29. 4. 2015

1

Automatizačné prostriedky

Ing. Jozef Klus

Obsah

29. 4. 2015

2

ÚVOD

Úvod

• nástroje, konštrukčné prvky, vybavenie používané pri automatizácií – stroje– doprava– prostriedky automatizácie strojov a zariadení

• dôraz budeme klásť na prostriedky pre získanie, prenos a spracovanie informácií

29. 4. 2015

3

Úvod

• Rozdelenie automatizačných prostriedkov– zdroje informácií (senzory, čídla)– prenos informácií (zbernice, zosilňovače,

prevodníky)– prostriedky na spracovanie informácií (logické

obvody, regulátory, PLC)– výkonné členy a pohony (elektrické, hydraulické,

pneumatické a kombinované)

SENZORY

29. 4. 2015

4

Senzory

• Definícia– zisťujú prítomnosť rôznych fyzikálnych veličín

(najčastejšie neelektrických) a umožňujú ďalšie spracovanie získaných údajov

– je to vstupný prvok meracieho reťazca– je v priamom kontakte s meraným prostredím– meria sledovanú veličinu a premieňa ju na

meraciu veličinu – najčastejšie elektrickú

Rozdelenie senzorov• Podľa spôsobu spracovania meranej veličiny:

a) Pasívne – el. veličinu (R, C, L, ...) je nutné premeniť na analógový napäťový alebo prúdový signál, meracou veličinou je potom amplitúda, kmitočet, fáza, ... (odporové, kapacitné senzory, ...)

b) Analógové – spojité – neelektrická veličina je priamo premenená na elektrický signál, vyžadujú zosilňovače, sú citlivé na šum a rušenie (Hallovsnímač, indukčný snímač, ...)

c) Digitálne – inteligentné senzory – obsahujú obvody pre spracovanie a analýzu signálu v kompaktnom prevedení (v jenom čipe)

29. 4. 2015

5

Rozdelenie senzorov

• Podľa meranej veličiny:a) teplotab) tlakc) prietokd) radiačné veličinye) mechanické veličiny (dráha, rýchlosť, zrýchlenie,

krútiaci moment, ...)f) analýza kvapalín a plynovg) elektrických a magnetických veličín ...

Rozdelenie senzorov

• Podľa fyzikálneho princípu:a) odporovéb) indukčnéc) kapacitnéd) magnetickée) piezoelektrickéf) optickég) chemické ....

29. 4. 2015

6

Rozdelenie senzorov• Podľa kontaktu s meraným prostredím:

a) bezdotykovéb) dotykové

• Podľa spôsobu prevodu signálu:a) aktívneb) pasívne

• Podľa tvaru výstupnej veličiny:a) spojité (analógové)b) diskrétne (nespojité)

Rozdelenie senzorov

• Podľa výrobnej technológie senzoru:a) elektromechanickéb) mechanickéc) pneumatickéd) elektrochemickée) polovodičovéf) optoelektronickég) mikroelektronické

29. 4. 2015

7

Technické parametre senzorov• Citlivosť k – konštanta prenosu medzi výstupom (meracia

veličina) a vstupom (meraná veličina) - zosilnenie • Prah citlivosti – najmenšia veľkosť snímanej veličiny, ktorá

vyvolá výstupný signál zodpovedajúci šumu senzora• Dynamický rozsah – od prahu citlivosti po max. hodnotu

meranej veličiny• Reprodukovateľnosť – opakovateľnosť merania• Rozlíšiteľnosť – najmenšia zmena sním. veličiny

zodpovedajúca chybe merania• Chyba linearity – odchýlka od ideálneho lin. priebehu• Dynamické vlastnosti – časová odozva, rýchlosť prenosu

číslicovej informácie

INTELIGENTNÝ SENZOR

29. 4. 2015

8

Inteligentný senzor

• Inteligentný senzor je senzor, ktorý obsahuje obvody pre spracovanie a analýzu signálu v jedinom kompaktnom prevedení s citlivou časťou snímača.

• Cieľom vývoja nových typov senzorov je integrácia meracieho reťazca na jediný čip.

Inteligentný senzor

• Merací reťazec

– A/D – analógovo číslicový prevodník, zosilňovač, multiplexor, kalibračné obvody, ...

– MP – jednočípový mikropočítač– R – komunikačné rozhranie– PC – nadriadený výpočtový systém

29. 4. 2015

9

Časti inteligentného senzora• Vstupná časť:

– prevod fyzikálnej, chemickej, biologickej veličiny na elektrickú– zosilnenie a filtrácia signálu, linearizácia charakteristiky, normovanie

signálu– ochrana proti nežiaducemu pôsobeniu rušivých veličín

• Vnútorná časť:– analógovo-číslicový prevod, autokalibrácia, číslicová linearizácia,

aritmetické operácie, autodiagnostika, statické vyhodnocovanie nameraných dát

– cez rozhranie diaľkovo ovládané rozsahy (zosilnenie, stráženie medzivýsledkov, atď.)

• Výstupná časť:– unifikácia analógových výstupných signálov– komunikácia prostredníctvom integrovaného rozhrania so zbernicovým

systémom– výkonovo binárne výstupy– číslicovo-analógový prevod

Inteligentný senzor

• Spracovanie údajov:Centralizovaný systém

• analógový výstup meracieho reťazca je unifikovaný– 0 – 10V (12V, 24V, 110V, 230V)– 0 – 20mA, 4 – 20mA– 0 – 100kPa

• jednosmerný tok informácie, senzory sa nedajú nastavovať

29. 4. 2015

10

Inteligentný senzor

• Spracovanie údajov:Decentralizovaný systém

• inteligencia systému je rozdelená po jednotlivých častiach (inteligentný senzor, akčný člen, ...)

• časti sú prepojené k zbernicovej sieti• informácie sú digitalizované • používajú sa rozhrania pre sériový prenos údajov:

RS-232C, RS-422, RS-485, I2C, CAN, AS-i, ...

SENZORY TEPLOTY

29. 4. 2015

11

Senzory teploty

• Rozdeleniea) elektrické - odporové kovové, odporové

polovodičové, polovodičové s PN priechodom, termoelektrické, kryštálové

b) dilatačné - založené na princípe teplotnej rozťažnosti kvapalín, tuhých látok a plynov

c) špeciálne - založené na zmenách vlastností látok vplyvom teploty (tavné ceruzky, tekuté kryštály, teplomerné farby atď.)

Senzory teplotyOdporové kovové senzory teploty• princíp - závislosť odporu čistého kovu na teplote

– s rastúcou teplotou sa zväčšujú kmity kryštalickej mriežky atómov kovu, znižuje sa pohyblivosť elektrónov a odpor kovu stúpa (približne úmerne s teplotou)

– pre malý rozsah teplôt od 0 ° C do 100 ° C platí:

RT = R0 ⋅ (1 + α . ΔT)

kde α [ΩK-1] je teplotný súčiniteľ, pre platinu je α = 0,0385 ΩΚ-1

R100 je odpor pri teplote 100 ° CR0 je odpor pri teplote 0 ° C

– Pre väčší rozsah teplôt je nutné použiť nelineárne vzťahy.

29. 4. 2015

12

Senzory teploty

Platinové odporové teplomery• používajú sa najčastejšie

– platina sa vyznačuje chemickou stálosťou, vysokou teplotou topenia atď.

• merací odpor je špirálovito stočený tenký platinový drôtik (0,05 mm), zatavený do keramického alebo skleneného telieska uložené v ochrannej trubici

• vyrábajú sa aj tenkovrstvovou technológiou na keramickej podložke

Senzory teplotyPlatinové odporové teplomery• základný merací rozsah je od -200 ° C až do +850 ° C• základný odpor

pri 0 ° C je R0 = 100 Ω pri 100 ° C je R100 = 138,5 Ω

• odporové teplomery sa vyrábajú s dvomi alebo štyrmi vývodmi– u 2-vodičového prevedenia sa pri meraní odpor vedenia

pripočíta k odporu meracieho čidlá a tým spôsobuje premennú chybu. (od 0,1 do 0,5 ° C)

– na presné meranie je nutné použiť štvorvodičové zapojenie• okrem platiny sa pre odporové kovové senzory používa tiež

nikel, meď, molybdén

29. 4. 2015

13

Senzory teploty

Platinové odporové teplomery

Senzory teploty

• Platinové odporové teplomery– spôsoby zapojenia PT100 a PT1000

29. 4. 2015

14

Senzory teploty

Odporové polovodičové senzory teploty -termistoryRozdelenie termistorov:

a) amorfný - polykryštalickéb) negastory - pozistoryc) monokryštalické senzory

Senzory teploty

Negastory – NTC• termistory so záporným teplotným súčiniteľom

odporu - NTC– vyrábajú sa práškovou technológiou zo zmesi oxidov

kovov napr. Fe2O3 + TiO2, – alebo tenkovrstvové polykryštalické negastory SiC na

keramickej doštičke– senzor je vhodný pre rozsah teplôt -100 až + 450 ° C– základná hodnota odporu SiC senzora pri 25 ° C je

10kΩ až 1MΩ

29. 4. 2015

15

Senzory teploty

Negastory – NTC

Senzory teplotyPozistory – PTC• termistory s kladným teplotným súčiniteľom

odporu - PTC– vyrábajú sa z kremíka, germánia, india atd.– menovitá teplota je podľa zloženia odstupňovaná v

rozsahu od 60 ° C do 180 ° C– používajú sa prevažne ako dvojstavové napr.

signalizácia prekročenia prípustnej teploty vo vinutí motora

– v priemysle najčastejšie Si senzory - rozsah od -50 ° C do +150 ° C.

29. 4. 2015

16

Senzory teploty

Pozistory – PTC

Senzory teploty

Monokryštalické PN senzory teploty• využívajú teplotnej závislosti napätia PN

prechodu v priepustnom smerea) Diódové senzory

• napätie v priepustnom smere s rastúcou teplotou klesá

b) Tranzistorové senzory• založené tiež na teplotné závislosti PN prechodu

(využíva sa prechod báza-emitor) v priepustnom smere

29. 4. 2015

17

Senzory teploty

Monokryštalické PN senzory teploty

Senzory teploty

Monokryštalické PN senzory teploty

29. 4. 2015

18

Senzory teploty

Termoelektrické senzory teploty• sú založené na vzniku termoelektrického

napätia na dvojici vodičov alebo polovodičov, ktorých konce udržujeme na rôznych teplotách - Seebeckův jav – ohrevom spojov dvoch

kovov vzniká termoelektrické napätie

Senzory teploty

Termoelektrické senzory teploty• dvojice materiálov sú normalizované a

označené veľkými písmenami– uvedené sú konkrétne hodnoty napätia v závislosti

na teplote

29. 4. 2015

19

Senzory teploty

Termoelektrické senzory teplotyKonštrukčné usporiadanie• Kompenzačné

vedenie

Senzory teploty

Termoelektrické senzory teplotyKonštrukčné usporiadanie• Kompenzačná krabica

29. 4. 2015

20

Senzory teploty

Termoelektrické senzory teplotyKonštrukčné usporiadanie• Izotermická svorkovnica

Senzory teploty

29. 4. 2015

21

Senzory teploty

Krištáľový teplomer• využíva princíp porovnávanie dvoch signálov

– jeden je závislý na meranej fyzikálnej veličine – a druhý je konštantný– rozdiel porovnávaných signálov je meracou veličinou– je to univerzálny princíp – v prípade merania teploty sa využíva teplotná

závislosti rezonančného kmitočtu kryštálu– ak sa správne zvolí frekvencia oscilátorov je rozdiel

frekvencií číselne rovný meranej teplote

Senzory teploty

Krištáľový teplomer

29. 4. 2015

22

Senzory teploty

Bezdotykové meranie teploty (pyrometria)• meranie povrchovej teploty telies na základe

elektromagnetického žiarenia– využíva viditeľnú a infračervenú oblasť

elektromagnetického žiarenia (vlnová dĺžka od 0,35 mikrometrov do 30 mikrometrov), čomu zodpovedá rozsah meraných teplôt od -40 ° C do +10 000 ° C.

Senzory teploty

Bezdotykové meranie teploty (pyrometria)• výhody:

– nemá vplyv na meraný objekt– meranie na rotujúcich alebo pohybujúcich sa

telesách– možno merať rýchle zmeny teploty– možno realizovať bodové alebo plošné zobrazenie

povrchovej teploty telesa (termovízia)

29. 4. 2015

23

Senzory teploty

Bezdotykové meranie teploty (pyrometria)• nevýhody:

– môžu sa merať len povrchová teplota telesa– chyby merania spôsobené priestupnosťou

prostredia pre tepelné vlny– chyby spôsobené nepresným stanovením

emisivity povrchu meraného telesa

Senzory teploty

Bezdotykové meranie teploty (pyrometria)• rozdelenie pyrometrov

a) monochromatickéb) pásmovéc) snímanie teplotných obrazcov - termovízia

29. 4. 2015

24

Senzory teploty

Dilatačné snímače teploty• Princíp

– zmena dĺžky alebo objemu latky v reakcii na meranie teploty

• Rozdelenie– kovové

• tyčové• bimetalové

– kvapalinové

Senzory teploty

Dilatačné snímače teploty• Tyčový teplomer

– dĺžková rozťažnosť kovovej tyčinky (trubičky)– malá citlivosť– používajú sa pri jednoduchej

dvojpolohovej regulácii

29. 4. 2015

25

Senzory teploty

Dilatačné snímače teploty• Bimetalový teplomer

– nerovnaká teplotná rozťažnosť 2 rôznych kovov– je tvorený 2 pásikmi, ktoré sú po celej dĺžke

spojené (zvarením)– výchylka voľného konca je závislá od teploty– niekedy sa stáča do špirály alebo šróbovice– používa sa do 400 ° C

Senzory teploty

Dilatačné snímače teploty• Kvapalinové snímače teploty

– teplotná závislosť objemovej rozťažnosti kvapalín– konštrukcia

• nádobka s mernou kvapalinou• ciachovaná kapilára• kontakty pre automat. vyhodnotenie

teploty

29. 4. 2015

26

Senzory teploty

Dilatačné snímače teploty• Tlakové snímače teploty

– teplotná závislosť zmeny tlaku mernej látky v uzavretom priestore

– zloženie1. stonka2. kapilára3. tlakomerný člen

SNÍMAČE MECHANICKÝCH VELIČÍN

29. 4. 2015

27

Snímače mechanických veličín• Podľa druhu meranej

fyzikálnej veličiny– polohy– rýchlosti a zrýchlenia– kmitavého pohybu– mechanického napätia– sily ..... atď.

• Podľa priebehu výstupného signálu– spojité– limitný– číslicové

• Podľa princípu činnosti– mechanické– odporové– magnetické– indukčné– kapacitné– optické– ultrazvukové .... atď.

• Podľa spôsobu merania– absolútna– prírastkové

(inkrementálne)– zmiešané

SNÍMAČE POLOHY

29. 4. 2015

28

Snímače polohyVýber vhodného snímača• Najdôležitejšie pri výbere je voľba správneho funkčného princípu, u

ktorého sú kritickými faktormi:– materiál snímaného predmetu– spínacia vzdialenosť– elektrické pripojenie.

• Indukčné snímač je vhodný, ak je snímaný predmet z kovu• Kapacitný snímač použijeme pre papier, plast, olej, vodné roztoky,

granulát, prášok, atď.• Magnetický snímač použijeme vtedy, ak je možné na snímaný

predmet prilepiť permanentný magnet.

• Tieto metódy sú obmedzené snímacou vzdialenosťou – max 100mm– pre väčšie vzdialenosti iné metódy - ultrazvukové, optoelektrické,

mikrovlnné, ...

Snímače polohy

29. 4. 2015

29

Snímače polohy

Odporové snímače polohy• Základom sú odporové potenciometre,

ktorých bežec je mechanicky spojený s predmetom, ktorého polohu meriame.

• Najčastejšie sa vyrábajú v prevedení rotačné, priamočiare alebo viacotáčkové (odporová dráha je tvorená skrutkovicou s niekoľkými závitmi.

Snímače polohyOdporové snímače• Vlastnosti odporových potenciometrov

– Rozlišovacia schopnosť• Udáva aký uhlový, prípadne dĺžkový inkrement dokáže

potenciometer spoľahlivo rozlíšiť. Najvyššie rozlíšenie majú potenciometre vrstvové (až 0,01%), u vinutých potenciometrov je rozlíšenie dané skokovú zmenou odporu pri pohybe jazdca medzi susednými závitmi.

– Linearita• Udáva najväčší odchýlku výstupného napätia od referenčnej čiary.

Udáva sa v percentách napájacieho napätia. – Životnosť

• Je definovaná ako počet otočení hriadeľkou pri zadaných prevádzkových podmienkach a pri dodržaní prevádzkových vlastností v príslušných medziach. Životnosť vinutých typov je rádovo 106, vrstvových typov 107.

29. 4. 2015

30

Snímače polohyOdporové snímače• Vlastnosti odporových potenciometrov

– Prevádzkový krútiaci moment• Je definovaná ako najväčší krútiaci moment v oboch smeroch

otáčania, ktorý je potrebný k rovnomernému točenie hriadeľkou v celom mechanickom rozsahu pri udávanej rýchlosti .

– Teplotný koeficient odporu (len pre drôtové potenciometre)

• Stanovuje sa na základe zmeny odporu pri zmene teploty vždy o 1 °C proti vzťažnej teplote.

– Šum• Šum potenciometrov vzniká pri pohybe jazdca po vinutí a je

spôsobený mechanickými i elektrickými efektmi. U vinutých potenciometrov môže byť spôsobený odskakovaním jazdca.

Snímače polohy

Odporové snímače• Rozdelenie odporových potenciometrov podľa:

– tvaru dráhy na: • rotačné, posuvné, profilové

– pohybu jazdca na: • rotačné jednootáčkové, rotačné viacotáčkové

– materiálu dráhy na: • kovové

– drôtové, vrstvové• nekovové

– uhlíkové, elektrolytické, vodivé plasty, cermentové (keramika + kov)

29. 4. 2015

31

Snímače polohy

Zapojenie odporového snímača polohy• prevádzajú zmenu polohy na zmenu odporu

– je nutné previesť získaný signál na elektrické U alebo I

– používame reostatové, potenciometrickej a mostíkové zapojenie.

Snímače polohy

Nespojité snímače polohy - mechanické spínače• Prevádzajú zmenu polohy sledovaného

objektu na skokovú zmenu odporu spôsobenú prepínaním kontaktov. – výstupný signál je logického typu (zap - vyp)– používajú sa pre meranie polohy pohybujúcich sa

častí strojov - koncové spínače

29. 4. 2015

32

Snímače polohy

Nespojité snímače polohy - mechanické spínače

Snímače polohy

Magnetické snímače• Rozdelenie

– jazýčkového relé– Hallová sonda

29. 4. 2015

33

Snímače polohy

Magnetické snímače• Jazýčkového relé

– princíp spočíva vo využití silových účinkov magnetického poľa permanentného magnetu na jazýčky z magneticky mäkkého materiálu zatavené do sklenenej trubičky plnené inertným plynom.

Snímače polohy

Magnetické snímače• Hallová sonda

– je založená na jave, kedy vo vodiči umiestnenom v magnetickom poli pri prietoku prúdu vzniká priečne elektrické napätie.

29. 4. 2015

34

Snímače polohy

Indukčné snímače polohy• Princíp spočíva v prevode polohy na zmenu

vlastnej indukčnosti L, prípadne vzájomnej indukčnosti M.– V indukčných snímačoch je vonkajším

magnetickým poľom indukované napätie.– Tvoria rozsiahlu skupinu senzorov polohy,

posunutia, uhla natočenia, otáčok, sily, zrýchlenia atď.

Snímače polohy

Indukčné snímače polohy• Rozdelenie

– Podľa základného princípu• tlmivkové, transformátorové.

– Podľa prevedenia magn. obvodu• s otvoreným, s uzavretým mag. obvodom

– Podľa usporiadania snímacích prvkov• jednoduché, diferenciálnej

– Podľa väzby s meraným predmetom• dotykové, bezdotykové

29. 4. 2015

35

Snímače polohy

Indukčné snímače polohy• Tlmivkové snímače s uzavretým mag. obvodom

- s premenlivou vzduchovou medzerou

Snímače polohy

Indukčné snímače polohy• Tlmivkové snímače s uzavretým mag. obvodom

s premenlivou plochou vzduchovej medzery

29. 4. 2015

36

Snímače polohy

Transformátorové snímače• Princíp

– vyhodnotenie zmeny vzájomnej indukčnosti medzi primárnou a sekundárnou cievkou v závislosti na polohe feromagnetického jadra

– primárna cievka je napájaná zo zdroja striedavého napätia, takže výstupné napätie sekundárneho vinutia je úmerné meranej veličine (polohe)

Snímače polohy

Transformátorové snímače– diferenčné zapojenie (je presnejšie a citlivejšie)– vyhodnocuje zmenu vzájomnej indukčnosti medzi

P a S cievkami v diferenčnom zapojení

29. 4. 2015

37

Snímače polohy

Transformátorové snímače – induktosyn• pre veľké rozsahy posunu• vyrábajú sa technikou tlačených spojov• vyhodnotenie posunu jazdca je pomocou fázového posunu φ výstup. U

Snímače polohy

Kapacitné snímače polohy• Princíp:

– prevod meranej veličiny na kapacitu kondenzátora a v jej následné prevedenie na signál (napätie, prúd) v logickej alebo spojitej forme

– základným vzťahom je vzorec pre výpočet kapacity rovinného doskového kondenzátora:

29. 4. 2015

38

Snímače polohy

Kapacitné snímače polohy

Snímače polohy

Kapacitné snímače polohy• Meracie obvody kapacitných senzorov

– majú za úlohu vyhodnotiť kapacitu snímača a previesť ju na napäťový alebo prúdový signál úmerný meranej veličine

• dôležitou podmienkou pre správnu činnosť je minimalizácia parazitných kapacít

• najjednoduchšou metódou je skrátenie prívodov k meraciemu členu alebo použitie integrovaného prevodníka

29. 4. 2015

39

Snímače polohy

Kapacitné snímače polohy• Metódy vyhodnotenia kapacitných snímačov

– Mostíkové metódy - merací kondenzátor je zapojený do jednej z vetiev striedavého mostíka

• sú nepresné - vplyv parazitných kapacít

• presnejší je transformátorový mostík

Snímače polohy

Kapacitné snímače polohy• Metódy vyhodnotenia kapacitných snímačov

– Spätnoväzbové obvody - merací kondenzátor je súčasťou deliča zapojeného do spätnej väzby OZ

• vhodné pre diferenčné senzory

29. 4. 2015

40

Snímače polohy

Kapacitné snímače polohy• Metódy vyhodnotenia kapacitných snímačov

– Rezonančné metódy - merací kondenzátor je súčasťou LC obvodu a kapacita sa prevádza na kmitočet oscilátora.

• keď vnikne predmet pred aktívnu plochu snímača, zmení sa kapacita a tým aj frekvencia oscilátora

Snímače polohy

Optické snímače polohy• Princíp:

– spočíva v zmene svetelného toku medzi vysielačom a prijímačom polohou snímaného predmetu s následným prevodom na elektrickú veličinu

– oproti predchádzajúcim senzorov majú základnú výhodu – sú necitlivé na elektromagnetické a iné polia.

29. 4. 2015

41

Snímače polohy

Optické snímače polohy• Rozdelenie:

– Snímače pre meranie polohy• absolútnu – poloha je meraná k referenčnému bodu• inkrementálny (prírastkové) – poloha je meraná voči

predchádzajúcemu bodu– Snímače pre indikáciu polohy

• limitné – poloha je vyhodnocovaná dvojhodnotovo

• Podľa signálu:– spojité– nespojité

Snímače polohyOptické absolútne snímače polohy• Princíp:

– zmenou svetelného toku, ktorý prechádza cez sklenený kotúčik so sústrednými stopami, s priehľadnými a nepriehľadnými plochami kódovanými v Grayovom kóde.

• Výstupný signál:– digitálne slovo (počet bitov = počet stôp), ktoré reprezentuje polohu

(uhlovú hodnotu) k referenčnému bodu.• Rozlišovacia schopnosť:

– Δα = 360 / 2p [°] p - počet stôp• Výhody:

– poloha je určiteľná v ktoromkoľvek okamihu– necitlivosť na poruchy

• Nevýhody:– vyššia cena– nákladné príslušenstvo pre spracovanie meraných dát, prenos a

vyhodnotenie

29. 4. 2015

42

Snímače polohy

Optické absolútne snímače polohy

Snímače polohy

Optické inkrementálne snímače polohy• Princíp:

– minimálna konfigurácia obsahuje jeden svetelný zdroj, rotujúci disk s priehľadnými a nepriehľadnými dielikmi, dve snímacie jednotky a vyhodnocovacie logické obvody.

– svetelný tok zdroja S (LED) upravený šošovkou P, prechádza rastrom R k 2 snímacím fotodiódam E1 a E2

– fázový posun UA, UB (90°) je potrebný pre vyhodnotenie smeru pohybu.

29. 4. 2015

43

Snímače polohy

Optické inkrementálne snímače polohy

Snímače polohy

Optické inkrementálne snímače polohy• Vyhodnotenie signálu

– signál z fotodiód je upravený tvarovacími obvodmi– počet impulzov nesie informáciu o polohe– sekvencia signálov UA, UB nesie informáciu o smere pohybu– referenčná značka raz za otáčku dodáva prídavný referenčný impulz

29. 4. 2015

44

Snímače polohy

Optické inkrementálne snímače polohy• Prevedenie – rotačné, lineárne

Snímače polohyOptoelektronické limitné snímače polohy – indikácia polohy• Základné vlastnosti

– binárny výstup– bezdotykové snímanie– necitlivé na elektromagnetické a iné polia– veľká spínacia vzdialenosť (rádovo až v metroch)

• Rozdelenie optoelektronických snímačov– jednocestné svetelné závory

• svetelná mreža• svetelná záclona

– reflexné svetelné závory– reflexné svetelné snímače (difúzne)– snímač so svetlovodom z optických vlákien– prijímače cudzieho žiarenia

29. 4. 2015

45

Snímače polohy

Optoelektronické limitné snímače polohy –indikácia polohy• Vysielače

– LED a polovodičové laserové diódy– zdroje infračerveného svetla (IR)

• dôvody použitia IR– fototranzistory a fotodiódy majú v IR najväčšiu citlivosť– odolnosť voči malým prachovým časticiam– necitlivosť voči rušeniu z viditeľného spektra

• Prijímače– fotodiódy– fototranzistor

Snímače polohy

Jednocestné svetelné závory• vysielače sú montované proti prijímačom do optickej osi• prerušením svetla medzi vysielačom a prijímačom sa vyhodnotí

fototranzistorom• elektronická jednotka vyhodnotí "rozpoznanie" predmetu• detekovaný objekt musí byť väčší ako aktívny zóna (spoľahlivé prerušenie

lúča)• pohybujúce sa objekty - uviesť do súladu rýchlosť, plochu objektu a

vlastnosti prijímača• majú veľký dosah, musia sa montovať 2 prístroje, zlé snímanie

priehľadných predmetov, je potrebné presné nastavenie

29. 4. 2015

46

Snímače polohy

Reflexné svetelné závory• Princíp:

– vysielač aj prijímač svetla sú v spoločnom puzdre– na opačnej strane je umiestnená reflexná plocha (zrkadlo, odrazka)– prerušením svetla medzi vysielačom a zrkadlom sa vyhodnotí

fototranzistorom– problémy s detekciou predmetov s lesklým povrchom– polovičný dosah ako u jednocestných závor, jednoduchšia montáž

(spoločný vysielač a príjmač), ostatné vlastnosti rovnaké

Snímače polohy

Reflexné svetelné závory

29. 4. 2015

47

Snímače polohy

Reflexné snímače• Princíp:

– vysielač aj prijímač svetla sú konštrukčne spojené do jednej jednotky– k odrazu dochádza od detekovaného objektu

Snímače polohyPoužitie reflexných snímačov• strojárstvo - dopravníky, detekcia posunu, kontrola kvality• montážne linky - nastavenie pozície, počítanie dielov• textilné stroje - zisťovanie množstva materiálu na rolkách• potravinársky priemysel - napr. zisťovanie prítomnosti

pečiva na výrobnej linke, kontrola obsahu krabíc, kontrola veľkosti cukrárskych výrobkov

• sledovanie a detekcia otvorov vo výrobkoch• kontrola veľkosti predmetov• kontrola naplnenia rôznych zásobníkov• zisťovanie chybných etikiet

29. 4. 2015

48

Snímače polohy

Snímače so svetlovodmi• Princíp a použitie:

– jednocestná svetelná závora– k snímanému predmetu je zavedený pár

svetlovodov (vysielač a prijímač) s optickými hlavami

– používajú sa na zle dostupných miestach, náročné prostredie, detekcia veľmi malých, predmetov

– vyžadujú opatrné zaobchádzanie (ohyb,– namáhanie tlakom, krutom)

Snímače polohy

Ultrazvukové snímače polohy• Princíp:

– pracujú na princípe odrazu ultrazvukových pulzov od detekovanéhoobjektu

– z namerané doby sa pri známej rýchlosti šírenia ultrazvuku vypočíta vzdialenosť

29. 4. 2015

49

Snímače polohy

Ultrazvukové snímače polohy• Princíp:

– ultrazvukový prevodník (kombinovaný vysielač / prijímač) vyšle krátky zvukový pulz

– prepne sa do prijímacieho režimu a je vyhodnocovaný prijatý pulz– na základe dĺžky intervalu "vyslaný pulz - echo" je odvodené, či

predmet leží v nastavenom rozmedzí

Snímače polohy

Typy ultrazvukových snímačov• Jednohlavové systémy - snímače pre priamu detekciu s

kombinovaným vysielačom a prijímačom

• Dvojhlavové systémy - snímače pre priamu detekciu s deleným prijímačom a vysielačom

• Ultrazvukové závory - snímače • s priechodným lúčom

29. 4. 2015

50

Snímače polohy• Výhody

– detekcia takmer ľubovoľných predmetov, vrátane objektov transparentných a lesklých

– nie sú obmedzené farbou povrchu– meranie sypkých materiálov a materiálov s nepravidelným povrchom– meranie hladiny kvapalín a kašovitých látok– konštantná rozlíšenie v celom rozsahu merania (0,3 mm do 1m, 1mm

do 2,5m)– nevadí im prašné prostredie

• Nevýhody– nesníma tlmiace materiály– širší detekčné lúč - snímaný objekt musí mať určitú minimálnu plochu– dlhšia doba odozvy– vyššia cena

Snímače polohy

• Predmety vhodné pre detekciu– všetky tuhé a kvapalné látky a všetky sypké

materiály (piesok, štrk, kamene, ..)– tvar a farba odraznej plochy sú ľubovoľné (min.

odrazová plocha podľa katalógu)– snímané predmety môžu mať tiež valcový alebo

vypuklý alebo vydutý tvar.• Predmety nevhodné pre detekciu

– materiály so zlou odrazivosťou zvuku (penová guma, vysoká vrstva peny na hladine kvapaliny, jemná bavlna a vata , ...)

29. 4. 2015

51

Záver

• Zdroje

• Zaujímavé odkazy– http://senzory.aspone.cz/– http://www.edumat.cz/texty.php– http://lubosweb.php5.sk/clanky/20_ds18b20.php