Opracowane pytania:

Pyt.8

Pomiar pH

Elektrochemiczny pomiar pH

Bardziej dokładnym pomiarem pH jest pomiar elektrochemiczny. W pomiarze tym wykorzystuje się liniową zależność potencjału niektórych elektrod, na przykład elektrody wodorowej, od pH roztworu. Zależność ta wynika z równania Nernsta dla elektrody wodorowej:

Dla warunków normalnych:

więc:

          

Zależność potencjału elektrody wodorowej od pH.

Pyt.18

Przepływomierze wiatraczkowe

Zasada działania:
Ruch cieczy ewentualnie gazu powoduje obrót wiatraczka z prędkością proporcjonalną do prędkości przepływu. Pracują one w połączeniu z licznikami.
Zastosowanie: wodomierze.

W przepływomierzach

wirnikowych strumień płynu powoduje obrót łopatek turbinki lub czasz.

1- obudowa cylindryczna

2-wirnik ze skrzydełkami

3-licznik obrotów

Anemometry skrzydełkowe służą do pomiaru małych prędkości; przy średnicy

wirnika 60 mm zakres pomiaru wynosi 2 ÷ 10 m/s, przy średnicy 150 mm zakres wynosi 0,1 ÷ 2 m/s. A więc, anemometry o dużej średnicy wirnika są bardziej czułe, ale też i trudniejsze w użyciu. Cechuje się je najczęściej w kanałach aerodynamicznych

Ad34 TRANSOPTORY

 

Fotoodbiorniki możemy sprzęgać z diodami elektroluminescencyjnymi, w celu przesłania sygnałów na drodze optycznej. W ten sposób uzyskujemy przekazywanie sygnałów z jednego układu do drugiego, przy galwanicznym odseparowaniu tych układów. Tak powstały przyrząd nazywamy transoptorem (dioda i fotodetektor w różnych obudowach) lub łączem optoelektronicznym (dioda i fotodetektor w jednej obudowie).

Transoptor jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym, składającym się z co najmniej jednego fotoemitera i co najmniej jednego fotodetektora, umieszczonych we wspólnej obudowie.

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 9.13. Budowa transoptora

1 - fotoemiter, 2 - fotodetektor, 3 - światłowód, 4 - obudowa.

 

Transoptor może być:

 

        zamknięty - transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje za pomocą światłowodu,

        otwarty - transmisja promieniowania między diodą i fotodetektorem następuje w powietrzu.

 

Transoptor pozwala przesyłać sygnały elektryczne z wejścia na wyjście bez połączeń galwanicznych obwodów wejściowego i wyjściowego.

W transoptorze rolę fotoemitera w obwodzie wejściowym spełnia zwykle dioda elektroluminescencyjna z arsenku galu GaAs. Na wyjściu transoptora może znajdować się fotodioda lub fototranzystor.

 

 

a) b)

 

 

 

 

 

 

Rys. 9.14. Schemat transoptorów.

a) z fotodiodą, b) z fototranzystorem.

 

Rzadziej stosuje się fototyrystor, fotodarlington, fotodiodę i tranzystor, bramkę logiczną NAND. Transoptor pracuje w zakresie podczerwieni.

Parametry transoptora charakteryzują właściwości jego elementów składowych, tzn. diody elektroluminescencyjnej i fotodetektora.

 

 

Przykładowe parametry transoptorów

 

Odbiornik	Wzmocnienie	Częstotliwość graniczna
		%	kHz
Fotodioda Fototranzystor Fotodarlington	0,5 30 300		10000 500 50

 

 

Ważnym parametrem jest napięcie stałe izolacji U_IO (lub napięcie zmienne U_io), tj. dopuszczalna wartość napięcia przyłożonego pomiędzy zwarte końcówki wejściowe i wyjściowe, nie powodująca przebicia elektrycznego izolacji transoptora. Napięcie to wynosi od kilkuset woltów do kilku, a nawet kilkudziesięciu kilowoltów.

 

W produkcji są także transoptory otwarte: refleksyjne i szczelinowe, w których obwód wejściowy jest sprzężony optycznie z obwodem wyjściowym za pośrednictwem przedmiotów zewnętrznych.

W transoptorach refleksyjnych promieniowanie wysyłane przez fotemiter ulega odbiciu od przedmiotu zewnętrznego i powraca do fotodetektora.

W transoptorach szczelinowych strumień promieniowania może być przerwany mechanicznie przez przedmiot wkładany w szczelinę między fotodetektorem a fotoemiterem.

 

Zastosowanie transoptorów.

Transoptory stosuje się:

 

        do galwanicznego rozdzielania obwodów, - np. w technice wysokich napięć,

        w technice pomiarowej i automatyce,

        w sprzęcie komputerowym,

        w sprzęcie telekomunikacyjnym.

 

Spełniają one również rolę potencjometrów bezstykowych oraz przekaźników optoelektronicznych, wykorzystywanych do budowy klawiatury kalkulatorów i komputerów.

 

W układach sygnalizacyjnych i zabezpieczających są stosowane jako:

 

        wyłączniki krańcowe,

        czujniki otworów,

        czujniki położenia,

wskaźniki poziomu cieczy.

Pyt.35

Przetwornik jest to urządzenie dokonujące przekształcenia danej wielkości na inną wielkość według określonej zależności i z pewną dokładnością.

Przetworniki są wykorzystywane na przykład w układach z czujnikami, dzięki czemu sygnał z czujnika, który zwykle jest słaby i trudny w przekazywaniu na odległość, zostaje przekształcony do postaci i wartości użytecznej dla dalszego przetwarzania. Najczęściej przetworniki realizują przekształcenie wielkości fizycznej na wielkości elektryczne takie jak napięcie lub natężenie prądu.

Czujnik fotoelektryczny - czujnik reagujący na zmianę intensywności docierającego do niego strumienia światła. Może być wykorzystywane zarówno światło widzialne jak również podczerwone lub laserowe. W zależności od tego, na jakim elemencie oparta jest budowa czujnika, inna wielkość elektryczna jest zmieniana:

• jeśli czujnik zbudowano w oparciu o fototranzystor - zmienia się napięcie,

• jeśli fotorezystor - zmienia się oporność,

• jeśli fotodioda - prąd.

Do najczęstszych zastosowań należy detekcja umieszczenia ciała obcego w pewnym obszarze. W tym układzie z czujnikiem związane jest źródło światła (częstokroć zintegrowane w jednej obudowie) będące nadajnikiem. Jeśli jakikolwiek obiekt znajdzie się na drodze optycznej między nadajnikiem a odbiornikiem, następuje zmiana natężenia światła, która może być wykryta. W zależności od budowy ścieżki optycznej, strumień światła zostaje przerwany, odbity lub rozproszony.

Często jako nadajniki stosowane są synchroniczne diody pracujące w podczerwieni, dzięki czemu sygnał wyjściowy jest w dużej mierze niezależny od oświetlenia zewnętrznego, ponieważ światło widzialne łatwo jest odfiltrować. W trudnych warunkach chętnie stosuje się czujniki odbiciowe lub bariery świetlne pracujące ze światłem czerwonym, emitowane przez diodę świetlną, ponieważ łatwo zauważyć taki strumień światła i punkt, w który ono pada.

Pyt.9

Odwrotność oporu właściwego przewodnika nosi nazwę przewodności elektrycznej właściwej (lub konduktywności):

Jednostką konduktywności jest siemens na metr [S/m].

Uwzględniając wzór Ohma możemy zapisać w postaci

stąd

Zestaw pomiarowy służy do ciągłego pomiaru konduktywności cieczy. Zbudowany jest z przetwornika pomiarowego M1300

(jednotorowy) lub M2330 (dwutorowy), który przetwarza sygnał emitowany przez sondę zanurzoną w cieczy, za pośrednictwem przedwzmacniacza pomiarowego P-C, umożliwiającego oddalenie sondy pomiarowej od przetwornika na

odległość do 200m. Sonda pomiarowa zainstalowana może być w głowicy przepływowej MP130 lub nurnikowej MN130

Zakresy pomiarowe:

-> pomiar konduktywności:

0...10μS/cm

0...100μS/cm

0...1mS/cm

0...10mS/cm

0...100mS/cm

0...200mS/cm

-> pomiar temperatury:

-10...+110 şC

Pyt 26

• Wielkości energetyczne.

Energia promieniowania- jest to energia emitowana, przenoszona lub padająca na powierzchnie. Jednostką energii jest Jul [J]

Strumień promieniowania Φ - w odniesieniu do fal elektromagnetycznych w tym i światła jest to energia promieniowania przenoszona (emitowana, pochłaniana, przechodząca) w jednostce czasu przez wybraną powierzchnię. Tak zdefiniowany strumień nazywany jest energetycznym strumieniem promieniowania i jest równy mocy promieniowania. W radiometrii jednostką strumienia Φ jest wat [W].

(1)

Natężenie kątowe promieniowania I_e - charakteryzuje przestrzenna gęstość mocy związaną z powierzchnią absorbująca padające promieniowanie lub je emitujące. Jednostka natężenia promieniowania kątowego jest wat na steradian [W/sr].

(2)

Tabela 1. Zestawienie wielkości energetycznych i fotometrycznych

Natężenie powierzchniowe promieniowania E_e- inaczej mówiąc irradiancja jest terminem radiometrycznym określanym jako strumień promieniowania na jednostkę powierzchni. Odpowiada to mocy, jaką przenosi promieniowanie przez płaszczyznę jednostkową. Jednostką SI jest, wat na metr kwadratowy (W/m²).

(3)

Luminancja energetyczna L_e- określa wartość strumienia promieniowania emitowanego przez jednostkową powierzchnie, w jednostkowym kącie bryłowym. Luminancja daje dodatkowo informację o rozkładzie przestrzennym energii wysyłanej ze źródła. Jednostką luminancji jest wat na metr kwadratowy na steradian [W/m²*sr].

(4)

Gdzie: Ω- kąt bryłowy, A - pole powierzchni.

• Wielkości świetlne -fotometryczne.

W przypadku promieniowania świetlnego (długości fal 380 - 760 nm) ocenie podlega jego oddziaływanie na oko obserwatora. Tak rozumiane właściwości światła opisują parametry fotometryczne, pozostające w ścisłym związku z omówionymi poprzednio parametrami energetycznymi. Współczynnikami umożliwiającymi przeliczanie jednych parametrów na drugie są: fotometryczny równoważnik energii promieniowania - K_m = 680 lumenów/wat oraz wzgledna skuteczność świetlna oka - V(λ)

Strumień świetlny Φ - strumień promieniowania świetlnego może być złożony z różnych fal widzialnych w różnych proporcjach, dlatego aby obliczyć sumaryczny efekt strumienia świetlnego należy każdą część promieniowania rozpatrzyć osobno mnożąc przez wartość odczytaną z wykresu skuteczności świetlnej (czułości spektralnej), a na końcu dodać otrzymane wielkości dla wszystkich fal. Tak zdefiniowany strumień nazywany jest strumieniem świetlnym promieniowania. W fotometrii jednostką strumienia Φ jest lumen [lm].

(5)

λ [nm]	V(λ)		λ [nm]	V(λ)
380	0		580	0,87
400	0,0004		600	0,631
420	0,004		620	0,381
440	0,023		640	0,175
460	0,06		660	0,061
480	0,139		680	0,017
500	0,323		700	0,0041
520	0,71		720	0,00105
540	0,954		760	0,00025
550	1		780	0,00006
560	0,955

Tabela 2. Względna skuteczność normalnego obserwatora fotometrycznego

Światłość kierunkowa - Światłość wyraża się stosunkiem elementarnego strumienia świetlnego, płynącego przez kąt bryłowy do wartości tego kąta. Jednostka światłości kierunkowej jest lumen na steradian [lm/ sr]

.
(6)

Iluminacja - jest fotometrycznym odpowiednikiem natężenia oświetlenia. Jest to stosunek strumienia świetlnego do powierzchni, która jest oświetlona. Jednostką iluminacji jest

lux [lx = lm/m²]

(7)

Luminancja świetlna - jest miarą "jasności" świecących powierzchni. Podobnie jak światłość, luminancja jest wielkością zależną od kierunku. Luminancję mierzy się stosunkiem światłości do rzutu powierzchni świecącej dS na płaszczyznę prostopadłą do rozpatrywanego kierunku rozchodzenia światła

(8)

Pyt.17

Pomiary parametrów drgań

Przy pomiarach parametrów drgań (tj. przemieszczeń, prędkości i przyśpieszeń liniowych lub kątowych)

można wykorzystać jeden z dwóch następujących sposobów:

Sposób I - drgania wybranego punktu badanego obiektu mierzymy względem wybranego, praktycznie

nieruchomego, układu odniesienia. Schemat przyrządu działającego wg tego sposobu pokazano na rys.1.

Nieruchomym układem odniesienia, względem którego drga badany obiekty, jest tutaj oś obracającego się

bębna.

SPOSÓB II - na obiekcie umieszczany dodatkowy układ mechaniczny w postaci oscylatora harmonicznego

(układ o jednym stopniu swobody). Układ odniesienia, względem którego mierzymy badaną wielkość, jest związany z masą oscylatora.

Obudowa przyrządu jest sztywno połączona z badanym obiektem i wykonuje wraz z nim drgania.

Układ odniesienia związany jest z masą sejsmiczną (bezwładnością), której ruch staramy się możliwie dokładnie określić.

Przyrządy działające wg I sposobu nazwiemy umownie przyrządami o stałym układzie odniesienia, natomiast

działające wg sposobu II nazwiemy przyrządami inercyjnymi, bezwładnościowymi lub

sejsmicznymi.

27. Rozkład natężenia oświetlenia w punkcie i na płaszczyźnie

Kolejnym parametrem stosowanym w technice świetlnej jest natężenie oświetlenia. Jest to iloraz strumienia świetlnego
padającego na elementarną powierzchnię S, zawierającą dany punkt, do wartości tej elementarnej powierzchni.

Inaczej mówiąc, natężenie oświetlenia jest to ilość światła padająca na powierzchnię, liczona w konkretnym punkcie.

Obliczanie natężenia oświetlenia metodą punktową

Poniższy rysunek przedstawia sytuację, w której punkt P na płaszczyźnie poziomej jest oświetlany przez pojedyncze źródło S.

Rys. Natężenie oświetlenia w punkcie powierzchni

Przekształcając przedstawione wyżej równanie i przy założeniu punktowości źródła światła, możemy otrzymać wzór na natężenie oświetlenia w postaci:

gdzie:
 Ep - natężenie w punkcie P rozważanej płaszczyzny [lx],
 I - światłość w kierunku punktu P [cd],
 r - odległość źródła do punktu P [m],

- kąt między normalną n i kierunkiem padania światła,
 h - wysokość źródła nad rozważaną płaszczyzną [m].

Średnią wartość natężenia oświetlenia na danej powierzchni uzyskujemy, dzieląc sumę natężeń oświetlenia w poszczególnych punktach, przez liczbę tych punktów.

1

3

2

4

---