background image

Podstawy Metrologii 

 

Wykład 4

 

Przetworniki i czujniki

background image

WSPÓŁCZESNY ŚWIAT NIE 
MOŻE FUNKCJONOWAĆ BEZ 

CZUJNIKÓW 

background image

Konwencjonalnymi 

obszarami 

zastosowania 

sensorów są:

 automatyzacja,

 technika procesowa,

 robotyka,

 technika pomiarowa,

 technika sterowania   

           i regulacji.

Jednak wraz z rosnącą 

miniaturyzacją 

sensorów są one 

coraz częściej 

stosowane także w 

innych obszarach, 

takich jak np. 

medycyna i ochrona 

środowiska.

Obszary zastosowania 

sensorów

Inne 

Inne 

obszary 

obszary 

zastosowani

zastosowani

a sensorów

a sensorów

Technika 

domowa i 

klimatyzacyjn

a

Sprzęt 

gospodarstwa 

domowego

Technika 

medyczn

a

Samochod

y

Pojazdy 

szynowe

Ochrona 

środowisk

a

background image

„Pomiar jest pobieraniem informacji 

o aktualnie zachodzącym procesie, 
któremu w sposób nierozłączny 
towarzyszy przepływ energii”.

 

- ta informacja może być później wyrażona 

liczbowo”, 

- według tej definicji pomiaru czujnik pomiarowy 

jest niezbędnym elementem każdego systemu 
pomiarowego, tym elementem, który 
decyduje o jakości wykonywanego pomiaru. 

background image

Czujniki

W dobie elektroniki, komputerów i 

wirtualnej rzeczywistości, również 
i czujniki przyjęły nową postać. 

Tę postać czujników określają 

atrybuty:

   - 

inteligentny  

   - zintegrowany

 

 i  najczęściej 

półprzewodnikowy

background image

Inteligentny

 - oznacza programowalny, 

działający autonomicznie, adaptacyjnie, z 
możliwością komunikacji z innymi 
urządzeniami. 

Zintegrowany

 - bo może łączyć 

kilka różnych czujników lub wiele czujników 
jednego rodzaju, a ponadto i różne układy 
analogowe lub cyfrowe, w tym mikroprocesor - 
wszystko w jednej strukturze scalonej (chipie).

 Półprzewodnikowy

 - wykonywany 

najczęściej z krzemu, z wykorzystaniem 
technologii aktualnie stosowanych w 
elektronice. 

background image

Budowa czujnika inteligentnego 

(zaawansowanego)

background image

Do czego służą 

czujniki? 

Człowiek komunikuje się ze światem 

zewnętrznym za pomocą swoich pięciu 

naturalnych zmysłów: 

wzroku, słuchu, 

dotyku, węchu i smaku

 

również 

zmysł 

równowagi i czucia

, np. temperatury)

 

Rozszerzeniem  ludzkiej percepcji i intelektu 

są urządzenia pomiarowe, służące do 

obiektywnego obserwowania i pomiarów 

zjawisk fizycznych. W urządzeniach 

technicznych funkcję receptorów spełniają 

czujniki pomiarowe

background image

Czujniki

 są konstrukcjami fizycznymi 

dostarczającymi informacje o stanie 
różnych obiektów, naturalnych i 
wytworzonych przez człowieka, o stanie 
otaczającego je środowiska oraz o 
przebiegu zachodzących w nich procesów 
fizycznych i chemicznych.
 

Odbiorcami

 tych informacji są wszystkie, 

szeroko rozumiane 

systemy pomiarowo-

sterujące

, od najprostszych po bardzo 

skomplikowane

background image

W obiektywnym poznawaniu świata 

zewnętrznego 

czujniki

 nie tylko zastępują 

zmysły człowieka, ale często umożliwiają 

również znaczne ich udoskonalenie oraz 

uzupełnienie. 

Dzięki czujnikom człowiek może uzyskiwać 

informacje ze znacznie lepszą czułością i 

znacznie szybciej 

niż umożliwiają to jego 

zmysły, a także uzyskiwać informacje o 

wielkościach będących w ogóle poza 

zasięgiem działania zmysłów (np. wielkości 

magnetyczne, ultradźwięki itp.). 

background image

Ogólne wymagania dotyczące sensorów:

Ogólne wymagania dotyczące sensorów:

 jednoznaczne odwzorowanie wielkości wejściowej w 

wielkość wyjściową,

 nieczułość na oddziaływania innych czynników niż 

mierzona wielkość, w tym na zakłócenia 

elektromagnetyczne,

 liniowość charakterystyki pomiarowej,

 normalizacja sygnału wyjściowego (sygnały 

analogowe: 0 ... +5 V, -5 ... +5 V, -10 ... +10 V oraz 

pętla prądowa 0 ... 20 mA lub 4 ... 20 mA; sygnały 

cyfrowe z interfejsami: Centronics, RS232, RS485; 

lub systemy sieciowe: Profibus, Interbus, CAN, ASI, 

Ethernet, ...),

 łatwe zasilanie prądem (np. +5 V, +24 V),

 możliwość kontroli sprawności działania (np. dioda 

świecąca, zdalne odpytywanie, własne 

nadzorowanie sensora).

Wymagania stawiane 

sensorom

background image

Czujniki można podzielić ze 

względu na:

 -  

rodzaj wielkości fizycznej

:

 

Czujnik 

 

ruchu

Czujnik przyspieszenia

Czujnik temperatury

Czujnik ciśnienia

Czujnik wilgotności

Czujnik punktu rosy 

Czujnik natężenia światła

 Czujnik pehametryczny

Czujnik promieniowania jonizującego

background image

-  zasadę działania

 -  (chociaż w 

zasadzie są to 

przetworniki

):

 

Czujnik indukcyjny 

Czujnik magnetoindukcyjny 

Czujnik pojemnościowy

Czujnik pojemnościowy

Czujnik ultradźwiękowy

Czujnik mikrofalowy

Czujnik fotoelektryczny

background image

Czujnik 

Czujnik (

sensor

) jest częścią systemu 

pomiarowego która reaguje na 

określoną wielkość fizyczną.

Def.:  

Jest to układ fizyczny, fizyko-

chemiczny lub nawet biologiczny, którego 

podstawowym zadaniem jest dostarczanie 

pierwotnej informacji o wielkości mierzonej. 

Najczęściej 

wiąże się z tym przemiana jednej 

formy energii w inną 

- jako że w świecie 

materialnym nośnikiem informacji jest energia. 

background image

Czujnik

Używane jest również pojęcie

 

przetwornika  

(transducer),

 jako elementu przetwarzającego 

różne formy energii zawierającej informację. 

Czujnik najczęściej współpracuje z jakimś 
układem przetwornikowym, dlatego też w 
większości przypadków nazwa  

przetwornik 

pomiarowy

 jest określeniem bardziej 

precyzyjnym niż 

czujnik.

 

background image

Wielkością wejściową i wyjściową czujnika może 

być sygnał o postaci każdej z sześciu 
podstawowych form energii:

 

mechanicznej 

(przemieszczenie, prędkość, siła),

 -

 cieplnej

 (temperatura, ilość ciepła, właściwości 

cieplne substancji),

 -

 promieniowania

 (w całym widmie 

promieniowania),

 

elektrycznej

 (prąd, napięcie, rezystancja, 

pojemność, indukcyjność), 

 

magnetycznej 

(natężenie pola, indukcja 

magnetyczna) 

 - 

chemicznej

 (struktura materii, stężenia substancji)

background image

 

Jako wielkość wyjściowa najbardziej pożądany 

jest sygnał elektryczny

 - ze względu na 

kompatybilność ze współczesnymi 

urządzeniami pomiarowymi i informatycznymi.

Niektóre czujniki bezpośrednio pod wpływem 

działania wielkości mierzonej wytwarzają na 

swym wyjściu sygnał elektryczny. Są to 

czujniki 

generacyjne 

 (inaczej: 

bezpośredniego działania

Drugi rodzaj czujników to czujniki 

parametryczne 

(inaczej: 

pośredniego 

działania

)

,

 które pod działaniem wielkości 

mierzonej zmieniają swój stan -  jeden ze 

swoich parametrów. Wymagają one pewnego 

pobudzenia, zasilania dodatkową energią.  

background image

Przestrzeń  przemian  energetycznych 

w czujnikach

 

promieniowania

mechaniczna

cieplna

elektryczna

magnetyczna

chemiczna

promieniowania

mechaniczna

cieplna

elektryczna

magnetyczna

chemiczna

 

energia wyjściowa

        

energia 

   
modyfikująca

promieniowani
a

mechaniczna

cieplna

elektryczn
a

magnetyczna

chemiczna

  

energia

wejściowa

Termoeleme

nt

hallotro
n

background image

Uogólniony model czujnika 

Uogólniony model czujnika

 

background image

Stopnie rozwoju sensorów

background image

Inteligencja 

czujników

Czujnikom stawiane są nowe zadania: 

wymaga się od nich samodzielnego i 
skutecznego działania

, często w 

ekstremalnych warunkach pracy, 

zbierania informacji wielowymiarowych

,

konieczne jest w tym celu 

strukturalne 

wzmocnienie możliwości czujników

, np. 

przez użycie matrycy czujników lub 
połączenie czujników różnych typów. 

Stąd zapotrzebowanie na czujniki inteligentne 

oraz inteligentne systemy czujnikowe. 

background image

Na czym polega 

inteligencja czujnika?

 

Jedna z definicji czujnika inteligentnego (

intelligent 

sensor, smart sensor

) brzmi:

 

„Czujnik sam w sobie spełnia funkcje 

przetwarzania danych oraz funkcje kalibracji 

(automatycznej kompensacji), w których 

sam czujnik wykrywa i eliminuje wartości 

nienormalne lub wyjątkowe. Zawiera 

algorytm, który może być zmieniany oraz 

pełni w pewnym stopniu funkcję pamięci. 

Może współpracować z innymi czujnikami, 

adaptuje się do zmian warunków otoczenia i 

ma funkcję rozróżniania (rozeznawania)”

 

background image

Potencjalne usprawnienia oferowane 

użytkownikom przez czujniki 

inteligentne, w porównaniu do 

rozwiązań klasycznych, są 

następujące: 

- lepsza dokładność, teoretycznie ograniczona 

tylko niestabilnością czujnika, 

- możliwość jednoczesnej kalibracji i kompensacji 

wielu czujników w procesie wytwarzania,

- zwiększona odporność na zakłócenia i 

możliwość komunikacji na duże odległości,

- wykrywanie błędów i diagnostyka,

background image

- zdolność podejmowania decyzji,
- możliwość lokalnego zbierania, 

przetwarzania i dystrybucji informacji,

- dwustronne komunikowanie się z innymi 

urządzeniami,

- rozwiązywanie konfliktów, np. kolejność 

dostępu do sieci komunikacyjnej,

- programowalna wiedza, np. o czasach 

oczekiwanych transmisji danych,

- samotestowanie lub samokalibracja,
- zdolność uczenia się, np. optymalizowanie 

zakresu pomiarowego,

- możliwość programowej zmiany 

wykonywanych operacji.

background image

Ewolucja czujników inteligentych 

zmierza w dwóch kierunkach:

-  

poprawy parametrów 

metrologicznych,

-  funkcjonalności oraz obniżenia 

ceny wyrobu. 

background image

Dewizą współczesnych pomiarów jest: 

taniej, lepiej, szybciej

.

 

Taniej

 

oznacza nie tylko niższy koszt 

wyprodukowania, ale również użytkowania danego 
urządzenia

Lepiej 

oznacza lepszą jakość, niezawodność i 

odporność. Dzięki temu można zawęzić granice 
bezpieczeństwa i poprawić wydajność. Sprzęt 
pomiarowy powinien umożliwiać to czego się od niego 
oczekuje .

Szybciej

 

oznacza zwiększenie szybkości uzasadnione 

jakością, wydajnością i ceną. 

background image

Jedną z najistotniejszych czynności w 

wytwarzaniu i użytkowaniu czujników jest 
ich kalibracja, która nadaje im wartość 
użytkową narzędzia pomiarowego. 

Podstawowe znaczenie ma zdolność czujnika 

inteligentnego do 

samokalibracji

 w 

aktualnych warunkach pomiaru. 

 Korzystnym rozwiązaniem jest czujnik 

umożliwiający 

pomiar metodą 

bezwzględną

background image

PRZETWORNIKI - pojęcia

Przetwornik pomiarowy

 - urządzenie, w 

którym jest realizowany proces 
przetwarzania sygnału pomiarowego.

Proces przetwarzania

 - proces zamiany 

jednego sygnału na inny mu równoważny, 
w celu dogodnego wykorzystania 
informacji zawartej w sygnale.

background image

Występujące w praktyce 

procesy 

przetwarzania

 dzielimy na:

- przetwarzanie 

rodzaju

 

sygnału,

- przetwarzanie 

wartości

 sygnału,

- przetwarzanie 

formy

 sygnału.

background image

PRZETWORNIKI  WIELKOŚCI  

WEJŚCIOWEJ

Przetwornik wejściowy

 - na wejście 

przetwornika jest doprowadzona mierzona 
wielkość fizyczna

background image

KLASYFIKACJA 

PRZETWORNIKÓW

Kryteria podziału przetworników 

pomiarowych:

1. Kryterium

: sposób przetwarzania sygnału 

pomiarowego

:

               

• przetworniki rodzaju sygnału;

               • przetworniki wartości sygnału;
               • przetworniki formy sygnału.

2. Kryterium

złożoność procesu przetwarzania

:

               

• przetworniki proste;

               • przetworniki złożone.

background image

                                   

c

  

->

 e

c -> p 

- przetwarzanie zewnętrzne (energii 

kinetycznej na potencjalną),

p -> s 

- realizowany za pomocą elementu 

sprężystego (np. membrana),

s -> e 

- przetwornik elektryczny (np. 

tensometryczny, pojemnościowy).

background image

Realizacja przetwornika złożonego X 

> Y przy użyciu różnych 

przetworników prostych

background image

3. Kryterium: 

struktura przetwarzanych wielkości 

fizycznych

:

Wielkość analogowa

 – 

wielkość ciągła 

- może 

przyjmować nieskończenie wiele wartości, 

różniących się od siebie o nieskończenie małe 

przyrosty.

Wielkość dyskretna

 - 

nieciągła

 - przyjmuje tylko ściśle 

określone wartości przyrostu  różniące się między 

sobą o skończone wartości. Najmniejszy możliwy 

przyrost – elementarny kwant (ziarno) wielkości 

dyskretnej.

background image

4. Kryterium

rodzaj wielkości fizycznej 

otrzymanej na wyjściu:

• 

przetworniki mechaniczne;

• przetworniki pneumatyczne;
• przetworniki optyczne;
• przetworniki elektryczne;
• …..

background image

5. Kryterium

źródło energii 

zaangażowanej 

w procesie przetwarzania:

• 

generacyjne

 

(czynne); Y = f (X)

• 

parametryczne

 (bierne). Y = f (X, e)

background image

Zamiana wielkości fizycznych na elektryczne

E  R  Q  dt  C   E  dt   F     U         

E      U            

R      U

            

R     U

   

              

W

    

mechaniczne

chemiczn

e

termiczn

e

magnetycz

ne

optyczn

e

p           l                 v          

         

pH   %

                

T

                  

B, H

   

                

    

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1
0

1
1

1
2

1
3

1
4

1
5

1
6

Wielkości wejściowe:

p - ciśnienie               

                           l - 

droga, odległość        

                         v - 

prędkość liniowa       

                   

 - 

prędkość kątowa 

(obrotowa)                

                      pH - 

koncentracja jonów   

                 % - 

stężenie, 

koncentracja             

     T -  temperatura   

                                  

       - gęstość 

przepływu                  

     H - natężenie 

pola magnetycznego 

                                  

   

 - kwant światła

Uzyskiwana 

wielkość 

elektryczna:

C – pojemność        

                          E 

– natężenie pola    

                           Q 

– sprzężenie 

obwodu 

drgającego             

                           

– oporność             
                              

      dt – odcinek 

czasu                     

                U  – 

napięcie                 

                              

–  energia 

elektryczna

  Zjawisko lub 

równanie  

1 – zjawisko 

piezoelektryczne      

                  2 – 

tensometry              

                          3 – 

oporność wskutek 

prądów wirowych     

                  4 – 

pomiar drogi/ czasu 

                     5 – 

pomiar pojemności   

                      6 – 

pomiar natężenia 

pola Lorenz’a           

                                 

   7 – pomiar drogi/ 

czasu                        

8 – pomiar zjawiska 

Doppler’a

przetwarzania:

9 – zasada 

indukcyjności           

     10 – 

zmodyfikowane 

równanie 

Nerntsche’a           

11 – równanie 

Nerntsche’a              

                 12 –  

metale                      

      13 – 

termoelement          

    14 – zjawisko 

magnetostrykcji       

             15 – 

zjawisko Hall’a         

   16 –  

równoważność 

energii i masy 

background image

Sensory aktywne (czynne) i pasywne (bierne)

Sensory 

Sensory 

aktywne

aktywne

Przetwarzanie energii

G

Efekt 

termoelektryczny

Efekt 

fotoelektryczn

y

Efekt 

piezoelektrycz

ny

Zasada 

elektrodynamiczn

a

Sensory 

Sensory 

pasywne

pasywne

Zmiana własności elektrycznych

Oporność

Indukcyjnoś

ć

Sprzężenie 

indukcyjne

Pojemność

background image

Przetworniki 

mechaniczne

Energia - 

- z sygnału pomiarowego

Zastosowanie: 

pomiary statyczne i 

wolnozmienne.

background image

Wyłączniki krańcowe

Zastosowanie

Zastosowanie

Nadzorowanie:                 

      drzwi, okien, klap, 

obrabiarek (wykrywanie 

skrajnych położeń 

zespołów roboczych)

background image

Mechaniczne przetworniki siły i 

ciśnienia

background image

Mechaniczne przetworniki siły i 

ciśnienia

background image
background image

Mechaniczny przetwornik momentu 

obrotowego

Równanie przetwarzania:

background image

Mechaniczny przetwornik częstości 

obrotów

Równanie przetwarzania:          

s = f (n)

background image

Przetworniki pneumatyczne i 

hydrauliczne

Zastosowanie: 

układy automatyki 

pneumatycznej i hydraulicznej

.

background image

Przetwornik prędkości płynu na 

ciśnienie

background image
background image

Przetwornik prędkości płynu 

(strumienia masy) na ciśnienie

Zwężki pomiarowe:

background image

Przetwornik częstości obrotów

background image

Przetwornik 

przemieszczenie -> ciśnienie 

(układ dysza - przesłona )

background image

Przetwornik sygnału 

elektrycznego (prądu)

na sygnał pneumatyczny 

(ciśnienie)

background image

Elektryczne przetworniki 

generacyjne

Zjawiska fizyczne wykorzystywane w budowie 

przetworników:

• indukcji elektromagnetycznej,
• piezoelektryczne,
• termoelektryczne,
• fotoelektryczne,
• elektrochemiczne,
• ...

background image

Przetworniki indukcyjne

Przemieszczenie kątowe

background image

Przetworniki indukcyjne

Przemieszczenie liniowe

background image

Przetworniki piezoelektryczne

Zjawisko piezoelektryczne 

pojawianie się 

ładunków elektrycznych na ścianach kryształu  w 
wyniku działania sił przyłożonych do kryształu.

Materiały piezoelektryczne:

            - 

sól 

Seignette’a

            - tytanian baru,
            - cyrkonian ołowiu,
            - turmalin, 
            - kwarc

background image
background image
background image

Przetworniki 

piezoelektryczne

background image
background image

 

   

Ładunki elektryczne powstają w 

momencie zmiany wartości siły F, w 
przypadku statycznego działania siły 
ładunki nie powstają, zaś te które 
pojawiły się w momencie jej przyłożenia 
znikają.

background image

Przykład 

zastosowania

background image

Przetworniki 

termoelektryczne

Zamknięty obwód termoelektryczny

STE = e = e(T1) - e(T2)

background image

Układ pomiarowy:

Zakres stosowania:

1 - S (

Pt Rh10 - Pt

) T = 0  - 1200 °C (

1760 °C

)

2 - K (

Ni Cr - Ni Al

) T = - 200  - 1000 °C (

1370 °C

)

3 - J (

Fe - CuNi

) T = - 200  - 700 °C (

1200 °C

)

4 - T (

Cu - CuNi

) T = - 200  - 400 °C

background image

Charakterystyki statyczne 

termoelementów

background image

Elektryczne przetworniki 

parametryczne

Wymagają 

doprowadzenia energii pomocniczej

(są włączane w obwód elektryczny zmieniając 

jego parametry pod wpływem sygnału 
wejściowego).

gdzie: 

R

 - oporność czynna, 

L

 - indukcyjność, 

X

 - oporność bierna, 

C

 - pojemność, 

Z

 - oporność 

pozorna, 

f

 - częstotliwość.

background image

Klasyfikacja elektrycznych 

przetworników 
parametrycznych

opornościowe 

(rezystancyjne),

indukcyjnościowe,

pojemnościowe

.

background image

Przetworniki opornościowe

Oporność przewodników stałych

Schemat blokowy

background image

Zmiana oporności może wynikać 

ze zmiany:

- długości 

l

,  -  

potencjometry

- przekroju 

A

,  - 

tensometry metalowe

- oporności właściwej

 

ρ

,  -  

tensometry 

półprzewodnikowe

background image

Przykład 

zastosowania

background image

TENSOMETRY

Zasada pracy: 

zmiana oporności pod 

wpływem naprężeń (odkształceń) 
mechanicznych.

 

background image

lub w wartościach skończonych

background image
background image
background image

Klasyfikacja 

tensometrów

Metalowe

              - 

drutowe

                            - wężykowe
                            - kratowe
              - 

Foliowe

 Półprzewodnikowe

                             - dyskretne
                             - wdyfundowane

background image

Budowa tensometrów 

drutowych

   1 - drut oporowy, 2 - przewody przyłączeniowe, 3 - 

podkładka izolacyjna, 4 - nakładka

background image
background image

Tensometry foliowe

   proste               membranowy               

złożony

background image
background image
background image
background image
background image
background image
background image

Opornościowe przetworniki 

temperatury

Zmiana oporności przewodnika z temperaturą

α - temperaturowy współczynnik zmiany oporu

R

T

 = R

0

 [1 + α (T - T

0

)]

R

T

 = f (T) przy R

0

, α, T

0

 = const.

background image

Materiały do budowy opornościowych 

przetworników temperatury:

platyna

     α = 3,92 

·

10

-3

 K

-1

 T = - 200 do 850 

o

C

miedź

        α = 4,25 · 10

-3

 K

-1

 T = - 50 do 150 

o

C

nikiel 

        α = 6,4  · 10

-3

 K

-1

 T = - 60 do 180 

o

C

background image

Charakterystyki statyczne termometrów opornościowych

background image

Elementy półprzewodnikowe 

(termistory)

                                                
                                                             K, K

1

 - 

stałe

background image

Przetworniki 

indukcyjnościowe

Przetworniki indukcyjnościowe i ich charakterystyki

a - 

z przesuwnym rdzeniem

, b - 

ze zmienną szczeliną

powietrzną

, c - 

z indukowaniem się prądów wirowych

background image

Przetworniki 

indukcyjnościowe w układzie 

różnicowym

background image

Układ transformatora 

różnicowego

background image

Przykład zastosowania

background image

Przetworniki 

pojemnościowe

a) 

kondensator płaski

        b) 

kondensator 

cylindryczny

background image

Przykłady przetworników 

pojemnościowych i ich 

charakterystyki

background image

Układy różnicowe 

przetworników 

pojemnościowych

background image

Przykład zastosowania

background image

Fotorezystywność

k

= k

(Pp,T,λ,r,wym.)

background image
background image
background image
background image

Gaussotron

background image
background image

Wysokotemperaturowe

rezystancyjne czujniki 

chemiczne

Działają w temperaturach sięgających 

900°C

.

U podstaw działania leży zależność 

σ

 od

ciśnienia cząstkowego tlenu 

p(O

2

)

:

gdzie: 

A, n - stałe, E

a

energia aktywacji

.

background image

Materiały (półprzewodniki) 

stosowane na 

Wysokotemperaturowe 

rezystancyjne czujniki chemiczne

background image
background image

Przetworniki analogowo-

cyfrowe i cyfrowo- 

analogowe

 

Przetwornik cyfrowo-analogowy

 (ang. 

Digital-to-Analog Converter) jest to 

układ 

przetwarzający dyskretny sygnał cyfrowy 
na równoważny mu sygnał analogowy

Przetwornik ma wejść i jedno wyjście.

 Liczba wejść zależy od liczby bitów słowa 
podawanego na wejście przetwornika (np. 
dla słowa trzybitowego – trzy wejścia a

1

, a

2

, 

a

3

). 

background image

Napięcie na wyjściu przetwornika jest 
proporcjonalne do napięcia odniesienia 
oraz do liczby (n-bitowe słowo) zapisanej w 
kodzie dwójkowym. 

Wartość tego napięcia można obliczyć 
korzystając ze wzoru:

n

n

odn

wy

a

a

a

U

U

2

2

2

2

2

1

1

background image

Charakterystyka przejściowa przetwornika 

C/A.

1 – idealna, 2 – rzeczywista 

background image

Pomiar przemieszczenia i 

prędkości

Pomiary przemieszczenia:

• liniowego (

m

),

• kątowego (

rad

)

Rodzaje przetworników przemieszczenia:

• analogowe,

• binarne,

• cyfrowe.

background image

Analogowe przetworniki 

przemieszczenia

Wielkość fizyczna (

mechaniczna np. zmiana 

położenia lub elektryczna np. zmiana mocy

przetwarzana jest na sygnał elektryczny 

napięciowy lub prądowy.

Rodzaje:

• 

przetworniki potencjometryczne stykowe,

• przetworniki potencjometryczne bezstykowe,

• przetworniki indukcyjne (np. z rdzeniem ferrytowym),

• przetworniki pojemnościowe,

• przetworniki ultradźwiękowe,

• przetworniki optyczne.

background image

Przetworniki 

potencjometryczne stykowe

Potencjometr liniowy

Potencjometr obrotowy

background image

Przetworniki 

potencjometryczne stykowe

background image

Indukcyjne przetworniki z 

rdzeniem ferrytowym

Zmiana położenia 
rdzenia względem 
uzwojeń, powoduje 
zmianę ich 
indukcyjności  – 
impedancji.

Wyznaczania zmian 
impedancji odbywa się 
za pomoc 
pomiarowego mostka 
prądu przemiennego

background image

Przetworniki o zmiennej 

indukcyjności - 

transformatorowe

Przetwornik o zmiennej indukcyjności własnej (FLDT)

ang. 

Fast Linear Displacement Transducer

Zasilanie prądem przemiennym 100 kHz

background image

Przetworniki o zmiennej 

indukcyjności - 

transformatorowe

Przetwornik o zmiennej indukcyjności wzajemnej 

(LVDT)

ang. 

Linear Variable Differential Transformer

Zasilanie prądem przemiennym 20 kHz

background image

Przetworniki o zmiennej 

indukcyjności - 

transformatorowe

background image

Optyczne przetworniki 

położenia

Optyczny przetwornik położenia 

wykorzystujący metodę triangulacyjną

background image

Akcelerometry

background image
background image
background image
background image
background image

Czujnik radiacyjny

1 - zbiornik z cieczą lub ciałem sypkim; 2 - źródło 

promieniowania; 3 - odbiornik promieniowania; 4 - 

wzmacniacz z przełącznikiem; 5 - silnik.

 

background image

Perspektywy rozwoju 

czujników (sensorów)

Nowe 

Nowe 

sensor

sensor

y

y

Materiał sensora:

• ceramika,

• metale amorficzne,

• włókna optyczne 

(światłowody),

• bio-składniki.

Technologie:

• techniki SMD I 

hybrydowe,

• technika 

projektowania IC,

• laserowe,

• mikroobróbka.

Koncepcja 

sensora:

• mikrostruktury,

• transmitery typu 

Smart,

• sensory 

inteligentne 

(zaawansowane),

• układy 

wielosensoryczne.

Kommunikacja:

• technika 2-

przewodowa,

• programowanie 

okablowania,

• interfejsy,

• przyłącze magistrali.

SMD

SMD

 

(ang. Surface Mounted Device) – montaż 

powierzchniowy 

IC

IC (ang. Integrated Circuit) – układ 

scalony 

background image

Koniec wykładu !


Document Outline