1

Mesto mernih pretvarača u SAU

ponoviti mesto merenja u SAU

Upišite nazive pojedinih delova SAU u blokove na šemi tako da se dobije blok šema SAU.

SAU = sistem automatskog upravljanja

OU – objekat upravljanja (proces) MP – merni pretvarač ZV – pretvarač zadate vrednosti K – komparator (DSG) R – regulator IU – izvršni uređaj

Merni pretvarači

šta su merni pretvarači

podele mernih pretvarača

druga imena za merne pretvarače

transmiteri

Pretvarači su uređaji koji pretvaraju energiju iz jednog oblika u drugi.

Merni pretvarači su oni pretvarači koji prvo mere neku fizičku veličinu, a nakon toga je pretvaraju u

drugu pogodniju za obradu.

U zavisnosti od prirode ulazne veličine merni pretvarači se dele na pretvarače mehaničkih, toplotnih,

optičkih i drugih veličina.

mehaničkih – merenje sile, momenta sile, pritiska

toplotnih – merenje temperature, toplotnog kapaciteta

Prema principu rada merni pretvarači se dele na:

otporničke

kapacitivne

induktivne

elektromagnetne

piezoelektrične

mehaničke

hidraulične

pneumatske

2

Prema izlaznoj veličini merni pr. mogu biti:

aktivni (energetski - U, I)

pasivni (parametarski – R, L, C)

Za pasivni senzor neophodan je spoljašnji izvor energije da bi mogao da radi. Npr. termistor.

Aktivni senzori generišu električni signal (struja, napon, naelektrisanje) zahvaljujući konverziji

mehaničke, svetlosne ili hemijske energije ulaza bez upotrebe spoljašnje energije (npr. termopar

toplotna energija --> napon).

Merni pretvarači se često nazivaju i drugim imenima: senzor, detektor, davač.

Transmiter pretvara merenu fiz. vel. u standardni signal i konstruktivno je osposobljen da šalje

informacije o merenju sa jednog mesta na drugo. Najčešće se informacije o merenju šalju pomoću

strujnog signala u opsegu od 4 mA do 20 mA ili pneumatskog signala (pritisak gasa) u opsegu od 0,2 bara

do 1 bar (3-15 psi)

Za najnižu temperaturu koja se meri 100ᴼC izlaz transmitera je 4 mA. Za temperaturu 300ᴼC izlaz je 12

mA. Za temperaturu 500ᴼC izlaz je 20 mA.

Izlazni signal u vidu jednosmerne struje je najpogodniji za prenos rezultata merenja na daljinu (od

nekoliko desetina m do nekoliko km). Jačina te struje ne zavisi od otpora u kolu koga čine otpori

provodnika za vezu i ulazni otpor prijemnog uređaja. Indukovani naponi smetnji u provodnicima za vezu

ne utiču na jačinu struje u kolu.

Otpor provodnika za vezu nije konstantan i zavisi od dužine, temperature okoline...

IRUul

Prijemni uređaj ima na svom ulazu ugrađen otpornik konstantne vrednosti otpora, čija se otpornost vrlo

malo menja sa promenama temperature. Napona na krajevima toga otpornika je ulazni napon uređaja, a

on je direktno srazmeran struji ( IRUul ).

Za izlazni signal u vidu jednosmerne struje usvojeni su sledeći standardni opsezi:

od 0mA do 5mA ili od 1mA do 5mA

od 0mA do 10mA ili od 2mA do 10mA

od 0mA do 20mA ili od 4mA do 20mA

3

od -10mA do 10mA (kada merna veličina uzima i negativne vrednosti) Strujni signal sa početnom vrednošću 1mA, 2mA i 4mA nazivaju se signali sa “živom nulom“. Sa takvim

signalima postoji mogućnost neprekidne provere ispravnosti provodnika za vezu (prekid je 0mA i to je

kvar).

Statičke karakteristike mernih pretvarača

merni opseg

tačnost

preciznost

osetljivost

linearnost

Merni opseg Merni opseg predstavlja razliku između najviše i najniže vrednosti fizičke veličine koja se može meriti pri

datoj kalibraciji mernog pretvarača. Pri tome najnižoj vrednosti odgovara izlaz transmitera od 0,2 bara ako je

transmter pneumatski, odnosno 4 mA ako je tr. električni, dok gornjoj vrednosti odgovara izlazni signal od 1 bar,

odnosno 20 mA.

Tačnost Tačnost je sposobnost mernog pretvarača da pokazuje vrednosti bliske pravoj vrednosti merene

veličine. Tačnost se izražava u odnosu na tačnu vrednost ili u odnosu na punu skalu instrumenta:

Vm – merena vrednost

Vt – tačna vrednost

Vps –puna skala instrumenta

Primer: merenje sile, puna skala instrumenta 1000 N. Poređenje tačnosti od 1% prema prvoj i drugoj

definiciji tačnosti.

F [N]

1000 1000 N ± 10 N 1000 N ± 10 N

500 500 N ± 5 N 500 N ± 10 N

100 100 N ± 1 N 100 N ± 10 N

50 50 N ± 0,5 N 50 N ± 10 N

10 10 N ± 0,1 N 10 N ± 10 N

5 5 N ± 0,05 N 5 N ± 10 N

0 0 N ± 0,00 N 0 N ± 10 N

4

Prva definicija tačnosti

Merenu silu od 1000 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

1000 N ± 10 N.

Merenu silu od 500 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

500 N ± 5 N.

Merenu silu od 100 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

100 N ± 1 N.

Merenu silu od 50 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

50 N ± 0,5 N.

Merenu silu od 10 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

10 N ± 0,1 N.

Merenu silu od 5 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

5 N ± 0,05 N.

Merenu silu od 0 N instrument čija je tačnost prema prvoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

0 N ± 0,00 N.

Druga definicija tačnosti

Merenu silu od 1000 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

1000 N ± 10 N.

Merenu silu od 500 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

500 N ± 10 N.

5

Merenu silu od 100 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

100 N ± 10 N.

Merenu silu od 50 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

50 N ± 10 N.

Merenu silu od 10 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

10 N ± 10 N.

Merenu silu od 5 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

5 N ± 10 N.

Merenu silu od 0 N instrument čija je tačnost prema drugoj definiciji 1% će pokazati u intervalu

0 N ± 10 N.

Važno je da se opseg senzora odabere adekvatno očekivanim promenama merene veličine. Ako se

očekuje promena sile u opsegu 0 N – 100 N nije uputno upotrebiti senzor sa opsegom 0 N – 1000 N.

Preciznost Preciznost je mera ponovljivosti merenja, odnosno sposobnost instrumenta da za isti ulazni signal

pokaže istu vrednost merene veličine.

Tačnost naspram preciznosti Primer: tahometrom se meri brzina električnog motora čija je stvarna vrednost 1000 o/min.

a) U 6 merenja dobijeni su rezultati 1050, 950, 1000, 1030, 990 i 980 o/min. Srednja vrednost ovih

merenja je 1000 o/min tj. jednaka je stvarnoj vrednosti. Tahometar je tačan. Međutim, rasutost

rezultata merenja je velika. Tahometar neprecizan.

b) Izmerene su vrednosti: 950, 952, 949, 950, 951 i 948 o/min. Srednja vrednost je 950 o/min što je

za 50 o/min manje od stvarne vrednosti. Tahometar je netačan. Rasutost rezultata merenja je

mala što znači da je tahometar precizan.

c) Tahometar je netačan i neprecizan ako ima veliko odstupanje srednje vrednosti od stvarne i

veliko rasturanje rezultata.

d) Tahometar je tačan i precizan jer daje rezultate sa malim rasturanjem i srednju vrednost jednaku

stvarnoj vrednosti.

6

U procesu automatske regulacije jedna vrednost se obično meri jedanput. Ako se merenje realizuje

nepreciznim tahometrom tada je mala verovatnoća da će merenje biti tačno. Takav instrument je

potrebno popraviti ili zameniti.

Tahometar sa slike b treba kalibrisati (baždariti). To se radi poređenjem sa tačnijim tahometrom.

Linearnost Linearnost izražava stepen odstupanja ulazno-izlazne karakteristike mernog uređaja od linearne

zavisnosti. Daje se u procentima, obično za najnepovoljniji slučaj. Kada se pravi merni uređaj uvek se teži

linearnoj zakonitosti. U realnosti veza između izlaza i ulaza mernog uređaja može biti

a) nelinearna

b) linearna

c) nelinearna sa histerezisom

Histerezis: Zavisnost izlazne veličine od ulazne nije jednoznačna. Naime, izlazna veličina dobijena

povećanjem ulazne veličine i izlazna veličina dobijena smanjivanjem ulazne veličine nisu iste. Histerezis

je nepoželjna pojava.

7

Osetljivost Osetljivost pretvarača (S) se izražava količnikom promene izlazne veličine i promene ulazne veličine za

datu vrednost ulazne veličine.

Osetljivost pretvarača u tački x1 : S1=dy/dx | u tački x1

Osetljivost pretvarača u tački x2 : S2=dy/dx | u tački x2

Osetljivost u datoj tački predstavljena je nagibom tangente u toj tački. Sa slike se vidi da je osetljivost u

tački x1 veća od osetljivosti u tački x2 .

Kod pretvarača sa linearnom st. k-kom osetljivost je konstantna i jednaka k.

Kod pretvarača sa nelinearnom st. k-kom osetljivost je promenljiva

SLIKE

8

Dinamičke karakteristike mernih pretvarača Din. karakteristike pokazuju način reagovanja mernog uređaja (odziv) na dinamiku merenog procesa

(pobude). Matematički se izražavaju preko prenosne funkcije.

Prenosna funkcija predstavlja odnos Laplasove transformacije izlazne veličine i Laplasove transformacije

ulazne veličine pri svim početnim uslovima jednakim nuli.

W(p)=Y(p)/X(p) p=σ+jω , umesto p stavi s

Din. karakteristike senzora su bitne jer se senzori u automatskom upravljanju upotrebljavaju za merenje

veličina koje se menjaju sa vremenom. Din. k-ke opisuju ponašanje senzora nakon što se merena veličina

promenila pa do trenutka kada se na izlazu ponovo uspostavi stacionarno stanje. Najčešće se snima

odziv senzora kada se na ulaz dovede skokovita funkcija.

Odziv senzora kao sistema nultog reda: Kazaljka munjevito skače i pokazuje merenu vrednost.

Odziv senzora kao sistema prvog reda: Kazaljka konačnom brzinom dolazi do pokazne vrednosti i tu

stane.

9

Odziv senzora kao sistema drugog reda: Kazaljka ide određenom brzinom do pokazne vrednosti, ali se

na njoj ne zaustavi odmah, već tek posle određenog broja oscilacija u njenoj okolini.

10