načítání...


menu
nákupní košík
Košík

je prázdný
a
b

Kniha: Automatizace a automatizační technika 1 -- Systémové pojetí automatizace – Pavel Beneš; Branislav Lacko; Ladislav Maixner; Ladislav Šmejkal; Rudolf Voráček; Jindřich Král; Josef Janeček; Gunnar Künzel; Jaroslav Semerád; Pavel Souček; Bohumil Šulc

Automatizace a automatizační technika 1 -- Systémové pojetí automatizace
-15%
sleva

Kniha: Automatizace a automatizační technika 1
Autor: Pavel Beneš; Branislav Lacko; Ladislav Maixner; Ladislav Šmejkal; Rudolf Voráček; Jindřich Král; Josef Janeček; Gunnar Künzel; Jaroslav Semerád; Pavel Souček; Bohumil Šulc
Podtitul: Systémové pojetí automatizace

Na základě průzkumu zkušeností učitelů se staršími učebnicemi automatizace připravilo kolegium zkušených pedagogů a odborníků z praxe modernizovanou koncepcí dvoudílné publikace. Ta inovuje a rozšiřuje náplň předmětu o oblasti, které jsou ... (celý popis)
Titul je na partnerském skladu >50ks - doručujeme za 4 pracovní dny
Vaše cena s DPH:  199 Kč 169
+
-
rozbalKdy zboží dostanu
5,6
bo za nákup
rozbalVýhodné poštovné: 74Kč
rozbalOsobní odběr zdarma

hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1% 80%   celkové hodnocení
3 hodnocení + 0 recenzí

Specifikace
Nakladatelství: » Computer press
Médium / forma: Tištěná kniha
Rok vydání: 2012
Počet stran: 224
Rozměr: 167 x 225 mm
Úprava: 2 sv. (217; 241 stran): ilustrace
Vydání: 1. vyd.
Skupina třídění: Automatizační a řídicí technika
Učební osnovy. Vyučovací předměty. Učebnice
Vazba: brožovaná lepená
Datum vydání: 5. 9. 2012
Nakladatelské údaje: Brno, Computer Press, 2012-2014
ISBN: 9788025136287
EAN: 9788025136287
Ukázka: » zobrazit ukázku
Popis

Na základě průzkumu zkušeností učitelů se staršími učebnicemi automatizace připravilo kolegium zkušených pedagogů a odborníků z praxe modernizovanou koncepcí dvoudílné publikace. Ta inovuje a rozšiřuje náplň předmětu o oblasti, které jsou s automatizací neoddělitelně spojeny, a ekonomické a další aspekty jejího optimálního zavádění a využívání. Těžiště učebnice tvoří problematika automatické regulace a automatizačních prostředků s důrazem na využívání současných, elektronických prvků číslicové mikroelektroniky. Teoretický výklad je doplněn stovkami názorných nákresů, řadou přehledných tabulek a grafů i ukázek zařízení z praxe. Naleznete v ní dostatek podnětů k demonstraci průběhu stěžejních regulačních a řídicích procesů simulací např. v prostředí Matlab ve školních laboratořích. Učebnice se věnuje mimo jiné těmto tématům: - Efektivní využití automatizace ve všech oborech lidské činnosti - Logické funkce a jejich kombinace, Karnaughova mapa - Schémata z hradel, zapojování logických integrovaných obvodů - Senzory mechanických veličin, teploty a strojového vidění - Pneumatické, hydraulické a elektrické akční členy - Programování a projektování systémů s PLC - Kniha je určena především pro žáky středních odborných škol a studenty terciárního - vzdělávání, využití však najde i v průmyslové praxi. Na tento díl úzce navazuje kniha Automatizace a automatizační technika 2, která vychází na konci roku 2012. Dohromady tvoří ucelené dílo pokrývající středoškolskou látku oboru automatizace a nahrazují úspěšnou čtyřdílnou řadu stejnojmenných učebnic z roku 2000. O autorském kolektivu: Publikace je výsledkem společného úsilí zkušených odborníků Českomoravské společnosti pro automatizaci: • doc. Ing. Pavel Beneš, CSc. (strojní fakulta ČVUT Praha) • doc. Ing. Josef Janeček, CSc. (fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TU Liberec) • Bc. Jindřich Král (SOŠ a SOU Lanškroun) • Ing. Gunnar Künzel (technická fakulta ČZU Praha) • doc. Ing. Branislav Lacko, CSc. (strojní fakulta VUT Brno) • Ing. Jaroslav Semerád (VOŠ a SPŠE Liberec) • doc. Ing. Pavel Souček, DrSc. (strojní fakulta ČVUT Praha) • Ing. Ladislav Šmejkal, CSc. (Teco, a. s. Kolín) • Ing. Rudolf Voráček (VOŠ a SPŠ Žďár nad Sázavou) pod vedením doc. Ing. Ladislava Maixnera, CSc. Lektorství se ujal prof. Ing. Bohumil Šulc, CSc. (strojní fakulta ČVUT Praha). (systémové pojetí automatizace)

Předmětná hesla
Kniha je zařazena v kategoriích
Pavel Beneš; Branislav Lacko; Ladislav Maixner; Ladislav Šmejkal; Rudolf Voráček; Jindřich Král; Josef Janeček; Gunnar Künzel; Jaroslav Semerád; Pavel Souček; Bohumil Šulc - další tituly autora:
Automatizace a automatizační technika I. Automatizace a automatizační technika I.
Základy praktické chemie 1 -- pro 8. ročník základní školy Základy praktické chemie 1
Autorská řešení -- Základy chemie 1, Základy chemie 2 Autorská řešení
Metody tvůrčí práce -- zvyšující tvůrčí potenciál Metody tvůrčí práce
 (e-book)
Projektový management podle IPMA -- 2., aktualizované a doplněné vydání Projektový management podle IPMA
Vědci, vynálezci a podnikatelé v Českých zemích 1. -- Marků, Diviš, Veverkové, Ressel, Perner Vědci, vynálezci a podnikatelé v Českých zemích 1.
Servomechanismy Servomechanismy
 (e-book)
Zraková postižení -- behaviorální přístupy při edukaci s pomůckami Zraková postižení
 (e-book)
Vyšetřovací metody v optometrii -- a interpretace jejich výsledků v praxi Vyšetřovací metody v optometrii
 
Ke knize "Automatizace a automatizační technika 1 -- Systémové pojetí automatizace" doporučujeme také:
Učebnice jazyka C 1.díl 6.v. Učebnice jazyka C 1.díl 6.v.
Elektrotechnická schémata a zapojení 1 -- základní prvky a obvody, elektrotechnické značky Elektrotechnická schémata a zapojení 1
 
Recenze a komentáře k titulu
Zatím žádné recenze.


Ukázka / obsah
Přepis ukázky

67

KAPITOLA 3

3 Automatizační

prostředky

Automatizační prostředky je obecný pojem pro veškeré nástroje, konstrukční prvky a vybavení, které se používá při automatizaci v praxi. Společenský i ekonomický důraz kladený na automatizaci přinesl neobyčejný rozvoj celého sortimentu automatizačních prostředků. Současný konstruktér automatických soustav má při jejich přípravě širokou nabídku nejrůznějších konstrukčních prvků, které může při své práci využít. Nebudeme se zde zabývat strojírenskými prostředky, jež tvoří základ například výrobních strojů, ani prostředky pro dopravu materiálu, polotovarů i výrobků. Ty jsou náplní studia strojírenských předmětů i oborů. Zaměříme se na prostředky, které přímo souvisejí s automatickou funkcí jakékoliv soustavy i speciálně stroje. Náš zájem bude soustředěn na prostředky zajišťující získání, přenos a zpracování informací v automatické soustavě. Stranou nezůstanou ani prostředky zajišťující výkon automatické funkce. Z tohoto pohledu můžeme automatizační prostředky uspořádat do čtyř skupin:  zdroje informací (senzory a jejich čidla),  přenos informací (sběrnice, zesilovače, převodníky),  prostředky pro zpracování informací (logické obvody, regulátory, programovatelné au

tomaty),

 výkonné akční členy a pohony (pneumatické, hydraulické, elektrické i kombinované). Všechny tyto automatizační prostředky patří do základu studia automatizace. Důležité informace o nich najdete v kap. 3, 4, 5. Regulátory pak bylo vhodné umístit bezprostředně po objasnění jejich funkce, tedy do kap. 6. Výklad problematiky automatizačních prostředků bude zahájen objasněním účelu a funkce zdrojů informací pro práci automatizovaných soustav, tj. senzorů. Senzory (obr. 3.1) jsou důležitou součástí většiny moderních automatizovaných soustav a zařízení. Jejich prvořadým úkolem je zjišťovat přítomnost různých fyzikálních, většinou neelektrických veličin a umožnit další zpracování získaných údajů. Rychle postupující vývoj mikroelektroniky napomohl rozšíření systémové schopnosti senzorů. Ty se postupně mění na tzv. in

V této kapitole se dozvíte:

 Senzory mechanických

veličin

 Senzory teploty

 Senzory strojového vidění

 Senzory pro identifikaci

 Logické obvody

 Zesilovače a převodníky

 Kontrolní otázky

 Literatura KAPITOLA 3 Automatizační prostředky 68 teligentní a kompaktní měřicí systémy s vestavěnými funkcemi zpracování signálu a specifickými možnostmi komunikace. Senzory můžeme dělit podle:  měřené veličiny na senzory teploty, tlaku, průtoku, me

chanických veličin (posunutí, polohy, rychlosti, zrychle

ní, síly, mechanického napětí aj.), senzory elektrických a

magnetických veličin aj.  fyzikálního principu na senzory odporové, indukčnost

ní, indukční, kapacitní, magnetické, piezoelektrické,

optoelektronické, optické vláknové aj.  styku senzoru s měřeným prostředím na bezdotykové a

dotykové (proximitní a taktilní).  tvaru výstupní veličiny na spojité (analogové) a dis

krétní (nespojité). Senzor je funkční prvek tvořící vstupní blok měřicího řetězce, který je v přímém styku s měřeným prostředím. Senzor je ekvivalentním pojmem k pojmům snímač, převodník nebo detektor. Citlivá část senzoru se označuje jako čidlo. Obr. 3.2 Schéma inteligentního senzoru Senzor snímá sledovanou fyzikální, chemickou nebo biologickou veličinu a tu podle určitého principu transformuje na měřenou veličinu, většinou elektrickou. Vzniklý analogový signál je možné transformovat převodníkem A/D na digitální signál a ten pak pomocí mikropočítače dále upravovat (např. provést korekce naměřených hodnot). Ve většině případů digitálního zpracování naměřeného signálu je výstup vybaven rozhraním umožňujícím přenos naměřených dat. 3.1 Senzory mechanických veličin Na přesném rotačním nebo lineárním pohybu závisí parametry celé řady automatizovaných soustav, a proto se neobejdou bez senzorů polohy, vzdálenosti a úhlu. Při volbě těchto senzorů vycházíme z přesnosti a rozlišení (podíl změny vstupního signálu ke změně signálu výstupního). Posuzujeme také rychlost přenosu dat, rozměry senzoru, jeho složitost, cenu atd. 3.1.1 Indukčnostní senzory Tyto senzory jsou pasivní. Měřená veličina je převáděna na změnu indukčnosti L nebo vzájemné indukčnosti M. Indukčnost je připojena do měřicího obvodu se střídavým napájením, nejčastěji můstkového nebo rezonančního.

Obr. 3.1 Provedení optického

senzoru


3.1 Senzory mechanických veličin

69

Bezdotykové senzory polohy jsou pasivní, binární nebo analogové senzory, reagující pouze na kov. Princip měření využívající vířivé proudy patří mezi bezkontaktní metody měření polohy a posunu. Základem senzoru je trvale pracující oscilátor, nejčastěji LC, jehož kmitočet je běžně 0,1 až

1 MHz (obr. 3.3). Cívkou

senzoru prochází střídavý

proud a kolem cívky, čidla,

se vytváří magnetické pole.

Pokud se v tomto poli nachází elektricky vodivý kovový materiál, tak se do něho podle Faradayova zákona naindukují vířivé proudy. Podle Lenzova pravidla je pole generované vířivými proudy protiběžné v porovnání s polem generovaným cívkou. Tím se zmenšuje amplituda ocilací. Pokud dále přibližujeme vodivý předmět, sníží se amplituda natolik, že její snížení vyhodnotí klopný obvod a změní svůj stav. Tím také změní svůj stav výstupní obvod, který podle zapojení sepne nebo rozepne spínač. Dotykové indukčnostní senzory měřící vzdálenosti mají široké pole uplatnění. Jejich předností je robustnost, vysoká spolehlivost i za ztížených podmínek, výborná kvalita signálu a teplotní stabilita. Senzory jsou dodávány s integrovanou nebo externí elektronikou a pro připojení měře ného objektu jsou vybaveny posuvným j ádrem, objímkou nebo trubicí. Nejčastěji se mimo již popsaný princip používají dva principy, a to FLDT (Fast Linear Displacement Transducer) lineární senzor polohy využívající vířivé proudy a LVDT (Linear Variable Diferential Transformer) proměnný rozdílový transformátor. Senzor FLDT pracuje na principu vířivých proudů. Funkce senzoru vychází ze změny vlastní indukčnosti cívky v závislosti na poloze hliníkové trubky spojené s odměřovaným objektem (obr. 3.4). Skládá se z válcové cívky s feritovým pláštěm. Do cívky zajíždí jádro, hliníková trubička nebo se po povrchu posunuje kroužek. Cívka je buzena střídavým proudem o kmitočtu kolem 100 kHz. Vytvořené vysokofrekvenční magnetické pole vyvolává ve vnitřní vrstvě vířivé proudy. Výsledná indukčnost závisí pouze na té části cívky, kde není zasunuta hliníková trubička a kde vystupuje magnetické pole. Tyto senzory se s výhodou využívají pro měření změn polohy v rozsahu kolem 500 mm. Lineární rozdílový transformátor LVDT je tvořen transformátorem s primárním vinutím, dvěma

Obrázek 3.4 Princip konstrukce senzoru FLDT

Obrázek 3.3 Funkční schéma indukčnostního senzoru


KAPITOLA 3 Automatizační prostředky

70

symetrickými sekundárními vinutími, zapojenými v protifázi. Změnou polohy feromagnetic

kého jádra se mění vzájemná indukčnost primárních a sekundárních cívek.

3.1.2 Magnetostrikční senzory

Pro odměřování vzdálenosti

a nastavování polohy jsou ur

čeny senzory pracující na mag

netostrikčním principu. Měře

ní je bezdotykové a absolutní.

U těchto senzorů (obr. 3.5) je

vlnovod vyroben ze speciální

slitiny niklu a oceli s vnějším

průměrem 0,7 mm a vnitřním

0,5 mm. Měděný vodič je ve

dený vnitřkem po celé délce té

to trubičky.

Start měření je inicializován

krátkým proudovým impul

zem. Tento proud vytváří kru

hové magnetické pole, které se otáčí okolo vlnovodu. Permanentní magnet v bodě měření je

použit jako ukazatel polohy, jehož magnetické siločáry jsou kolmé k elektromagnetickému poli.

V místě vlnovodu, kde se obě pole protnou, se vytvoří vlivem magnetostrikčního jevu velmi

malá elastická deformace, která se šíří vlnovodem oběma směry ve formě mechanické vlny.

Rychlost šíření této vlny na vlnovodu je 2 830 m/s a je prakticky nezávislá na vlivech okolního

prostředí. Část vlny, která dosáhne ke vzdálenému konci vlnovodu, je zatlumena, kdežto část,

jež přijde do signálového převodníku, je změněna na elektrický signál obrácením magne

tostrikčního efektu. Doba přeběhu vlny od místa vzniku k signálovému konvertoru je přímo

úměrná vzdálenosti permanentního magnetu elektroniky senzoru. Naměřený čas pak dovoluje

určit vzdálenost s extrémně vysokou přesností.

Senzory jsou k dispozici s měřicími rozsahy nastavitelnými požadovaným krokem. Provedení

výstupů umožňuje připojit senzory k tradičním vyhodnocovacím i řídicím jednotkám.

3.1.3 Kapacitní senzory

Základem kapacitního senzoru je dvou- nebo víceelektrodový deskový kondenzátor, jehož kapa

cita se mění prostřednictvím měřené neelektrické veličiny. Pro kapacitu deskového kondenzátoru

platí uvedený vztah:

C = ε

ε

r

S

d

(3.1)

Kapacita kondenzátorů (čidel) bývá řádově jednotky až stovky pF. Je proto velmi důležité eli

minovat vznikající parazitní kapacity. Čidlo je spojeno měřenou neelektrickou veličinou a vli

vem její změny (např. natočení rotoru) se může změnit mezera mezi deskami, plocha desek

a dielektrikum, a tím výsledná kapacita. Jako měřicí obvod se používají:

 střídavé můstky

 zpětnovazební obvody

Obrázek 3.5 Princip funkce magnetostrikčního senzoru polohy


3.1 Senzory mechanických veličin

71

 diferenční můstky

 rezonanční obvody.

Senzory na kapacitním

principu se používají na

měření síly materiálu, po

lohy, přítomnosti předmě

tu, deformace, hladiny

vlhkosti atd.

Kapacitní senzory bezdo–

tykové reagují na změnu

kapacity, která vznikne při

blížením snímaného objek

tu do elektrického pole

kondenzátoru. Základem

senzoru je vysokofrek–

venční RC oscilátor (obr.

3.6). Elektrody senzoru vy

tvářejí elektrostatické pole.

Aktivní plocha kapacitního senzoru je složena ze dvou soustředně umístěných kovových elektrod,

podobných elektrodám otevřeného kondenzátoru.

Není-li přítomen žádný objekt, kapacitní reaktance senzoru je nízká, proto je amplituda kmitá

ní malá. Přibližuje-li se objekt k tělu senzoru, vstupuje do elektrického pole vytvořeného elek

trodami. To způsobuje vzrůst vazební kapacity mezi elektrodami a obvod začíná oscilovat.

Amplituda kmitání je sledována komparátorem, který zajišťuje spínací výstupní signál. Pokud

chceme výstupní signál analogový, není v obvodu zapojen komparátor. Kapacitní senzory reagují

na kovové i nekovové materiály.

Vzhledem k rozdílné dielektrické

konstantě snímaného materiálu je

v senzoru zavedena nastavitelná

zpětná vazba. Tato proměnná vazba

umožňuje selektivní výběr materiálu.

3.1.4 Optoelektronické

senzory

Pro detekci objektů v průmyslové

automatizaci se vedle ostatních typů

senzorů ve velké míře uplatňují op

toelektronické senzory. Je to způso

beno jejich stále rostoucími výkony,

ale zmenšujícími se rozměry. Mají

výhodu v širokém rozsahu vzdále

ností, ve kterých jsou schopny de

tekovat objekty. Jsou však citlivější

na vlhkost, vnější světlo a infračer

vené záření.

Obrázek 3.7 Inkrementální senzor rastrovacím kotoučkem

Obrázek 3.6 Funkční schéma kapacitního bezdotykového senzoru


KAPITOLA 3 Automatizační prostředky

72

Optoelektronické inkrementální senzory pracují na principu clonění nebo reflexe světelného

toku mezi zdrojem světla a fotodetektorem pomocí pravítka nebo kotoučku pravidelně rozdě

lených na úseky ryskami průhlednými pro světlo nebo reflexními. Senzor používá čtyři mřížky

pro vytvoření dvou fázově elektricky posunutých signálů a navíc jednu mřížku pro vytvoření

referenční značky. Čtyři pevné snímací mřížky jsou vůči sobě předsazeny o čtvrtinu dělicí peri

ody (obr. 3.7). Při otáčení kotouče s rastrem proti pevné mřížce se na fotodetektorech budou

vytvářet periodicky se měnící signály A a B, které jsou přivedeny na komparátory. Na jejich vý

stupech bude pravoúhlý signál vzájemně posunutý o 90

o

. Posunutí umožňuje rozeznat směr

otáčení hřídele. Výstupní sin/cos signál (obr. 3.8) je na některých typech senzorů k dispozici

pod označením 1VPP (peak, mezivrcholové napětí, amplituda).

Obr. 3.8 Sinusové inkrementální signály. Fáze A a B jsou vůči sobě posunuty o 90 °.

Amplituda je typicky 1 VPP.

Optoelektronické absolutní senzory poskytují pro každou úhlovou polohu určitou číselnou

hodnotu. Tato kódová hodnota je k dispozici okamžitě po zapnutí. Na hřídeli je namontován

kódový kotouč, který je rozdělen na jednotlivé segmenty. Pro senzory s rozlišením do 10 bitů

(1 024 poloh na otáčku) lze použít jednoduchou clonku pro každý bit – stopu kotouče. Pro

senzory s vyšším rozlišením je třeba hledat jiné cesty, jak signál vyhodnotit. V absolutním sen

zoru s rozlišením 12 bitů je např. možné použit kotouč se speciálním kódováním a integrovaný

obvod pro dekódování polohy.

Triangulační senzory polohy jsou bezdotykové

senzory vzdálenosti využívající princip optické tri

angulace (obr. 3.9). Laserový paprsek vytváří na

měřeném objektu nepatrný světelný bod. Detekcí

úhlu odrazu této skvrny je pak vypočtena vzdále

nost. Senzory automaticky kontrolují intenzitu

světla. Odražený signál dopadá na snímací prvek

s vysokým rozlišením a pro další použití je digi

tálně zpracován. Díky tomu není měření téměř

ovlivněno změnami povrchu materiálu, jeho bar

vou a strukturou. Tloušťka může být měřena

dvěma senzory umístěnými proti sobě.

Laserové difuzní senzory jsou také určeny pro

bezdotykové měření vzdálenosti. Pracují na prin

cipu vysílání krátkých světelných impulzů a za

znamenávají čas, který potřebuje paprsek k náv–

Obrázek 3.9 Princip triangulačního senzoru


3.1 Senzory mechanických veličin

73

ratu zpět k senzoru. Za milisekundu změří senzor průměrnou dobu mezi vysláním a příjmem tisíce impulzů, z ní spočítá vzdálenost a příslušnou hodnotu postoupí na výstup. Velký dosah senzoru umožňuje měřit vzdálenost malých částí nebo málo nápadných objektů či těles. Senzor pracuje v difuzním módu s odrazem od povrchu identifikovaného předmětu. 3.1.5 Optoelektronické senzory binární Výhody optoelektronických senzorů oproti senzorům pracujícím na dalších fyzikálních principech spočívá v necitlivosti vůči rušení elektromagnetickými poli a vůči hluku. Jako vysílané světlo se nejčastěji používá světlo infračervené o vlnové délce λ = 880 nm, případně 950 nm, a světlo ve viditelném spektru o vlnové délce 660 nm. Jednocestné světelné závory mají vysílače montovány proti přijímačům v optické ose (obr. 3.10). Jestliže je nějakým předmětem přerušena přímá cesta světla mezi vysílačem a přijímačem, změní se elektrické vlastnosti fotodetektoru. Tato změna je elektronickou jednotkou vyhodnocena a je signalizována změnou stavu výstupního stupně. Reflexní světelné závory pracují na podobném principu jako závory jednocestné. Vysílač i přijímač jsou však umístěny v jednom pouzdře vedle sebe (obr. 3.11). Aby světlo vysílače mohlo dopadnout na přijímač, je odraženo zrcadlem umístěným v určité vzdálenosti. Také u tohoto principu je vyhodnocováno přerušení světelného paprsku dopadajícího na přijímač. Aby na přijímač dopadalo co nejvíce světla, je použita odrazka, složená z průhledných trojhranů, pomocí nichž je dopadající světelný paprsek odrážen vždy do směru, ze kterého byl vysílán, na rozdíl od rovinného zrcadla. Pro detekci zrcadlících se předmětů je vhodnější použít reflexní světelnou závoru s polarizačním filtrem. Slouží k bezpečnému rozpoznávání zrcadlících se a neprůhledných předmětů. Obr. 3.11 Princip reflexní světelné závory

Obr. 3.12 Princip difuzního senzoru

Difuzní senzor (obr. 3.12) má obdobnou konstrukci jako světelná závora. Také zde se nachází vysílač a přijímač v jednom kompaktním pouzdře, ovšem s odlišně orientovanou optikou. Stej

Obrázek 3.10 Princip funkce jednocestné

světelné závory senzoru KAPITOLA 3 Automatizační prostředky 74 ně jako u světelné reflexní závory je k vyhodnocení použito odražené světlo, nikoli však od odrazky nebo reflexní fólie, ale přímo od detekovaného předmětu. Optoelektronické vláknové senzory se mohou používat i v prostředí s vyšší teplotou či stříkající vodou nebo na špatně přístupných místech. Pro tyto aplikace byly vyvinuty zvláštní optoelektronické senzory s optickými vlákny (světlovody) tvořenými transparentními dielektrickými vlákny, která jsou buď plastová (pro nižší teploty), nebo skleněná (pro vyšší teploty). Světlovody umožňují zavést světelné paprsky do různých míst a tam detekovat i ty nejmenší objekty. Jádro optického

vlákna je opatřeno pláštěm, např. z polyetylenu. Pro zvětšení mechanické a tepelné odolnosti se

také opatřují sekundárním pláštěm např. z kovů. Na obr. 3.13 je provedení difuzního senzoru

s optickými vlákny. Tento pár optických vláken je z druhé strany připojen do zesilovače s vy

hodnocovací jednotkou. Na svém výstupu jsou optická vlákna opatřena hlavicí s čočkou.

Obr. 3.13 Princip

difuzního senzoru se světlovody

Obr. 3.14 Senzor koncové polohy pneumotoru

3.1.6 Magnetické senzory Pro konstrukci těchto senzorů využívajících princip změny indukce magnetického pole B se jako čidlo používají magnetorezistory a Hallovy sondy. V případě senzorů se skokovou změnou odporu se ještě používají jazýčková relé. Magnetorezistory v případě, že na ně působí magnetické pole, zvětšují svůj odpor. Změna hodnoty závisí na použité technologii výroby součástky. Jsou vyráběny buďto jako feromagnetické AMR (Anizotropic Magneto Resistance), nebo polovodičové. Naproti tomu Hallova sonda pracuje na principu vzniku Hallova napětí. Velikost napětí UH [V] závisí na velikosti řídicího proudu IC [A], na tloušťce d [m], Hallově činiteli RH [m

3

/As] a velikosti magnetické indukce B [T]:

U

H

= R

H

I ∙ B

y

d

(3.2)

Senzory se používají pro detekci koncových poloh pohonů, nejčastěji u translačních pneumatických a hydraulických. V takovém případě mají senzory na svém výstupu pouze binární informaci. V pístním kroužku pneumotoru jsou namontovány permanentní magnety, které jsou snímány přes jeho nemagnetickou stěnu. Jak se píst přiblíží, stav výstupního signálu senzoru se změní (obr. 3.14).

3.1 Senzory mechanických veličin

75

Obr. 3.15 Inkrementální senzor pro určení polohy rotoru

Pokud je na hřídel umístěn zmagnetovaný disk (obr. 3.15), je při jeho rotaci na výstupu Hallo

vých sond generováno napětí závislé na intenzitě magnetického pole B. Tento signál je tvaro

ván pomocí komparátoru a získáme tak obdélníkový průběh. Vzhledem k tomu, že signál ka

nálu A je oproti kanálu B posunut

o 90°, můžeme po úpravě určit směr

přírůstku signálu.

3.1.7 Ultrazvukové

senzory

Senzory pro měření vzdálenosti využí

vají ke své činnosti ultrazvukové měni

če. Senzor vyšle krátkou sekvenci zvu

kových pulzů (obr. 3.16), 10 až 20 peri

od tv s kmitočtem daným rezonancí ul

trazvukového měniče. Poté se přepne

do přijímacího režimu a očekává odraz

od nějakého objektu. Jestliže měnič za

chytí odražený signál, porovná jej s vy

slanou sekvencí a tím zjistí, zda jde

o odraz vyslaného signálu. Pokud ano, je na základě délky časového intervalu tp mezi vyslanou

sekvencí a přijatým odrazem a rychlostí šíření zvuku v daném prostředí vypočítána vzdálenost

od sledovaného objektu.

Obr. 3.17 Funkční schéma ultrazvukového senzoru s jedním měničem

Obrázek 3.16 Průběh signálů ultrazvukového senzoru KAPITOLA 3 Automatizační prostředky 76 3.1.8 Odporové senzory Odporové senzory patří mezi dotykové absolutní senzory. Jako čidlo je používán potenciometr – regulovatelný odporový napěťový dělič. Měřená neelektrická veličina je spojitě převedena na změnu odporu a ta je vyhodnocována pomocí můstkové nebo výchylkové metody. Čidlo je s vyhodnocovací částí senzoru spojeno pomocí spojovacího vedení a jeho běžec je mechanicky spojen se sledovaným objektem. Odporová dráha je z vodivého plastu. Obr. 3.18 Funkční schéma děliče napětí a elektronické části senzoru s impedančním převodníkem IC 2 a zdrojem referenčního napětí IC 1 Potenciometry ( proměnné rezistory) můžeme rozdělit podle tvaru pohybu běžce na rotační nebo posuvné. Vlastnosti jsou ovlivňovány hodnotou TKR (teplotní koeficient odporu), životností, rozlišovací schopností, třídou přesnosti a linearitou.

Obr. 3.19 Koncové spínače: a) magneticky ovládané

jazýčkové relé, b) mechanicky ovládaný mžikový přepínač,

c) mechanicky ovládaný mžikový spínač s odděleným

kontaktem spínacím a rozpínacím

Obr. 3.20 Koncový spínač

válcového provedení firmy Euchner

Pokud použijeme pro vyhodnocení výchylkovou metodu, musíme zajistit co největší vstupní odpor vyhodnocovací části senzoru RL. K tomu slouží zapojení operačního zesilovače IC 2 na obr. 3.18. Jedná se o sledovač, který je charakterizován velkým vstupním odporem, malým výstupním odporem, zesílením 1 a tím, že neobrací fázi. Senzory mechanických veličin

77

Mezi odporové senzory patří i senzory se skokovou změnou hodnoty odporu. Tyto senzory se většinou používají jako koncové spínače polohy a ovládají se mechanicky nebo magnetickým polem. 3.1.9 Senzory mechanického napětí, síly a tlaku K měření mechanického napětí vznikajícího deformací např. nosných konstrukcí při statickém nebo dynamickém namáhání se používají tenzometry. Ke konstrukci tenzometrů se nejčastěji používají principy kapacitní, rezonanční a odporové (piezorezistivní). Při

dilataci se některé konstrukční části prodlužují, jiné zkracují. Pokud na tuto konstrukci

nalepíme ve směru největší deformace měři

cí odporový pásek, tenzometr, bude se jeho

prodlužováním nebo zkracováním měnit

délka vodiče l [m], a zároveň elektrický od

por R [Ω] podle uvedeného vztahu pro výpočet odporu kovového vodiče. Odpor R závisí na délce vodiče l, průřezu vodiče S [m

2

] a rezistivitě vodivého materiálu ρ [Ωm]:

R =

l

S

∙ ρ (3.3)

Odporové tenzometry jsou kovové nebo polovodičové. Pro konstrukci kovových tenzometrů se používají odporové slitiny, např. chromnikl (80 % Cr, 20 % Ni). Odporová vrstva ve formě fólie je upravena do tvaru meandru na tenký dielektrický materiál (polyamid). Tímto uspořádáním měřicího odporu (obr. 3.21) zvětšíme jeho citlivost. Hodnota odporu ΔR se mění v závislosti na relativním prodloužení ɛ:

ε =

∆l

l

[%], ∆R = R ∙ k ∙ ε [Ω] (3.4)

Konstanta k je součinitel deformační citlivosti, který je dán vlastnostmi materiálu, u kovových tenzometrů přibližně k = 2– 4, u polovodičových až k = 150. Pro konstrukci polovodičových tenzometrů se využívá křemíku. Difuzí do destičky se v materiálu vytvoří rezistory tvořící např. Wheatstonův můstek. Deformací dochází v polovodičovém tenzometru typu N ke změně pohyblivosti nositelů náboje; u polovodiče typu P pak ke změně počtu nositelů náboje. Podle počtu tenzometrů v můstku mluvíme o úplném, polovičním nebo čtvrtinovém můstku. U čtvrtinového můstku je pouze jedno tenzometrické čidlo nalepeno na namáhané těleso. Vzhledem k nutnosti tepelné kompenzace je v blízkosti ještě umís

těno odporové teplotní čidlo, které je

pak součástí měřicího můstku. Můs

tek může být napájen stejnosměrným

nebo střídavým proudem.

Obrázek 3.21 Fóliový odporový tenzometr

Obrázek 3.22 Nosník s tenzometry pro úplný můstek




       
Knihkupectví Knihy.ABZ.cz – online prodej | ABZ Knihy, a.s.