Meranie pre potreby riadenia - kves.uniza.sk · Meranie prietoku Tok sypkých látok sleduje pri spojitej doprave ateriálu – napr. uhlie meria sa hmotnostný prietok na dĺžke

Snímače a prevodníky

Meranie pre potreby riadenia

Meranie teploty Uskutočňuje sa nepriamo cez zmenu

vlastností teplomernej látky

Snímač je umiestnený v ochrannom puzdre → oneskorenie prechodu tepla

2

Meranie teploty Uskutočňuje sa nepriamo cez zmenu

vlastností teplomernej látky

Snímač je umiestnený v ochrannom puzdre → oneskorenie prechodu tepla

Javy využívané pri meraní teploty: Teplotná závislosť odporu materiálov

Seebeckov jav (termoelekrické články)

Zmena rezonančnej frekvencie kryštálu

Dilatácia 3

Meranie teploty Rozdelenie snímačov:

dotykové: elektrické (odporové, polovodičové, ...)

dilatačné (bimetalové, tlakové, sklenené)

špeciálne (akustické, šumové, ...)

4

Meranie teploty Rozdelenie snímačov:

dotykové: elektrické (odporové, polovodičové, ...)

dilatačné (bimetalové, tlakové, sklenené)

špeciálne (akustické, šumové, ...)

bezdotykové: pyrometre (jasové, radiačné, fotoelektrické)

termovízia

infrafotografia 5

Meranie teploty - dotykové

zmena elektrického odporu od teploty

R = R0∙(1 + α∙Δϑ)

používa sa platina, nikel, meď, molybdén

6

Odporové kovové snímače:

Meranie teploty - dotykové Odporové kovové snímače:

vyhodnocovanie pomocou nevyvážených Wheatstonových mostíkov zmena R spôsobí rozváženie mostíka →

zmena výstupného U

ohrievanie samotného snímača spôsobuje chybu merania: Δϑ = (Rt∙I

2)/D (D – zaťažovacia konštanta)

maximálny prípustný prúd (udáva výrobca) je napr. pre Pt 100 (pri 0 °C) 10 mA

7

Meranie teploty - dotykové Odporové polovodičové snímače:

zmena elektrického odporu od teploty Negastory (NTC):

používajú najčastejšie z termistorov

termistory so záporným teplotným koeficientom odporu

Rr (Ω)– odpor pri referenčnej teplote

Tr (K)– referenčná teplota

B (K)– teplotná konštanta závislá od materiálu

8

r1T

1

T

1B

r1 eRR


zmena elektrického odporu od teploty Pozistory (PTC):

termistory s kladným teplotným koeficientom odporu

používajú ako snímače s binárnym výstupom → signalizácia prekročenia maximálnej dovolenej teploty

9


zmena elektrického odporu od teploty Monokryštalické senzory:

termistory s kladným teplotným koeficientom odporu

charakteristika má tvar paraboly

Si (kremíkové) senzory pre teploty -50 °C až 150 °C

10

Meranie teploty - dotykové Termoelektrické články (termočlánky):

využívajú Seebeckov jav pozostávajú z dvoch vodičov (kov alebo

polovodič)

na jednom konci sú spolu pevne spojené zváraním alebo spájkovaním

druhý koniec je rozpojený

11


využívajú Seebeckov jav

12


využívajú Seebeckov jav ak majú konce termočlánku rozdielnu

teplotu, vzniká na rozpojenom konci elektrické napätie, tzv. Seebeckovo napätie

13

Meranie teploty - dotykové Dilatačné snímače:

rozťažnosť látok → zmena dĺžky alebo objemu vyjadruje informáciu o teplote

výstupný signál je logický alebo binárny

14

Meranie teploty - dotykové Dilatačné snímače:

rozťažnosť látok → zmena dĺžky alebo objemu vyjadruje informáciu o teplote

výstupný signál je logický alebo binárny

najčastejšie bimetaly (dvojkovy)

15

Meranie teploty - bezdotykové Vyhodnocuje sa tepelné – infračervené žiarenie

Vlnové dĺžky od 0,8 μm do 30 μm reprezentujú teploty od -40 °C do 10 000 °C

Žiarenie má rovnaké vlastnosti ako svetlo: šíri sa priamočiaro

odráža sa

láme sa

polarizuje sa

interferuje

16

Meranie teploty - bezdotykové

Výhody: zanedbateľný vplyv meracieho prvku na meraný

objekt

možnosť merania teploty pohybujúceho sa (rotujúceho) telesa

možnosť merania rýchlych zmien teploty

plošné snímanie teploty objektu (termovízia)

17


Nevýhody: nižšia presnosť merania

nejednoznačná priechodnosť infračerveného žiarenia prostredím

odrazy infračerveného žiarenia od okolitého prostredia

18


Snímače infračerveného žiarenia:

Fotoelektrické snímače – cez fotoelektrický jav fotorezistory

fotodiody

19


Snímače infračerveného žiarenia:

Fotoelektrické snímače – cez fotoelektrický jav fotorezistory

fotodiody

Teplotné snímače – absorpciou žiarenia menia svoje vlastnosti: bolometre – zmena odporu

termoelektrické snímače – generujú DC napätie

pyroelektrické snímače – zmena polarizácie → zmena elektrického náboja

pyrometre – veľkosť napätia alebo zmena obrazu (termovízia) 20

Meranie prietoku u kvapalín a plynov

určuje sa objemové množstvo QV alebo hmotnostné množstvo QM pretekajúce zvoleným prierezom za jednotu času → integračné meranie

v – strená rýchlosť pretekajúcej tekutiny

ρ – hustota pretekajúcej kvapaliny 21

13V sm

d

d Svt

VQ 1

M skgd

d Svt

MQ ρ

Meranie prietoku Prúdenie tekutiny sa mení podľa:

rýchlosti prúdenia

hustoty tekutiny

viskozity tekutiny

charakteristického prierezu

22

Meranie prietoku Prúdenie tekutiny sa mení podľa:

rýchlosti prúdenia

hustoty tekutiny

viskozity tekutiny

charakteristického prierezu

Prúdenie môže byť: turbulentné (Re < 2000) – typické pre technické zariadenia

laminárne (Re > 3000)

Reynoldsovo číslo - pre kruhové potrubie: pomer medzi zotrvačnými a trecími silami v tekutine

D – priemer, v – rýchlosť, vis – kinematická viskozita pretekajúcej tekutiny

23

-vis

vDRe

Meranie prietoku Treba uvažovať stavové veličiny tekutiny v mieste

merania: Kvapaliny – teplota

Plyny – teplota a tlak

Trend je merať priamo hmotnostný prietok pretekajúcej kvapaliny → eliminácia vplyvu:

tlaku

teploty

viskozity

24

Meranie prietoku Metódy merania prietoku (podľa fyzikálneho princípu):

Objemové, dávkovacie Spojité – kyvné, bubnové, piestové

Rýchlostné lopatkové, turbínkové

indukčné

ultrazvukové

vírové

prierezové

plavákové

Hmotnostné Coriolisove

tepelné 25

Meranie prietoku Prierezové prietokomery často používané v energetike

Využívajú rôzne škrtiace zariadenia vytvorenie nemenného zoškrteného prietokového prierezu

dochádza k zmene rýchlosti pretekajúcej tekutiny

vznikne rozdiel potenciálnej tlakovej energie pred a za škrtiacim zariadením → to sa využíva pre merania

existujú normalizované škrtiace zariadenia

26

Meranie prietoku

clona

27

dýza Venturiho dýza

Normalizované škrtiace zariadenia

Meranie prietoku Prierezové prietokomery

28

Prietok tekutiny zoškrteným prierezom


Prietoková rovnica reálnej tekutiny:

QV – objemový prietok v potrubí

α – prietokový koeficient vztiahnutý na zoškrtený prierez

ε – koeficient expanzie (plyn ε < 1, kvapaliny ε = 1)

S0 – prietočná plocha zúženého prierezu, prierez 0

ρ – hustota pretekajúcej tekutiny pri prevádzkových podmienkach

Δp – tlakový spád na škrtiacom zariadení

29

pSQV Δρ

εα2

0

Meranie prietoku

30 Merací systém prietoku


Prietoková rovnica pre suché plyny:

p – tlak

T - teplota

Prietoková rovnica pre prehriatu paru:

v – hmotnostný objem pary

31

pv

vSQV Δ1

2 200εα

pT

pkQV Δ

0

Meranie prietoku Tok sypkých látok

sleduje pri spojitej doprave materiálu – napr. uhlie

meria sa hmotnostný prietok

32



meria sa hmotnostný prietok na dĺžke L (určuje výrobca meracieho systému) dopravnej

trasy sa zabezpečí konštantná rýchlosť pohybu materiálu v

vážením sa na dĺžke L zistí zaťaženie materiálom M0

pre hmotnostný prietok QM za čas platí:

33

0M ML

vQ



meria sa hmotnostný prietok

34 Pásový merací systém



meria sa hmotnostný prietok množstvo materiálu, ktoré prejde cez merací systém sa dá

určiť ako:

kde Q’M je hmotnostný prietok cez merací systém za elementárny časový interval (kg/min, kg/hod, ...)

35

dtQL

vM

t

t

2

1

'M

Meranie množstva tepla teplo v technickej praxi = množstvo tepla dodané

alebo odobrané cez výmenník tepla prostredníctvom teplonosného média v teplotechnických zariadeniach

36

Meranie množstva tepla teplo v technickej praxi = množstvo tepla dodané

alebo odobrané cez výmenník tepla prostredníctvom teplonosného média v teplotechnických zariadeniach

jednotka teplotného množstva – Joule [J]

množstvo tepla, ktorým sa jednotka hmoty (1 kg) danej látky ohreje o 1 °C udáva špecifická tepelná

kapacita c (merné teplo) [J∙kg-1 ∙K-1]

37

Meranie množstva tepla pre praktické výpočty sa používa priemerná

špecifická tepelná kapacita v určitom rozsahu teplôt θ1 a θ2:

c = ΔQ/(m∙(θ1 – θ2)) ΔQ – množstvo tepla dodané látke

m – hmotnosť látky

38

Meranie množstva tepla pre praktické výpočty sa používa priemerná

špecifická tepelná kapacita v určitom rozsahu teplôt θ1 a θ2:

c = ΔQ/(m∙(θ1 – θ2)) ΔQ – množstvo tepla dodané látke

m – hmotnosť látky

ako teplonosné médium sa používa voda

vzduch

para

nemrznúca kvapalina 39

Meranie množstva tepla Tepelný výkon pri prenose tepla je definovaný ako:

PQ = QM∙c∙(θ1 – θ2) = ρ∙c∙QV∙(θ1 – θ2)

QM – hmotnostný prietok teplonosnej tekutiny

c – špecifická tepelná kapacita (merné teplo)

θ1 a θ2 – teploty v miestach merania, pred a za spotrebičom

ρ – špecifická hustota teplonosnej tekutiny

QV – objemový prietok teplonosnej tekutiny

40

Meranie množstva tepla Tepelný výkon pri prenose tepla je definovaný ako:

PQ = QM∙c∙(θ1 – θ2) = ρ∙c∙QV∙(θ1 – θ2)

QM – hmotnostný prietok teplonosnej tekutiny

c – špecifická tepelná kapacita (merné teplo)

θ1 a θ2 – teploty v miestach merania, pred a za spotrebičom

ρ – špecifická hustota teplonosnej tekutiny

QV – objemový prietok teplonosnej tekutiny

a množstvo tepla:

41

n

1iiQi

n

1ii

0Q tPQdtPQ

t

ΔΔ

Meranie množstva tepla Merače tepla sa delia podľa:

druhu snímačov teploty

princípu merania prietoku

spôsobu výpočtu tepelného výkonu:

mechanické

elektrické

elektronické (inteligentné) 42

Snímanie polohy Snímače polohy sú:

Spojité Odporové

Indukčné

Kapacitné

Nespojité Odporové

Oscilátorové

Magnetické

Optoelektronické 43

Snímanie polohy Nespojité odporové snímače menia zmenu polohy alebo posunutia na

skokovú zmenu svojho odporu prepínaním kontaktu

R2 – daný izoláciou kontaktu

R1 – daný prechodovým odporom kontaktu

44

Snímanie polohy Nespojité odporové snímače indikujú dosiahnutie dopredu určenej polohy →

logický/binárny výstup referenčná poloha

nulová poloha

koncová poloha

45

Snímanie polohy Nespojité odporové snímače indikujú dosiahnutie dopredu určenej polohy →

logický/binárny výstup referenčná poloha

nulová poloha

koncová poloha

kontakt je ovládaný priamo – mechanickým posunutím prvku

nepriamo – cez prevod sledovanej veličiny na posunutie

46

Snímanie polohy Nespojité odporové snímače parametre odporových snímačov:

prechodový odpor – najdôležitejší

rušivé napätie – vzniká zmenami prechodového odporu vplyvom nestálosti prítlačnej sily

medzný prúd – spôsobuje elektrické opotrebenie kontaktov

47

Meranie výšky hladiny je špecifickým meraním polohy

rozlišujeme meranie:

kontinuálne (spojité) meranie

pre ochranou proti pretečeniu (preplneniu) nádob

pre vyhodnocovanie medzných stavov (limitné meranie)

48

Meranie výšky hladiny Kontinuálne (spojité) meranie

sledovaná výška hladiny sa vyhodnocuje analógovým meracím členom

výstupný signál proporcionálne zodpovedá výške hladiny

49

Meranie výšky hladiny Kontinuálne (spojité) meranie

sledovaná výška hladiny sa vyhodnocuje analógovým meracím členom

výstupný signál proporcionálne zodpovedá výške hladiny

Ochrana proti pretečeniu

zvyšuje bezpečnosť obsluhy a zariadení 50

Meranie výšky hladiny Vyhodnocovanie medzných stavov

sledovanie charakteristických stavov minimum

maximum

výstup z meracieho člena je logického typu

51

Meranie výšky hladiny Princípy merania výšky hladiny

pomocou plavákov

merače s ponorným telesom

vyhodnocovanie hydrostatického účinku stĺpca kvapaliny

kapacitnými snímačmi

bezdotykové snímače ultrazvukové

mikrovlnové 52

Použitá literatúra Šturcel, J.: Snímače a prevodníky, Vydavateľstvo STU v Bratislave, 262 strán, 2002, ISBN 80-227-1712-6

53

Documents

Meranie pre potreby riadenia - kves.uniza.sk · Meranie prietoku Tok sypkých látok sleduje pri spojitej doprave ateriálu – napr. uhlie meria sa hmotnostný prietok na dĺžke