ESAII

Sveučilište u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike i računarstva Elementi sustava automatizacijeZavod za automatiku i računalno inženjerstvo Predavanja

ELEMENTI SUSTAVA AUTOMATIZACIJEObavezni predmet modula Automatika (4 ECTS boda)3 sata izravne nastave, 15 sati lab. vježbi u semestruNastavnici:

Prof.dr.sc. Zdenko Kovačić (C-11-15)Prof.dr.sc. Stjepan Bogdan (C-11-14)

Voditelj laboratorijskih vježbi:Prof.dr.sc. Stjepan Bogdan

Informacije o kolegiju:http://www.fer.hr/predmet/esaKonzultacije: prema dogovoruLaboratoriji: C-09-16 i A-205

Način rada i ocjenjivanja• Predviđena su dva međuispita i završni ispit – svaki ispit

nosi 25 bodova max(Σmi)=75• Napomena: završni ispit sadrži 1 praktični zadatak• Osam laboratorijskih vježbi (tri ciklusa s 3+3+2 vježbe)

ukupno 8 bodova • Dva kolokvija lab. vježbi (5 + 5 bodova) max(Σlv)= 10

bodova• Usmeni ispit 7 bodova• Prag za izlazak na završni ispit je najmanje 35 bodova i

odrađene sve laboratorijske vježbe• U slučaju opravdanog izostanka s međuispita, student je

dužan unutar dva tjedna nakon propuštenog ispita javiti se nastavniku radi dogovora o zamjenskom usmenom ispitu

SADRŽAJ• Uvod• Struktura sustava upravljanja• Načela djelovanja i podjela osjetila i mjernih pretvornika procesnih

veličina• Senzori u robotici• Obradba i prijenos mjernih signala do upravljačkog mjesta, smanjenje

utjecaja smetnji• Specifični zahtjevi na mjerne uređaje u sustavima upravljanja• Inteligentna osjetila• Izvršni uređaji - motori (pneumatski, hidraulički), regulacijski ventili• Statičke i dinamičke karakteristike elemenata sustava upravljanja• Izvedbe upravljačkih uređaja• Uvod u programirljive logičke kontrolere (PLC)• Elementi za zaštitu, nadzor i prikaz stanja u automatiziranim procesima• Uvod u sustave vizualizacije procesnih veličina i cjelokupnog procesa

(SCADA).

LITERATURA• Elementi sustava automatizacije - Bilješke za predavanja

Z. Kovačić, S. Bogdan, Zavod za ARI, FER Zagreb, 2007• Sensors and Actuators – Control System Instrumentation,

C.W. de Silva, CRC Press, 2007• Introduction to Mechatronics and Measurement Systems,

D.G. Alciatore, M.B. Histand, McGraw-Hill, 2003

Dodatne informacije možete pronaći:• Pretraživanjem Interneta• U katalozima proizvođača automatizacijske opreme• U kontaktu s nastavnicima

UVODKoja su obilježja jednog automatiziranog sustava?

U takvom sustavu postoji:• proces kojim se upravlja (npr. helikopter, robot, sat)• zadani cilj (npr. željena temperatura sobe, željeni profil brzine

gibanja, željeni slijed radnji, odnosno događaja)• utjecaji koji ne daju da se cilj ostvari (npr. otvaranje prozora, uzbrdica

ili nizbrdica, blokada ili kvar) automatičari ih obično nazivaju smetnje ili poremećajne veličine

• način da se zadani cilj ostvari korektivnim djelovanjem na proces(pojačavanje grijanja, povećanje gasa ili kočenje, promjene slijeda radnji (upravljački uređaj – regulator)

• Korektivno djelovanje regulatora uvijek ima za cilj upravljanje energijom koja ulazi u proces (analogni regulatori najčešće se rade s operacijskim pojačalima, a digitalni s mikrokontrolerima i kao takvi ni u kom slučaju ne predstavljaju izvore energije, većizvore informacije o potrebnoj promjeni energije)

• Između regulatora i procesa obavezno dolazi element čija uloga je promijeniti energetsko stanje procesa u skladu s nalogom iz regulatora – takav element nazivamo pojačalo snage

• Da li je postignut cilj, odnosno da li smo blizu njega govore nam na primjer rezultati mjerenja regulirane veličine ili pak logička stanja senzora

Objekti upravljanja• živi organizmi

– primjer regulacije temperature povišena temperatura tijela izaziva znojenje koje pak hladi tijelo

– kolonije mrava, jata riba – imaju različita individualna i kolektivna ponašanja radi ostvarivanja ciljeva potrebnih za preživljavanje – predmet intenzivnog proučavanja

• strojevi i uređaji– zrakoplovi, rakete, roboti, alatni strojevi, valjački stanovi, hard

diskovi, kamere, mobiteli gotovo svi uređaji koje koristimo imaju neki vid upravljanja

• države– donose se zakoni i prati se njihova provedba npr. u RH se

kod primjene zakona o nula promila alkohola za vozače prati da li je smanjen broj poginulih na cestama

Objekti upravljanja• poduzeća

– upravljanje uključuje koordinaciju materijalnog, financijskog, kadrovskog i razvojnog aspekta jednog poduzeća – tu je bitna uloga informatičke infrastrukture

• proizvodnja– upravljanje tehnološkim procesom i samom organizacijom

proizvodnje – provode se procedure radi što efikasnije i ekonomičnije proizvodnje – razlikuje se masovna, fleksibilna i komadna proizvodnja

• vojne operacije– upravljanje borbenim djelovanjem (provedba vojne strategije),

upravljanje sredstvima za vojne operacije (roboti vojnici, borbena vozila bez posade itd.)

Osnovni pojmovi iz područja upravljanja• upravljanje

– djelovanje na proces upravljanja kako bi se postiglo željeno stanje ili prijelaz među stanjima u procesu

• kibernetika– znanost o općim zakonitostima upravljanja Norbert Wiener se

smatra ocem kibernetike– tehnička kibernetika – znanost o upravljanju tehničkim sustavima

• automatsko upravljanje– upravljanje sustavima bez izravnog sudjelovanja čovjeka

• ručno upravljanje– gotovo uvijek prisutno u tehničkim sustavima upravljanja kao

opcija (mod rada) višeg prioriteta od automatskog moda upravljanja

• automatska regulacija– način automatskog upravljanja koji ima za cilj da regulirana

veličina bude konstantna, tj. da se što manje mijenja pod djelovanjem vanjskih poremećaja

• vođenje– vid upravljanja koji uz automatsko upravljanje uključuje kontrolu i

signalizaciju • automatizacija

– upravljanje strojevima i reguliranje procesa automatima koji zamjenjuju čovjekov rad automat – naprava koja samostalno obavlja radne operacije bez izravnog sudjelovanja čovjeka

• automatika– znanstveno-tehnička disciplina koja se teorijski i praktično bavi

automatskim uređajima i sustavima (teorijska razmatranja, konstrukcija, funkcioniranje, održavanje)

Općenita funkcijska shema sustava upravljanja

Davač reference – izvor informacije ozadatku upravljanjaElementi povratne veze – mjerni elementii pretvornici – izvor informacije o rezultatuupravljanja

Poredbeni element i upravljački uređaj – uređaj za obradu informacijaIzvršni uređaj – usko vezan uz upravljive izvore energije, tj. pojačala snage

Davačreference

Poredbeni element

Upravljački uređaj

Izvršni uređaj

Objekt upravljanja

Elementi povratne veze

poremećajna veličina

napajanje upravljačke elektronike

izvor električke, hidrauličke ili pneumatske energije

Laboratorijska maketa sustava regulacije brzine vrtnje istosmjernog motora

napajanje

zadavanjereference regulator pojačalo snage

procesmjerni član

filtar

Fizičku podjelu na elemente nije uvijek moguće napraviti – npr. operacijsko pojačalo kao uređaj za obradu informacija je ujedno i poredbeni element i upravljački uređaj

Funkcijska shema sustava upravljanja

ur – upravljačka veličina (referenca), zadana,tj. namještena vrijednost upravljane veličinef, yf – smetnja, poremećajna veličinaupv, ypv – signal povratne veze, odnosno podatak o stvarnoj vrijednosti upravljane veličine

e, ε – signal razlike, e = ur – upvuu, yu – izlaz iz upravljačkog uređajaui, yi – upravljačka veličina objekta upravljanjay – upravljana veličina∆p - pogreška upravljanja, ∆p = ye – yye – etalonska (idealna) vrijednost upr. vel.

Davačreference

Poredbeni element

Izvršni uređaj

Objekt upravljanja

upv, ypv

e, ε uu, yu yui, yi

Uobičajene oznake varijabli sustava automatskog upravljanja

Simbolički prikaz elemenata sustava automatizacije

Simbolički prikaz – služi za opis ponašanja elementa (a ne njegove izvedbe i konstrukcije)

- jednodimenzionalni (SISO)- višedimenzionalni (MIMO)

Davačreference

Poredbeni element

Izvršni uređaj

Objekt upravljanja

upv, ypv

A – operator koji djeluje nad u u pravilu je to neka funkcija ili funkcional

Osnovni tipovi sustava upravljanja• Prema linearnosti operatora A

– linearni po dijelovima linearni nelinearni• Prema načinu rada elemenata

– kontinuirani diskretni impulsni sustavi s diskretnim događajima hibridni

• Prema stacionarnosti parametara– stacionarni nestacionarni

• Prema dimenzionalnosti ulaza i izlaza– sustavi s jednim ulazom i izlazom (engl. SISO) sustavi s više ulaza i izlaza

(engl. MIMO)• Prema strukturi sustava

– sustavi s promjenljivom strukturom• Prema karakteristikama upravljanja

– robusni, adaptivni (samoučeći), optimalni, inteligentni• Prema tehnici izvedbe

– električki, pneumatski, hidraulički, elektropneumatski i elektrohidraulički• Prema izvršnom elementu (električki)

– istosmjerni i izmjenični

Linearni i nelinearni elementi (sustavi)

Operator sustava je linearan ako vrijedi:

iii tuaty

∑∑==

iii tAuatuaAtAuty

11)()()()(

Sustav je linearan ako je operator sustava linearan vrijedi princip superpozicijeSustav je nelinearan ako je operator sustava nelinearanTeorija linearnih sustava se bavi rješavanjem linearnih diferencijalnih jednadžbi Odziv sustava na u(t) određuje se iz odziva na S(t) i δ(t)Realni sustavi – nelinearni simuliranje na računalu Postupak linearizacije koriste se približne metode

Stacionarni i nestacionarni elementi (sustavi)Stacionaran sustav – konstantni parametri (ne ovise o t), odziv ne ovisi o početnom djelovanju u(t)Nestacionaran sustav –parametri se mijenjaju s vremenom (npr. promjena mase rakete zbog izgaranja goriva, promjena momenta inercije pogona za namatanje)

Kontinuirani i diskretni elementi (sustavi)Kontinuirani sustav – sadrži samo kontinuirane elemente (ulazne i izlazne veličine su kontinuirane)Diskretni sustav – sadrži barem jedan diskretni element ulazna veličina je kontinuirana ili diskretna, a izlazna veličina je diskretnaPretvorba kontinuiranog u diskretni signal – diskretizacija (uzimanje uzoraka ili uzorkovanje) – žargonski još i sempliranje

Vrste diskretizacije:- amplitudna- vremenska

Podjela diskretnih sustava:- relejski (diskretizacija po amplitudi)- impulsni (diskretizacija po vremenu)- digitalni (diskretizacija po amplitudi i vremenu)

Relejski sustavi:- Regulacija temperature, tlaka, napona generatora i brzine vrtnje manjih motora- Pogodnosti: jednostavnost i ekonomičnost- Specifičnost: oscilatoran režim rada

Impulsni sustavi:- Diskretizacija signala po vremenu – impulsna modulacija

- amplitudno-impulsna modulacija - širinsko-impulsna modulacija- vremensko-impulsna modulacija- fazno-impulsna modulacija i frekvencijsko- impulsna modulacija

- Pogodnosti: diskretni prijenos signala, manja osjetljivost na smetnje, upravljanje s više objekata

Digitalni sustavi:- Diskretizacija signala po vremenu i amplitudi- Pogodnosti: velika točnost, mala osjetljivost na smetnje, upravljanje nizom

objekata, moguće je ostvariti složene algoritme upravljanja (npr. adaptivno i optimalno upravljanje)

Sustavi s diskretnim događajima i hibridni sustavi

Sustavi s diskretnim događajima:- Sustavi kod kojih jedan ili više događaja (uvjeta, odnosno stanja) aktiviraju nove

ili dokidaju postojeće događaje – takvi su u svojoj biti npr. telekomunikacijski, prometni, računalni i proizvodni sustavi

Hibridni sustavi:- Sustavi s kontinuiranim i diskretnim elementima na čiji rad utječu i diskretni

događaji (veliki broj realnih industrijskih sustava upravljanja je baš takav)

Statičke i dinamičke karakteristike elemenata automatiziranih sustava

Podsjetimo se osnovnog funkcijskog oblika elementa, odnosno sustava:

- Ovaj blok predstavlja matematički opis (model) elementa gradimo blokovsku shemu sustava

- Blokovi su elementi s usmjerenim djelovanjem u je pobuda (uzrok), a y je odziv (posljedica), dok A oslikava fizikalnost elementa, tj. kazuje kako element reagira na pobudu na ulazu

- Vrijednost ulaza određuje radnu točku elementa, tj. različite vrijednosti ulaza određuju različite radne točke

- Promatranje svojstava elementa u različitim radnim točkama statičke karakteristike

- Promatranje svojstava elementa pri prijelazima među različitim radnim točkama dinamičke karakteristike

Kratki uvod u statička i dinamička svojstva elemenata sustava automatizacije

- Opis stacionarnih linearnih kontinuiranih elemenata pomoću- diferencijalne jednadžbe- prijelazne funkcije- prijenosne funkcije- frekvencijske karakteristike

- Standardne ulazne funkcije – δ(t), S(t), t, sinωt- Eksperimentalne metode određivanja svojstava elemenata gotovo nikad ne

rade s pobudom jedinične amplitude (u knjigama iz teorije upravljanja se radi jednostavnosti u pravilu koristi jedinična amplituda)

∫∞

∞−

=− )()()( tudtu ττδτ ( ) ( ), ( ) ( )t

d S t S tδ τ τ δ τ−∞

′= =∫

g(t) – odziv na pobudni impuls impulsna prijelazna (težinska) funkcijah(t) – odziv na skok reference prijelazna funkcija

( ) ( ), ( ) ( )t

g d h t g h tτ τ τ ′= =∫Promjena ulaza = 0 promatramo promjene veličina oko stacionarnih vrijednosti, tj. u danim radnim točkama

( ) ( ) ( ) ( )ty t Au t u A t dτ δ τ τ∞

−∞

= = −∫Stacionarni linearni sustavi

( ) ( )( ) 0 za realni sustavi

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Duhamelov integral

A t g tg t t

y t u g t d u t g d

δ τ ττ τ

τ τ τ τ τ τ

− = −

− = <

= − = −∫ ∫

Rastavljanje funkcije u(t) na impulse

( ) lim ( ) ( ) ( ) ( )tN

y t u g t u g t dτ

τ τ τ τ τ τΔΔ →=

= − Δ = −∑ ∫u∆

Rastavljanje funkcije u(t) na skokovite promjene ∆u

( ) lim ( ) ( ) ( ) ( )tN

y t u h t u h t dτ

τ τ τ τ τ τΔ →

′ ′= Δ − = −∑ ∫∆u

Prijenosna funkcija i frekvencijska karakteristikaNeka je ( )

( ) ( ) ( ) ( )

y t g t u d g t e dττ τ τ τ τ−∞ −∞

= − = −∫ ∫

sustav je prije nove pobude ušao u stacionarno stanje

Traži se operator A

( ) ( ) ( )( )

( ) ( ) ( )

y t y tA g t e du t et

A g e d A s G s

− −

−∞

∞−

= = = −

Svojstvo G(s) – ne ovisi više o t, nego o s

G(s) – Laplaceova transformacija g(t) zove se još i prijenosna funkcija

( )( )

u sy s

( )( )( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

( ) ( ) frekvencijska karakteristika

(osc. izlaza u stac. stanju)

1( ) (2

Y sG sU s

u t t Y s G s U s G sy t g t L G s

u t e s j

G j g t e dt

∞−

= → = =

( ) ( ) ( ) ( )

G j A e R jI

ω ω ω ω

∞−

−∞

Serijski spoj n elemenata

( ) ( )

( ) 20log

i ii i

ω ω ω

∑ ∑

Tri osnovna dinamička ponašanja linearnih stacionarnih elemenata sustava automatizacije:

- Proporcionalno (P) ponašanje- Primjer: tlak na dnu posude je proporcionalan razini tekućine

- Integralno (I) ponašanje- Primjer: zakret osovine motora je integral brzine vrtnje motora

- Derivativno (D) ponašanje- Primjer: inducirani napon u zavojnici je derivacija struje zavojnice

Ekvivalentna dinamička djelovanja upravljačkog uređaja:- Proporcionalno djelovanje djeluje na brzinu odziva sustava- Integralno djelovanje djeluje na pogrešku u stacionarnom stanju- Derivativno djelovanje djeluje na kvalitetu prijelaznog procesa- Kombinirano djelovanje (PI, PD, PID) nastoje se ostvariti

željene statičke i dinamičke karakteristike, tj. kvaliteta upravljanja

Statički sustavi - bez elemenata s integralnim ponašanjemAstatički sustavi - imaju element(e) s integralnim ponašanjem

U praksi se javljaju sljedeće kombinacije:Statički proces upravljanja + statički upravljački uređaj = statički sustav upravljanja

primjer: P regulacija brzine vrtnje motoraStatički proces upravljanja + astatički upravljački uređaj = astatički sustav

upravljanja primjer: PI regulacija brzine vrtnje motoraAstatički proces upravljanja + statički upravljački uređaj = astatički sustav

upravljanja primjer: P regulacija zakreta osovine motoraAstatički proces upravljanja + astatički upravljački uređaj = astatički sustav

upravljanja primjer: PI regulacija zakreta osovine motora

Glavni zahtjevi na kvalitetu odziva: točnost i stabilnost odzivaDodatni zahtjevi na kvalitetu odziva : oblik prijelazne pojave

Karakteristike elemenata sustava automatizacije iz kuta projektanta

Projektanta sustava automatizacije zanima:• uloga elementa• koji su ulazi i izlazi elementa• fizikalni princip rada elementa (poznavanje konstrukcije,

funkcionalnosti i tehnologije) važnu ulogu ima i cijena• eksperimentalno određivanje parametara elementa (eventualno

se mogu koristiti kataloški podaci)• eksperimentalno određivanje statičkih i dinamičkih karakteristika• formiranje funkcijskog bloka koji opisuje element• utvrđivanje veza (načina spajanja) sa susjednim elementima u

sustavu• uključivanje elementa u cjelovitu blokovsku shemu sustava

automatizacije podloga za analizu i sintezu sustava, npr. projektiranje upravljačkog uređaja, ocjenu stabilnosti i kvalitete odziva)

Zadavanje ulazne veličine - reference

Različiti oblici zadavanja reference:• kao analogne veličine npr. napon na potenciometru, regulirani izvor napona• kao digitalne veličine A/D pretvorbom analognog signala, neposrednim zadavanjem

digitalne vrijednosti, putem SCADA (System Control and Data Acquisition) sustava• kao niza impulsa npr. impuls = osnovni pomak, gušći niz impulsa = veća brzina

gibanja, dulji impuls = veći pomak upravljanje gibanjem pomoću impulsno-širinske modulacije

• kao logičko stanje

Davačreference

Poredbeni element

Izvršni uređaj

Objekt upravljanja

upv, ypv

Podjela sustava automatskog upravljanja prema obliku reference

• Sustavi automatske stabilizacije ulazna veličina konstantna (npr. brzina vrtnje, temperatura, tlak)

• Slijedni sustavi ulazna veličina se mijenja po nepoznatom zakonu (npr. kod robota, tokarskog stroja, sustava za zakretanje topovske cijevi)

• Sustavi programske regulacije ulazna veličina se mijenja po poznatom zakonu – programu (npr. temperatura, tlak i brzina vrtnje kod stroja za pranje rublja)

• Autonomni sustavi sustavi koji sami odlučuju o svom djelovanju, tj. sami generiraju referencu (npr. mobilni roboti u okruženju punom prepreka)

Opće načelo zadavanja reference• Zadavanje reference u ručnom

načinu upravljanja (MAN) – zadaje se izravno vrijednost izlaza iz regulatora (X0=OUT)

• Zadavanje reference u automatskom načinu upravljanja (AUT) – zadaje se SP (engl. set point) kao ulaz u regulator izlaz iz regulatora je OUT=A(SP-PV), gdje je PV signal povratne veze (engl. process value)

• Iznosom reference definira se radna točka, promjena reference je nalog za prijelaz u novu radnu točku –često se za formiranje reference koristi signal rampe (nagib definira brzinu promjene)

Sklop za generiranje skokovite promjene naponske reference

• Skokovita promjena reference u0S(t) je uobičajeni test signal – odziv tako pobuđenog sustava nazivamo prijelaznom (dinamičkom) karakteristikom

• Primjer jednostavnog analognog sklopa za zadavanje skokovite promjene naponske reference

Registriranje stanja u procesu

• Želimo znati da li se zadani cilj ostvaruje – zato treba mjeriti veličinu koju reguliramo, odnosno čitati logička stanja u procesu – dobivenu povratnu informaciju iz procesa dovodimo u regulator kao analogni ulaz, kao digitalni broj, slijed impulsa ili kao logički signal

• Element koji koristimo za mjerenje regulirane veličine zajedno s elementom koji formira mjerni signal u oblik pogodan za danu vrstu regulatora nazivamo mjerni član ili član povratne veze

Davačreference

Poredbeni element

Izvršni uređaj

Objekt upravljanja

upv, ypv

Povratna veza• Postojanje informacije o stanju cijelog sustava ili nekog njegovog dijela. Na

temelju postojanja povratne veze moguće je izvesti zaključak koliko je dio sustava, odnosno cijeli sustav blizu željenog stanja.

• U društvenim sustavima povratna se veza ostvaruje kroz demokratsku raspravu, referendum, anketu.

• U biološkim se sustavima povratna veza zasniva na osjetilima (vid, sluh,miris, okus, dodir).

• U tehničkim sustavima povratna veza može biti prirodna, npr. napon induciran u motoru zbog njegove vrtnje, ali se uglavnom zasniva na uporabi tehničkih osjetila – senzora i mjernih pretvornika.

• Načelo negativne povratne veze je osnovno načelo u sustavima automatskog upravljanja.

• Sustavi s povratnom vezom su zatvoreni, a bez povratne veze otvoreni sustavi.

• Pozitivna povratna veza općenito označava trend u sustavu koji ga udaljava od željenog stanja (primjer galopirajuće inflacije u monetarnom sustavu, nestabilan režim rada reguliranog sustava).

Izvor: 8. svezak Hrvatske enciklopedije LZ Miroslav Krleža

Elementi povratnih veza• DETEKTORI (OSJETILA - senzori) elementi za stvaranje prijenosne

informacije• MJERNI PRETVORNICI elementi za pretvaranje mjernih signala• ELEMENTI ZA POKAZIVANJE I POHRANU mjerne informacije• IZVRŠNI ELEMENTI npr. za povećanje preciznosti mjerenja, zvučni

i svjetlosni alarmi

Tehnički zahtjevi na elemente povratnih veza:• Što veća osjetljivost, to…nost i stabilnost detektora i pretvornika• Što veća brzina i pouzdanost• Što manja veli…ina i utrošak energije za prijenos informacije• Što veƒi broj veli…ina i varijabli koje treba mjeriti (i regulirati) ! 400-500

(potreba za oko 2000)

Podjela mjernih detektora

Zanimaju nas:• fizikalni princip• konstrukcija• linearnost senzora• matematički model• statička, odnosno

dinamička (prijenosna) karakteristika točnost i brzina odziva (pogreške)

• izgled funkcijskog bloka

Mjerni detektori za mehaničke veličine

• Mjerni detektori pomaka– potenciometarski– induktivni– kapacitivni

• Mjerni detektori brzine (brzine vrtnje)– tahogeneratori– enkoderi (davači impulsa)

• Mjerni detektori sile, naprezanja i ubrzanja

Mjerni detektori za pomak – potenciometarski detektori

Statička karakteristika potenciometarskih detektora ovisi o vanjskom opterećenju (npr. ulaznom otporu operacijskog pojačala)

Rt >> ! Ru/Rt . 0!idealna statička karakteristika

Ui = Uu x/xu

Pogreške mjerenja uslijed:• realnog opterećenja• nečiste atmosfere• promjene kontaktnog otpora• trošenja kliznika zbog trenja

=+ −1 1( )

Induktivni detektori pomaka

- za male pomake

L = f(w, fi, μi)

w - broj zavojafi - frekvencijaμi - permeabilnost

Statička karakteristika induktivnog detektora pomakaL f x

Bq Hq H q

Iw Hds

Hl xH Iw H Iwl x

H q Iwl x

L w ql x

nelinearna karakteristika

K w ql

+ = ⇒ =+

μ μ μ

K11+K2

Zaključujemo da senzor ima različito statičko pojačanje za različite vrijednosti pomaka (tj. za različite radne točke)

Transformatorski detektori pomaka

• Diferencijski transformator - feromagnetska jezgra spojena s osjetilompomaka

desnolijevo

desnolijevolijevo 0

nelinearna statička karakteristika

Selsinski detektori pomakaPo konstrukciji i načinu rada to su izmjenični (sinkroni) strojeviSluže kao mjerni detektori• zakret! el. veličina SELSIN GENERATOR (DAVAČ), SD• el. veličina! zakret SELSIN MOTOR (PRIJEMNIK), SP

– rotorski namot je napajan iz izmjeničnog izvora napajanja

selsin davač/prijemnik nulti položaj simbol selsina

( )( )

cos 120

cos 240

= Θ−

Selsinski detektori pomakaSluže kao detektori signala razlike• meh. zakret + el. podatak! napon (signal razlike)

SELSINSKI UPRAVLJ. TRANSFORMATOR (SUT) – konstrukcijski kao SD• meh. zakret + el. podatak! el. Podatak

SELSINSKI DIFERENCIJALNI GENERATOR (DAVAČ), DS• el. podatak + el. podatak ! meh. Zakret

SELSINSKI DIFERENCIJALNI MOTOR (PRIJEMNIK)

sustav za dobivanje razlike kutova

SD SPDS

Selsinski detektori pomaka – za daljinski prijenos zakreta osovine

Indikatorski režim radaSELSIN DAVAČ + SELSIN PRIJEMNIK

Regulacijski režim radaSELSINSKI UPR. TRANSF. +SELSIN DAVAČ sinkro-par

SUT – vrši funkciju komparacije električkog podatka (priključenog na stator) s mehaničkim kutem rotorske osovine

SP – kad se zakret rotora SP-a izjednači sa zakretom rotora SD-a, struje su na nuli (a time i zakretni moment) – javila bi se greška pod utjecajem tereta na osovini SP-a

Kapacitivni detektori pomaka

nelinearna karakteristika

Za male pomake

C = f(Ai, di, gi)

Ai - površinadi - razmakgi - dielektrična konstanta

Kondenzator uključen u: - most (Wienov)- oscilator

Rastezne mjerne trake

q q - površinal - duljinad - promjer

spec otpor

= ⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

ρρ .

Rastezne mjerne trake

Δ Δ Δ Δ

Δ Δ Δ

Poissonova konst

K R Rl l

faktor osjetljivosti rastezne mjerne trake

= − +

= − −

= = −

= = + +

∂∂

∂∂ρ

Mjerni detektori brzine

• Detektori linijske brzine – rijetki u uporabi• Detektori brzine vrtnje – česti u automatiziranim sustavima• Analogni – istosmjerni i izmjenični tahogeneratori, rezolveri• Impulsni – inkrementalni enkoderi• Digitalni – apsolutni enkoderi

Istosmjerni tahometar (tahogenerator)

sin sin

sinsrednja vrijednost:

du w w AB w AB tdt

u w AB t

u wAB tdt wAB Kπ ω

ϕ ωϕ

ω ϕ ω ω

ωω ω ω ωπ π

Φ= − = =

= = =∫0

Aktivni mjerni pretvornik (pretvara meh. u el. signal)Mjerenje brzine vrtnje = mjerenje induciranog napona:

Linearna statička karakteristikaTočnost mjerenja ovisi o temperaturi okoline

• Tipične vrijednosti izlaznog signala 10-100 V/nn potrebna je prilagodba signala prije dovođenja u regulator Kpril (atenuacija)

• Napon tahogeneratora je ovisan o omskom opterećenju na njegovim stezaljkama

• Dinamička karakteristika grane povratne veze brzine vrtnje:

• Filtriranje signala: Tω u rasponu 2-20 ms• Glavni razlog uporabe filtra je pulziranje brzine vrtnje onom frekvencijom

kojom radi pojačalo snage

Istosmjerni tahogenerator

( ) ,p T prilK

G s K K KsTω

ω ωω

Izmjenični tahogenerator

• Aktivni mjerni pretvornik (pretvara mehanički u električki signal) – napon se inducira u namotima statora, dok je magnet učvršćen na osovinu stroja

• Rotor može imati do 12 pari polova (p=12) što ovisi o mjerenoj brzini vrtnje• Frekvencija induciranog izmjeničnog napona f=pω ne smije biti premala

(najmanje 4 do 10 Hz), kako bi nakon ispravljanja valovitost signala bila mala

Elektromagnetski rezolveri

• mehanoelektrički pretvornici - električki strojevi kompaktne konstrukcije priključeni na osovinu motora, koji pretvaraju mehanički pomak i brzinu vrtnje u odgovarajući analogni električni signal mjerenje velikih brzina vrtnje, precizno mjerenje pomaka u širokom rasponu brzina vrtnje

• nema elektroničkih komponenti koriste se u nepovoljnim radnim uvjetima (veće promjene temperature, prljava okolina)

• Konstrukcijski, rezolver ima minimalno 1 namot rotora i 1 namot statora – u praksi se češće sreće izvedba s 2 namota rotora i 3 namota statora

• Osi namota statora wsu i namota rotora wru kolinearne su s osovinom motora

• Osi namota statora wcos i wsin te namota rotora wR okomite su na osovinu motora, također je wcos okomit na wsin

• Preko ulaznog transformatora (wsu, wru) na namot rotora dovodi se izmjenična pobuda dovoljno visoke frekvencije da dinamika mehaničkog dijela sustava to ne osjeća (filtrira)

• Ovisno o trenutačnom položaju rotora θ, u senzorskim namotima wcos i wsininduciraju se naponi čija amplituda izravno ovisi o zakretu osovine θ; frekvencija ova dva izlazna naponska signala jednaka je frekvenciji pobudnog napona uu

Električna shema rezolvera

cos sin

( ) sin 10 kHz

uzevši u obzir da je

cos cos , sin

( ) cos cos

( ) cos sin

( ) sin cos cos sin

R Rm u R R

Rm u u m u

u t U tf f

de wdt

t k kdu t k tdtdu t k tdt

u t k t t

ωω π

ψ ψ ω ψ ψ θ ψ ψ θ

ψ ω θ

ψ ω ω θ ω ω θ

= − → = =

( )sin ( ) sin sin cos cosRm u u m u

t k t tddt

ψ ω ω θ ω ω θ

Uz ispunjen uvjet ( ) sin cos( ) sin sin

( )( )

Rm u u

u t k tu t k t

u tarctg

ω ωψ ω ω θψ ω ω θ

= ucos

Za upravljanje se usin i ucosnajčešće pretvaraju u digitalni podatak o zakretu osovine pomoću R/D pretvornika (engl. resolver-to-digital converter)Obično se generira napon ~brzine vrtnje, a često i A, B kanali impulsa radi kompat. s enkoderima ulazni i izlazni naponi rezolvera

Primjer: R/D pretvornikAD2S82 tvrtke Analog Devices

Inkrementalni enkoderi

izvor: http://www.baumerelectric.com

rotirajući disk s optičkom rešetkom i nul-impulsom Dva kanala impulsa A i B fazno

pomaknuta za 90o

Dodatna obrada impulsa pomoću EX-ILI logičkih vrata – uvećanje frekvencije impulsa za 2 i 4 puta

Tipična rezolucija industrijskih enkodera P = 102 – 104 imp/okr

Laserski enkoderi P >106 imp/okrPostoje i linearni enkoderi (mjerne letve)

ENKODERI ili DAVAČI IMPULSA

Gustoća optičke rešetke definira rezoluciju mjerenjaRezolucija mjerenja P – broj impulsa po okretajuMinimalni zakret koji se može mjeriti:x0=2π/P rad/impMaksimalna brzina vrtnje koja se može mjeriti:ωmax (okr/s)= fgr(Hz)/Pfgr enkodera se zna iz kataloga proizvođača

Apsolutni enkoderi

Nakon uključenja napajanja odmah daje digitalnu kodiranu informaciju o trenutnom položaju osovine Binarni kod, BCD kod i najčešći u uporabi Grayov kod – pouzdanije očitanje podataka (samo jedan bit se mijenja između dva susjedna mjerena položaja)

Za daljnje korištenje, podatak u Grayovom kodu treba najprije prebaciti u binarni kod (postoji algoritam za to)

ENKODERI ili DAVAČI IMPULSA

Izvedbe: jednookretajni, višeokretajni

Digitalno mjerenje brzine vrtnjeImpulsni davači (inkrementalni enkoderi)• Frekvencija impulsa proporcionalna je mjerenoj brzini vrtnje• Pretvorba u digitalni podatak koristan za upravljanje frekvencijsko-digitalna

pretvorba (brojilo)• Potrebna je dodatna obrada podatka kako bi predstavljao mjerenu brzinu vrtnje

P – postupakBrojanje impulsa iz enkodera u unaprijed zadanom vremenu TdMjerenje nije sinkronizirano s dolaskom impulsa (može započeti taman iza dolaska impulsa i završiti taman prije dolaska još jednog impulsa) – utječe na točnost mjerenja kad je ukupni broj registriranih impulsa maliKvaliteta mjerenja raste s brzinom vrtnje

T – postupak- Mjerenje je sinkronizirano s dolaskom impulsa (započinje s rastućim bridom

impulsa i završava s rastućim bridom idućeg impulsa) - Mjerenje trajanja jednog impulsa enkodera Tp obavlja se na način da se za

vrijeme mjerenja jednog impulsa u drugom brojilu paralelno broje impulsi iz izvora poznate visoke frekvencije fc (reda veličine MHz)

- Kvaliteta mjerenja bolja pri nižim brzinama vrtnje

Kombinirani P/T postupak (Ohmae i dr.)- Objedinjava dobre strane P- i T- postupka- Predstavlja standard u industriji

Digitalno mjerenje brzine vrtnje P/T postupkom

• Početak i kraj mjerenja sinkroniziran s dolascima impulsa iz davačaIzračunavanje brzine vrtnje

Dinamička pogreška

x x nT T T

x SfP SnS P ST

ω ωπ

= = ⇒ =+ Δ

⎫= ⎪⎪ =⎬⎪=⎪⎭

postupkaPkodkaoista

Rezolucija mjerenja

Statička pogreška

Pogreška zbog nejednolikostioptičke rešetke manja S1 puta

brzinamanižimpriboljaS

nQn 12 −=

100100%2

konstTffSn

Vrijeme detekcije

060160

≠Δ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

Pregled tri postupka digitalnog mjerenja brzine vrtnjePostupak P T P/T

Princip f/D pretvorbe

Vrijednost brzine vrtnje n

(min-1)RezolucijaQn (min-1)

Statička pogreškaεs (%)

Pogreška digitaliziranja

|Δn|digDinamička pogreška

|Δn|din

60 cf SnP S

60 cfnPS

nQS PT

100 60% 100sdS PT n

ε = = ⋅

1maxdig

2 1nnQ

− 2 1nnQ

[ ] [ ]100% %60 1s p

ε ε= +− [ ] [ ]

%100%1

ps S S

εε = +

2maxdig

nPnnf S

Δ ≤ + max

1maxdig

Tdn tndt

Δ = ( )2

p pdin

T Tdn tndt

+ ΔΔ =

Tdn tndt

S1 - impulsi iz davača

S2 - impulsi fc

S1 - impulsi iz davača

impuls iz davača

S2 - impulsi fc

Konfiguracija mikroračunalnog uređaja za digitalno mjerenje brzine vrtnje P/T postupkom

Inkrementalni enkoder Iskra TGR-11-05I-1800 (broj impulsa)Sklop za učetverostručenje rezolucije 7200 imp/okr

BNB, BPB – brojila za neg. i poz. smjer brzine vrtnje (može i jedan up-down counter)fc = 1.536 MHzTc=2.1666 msMinimalna brzina 0.4 s-1

Prikaz mjerene vrijednosti na 12-bitovnom D/A pretvornikusignal iz μR-a s kojim počinje svaki ciklus mjerenja

Mjerni detektori za pomak i brzinu

Honeywell’s Solid State Position SensorsOva familija Honeywell-ovih proizvoda sadržava digitalne i analogne detektore na principu Hall-ovog efekta, detektore brzine vrtnje na principu Hall-ovog efekta, te magnete.

Tipične primjene:-tempiranje paljenja - pomak ventila,-upravljanje u robotici - detektori struje,-detekcija pomaka i kuta zakreta, - sigurnosni sistemi.Proizvodi:SS 520 serija – dvostruki digitalni detektori pomaka na principu Hall-ovog efektaRP serija – detektori kuta zakreta na principu Hall-ovog efektaSR 16717 serija – detektori brzine vrtnje na principu Hall – ovog efekta

Honeywell’s Infrared Products• Ova familija proizvoda bazira se na principima

poluvodičke i optičke elektronike. Prednost ovih detektora je što imaju veliku iskoristivost.

• Najviše se upotrebljavaju za: detekciju objekta, brojanje objekata na traci, detekciju pomaka i detekciju dozvoljene granice.

Tipične primjene:-printeri i fotokopirni strojevi,-sustavi za pohranu podataka,-sustavi za upravljanje pomacima,-skeniranje,-sustavi za mjerenje,-automatski sustavi za izvođenje.Proizvodi:SME/SMD serija – plastični i keramički detektoriHOA serija – transmisijski detektori

Mjerni detektori za silu, naprezanje i ubrzanje

Korištenje Newtonovog zakona

- deformacija kao pokazatelj djelovanja sile

OPRUGE - PERA

Rastezanje

Vlačno naprezanje - sila što djeluje najediničnu površinu krutog tijela:

gdje je: E - Youngov modul elastičnostiε0 - trajna deformacija zbog prevelikog rastezanja

F E Hookeov zakonq

σ ε= =g0 gl

točka loma

područje korištenja

Mjerni detektori za silu, naprezanje i ubrzanje

• Princip rada pera i detektora pomaka

• Deformacija prstenastog pera prenosi se polužnim sustavom na detektor pomaka

Fprstenasto pero

x2=ax1

x kućište koje vibrira

pero zaprednaprezanje

uteg mase m

kristal

Mjerni detektori za silu, naprezanje i ubrzanjeAkcelerometri

Honeywell QA-700 Q-Flex Akcelerometer

Karakteristike:-analogni izlaz,-kompaktni dizajn,-hermetički brtvljeno kučište,-podesivi opseg mjerenja.

Tipične primjene:-simulatori upravljanja letenjem-radarski sustavi,-sustavi za upravljanje raketama,-detekcija potresa.

Mjerni detektori za kaloričke veličine

MJERNI DETEKTORIZA TEMPERATURU

MJERENJE KOLIČINETOPLINE

MJERNI DETEKTORIZA KALORIČKE VELIČINE

TERMOELEMENTI

POLUVODIČKI

OTPORNIČKI

TERMOMETRI

KONTAKTNI

PIROMETRI

BESKONTAKTNI

Mjerni detektori za temperaturuTemperatura - veličina koja izražava toplinsko stanje tijela

Toplina - energija u prijelazu između tijela različite temperature(toplinski tok ide s mjesta više temperature na mjesta niže temperature)Širenje topline: - prenošenje (konvekcija)

- vođenje (kondukcija)- zračenje (radijacija)

Temperatura se ne mjeri neposredno, već preko utjecajana promjenu: - obujma tijela

- električkog otpora vodiča i poluvodiča- elektromotorne sile- energije zračenja tijela

Konvekcija, kondukcija kontaktni termometriRadijacija radijacijski termometri (pirometri)

Fourierov empirijski zakon vođenja topline

Λ – koeficijent prijenosa topline (W·m-2K-1) definira količinu topline koja seprenese, pri standardnim uvjetima u smjeru okomitom na površinu, pri razlicitemp. od 1 K (konstanta ili kontinuirana funkcija mjesta, neg. predznakoznačava da toplije tijelo gubi temperaturu)

- gustoća toplinskog toka (W·m-2),Θ - temperatura.

Toplinski tok M odgovara snazi (W)

- diferencijal površine skalarni produkt

q grad

Karakteristike prijenosa topline

= −Λ Θ

dA Φ = qdA

količina toplinevrijeme

λ Θ= − odnosno drugi oblik

Prijenos topline konvekcijom – istovremeni se odvija makroskopski i mikroskopski prijenos topline (prvi zbog promjene mjesta čestica fluida, a drugi zbog sudaranja molekula)

U tehničkoj praksi najčešće se makroskopsko gibanje fluida ostvaruje prisilno, tj. pod djelovanjem nekog tehničkog uređaja: pumpe, ventilatora i sl.

Promatra se granica krute tvari i fluida (pretpostavka da postoji hipotetski mirujući sloj fluida na stijenki) – umjesto složenog proračuna koristi se empirijski Newtonov zakon za prijenos topline

smjer qn je smjer normale na površinu krutogtijela prema fluidu

11 - 12 ! gradijent (razlika između konstantne temperature krute stijenke i konstantne temperature dovoljno udaljene točke fluida)

" - koeficijent prijenosa topline (empirijski)

qn = −

Kontaktni termometri – prijelaz topline između fluida i krute stijenke (najčešći slučaj u praksi)

α( )Θ Θ1 2

Kontaktni termometri

( ) ( ) toplinski tok

0 (0) početni uvjeti( ) ( ) trenutak uranjanja termometra

dc V A t tdt

tt S t

ρ αΘ= − Θ −Θ

= ⇒Θ = ΘΘ = Θ

Za tijelo volumena V, površine A te gustoće D i specifičnog toplinskog kapaciteta c vrijedi zakon održanja energije:

tj. promjena količine topline u volumenu V jednaka je toplinskom toku kroz površinu.

Za kontaktni termometar temperature θ(t) uronjen u fluid temperature θu(t) vrijedi:

∂∂

ρ λt

c dV qdA grad dAAAV

Θ Θ= − = ∫∫∫

(t), , V, c u(t)

detektor u obliku štapa

( ) ( )

( )(1 )

vrem. konstanta detektora

ili toplinski kapacitet detektora

ukupni koeficijent prijenosa topline( ) ( )(1 )

cV s s A ss

sTss sT

Θ⎡ ⎤Θ −Θ = − Θ −⎢ ⎥⎣ ⎦Θ + Θ

↓→ ↓ ↑

Θ = Θ −Θ − +Θ

Primjenom Laplaceovog operatora

63% od narinute promjene

Dinamička karakteristika ovisi o konstrukciji (izvedbi) termometra

Osnovno načelo ugradnje: velikiprijenos topline iz materijala natermometar i mali odvod topline s termometra

zaštitnioklop

temperaturnoosjetljivo područje

zaštitnioklop

temperaturnoosjetljivo područje

Obratite pažnju naove stvari tijekomrada na laboratorijskimvježbama!

Opće pravilo:Svaki novi prijelaztopline je ujedno novavremenska konstanta

Primjer regulatora temperature opremljenog s kontaktnim termometrom

SAMSON Tip 1• Temperaturni regulator namijenjen za

instalacije grijanja, za radne temperature od -10°C do 250°C, nazivne promjere ventila od DN15 do DN50, te nazivne tlakove PN 16 do PN 40.

• Kontaktni termometar nalazi se u sklopu ovog temperaturnog regulatora.

Otpornički termometri

Pasivni detektoriIzrađuju se od sljedećih metala:Pt, NI, Cu, WOtpor se mijenja s temperaturom:

Detektori za pretvornike SIEMENS SITRANS TUpotrebljavaju se u svim područjima

mjerenja temperature u industriji.

R R A Bza manja mjerna podrucjai manju preciznost

Θ Θ Θ Θ

= + − + − +

= + −

0 0 02

( ) ( ) . . .

SIEMENS RT2Otpornički termometar s elementom Pt100, za radne temperature do max. 400°C.

SIEMENS 2MT2010Otpornički termometar od materijala Pt100 za temperaturni opseg od –20 do 140°C i tlak do 32 bar.

Instalacija otporničkog termometra u KTE Jertovec

Poluvodički termometri

Pasivni detektori

Honeywell TD Temperature SensorsIzrada im se bazira na elementu siliciju. Nominalni otpor im je 2000 Ω, pri temperaturi 20°C. Opseg mjerenja im je –40 do 150°C.

R R eb

nelinearna ovisnost manja uporabau procesnoj tehnici

u rasponu od do K

ΘΘ Θ

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

− ⋅ − ⋅

−⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

− − −

3 10 6 10

konstanta ovisna o vrsti poluvodica

Tipične primjene::-HVAC postrojenja – prostorije, cjevovodi, oprema za hlađenje,-motori – regulacija temperature ulja i zraka,-elektronički sklopovi – zaštita poluvodiča,-procesna industrija – regulacija temperatureRegistracija promjene otpora- instrument s ukriženim svicima- most (spoj s 2 ili 3 žice radi kompenzacije utjecaja otpora vodova –moguća duljina i

nekoliko stotina metara) Wheatstoneov most

R RR R

R bazdaren u C

= ⇒ =

Mana - prijelazni otpor kliznikaRješenje problema - most sa samouravnoteženjem (servo princip)

R RR R R RR RR R

R xR x

velik nelinearno pokazivanje

= += = =++

= −+

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟⋅ +

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

2 3 4 0

TermoelementiSeebeckov efekt (1821) - elektromotorna sila javlja se na spojnim

krajevima dva različita vodiča uslijed razlike temperatura ! Toplinska energija u električnu energiju aktivni detektori

bizmut

antimon

u k kk k Seebeckovi koeficijenti

AB A B

= − −−

( )( ),

Θ Θ1 2

Termoparovi:neplemenitiFe - konst. (do 700 oC)NiCr - Ni (do 1000 oC)NiCr - konst.plemenitiPtRh -Pt (do 1000 oC)

16001200800400 OC0

FE - konst.

NiCr - Ni

PtRh - Pt

Termoelementi

Pogreška u mjerenju - zbog nestabilnosti Θ2 (zagrijavanje priključne glave)

Cijeli vod od istog materijala pa je na poredbenom mjestu Θ2! tu se stalna temperatura održava:- termostatom- kompenzacijskom dozom (osjetljivi Cu vodovi koji kompenziraju napon)

1vodovi

izjednačenja

Cu vodovi

poredbeno mjestopriključna glava

TermoelementiKompenzacija mjerne pogreške kompenzacijskom dozom

poredbenomjesto

kompenzacijska doza

O ovom ćete dodatno naučitiradeći laboratorijsku vježbu

Termoelementi

Honeywell Megopak ThermocouplesSastoje se od T/C žica s izolacijom od Magnezij oksida u oblozi od 316 SS ili

Inconel. Ti materijali su ukomponirani u jednu cjelinu, čime dobivamo detektor s malim promjerom, pogodan za mnoge primjene. Ta nam struktura omogućava da promjeri budu od 1/6” do 3/8”.

Instalacija termoelementa u KTE Jertovec

Instalacija termoelemenata u KTE Jertovec

Pirometri

Princip rada pirometra – mjere radijaciju topline

PIROMETAR

OBJEKT

OBJEKTIV

BLENDA

FILTER OKULAR

DETEKTOR(višestruki

termoelement)

PirometriVrste pirometara (prema spektralnoj osjetljivosti)- spektralni- pojasni- pirometri ukupnog zračenja

- pirometri odnosa

Detektori u pirometrima mogu biti:- crni reagiraju na sve λ jednako (termoelementi, otpornički

termometri, temperaturno ovisni kapaciteti)- selektivni fotonski detektori (pod djelovanjem elektromagnetskog

zračenja oslobađaju se fotoni - mjerljiva električka pojava:- fotovodljivost- fotopotencijal- fotoelektromagnetska pojava

T T temp crnog tijelac=1

Radijacijski pirometri

Primjena pirometara• visoke temperature iznad 1400 oC• mjerenje temperature na objektima malog toplinskog kapaciteta ili

loše toplinske vodljivosti• mjerenje temperatura koje se vrlo brzo mijenjaju • mjerenje temperature na pokretnim ili nepristupačnim objektima

Primjeri mjerenja:• površinske temperature plastike, keramike, tekstila, gume, papira ili

boje• temperature plašta od zračnih predgrijača i cementnih rotirajućih

peći• unutarnje temperature peći za loženje• u tunelskim pećima i pećima za kaljenje.

Primjena:Primjena:ARDOMETER MP radijacijski pirometar

upotrebljava se za mjerenje elektromagnetske radijacije emitirane od objekta u temperaturnom opsegu od 0 do 2000°C.

SIEMENS ARDOMETER MPSIEMENS ARDOMETER MPradijacijski pirometar s integriranomdigitalnom elektronikom

ARDOCELL PSARDOCELL PSradijacijski pirometar - upotrebljava se za mjerenje temperature objekta u temperaturnom opsegu od –30 do 2500°C.

Mjerilo količine toplinePrijenos konvekcijom - nužan uvjet je razlika temperatura T = TD - TP

Mjerenje protoka Q

MJERILOKOLIČINETOPLINE

potrošač(izmjenjivač topline)

dolazni vodnosilactopline(voda)

povratni vod

Mjerilo količine toplineKoličina topline u jedinici vremena (snaga):

Ukupna količina topline:

( )( )

u i D P D P

E mcT V cTd dV dTP V cT cT V cdt dt dt

P P P Q cT Q cT cQ T TP kQ T T kQ Tk c faktor topline

ρ ρ ρ

= − = − = −

= − = Δ= −

E Pdt k Q T T dtt

= = −∫ ∫1

Mjerilo količine topline ALLMESS Integral-MK MaXX

Zahvaljujući modernoj ASIC-ovoj tehnologiji cjelokupna tehnologija je uspješno minijaturizirana, tako da se instrument može ugraditi u najmanje ugradne ormare (85mm). Zaokretnost za 360° kao i veliki LCD display omogućava operateru dobro očitavanje.Specijalan ASIC čip omogućuje mu Plug&Play tako da se i naknadno na računalsku napravu mogu priključiti različiti opcijski prekidači (kao npr. M-BUS, 4 vodomjera itd.).Uređaj može pokrivati mjernopodručje od cca 3 do 1200 l posatu. Mjerno temperaturno područje mu je 20 do 90°C, a maksimalni pogonski tlak je 16 bara.

Mjerni detektori tlaka

ZVONASTI MANOMETRI(ĆELIJE)

MANOMETAR SU-CIJEVI

TEHNIČKI DETEKTORITLAKA

MIJEHOVI

MANOMETRI SMEMBRANAMA

BOURDONOVA CIJEV

ELASTIČNI ELEMENTI ZAMJERENJE TLAKA

PNEUMATSKI DETEKTORRAZLIKE TLAKOVA

MJERNI DETEKTORITLAKA

Elastični elementi za mjerenje tlakaManometri s Bourdonovom cijevi

WIKA tip 1 familija manometara – mjerno područje 0 -1000 bar

Primjena:-klimatizacija,-sanitarije i tehnika grijanja,-medicina,-pneumatika,-autoindustrija.

b) Manometri s membranama

WIKA tip 4 familija manometara-- mjerno područje 0 do 40 bar

Primjena:-kemijska i petrokemijska industrija,-pumpe,-kompresori,-automobilska industrija,-industrija proizvodnje cementa.

Manometri s mijehom

WIKA tip 5 familija manometara – manometri za apsolutni tlak – mjerno područje od 0 do 25 bar

Primjena:-laboratoriji,-vakuumska tahnika,-klimatizacija,-prehrambena industrija

Detektori za mjerenje razine

DETEKTORI SPLOVKOM

DETEKTORI SRONILOM

HIDROSTATSKEMETODE

KAPACITIVNIDETEKTORI

DETEKTORI ZAMJERENJE RAZINE

Hidrostatički detektori razine

SIEMENS SITRANS P

Koristi se u rezevoarima ili posudama s direktnim priključenjem ili s priključenjem

pomoću prirubnica.Nominalni tlakovi su do PN 420 za

direktno priključenje, odnosno Pn 40s priključenjem pomoću prirubnica.

Izvod izraza (u prilogu)

Kapacitivni detektori razine

Milltronics MercapPrimjenjuje se u ekstremnim uvjetima

visokih tlakova i temperatura. Kučišta su izrađena takvom tehnologijom, da su zaštićeni od pare, kondenzata, korozije, pepela itd.

Ultrazvučni detektori razine

Milltronics Probe – kombinirani detektor sa elektronikom u

jednom pakovanju za jednostavno i pouzadano mjerenje u zatvorenim posudama.

Radarski detektori razine

Milltronics IQ Radar 160Primjenjuje naprednu impulsnu radarsku tehnologiju za

provođenje pouzdanog mjerenja i održavanja konstantne razine u tekućinama i smjesama. Neosjetljiv je na temperaturne i atmosferske uvjete, turbulenciju, miješanje, paru itd.

Primjenjuje se u agresivnim i opasnim primjenama.

SIEMENS LR

To je visoko frekvencijski radarski pretvornik s detektorom razine za visoku preciznost i široka područja mjerenja u procesnoj industriji..

Detektori protoka fluida

MJERENJE POMOĆUPRIGUŠNICE

MJERENJE POMOĆUU-CIJEVI

MJERENJE POMOĆUMJERNOG ZASLONA

NOVIJA MJERILATLAČNE RAZLIKE

DETEKTORI PROTOKAFLUIDA

Q p potrebno korjenovanje skale~ Δ →

Detektori protoka s prigušnicom, U-cijevi i mjernim zaslonom

SIEMENS SITRANS F 0Univerzalni mjerni instrumenti za tekućine,

plinove i pare. Daje precizne rezultate čak i kod velikih promjera, i kod visokih tlakova i temperatura.

SIEMENS F IMehanički instrumenti za mjerenje protoka

kod tekućina i plinova.

Elektromagnetski detektori protoka

SIEMENS SITRANS F MUpotrebljavaju se za mjerenje protoka

medija koji je električki vodljiv, počevši od 0.008 μS/cm. Medij može biti homogena tekućina bez ili sa suspendiranim česticama, talozima, mrljama i ljepilima.

Mogući su protoci do 12 m/s. Promjeri su od DN 2 do DN 2000 s prirubnicama.

Oplatni materijal je mekana i tvrda guma, NOVOLAK za argesivne medije do 130°C, i PTFE za temperature do 180°C.

Ultrazvučni detektori protoka

SIEMENS SITRANS F USUltrazvučni “inline”

protokomjeri s novim oblikovanim signalom se upotrebljavaju za mjerenje protoka električki vodljivih i nevodljivih fluida.

Glavna primjena ovih protokomjera je u kemijskoj i petrokemijskoj industriji u potencijalno eksplozivnoj atmosferi, te u farmaceutskoj industriji i energetici.

Protokomjeri s promjenljivim mjernim opsegom

SIEMENS SITRANS F VADetektori s promjenjivim opsegom mjerenja,

primjenjuju se kod tekućina i plinova, za protoke od 1 l/h do 100 m3/h. Veličine priključka su od G ¼” do G 2”. Maksimalni tlak je 40 bar uz maksimalnu temperaturu 150°C.

Rotacijski protokomjeri

SIEMENS SITRANS F RKoristi se za mjerenje protoka kod tekućina. Priključci su mu DN 15 do DN 80, a

maksimalni tlak PN 63. Temperaturni opseg medija mu je od –30 do 250 °C.

Mjerni detektori za kemijske veličine

• Mjerni detektori pH vrijednosti• Mjerni detektori vlažnosti• Mjerni detektori S, CO, CO2

• pH (potencijal vodika), je mjera kiselosti ili bazičnosti vodene otopine, tj. govori da li je otopina kisela ililužnata pH vrijednost jednaka je negativnom logaritmu koncentracije iona vodika u otopini –neutralna otopina (voda) ima pH vrijednost 7

• Kiseline su jače što je pH manji, a baze što je pH veći

Mjerni detektori pH vrijednosti

lužnatokiselo

0 7 14

Mjerni član za mjerenje pH vrijednosti• Sastoji se od:

– pH metra– pH elektrode– referentne elektrode

• pH metar– mjeri razliku potencijala između pH elektrode i referentne elektrode– napon koji detektira, pretvara u normirani strujni signal 0 - 20 mA

• pH elektroda– potencijal se mijenja s promjenom koncentracije iona H3O+ u otopini– važna uloga pH elektrode je da sav napon koji ona inducira potječe od H3O+ iona

inducirani napon direktno proporcionalan udjelu iona H3O+

• referentna elektroda– inducira konstantan napon neovisno o kakvoći otopine

Referentnaelektroda Ph elektroda

Vrlo često u praksi se koristi kombinirana elektroda koja u jednom tijelu sadrži i referentnu i mjernu elektrodu

Računanje napona pH metra prema Nernstovoj jednadžbi

gdje su:U - potencijal izmjeren između elektrodaUo - standardni potencijal ovisan o konstrukcijiR - plinska konstanta (8.314 JK-1mol-1)T - apsolutna temperatura (K)zi - naboj jednog ionaF - Faradayeva konstanta (96 484.56 Cmol-1)

[ ]0 3

2.303 logi

RTU U H Oz F

Kalibriranje sonde pH metra

Prije korištenja pH metra u realnim sustavima treba sondukalibrirati, tj. s neutralnom otopinom podesiti nulu, a nakon toga s referentnim otopinama (poznati pH) odrediti osjetljivost sonde

Proizvođači pH senzora

• veliki broj proizvođača detektora pH vrijednosti

• SENSOREX • pH Range: 0-14 (ORP electrodes +/-2000 mV)

• Speed of Response: 95% in less than one second

• Temperature Range: 0-100 C

• Pressure Range: 0-100 psig

• Cable: Low noise coaxial, 76 mm (30 inches) longer length on special orders

• Connector: US Standard/Beckman, BNC or others

QUANTUMModeli s odgovarajućim pretvornicima: Q25P i Q45P

• Measuring Range: 0 to 14.00 pH• Sensitivity: 0.002 pH• Stability: 0.02 pH per 24 hours, non-

cumulative• Wetted Materials: PEEK, ceramic, titanium,

glass, Viton, EDPM (optional: 316 stainless steel with 316SS body)

• Temperature Compensation: Pt1000 RTD• Sensor Cable: 6 Conductor plus 2 shields• Temperature Range: -5 to +95 °C (23 to 203 °F)• Pressure Range: 0 to 100 psig• Maximum Flow Rate: 10 feet (3 meters) per second• Max. Sensor-Transmitter Distance 3000 feet (914 meters)• Sensor Body Options: 1” NPT convertible, 1Ľ”

insertion, 1˝” or 2” sanitary style• Weight: 1 lb. (0.45 kg)

Karakteristike Q25P

ZULLIGModel PHZB-25 – Korišten za ekspertno vođenje ribnjaka

Karakteristike sonde:• Sonda se priključuje na

mjerni uređaj s lokalnim digitalnim prikazom

• Može se dalje signal slati preko RS 485 serijske veze

• Samočišćeća sonda (sustav rotirajućih mehaničkih noževa za skidanje mulja i algi)

Ekspertno vođenje ribnjaka

PC Server

PC Klijent

INTERNET

TCP/IP

Ribnjak

ulazno-izlaznajed inica

aplikacijaza

uzgoj riba

kisik,T

mjerniuređaji

informa čkikabel

aerator

Ribnjak

ulazno-izlaznajed inica

kisik,T

mjerniuređaji

aerator

Programska aplikacija s prikazom trenda pH vrijednosti

MJERNI PRETVORNICI

PNEUMATSKI MJERNIPRETVORNICI

ELEKTRIČNI MJERNIPRETVORNICI

HIDRAULIČKIMJERNI PRETVORNICI

KOMBINIRANIMJERNI PRETVORNICI

MJERNIPRETVORNICI

Podjela prema karakteru pomoćne energije:

PRETVORNICI SIGNALA

PNEUMATSKO-ELEKTRIČNI (P/E)

PRETVORNICI

ELEKTRIČNO-PNEUMATSKI (E/P)

PRETVORNICI

UNIVERZALNIPRETVORNICI

PRETVORNICISIGNALA

P/E PRETVORNICI SIGNALA

SIEMENS SITRANS TFPrimjenjuje se u prljavim i vlažnim mjestima. Ima optički programabilni

digitalni indikator.

E/P PRETVORNICI SIGNALA

E/P PRETVORNICI

SIGNALA

E/P PRETVORNICI SIGNALA

E/P PRETVORNICI SIGNALASIEMENS SIPART PS2E/P pretvornici, koji se upotrebljavaju u elektroničkim sustavima za

upravljanje, za upravljanje linearnim ili djelomičnim okretom pokretača.

UNIVERZALNI PRETVORNIK SIGNALA

SIEMENS SITRANS TWPrikladan je za sve vrste temperaturnih

mjerenja, kao i mjerenja struje, napona i otpora. Ima galvansku zaštitu u svim krugovima. Izlazni signal mu je 0/4 do 20 mA sa HART-om. Može se programirati putem PC-a preko SIMATIC PDM-a. Ima priključak za dvije ili četiri žice.

HIDRAULIČKIMOTORI

HIDRAULIČKIVENTILI

IZVORI SNAGE(PUMPE)

HIDRAULIČKIIZVRŠNI ČLANOVI

PNEUMATSKIMOTORI

REGULACIJSKI VENTILII ZASUNI

PNEUMATSKIIZVRŠNI ČLANOVI

ELEKTRIČKI MOTORI

TIRISTORSKA ITRANZISTORSKA POJAČALA

ELEKTRIČKIIZVRŠNI ČLANOVI

IZVRŠNIČLANOVI

IZVRŠNI ČLANOVI

PNEUMATSKI MOTORI

PNEUMATSKI MOTORIΣFF F F F FF Sp

F m d x tdt

F k x x x prednapetost pera

F dx tdt

suho trenje zanemareno

F F F F F

m d x tdt

k x x dx tdt

RC dpdt

slijedi izvod poslijednje jednadzbe

u m k t v

m k t u v

=− − − − ==

= + −

+ + = −

+ + + = −

( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) ( )

PNEUMATSKI MOTORI

masa zraka u nekom volumenu je tlakudmdt

C dpdt

C dmdp

f p R pdmdt

dmdt R

C dpdt R

p p RC dpdt

proporcionalna

= = ⇒ = ≅ =

= ⇒ = ⇒ = = −

= − ⇒ + =

Δ( ) ( )

PNEUMATSKI MOTORI

a) tlak zatvara ventil b) tlak otvara ventil

JEDNOSTAVNI MEMBRANSKI MOTORI

MEMBRANSKI MOTOR S POZICIONEROM

ulazizlaz

poluga

motorpneum.pojačalo

opruga

sapnica +odbojna pločica

• Pneumatski membranski motor u sklopu regulatora tlaka SAMSON tip 41-23.

• Maksimalna radna temperatura mu je 350°C, a tlak je PN 16 do PN 40. Predviđen je za radni medij: para, voda i ostale tekućine, ulje, zrak i negorive plinove.

• Primjenjuje se u procesnim postrojenjima, kriogenici, te u sustavima grijanja, ventilacije i klimatizacije.

Pneumatski motori

REGULACIJSKI VENTILI I ZASUNI

2 21 2

,površina presjeka,

v - srednja brzina protjecanjaBernoullijev poučak:

v vQ v S v S v SQ protokS

p konst

−−

+ = + + Δ

1 1 2 2

REGULACIJSKI VENTILI I ZASUNI

LINEARNAM = M0 + mh

M0 - rel. koef. protoka za h=0 (nesavršeno zatvaranje - curenje)

ISTOPOSTOTNAM = M0 e

h - relativni hodUz h=1 i M=1 --> n=ln (1/M0 )Kod malog toka malepromjene,kod većeg veće

linearni

h - relativni hodm - nagib linearne kar. protokaUz h=1 i M=1 --> m=1 -M0

POLINOMSKAM = M0 + C0h+0.2h2-0.29h3+0.1h4+0.38h5

h - relativni hodUz h=1 i M=1 --> C0=0.61 -M0

)p100)p

)p)pvpu

pumpa cjevovodventil

potrošač

Pogonske karakteristike regulacijskih ventila

relativni koeficijent protoka ventilaparametar koji ovisi o konstrukciji ventila

= =⎡ ⎤ ⎡ ⎤Δ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ − +Ψ −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟Δ Φ Φ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

Φ −Ψ −

2 2100100

1 11 1 1 1

Q = )p100/)p0

0.2 0.6 1.00.80.4

0.10.3

Q/Q100

LINEARNE M=M0+(1-M0)h

0.2 0.6 1.00.80.4

0.30.6

Q/Q100

ISTOPOSTOTNE M=M0enh

0.2 0.6 1.00.80.4

Q/Q100

POLINOMSKE M=M0+C0h+0.2h2--0.29h3+0.1h4+0.38h5

Može se uočiti da se s polinomskom karakteristikom ventilapostižu pogonske karakteristike koje su simetrične u odnosuna idealnu pogonsku karakteristiku (označenu crtkano).

Regulacijski ventili i zasuniARI ARMATUREN FABA LongLife– zaporni ventil

ARI ARMATUREN SAFE – sigurnosni ventil

GESTRA PA/MPA – miješajući ventil ARI ARMATUREN STEVI 450– električki upravljani ventilIma samozatvarajuće djelovanje. Otvaranje mu je naglo

kako bi se lakše izbacile naslage mulja sa dna kotla. Konstrukcija pneumatskog pogona je izvedena tako da u slučaju nepostojanja komprimiranog zraka u postrojenju moguće koristiti i vodu iz gradske mreže kao radni medij.Radni tlakovi su mu PN 40 do PN 250, a promjeri priključka DN 20 do DN 50.

GESTRA DISCO– protupovratni ventili tip RK

Izveden je u međuprirubničkoj izvedbi prema DIN, ISO ili ANSI standardima. Ima mogućnost ugradnje u svim položajima. Široka mu je primjena za razne vrste medija: tekućine, plinovi, para,kiseline, lužine, morska voda. Ugrađuje se u postrojenjima grijanja i klimatizacije, te u kemijskoj, naftnoj, prehrambenoj i farmaceutskoj industriji i brodogradnji.Radni tlakovi su mu PN 6 do PN 160, a dimenzije priključka Dn 15 do Dn 200.

GESTRA UNIVAM – leptiraste zaklopke

Centrično uležištene zaklopke s mekim brtvljenjem u međuprirubničkoj izvedbi prema standardima DIN, ISO ili ANSI. Imaju široko područje primjene: vodoopskrbni

sustavi, priprema i odvodnja otpadnih voda, prehrambena, petrokemijska i farmaceutska industrija.

Mogu biti opremljeni različitim vrstama upravljanja: ručnom polugom, reduktorom sa ručnim kolom, te

elektromotornim ili pneumatskim pogonom.

WILO - Star – RS –CIRKULACIJSKA PUMPA

Karakteristike:- jednostruka horizontalna centrifugalna pumpa- 3 brzine vrtnje- kučište može biti iz bronce ili iz lijevanog željeza, rotor je iz GF – PP, a vratilo iz nehrđajućeg čelika- radni fluid može biti: voda ili mješavina vode i glikola u omjeru 1:1- brzina vrtnje 1100 do 2200 okr/min- temperatura radnog medija: -10°C do 110°C- maksimalni radni tlak 10 bar- pokreće ju jednofazni dvopolni asinhroni motorPrimjena:- sustavi za grijanje, hlađenje i klimatizaciju ( kao cirkulacijska i recirkulacijska pumpa)

)P - pad tlaka kodotvorenih kanala

hidrauličkog ventila

Električkimotor

Upr. signal

potenciometar

Hidrauličkiklipni motor

Pov. veza

Hidraulički servoventili – analogni elementi

U kombinaciji s električkimulaznim signalom elektrohidraulički servo sustav

PaPi Pa

dovod(visokotlačni)

odvod(niskotlačni)

Simbol ventila

dy (izlaz) y

x (ulaz)

ventil

(pomoćni izvor)

odvod (niski tlaku sabirniku)

O pomaku ventila ovisiveličina otvora odnosnoopseg otvora

ESAII

Documents

TRABAJO FINAL DE MÁSTER Evaluación de la función … BIOART TFM (ESAII).pdf · proponer cambios en su modelado que permitan obtener respuestas con sentido fisiológico (realistas)

1er EXAMEN PARCIAL · 2013. 1. 22. · 1er EXAMEN PARCIAL AUTOMATICA I CONTROL ENGINYERIA EN AERONAUTICA ETSEIAT DEP ESAII, 11/4/2011 1ª PART 2 punts Solució: a) El termometre es

RESOLUCIÓ DE LA CONVOCATÒRIA DEL PLA D’INVERSIONS EN TIC 2009. ÁMBITS PRIORITZACIÓ · 2017. 11. 20. · 707 ESAII 1352 Servidor per a virtualització (2009) 5.902,08 € 50%

1er EXAMEN PARCIALhermessuspendeme.com/DOCS/GrevaGreta/3A/Control Automatic/Ex… · 1er EXAMEN PARCIAL AUTOMATICA I CONTROL ENGINYERIA EN AERONAUTICA ETSEIAT DEP ESAII, 11/4/2011

1er EXAMEN PARCIAL - hermessuspendeme.com Autom… · 1er EXAMEN PARCIAL AUTOMATICA I CONTROL ENGINYERIA EN AERONAUTICA ETSEIAT DEP ESAII, 11/4/2011 1ª PART 2 punts Solució: a)