Snímače dle fyzikálního principu

1. Snímačedle fyzikálního principu

2. 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

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

4. 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) pro – 200 až 600 °C • NiCr– Ni………………. pro 0 až 1000 °C • PtRh– Pt……………..... pro 0 až 1300 °C • Výhody: • jednoduché • odolné vůči mechanickému i teplotnímu namáhání. • malá časová konstanta

5. skleněná baňka A Vakuum - + katoda anoda asi 100V 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 = 0,1ns). • Fotonásobiče jsou vhodné pro měření malých světelných výkonů, vyžadují zdroj vysokého napětí, čas.konstanta řádově 10ns, jsou konstrukčně složité.

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

7. 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 = 0,5ms) i proudem za tmy.

8. 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.

9. Indukční snímače Základ snímače tvoří oscilátor pracující na principu změny činitele jakosti jádra Q při 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 při přiblížení kovového materiálu do aktivní zóny snímače. V současnosti jsou k dispozici stovky různých modelů a provedení odpovídajících požadavkům průmyslové automatizace

10. Indukční snímače Použití Je možné jejich využití jako inkrementálních snímačů otáček

11. 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.

12. Piezoelektrický jev u krystalu křemene • V měřící technice se nejčastěji využívá křemen (SiO2), 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.

13. Piezoelektrický jev u krystalu křemene • Vyřízneme-li z krystalu SiO2 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

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