriste se ĉesto u industriji jer ne mogu osigurati daljinsko davanje signala - Temperaturno osjetni prekidaĉi (termostati) se ĉesto temelje na osnovi kao na slici 31b - Razlika je ta što se umjesto strijelice za pokazivanje koriste prekidni kontakti (switch contacts)

37. OTPORNI TERMOMETRI - Elektriĉni otpor većine metala raste otprilike linerano s porastom temperature. Ako metalna ţica ima temperaturu R0 pri 0°C, elektriĉni otpor pri temperaturi T je: RT = R0(1 + αT + βT2 + .....) - Za većinu industrijskih primjena ĉlanovi jednadţbe s kvadratnom potencijom i više se mogu zanemariti te vrijedi jednacina: RT = R0(1 + αT) - Gornja jednacina vrijedi za raspon temperatura: 0 ˂ T ˂ 150°C - Gdje se konstanta α zove temperaturni koeficijent elektriĉnog otpora Temperaturni senzori temeljeni na osnovama promjene elektriĉnog otpora zovu se otporni temperaturni senzori (resistance temperature detectors - RTD) - Njihova specifikacije je data za otpor pri temperaturi od 0°C i za promjenu otpora u intervalima od 100°C - Interval od 0°C do 100°C naziva se temeljni(fundametalni) interval - RTD od platine projektirani su s otporom od 100 ohma pri 0°C - Ovakvi senzori mogu se koristiti za temperaturne domete od -200°C do 800°C s toĉnošću od } 0,5% u intervalu od 0°C do 100°C , te s toĉnošću od } 3% na ekstremnim temperaturnim dometima - RTD su dostupni u razliĉitim oblicima i prikazani su na slici 34. te su projektirani da štite metalnu ţicu od mehaniĉkih oštećenja ali bez izazivanja dodatnih naprezanja metala - Iako direktni kontakt metalne ţice i fluida koji se mjeri ima najbolji efekt i najbrţi odgovor, to se izbjegava zbog korozivnih oštećenja metalnih ţica

38. TERMOPAROVI

Termoparovi su dobar izbor za merenje temperature zato sto koriste sopstvenu energiju,malo koštaju,izdrţljivi su i rade na sirokomtemperaturnom opsegu.Postoji mnogo tipova termoparova, a samim tim i veliki izbor za razlicite primene. Ovo poglavlje objasnjava fiziĉkifenomen,vrste termopara,njihovu instalaciju i praktiĉnu upotrebu.

U najprostijem slucaju termopar moze da sadzi dve razlicite zice kojesu spojene na jednom kraju, a ciji se slobodni krajevi prikljuce namerni instrument(Slika 5.1).Neto EMS ce biti indikovana prekovoltmetra,a to je funkcija temperaturne razlike izmedju spoja i konektora voltmetra.Cena takvih uredjaja koji su komercijalnodostupni se krece oko 15$ (cena iz 2001.god),takav uredjaj imadisplej za direktno ocitavanje (Slika 5.2). Termoparovi imaju široku upotrebu u industriji i istrazivanjima sa primenom na temperaturi od-272˚C do 2000˚C.

Termopar

39. DINAMIĈKE OSOBINE KONTAKTNIH TERMOMETARA

Metode za merenje temperature dele se na:

Kontaktne

Beskontaktne.

Kontaktni senzori (kontaktni termometri) moraju da budu u neposrednom kontaktu sa medijumom ĉija se temperatura meri, i kod preciznih merenja temperatura osjetnog elementa mora biti jednaka temperaturi radnog medijuma. Prema tome, ulazni signal osjetnih elemenata ove grupe termometara je temperatura, a izlazni je pomeranje, tj. dilatacija, pritisak ili neka elektriĉna veliĉina.

Princip rada mehaniĉkih dodirnih termometara je zasnovan na razlici izduţenja dva razliĉita materijala, koji mogu biti uĉvrstom, teĉnom ili gasovitom stanju.

Dodirni termometri

- sa mehaniĉkim izlaznim signalom

dilatacioni termometri (sa linearnom dilatacijom, sa zapreminskom dilatacijom)

manometarski termometri (sa gasovima, teĉnostima, parama)

sa elektriĉnim izlaznim signalom

termometri sa promenom elektriĉnog otpora (metala, poluprovodnika, elektrolita)

termoelementi

termometri sa kvarcnim oscilatorom

termometri bazirani na gasno-dinamiĉkim i akustiĉnim principima

pirometri sa trajnom deformacijom

termokolor termostati

Kontaktni termometri rade na principu primjene odreĊene fiziĉke karakteristike senzora u zavisnosti od temperature:

rastezanje predmeta u zavisnosti od temperature

promjena otpornosti u zavisnosti od temperature

proizvodnja termoelektričkog napona

mehanička deformacija

promjena gustine

PLINSKI TERMOMETAR

Plínski termometar je fizikalni mjerni ureĊaj za merjenje temperature, koji deluje na

naĉelu raztezanja idealnog plina. Plinski termometri se u praksi ne uporabljavaju. Plinski

termometar se ĉesto koristi za kalibraciju drugih termometara.

Plinski termometar je sliĉne konstrukcije kao i termometri punjeni teĉnošću, samo što je

punjenje ovog termometra izvedeno nekim inertnim gasom.

Mjerenje termodinamiĉke temperature T ovim termometrom svodi se na precizno mjerenje

pritiska i volumena plina u zatvorenoj posudi, pri ĉemu kao osnovu koristimo jednaĉinu stanja

idealnog gasa.

TERMOMETRI PUNJENI TEKUĆINOM

Mjerenje temperature se zasniva na pojavi promjene volumena tekućine s promjenom

temperature. Kao medij se obiĉno upotrebljava ţiva ili alkohol, koji se oboji radi lakšeg

oĉitavanja sl.2. Najĉešće se koriste u laboratorijskoj i medicinskoj primjeni. Krhki su i lako

lomljivi, pa se njima treba paţljivo rukovati. Radi zaštite od lomaĉesto se koriste u zaštitnim

kućištima. Stabilni su i relativno jeftini.[1]

Tablica 2. Prikaz temperaturnih mjernih podruĉja za razliĉite tekućine

Tekućina Temperaturno mjerno podruĉje

Pentan -20÷+20°C

Alkohol -110÷+50°C

Toluol -70÷+100°C

Ţiva bez plinskog punjenja -30÷+280°C

Ţiva s plinskim punjenjem -30÷+750°C

Kako rade?

U termometru se nalazi tanka staklena cijev sa zadebljanjem na donjem dijelu. To zadebljanje

ispunjeno je tekućinom.Kad se termometar zagrije, tekućina se širi i podiţe uz cijev.Na

hladnome se tekućina opet skuplja pa njena razina u cijevi pada.

Tekućina se u cijevi termometra širi i skuplja povećanjem i smanjenjem titranja njenih atoma ili

molekula. Srebrnasta tekućina koju viĊamo u većini termometara je ţiva. Ako termometar sadrţi

crvenu ili plavu tekućinu, radi se o obojanom alkoholu. Ţiva se širi brţe od alkohola, pa zbog

toga brţe pokazuje temperaturu. MeĊutim, alkohol se širi jaĉe, pa se moţe koristiti u široj

cijevi.Postoji još nekoliko vrsta termometara. Neki od njih toplinu pretvaraju u elektriĉne signale

koji pomiĉu kazaljku ili ispisuju temperaturu na brojĉaniku.

ELEKTRIĈNI DODIRNI TERMOMETRI

Prikazivanje promjene otpora metala ili poluvodiĉa kao i promjene termoelektriĉnog napona kod metala ili legura metala su najĉešći postupci mjerenja temperature. Mjerno podruĉje, taĉnost i dinamika mjerenja suoupšteno bolji nego kod mehaniĉkih sistema.Troškovi i cijena su veći zbogelektriĉne obrade signala. 1821. godine Seebeck je otkrio novu pojavu. Spojio je dvije ţice od razliĉitih materijala (npr. ţeljezo i bakar) i spojio njihove slobodne krajeve, slika 5.Spojena mjesta je oznaĉio sa t1 i t2. Kada je zagrijavao jedan od ta dva spojna mjesta, dok je drţao na sobnoj temperaturi, ustanovio je da kroz taj zatvoreni strujni krug teĉe elektriĉna struja.

KVARCNI TERMOMETAR

Kvarcni kristal se koristi kao element za stabilizaciju uĉestanosti elektronskih oscilatora, temperaturno stabilnih. Postoje takvi pravci sjeĉenja kristala kvarca, kada kvarc ima relativno veliku zavisnost rezonantne uĉestanosti od temperature. Pri tome se dobija dobra linearnost u opsegu -30°C do 150°C.

Nedostatak kvarcnog termometra je osjetljivost pretvaraĉa na mehaniĉke potrese i udare, jer je

ploĉicakvarca veoma tanka, kao i visoka cijena ovakvog termometra.

GREŠKE DODIRNIH TERMOMETARA I METODE KOREKCIJE

Greške pri merenju temperature dodirnim termometrima mogu biti statiĉke i dinamiĉke. Statiĉke greške predstavljaju greške koje se javljaju u stacionarnom stanju i najĉešće se javljaju usled odvoĊenja toplote, usled zraĉenja ili usled postavljanja termometra u struju velike brzine. Dinamiĉke greške nastaju pri promeni temperature koja se meri, zbog inercije termometra.

DINAMIĈKE GREŠKE TERMOMETRA

Ove greške se javlaju pri mjerenju temperatura koje se menjaju u toku vremena. Termometar

bez zaštitne obloge ima dinamiĉku karakteristiku sistema prvog reda, sa vremenskom

konstantom koja je proporcionalna toplotnoj kapacitivnosti termometra i otporu prenosu toplote

izmeĊu fluida i termometra, dok termometar sa zaštitnom oblogom ima dinamiĉke karakteristike

previše prigušenog sistema drugog reda. Termometar sa zaštitnom oblogom se moţe tretirati

kao kombinacija dva sistema prvog reda (obloga i termometar) vezana na red sa

meĊudejstvom. Dinamiĉke greške termometra se mogu smanjiti smanjenjem toplotne

kapacitivnosti termometra, odnosno obloge i termometra i povećanjem koeficijenta prenosa

toplote, što se moţe postići ugradnjom termometra na mestu najveće turbulencije.

40. PREDNOSTI I NEDOSTACI RADIJACIONIH TERMOMETARA Radijacioni termometri se primenjuju u merenjima u metalurgiji, pri topljenju ili valjanjumetala, zatim u staklarskoj i keramiĉkoj industriji. Ovo su najpogodniji instrumenti za mjerenjetemperatura na površinama materijala jer pri mjerenju ne menjaju raspodelu temperature objekta.Imaju veliki broj specijalnih primjena od kojih su najznaĉajnije sledeće:

Mjerenje temperatura pokretnih objekata (vozila, ţivih bića, objekata na pokretnoj traci,nebeskih tela u astronomskim merenjima)

Mjerenje temperatura otvorenih voda iz aviona ili helikoptera radi otkrivanja nepoţeljnihzagrevanja od strane industrijskih objekata

Otkrivanje suviše zagrejanih mjesta na dalekovodovima i drugim elektroenergetskimobjektima

OdreĊivanje temperaturske raspodjele na površini ljudskog tela u dijagnostiĉke svrhe

T e h n o š k i r a z v o j r a d i j a c i o n i h s e n z o r a j e u b r z a n , a p r i s u t n o j e i u s a v r š a v a n j e t e h n i k a prikupljanja i obrade signala što uslovljava brz razvoj tehniĉkih sistema zasnovanih na ovoj vrstimjerenja temperature, naroĉito u oblasti infracrvenog zraĉenja. Jedan primer je termovizijskisistem koji radi u infracrvenom delu spektra.Ovaj sistem nalazi sve širu primenu u industriji.

Primena radijacionih pirometara:

visoke temperature iznad 1400°C

temperature objekata s malim toplotnim kapacitetom ili lošom toplotnom provodljivošću

temperature koje se vrlo brzo menjaju

pokretni ili nepristupaĉni objekti

Primeri merenja:

površinske temperature plastike, keramike, tekstila, gume, papira ili boje

unutrašnje temperature peći za loţenje

temperature tunelskih peći i peći za kaljenje

temperature cementnih rotirajućih peći

Prednosti radijacionih termometara

Radijacioni pirometri mere temperaturu tela na bazi ukupnog zraĉenja tela na talasnim duţinama od 0 do∞ . Osnova rada je Štefan-Bolcmanov zakon.Ovaj uslov je u praksi teško ostvariti. Zato većina radijacionih pirometara meri temperaturu tela na osnovu zraĉenja uograniĉ- enom delu spektra, u kojem treba da se nalazi 90% ukupnog zraĉenja. Kao senzorizraĉenja u radijacionim pirometrima upotrebljavaju se iskljuĉivo senzori toplotnog zraĉenja.Konstrukcija radijacionih pirometara treba da omogući zahvatanje zraĉenja u što širem spektru ida ga fokusira na senzor pomoću odgovarajućeg optiĉkog sistema.Ovi pirometri upotrebljavaju se za beskontaktno merenje temperature u opsegu od -50°C do 3500°C, sa taĉnošću±1 - 1.5 %. Brzina odziva je 0.3 - 1.5s. Ĉestice prašine ili vlage izmeĊu objekta merenja i pirometra apsorbuju deo zraĉenja što utiĉe na smanjenje taĉnosti. Velikatemperatura okoline takoĊe negativno utiĉe na taĉnost merenja.Radijacioni pirometar kalibriše se na osnovu zraĉenja crnog tela, ali kako realno telozraĉi u ograniĉenom delu spektra, izmerena temperatura biće manja od stvarne. Izmerenatemperatura je uslovna temperatura i oznaĉava se kao radijaciona temperatura Tr. . Definiše sekao temperatura na kojoj realno telo (sa stvarnom temperaturom T) ima isto ukupno zraĉenje kao i crno telo