Snmae dle fyziklnho principu Rozdlen dle fyziklnho principu

Snímače dle fyzikálního principu

Rozdělení dle fyzikálního principu Aktivní (generátorové) - Při působení měřené (neelektrické) veličiny se chovají jako zdroj energie Pasivní (parametrické) - Při působení měřené (neelektrické) veličiny se mění některý parametr

Druhy aktivních (generátorových) snímačů • termoelektrické • fotoelektrické • indukční • piezoelektrické • pyroelektrické

Termoelektrické snímače - (termočlánky) • na styku dvou kovů vzniká rozdíl potenciálu. Je způsobený přechodem elektronů z kovu s menší atomovou vazbou. Druhy termočlánků: – Fe – Ko ( konstantan) – Ni. Cr – Ni………………. – Pt. Rh – Pt……………. . . pro – 200 až 600 °C pro 0 až 1000 °C pro 0 až 1300 °C • Výhody: – jednoduché – odolné vůči mechanickému i teplotnímu namáhání. – malá časová konstanta

Fotoelektrické snímače a) fotonky a fotonásobiče - využívají vnějšího fotoefektu, kdy fotokatoda emituje při dopadu záření z povrchu elektrony a ty mohou být u fotonásobičů dále urychleny a sekundární emisí na pomocných anodách rozmnoženy. • Fotonky jsou jednoduché, mají dobrou linearitu světelné charakteristiky, velmi dobré kmitočtové vlastnosti ( t = 0, 1 ns). • Fotonásobiče jsou vhodné pro měření malých světelných výkonů, vyžadují zdroj vysokého napětí, čas. konstanta řádově 10 ns, jsou konstrukčně složité. skleněná baňka Vakuum katoda - A + asi 100 V anoda

Fotoelektrické snímače b) Fotoodpor je tvořen polovodičovou binární sloučeninou (např. -Cd. S, Pb. S, In. Sb, atd…) ve tvaru tenkého pásku naneseného na vhodné podložce v pouzdře. Vykazuje velmi vysokou citlivost (1 m. A/lumen) Výkonově je zatížitelný do 100 m. W Odpor za tmy dosahuje řádově MW Nevýhodou je poměrně vysoká setrvačnost ( t > 1 ms) a teplotní závislost. Světelné charakteristiky jsou u fotoodporů nelineární, především v oblasti větších osvětlení. m. A -

Fotoelektrické snímače c) Fotodiody a fototranzistory - jsou tvořeny z monokrystalického materiálu s PN nebo PIN přechodem mezi rozličně dotovanými polovodiči nebo mezi polovodičem a kovem (Schottkyho diody). Vysokou citlivost vykazují lavinové fotodiody, využívající mechanismu lavinového zesílení nosičů náboje v oblasti PN přechodu. Fotodiody mají malou setrvačnost ( t = 1 ms), dobrou časovou stabilitu, ale i větší proud za tmy. Mohou pracovat v odporovém nebo hradlovém zapojení. Fototranzistor obsahuje dva PN přechody s větší citlivostí než fotodioda, horšími dynamickými vlastnostmi ( t = 0, 5 ms) i proudem za tmy.

Indukční snímače • Využívají Faradayova zákona elektromagnetické indukce • Pracují s časovou změnou magnetického pole: – U [ V ] = výstupní napětí snímače – Φ [ Wb ] = magnetický tok – N [ - ] = počet závitů cívky Indukční snímač obecně slouží pro vyhodnocování přítomnosti kovového materiálu. Snímač lze použít jako bezdotykový koncový spínač na strojích, automatických linkách apod. Je možné ho použít v prostředí prašném i venkovním.

Indukční snímače Základ snímače tvoří oscilátor pracující na principu změny činitele jakosti jádra Q přiblížení kovového materiálu. Tato změna se projeví útlumem kmitů oscilátoru a oscilátor přestane kmitat. Vysazení kmitů oscilátoru vyhodnotí prahový detektor, který řídí klopný obvod ovládající výkonový koncový stupeň. Odstraněním kovového materiálu z aktivní spínací zóny oscilátor obnoví kmitání. Podle toho o jaký druh spínače jde, spínací nebo rozpínací, se výstup spojí nebo rozpojí přiblížení kovového materiálu do aktivní zóny snímače. V současnosti jsou k dispozici stovky různých modelů a provedení odpovídajících požadavkům průmyslové automatizace

Indukční snímače Použití Je možné jejich využití jako inkrementálních snímačů otáček

Piezoelektrické snímače • Ke konstrukci tohoto typu snímače se využívá piezoelektrického jevu, který spočívá v tom, že uvnitř některých polykrystalických dielektrik vzniká vlivem mechanické deformace elektrická polarizace, čímž se na povrchu tvoří zdánlivé náboje, které mohou na přiložených elektrodách vázat nebo uvolňovat náboje skutečné. • Jakmile napětí zmizí, dostává se dielektrikum do původního stavu.

Piezoelektrický jev u krystalu křemene • V měřící technice se nejčastěji využívá křemen (Si. O 2), který má velmi dobré vlastnosti. • Křemen krystalizuje v šesterečné soustavě, přičemž elementárním prvkem je šestiboký hranol. Má tři základní osy, jež jsou z hlediska vzniku piezoelektrického jevu velmi důležité. • Podélná osa z se nazývá optická, osa x protínající hrany kolmo na optickou osu je elektrická a osa y, která je kolmá k ose x a ose z se označuje jako mechanická nebo neutrální.

Piezoelektrický jev u krystalu křemene • Vyřízneme-li z krystalu Si. O 2 destičku tak, aby její hrany byly rovnoběžné s jednotlivými osami, pak vlivem sil působících kolmo na optickou osu hranolu se krystal zelektrizuje, přičemž vektor polarizace P bude směřovat podél elektrické osy. Na plochách kolmých na elektrickou osu se objeví náboje.

Pyroelektrické (IR) snímače • Princip snímače - Molekuly látky se pohybují (tepelný pohyb). • Zastaví se pouze při absolutní nule. Protože dochází k pohybu elektrických nábojů, tak každé těleso (s teplotou větší než absolutní nula) emituje elektromagnetické záření. • Toto záření nese jednoznačnou informaci o teplotě tělesa. Prakticky využitelné spektrum, na které jsou citlivé IR detektory, je 0, 7 μm - 14 μm. • Každé těleso vysílá infračervené záření, ze kterého lze získat informaci o jeho teplotě. • Měřicí systém infračerveného teploměru je poměrně jednoduchý. Záření z měřeného předmětu prochází čočkou, která jej koncentruje na čidlo. Teploměr poté zpracuje signál z čidla a zobrazí údaj o teplotě na displeji.

Pyroelektrické (IR) snímače Měření IR teploměrem - Teoreticky totiž vzdálenost není omezená. Je však třeba si uvědomit, že při měření IR teploměrem se neměří teplota bodu, ale plochy! Čidlo totiž snímá teplotu z kuželu, jehož parametry určuje optická charakteristika. Je to poměr vzdálenosti k průměru měřené plochy. Například optická charakteristika 12: 1 znamená, že z 12 m měříme teplotu plochy o průměru 1 m. Čím vyšší je první číslo (20: 1, 30: 1, 50: 1), tím je kužel ostřejší a lze měřit na větší vzdálenosti.

Pyroelektrické (IR) snímače Všechny lepší přístroje jsou vybaveny laserem k zaměření středu měřené plochy. Velice snadno totiž může nastat situace, kdy je měřená plocha větší než předmět, který chceme měřit a výslednou teplotu nám zkresluje pozadí měřeného předmětu. Jediným možným řešením této situace je přiblížit teploměr více k měřenému předmětu.

Otázky ke zkoušení 1) Jaké je rozdělení snímačů podle fyzikálního principu ? 2) Jaké jsou druhy aktivních (generátorových) snímačů ? 3) Jaké jsou druhy termočlánků a pro jaké teploty se vyrábějí ? 4) Popiš princip činnosti fotonky. 5) Popiš princip činnosti fotonásobiče. 6) Popiš princip činnosti fotoodporu. 7) Popiš jaké bloky obsahuje indukční snímač a jaká je jejich funkce. 8) Popiš princip činnosti piezoelektrického snímače. 9) Popiš princip činnosti pyroelektrického snímače. 10)Vysvětli co je to optická charakteristika pyroelektrického snímače. 11)Popiš princip měření pyroelektrickým snímačem.