Czujniki rezystancyjne platynowe

CZUJNIKI TEMPERATURY• Czujniki temperatury posiadają element czuły natemperaturę, który przy zmianie temperatury (wejście)zmienia wartość sygnału wyjściowego.• Wzależności od zastosowanej zasady pomiaru temperaturyczujniki można podzielić na:• -rezystancyjne,• -termoelementy,• -bimetalowe,• -manometryczne• -cieczowe.• W tablicy opisano możliwości wykorzystaniaposzczególnych metod pomiarowych w automatyzacjisystemów grzewczych iwentylacyjnych.

CZUJNIKI REZYSTANCYJNE• Wtypowych układach zregulatorami cyfrowymi stosowane sączujnikirezystancyjne zelementami zmieniającymi swoją oporność elektrycznąprzy zmianie temperatury.• Są to przeważnie oporniki drutowe lub warstwowe zplatyny lub niklu, jakrównież specjalne elementy półprzewodnikowe –termistory.• Opór elektryczny czujnika rezystancyjnego oznaczonego w literaturzesymbolem RTD (ang. Resistance Temperature Device) zależy odtemperatury, wzrasta ztemperaturą.• Termometry rezystancyjne robione sązplatyny, stopu rod-żelazo, niklu,wolframu lub miedzi.• Konstrukcja ich musi być prosta, sygnał wwysokim stopniu liniowy, odużej stabilności.• Wybór materiału na termometr rezystancyjny zależy od zakresutemperatury, wymagań antykorozyjnych, wymagań co do mechanicznejtrwałości ikosztu.

Czujniki rezystancyjne platynowe• Są najszerzej stosowane do pomiarów cieplnych, ponieważplatyna jest najbardziej trwała iodporna na korozję,• Termometry platynowe mierzą najszerszy zakrestemperatury imają najlepsze charakterystyki metrologiczne.(ich zależności „rezystancja-temperatura” są najbardziejzbliżone do liniowych).• Odokładności czujnika decyduje wdużym stopniu czystośćplatyny,• Przy użyciu termometrów zczystej platyny uzyskać możnapowtarzalność wskazań rzędu ±0,00001 K, podczas gdyminimalna niepewność świeżo wywzorcowanegotermoelementu, jakiej nie udaje się przekroczyć wynosi ±0,1K.• Termometrem platynowym do dokładnych pomiarów jesttermometr Pt 100, co oznacza, że rezystancja czujnika wtemperaturze 0°C wynosi 100 Ω (R0= 100 Ω).

Czujniki rezystancyjne platynoweTermometrrezystancyjny platynowy:a) zuzwojeniem umieszczonym wewnątrz obudowy ceramicznej,b) zuzwojeniem nawiniętym na zewnątrz,c) cienkowarstwowy

Czujniki rezystancyjne platynoweCzujnik zplatynowym uzwojeniem 1(rys. a), umieszczonymw okrągłych studniach wywierconych w ceramicznejobudowie 2, uzwojenie uszczelnione jest w obudowieszklanym szczeliwem 3.• Termometr tego typu przystosowany jest raczej dowyższych temperatur.

Czujniki rezystancyjne platynowe• Na rys. c pokazano konstrukcję czujników platynowychtemperatury firmy Heraeus Sensor-Nite (ang. NewInnovative Technologies for the Environment).• Czujnik zawiera (wykonaną techniką fotolitograficzną)cienką warstwę platynowego rezystora 1 naniesioną napłytkę 2pokrytą tlenkiem glinu Al2O3, którą przykrywa płytkaszklana 3zwtopionymi stykami 4iprzewodami 5.• Dla uszczelnienia strefę styków 4przykrywa warstwa 6zpasty szklano-ceramicznej.

Termistory• Wykonywane są z polikrystalicznych półprzewodników, wpostaci spieków tlenków różnych metali: chromu, manganu,żelaza, kobaltu, niklu imiedzi.• Termistory typu NTC (ang. Negative TemperatureCoefficient) charakteryzują się dużym jednostkowymspadkiem oporu elektrycznego przy wzroście temperatury.• Dzięki wysokiej wartości oporności nie wymagają układówkompensacji oporności linii łączącej czujnik zregulatorem,co znacząco obniża koszt okablowania układu automatyki.• Duża nieliniowość charakterystyki uniemożliwia ichzamianę na termistorowe czujniki innych producentów.• Małe stałe czasowe oraz duża dokładność przyczyniła siędo szerokiego stosowania tych czujników.

Temperatura°CRezystancjaΩ-5 80930 7661+5 718210 666715 612620 557325 502530 449235 398740 351845 308950 270255 235860 205665 179270 156375 136480 119385 104790 92195 815

Pasywne i aktywne czujniki temperatury• W zależności od typu regulatora czujniki rezystancyjnemogą być łączone bezpośrednio do regulatora jako czujnikipasywne,• mogą być również wykonywane w połączeniu zprzetwornikiem elektrycznym, ze standardowym sygnałemelektrycznym na wyjściu zczujnika 0-10 VDC lub 0(4)-20mA, jako czujniki nazywane aktywnymi.

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE• Termoelementy ze względu na ich mniejszą dokładność ibardziej złożoną budowę niż czujników rezystancyjnych sąbardzo rzadko stosowane w automatyzacji systemówciepłowniczych iklimatyzacyjnych.• Złącze termoelementu powstaje gdy dwa przewody zróżnych metali zostaną połączone przez zespawanie,zlutowanie lub skręcenie.• Pomiar temperatury za pomocą termopary wykorzystuje trzyzjawiska fizyczne:• zjawisko Thomsona,• zjawisko Peltiera,• prawo trzeciego metalu.

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE• Siła termoelektryczna na końcach złącza (różnicapotencjałów) zależy od materiału, zktórego wykonane sąprzewody, od jakości złącza i od jego temperatury. Jeślijedno złącze (nazwane złączem „odniesienia” lub „zimnymkońcem”) znajdować się będzie wznanej temperaturze adrugie (mierzone) znajdować się będzie w nieznanejtemperaturze, to zmierzona siła termoelektryczna będziefunkcją różnicy temperatury między złączem odniesienia amierzonym.• Zimne końce termoelementu 1tworzące złącze 2powinnybyć utrzymywane wstałej temperaturze.• Na rys. cpokazano charakterystyki napięcia wyjściowegoróżnych termoelementów

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE• W zastosowaniach technicznych wykorzystywane są następującerodzaje termopar:• Typ R (PtRh13-Pt)• Typ S (PtRh10-Pt)• Typ B (PtRh30-PtRh6)• Typ J (Fe-CuNi),(żelazo-konstantan)• Typ T (Cu-CuNi), (miedź-konstantan)• Typ K (NiCr-NiAl)• Typ E (NiCr-CuNi),(NiCr-konstantan)• Dokładność pomiarów przemysłowych 0,5 do 5 K.• Zakresy pomiarowe jak na rysunku.

CZUJNIKI TERMOELEKTRYCZNE

ZALECENIA DOTYCZĄCE MONTAŻU CZUJNIKÓWZANURZENIOWYCH

Czujnik przylgowy-sposób montażu

Czujnik kanałowy

Pomieszczeniowy czujnik temperatury powietrzaoraz czujnik temperatury z nastawnikiem

Czujnik pomieszczeniowy – zasady montażu

Czujnik temperatury powietrza zewnętrznego – zasadymontażu

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI• Zasada działania elektrycznych czujników wilgotnościoparta jest na zastosowaniu substancji lub złożonychukładów, które absorbują lub tracą wilgoć przy zmianiewilgotności względnej otoczenia, co powoduje zmianęwłaściwości elektrycznych układu jak impedancja ipojemność elektryczna lub inne parametry elektryczne.• Czujniki elektryczne mogą mieć wyjście napięciowe lubczęstotliwościowe, w przypadku którego stosuje sięprzetwornik częstotliwościowo-napięciowy dla uzyskaniasygnału napięciowego proporcjonalnego do wilgotności.

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI• a) Czujnik rezystancyjny Dumnore'a,• b) Czujnik pojemnościowy z tlenkiem glinu: model strukturyczujnika i układ zastępczy czujnika.

Czujnik rezystancyiny Dunmor'a• Zawiera dwie elektrody (rys.) naniesione na płytkę pokrytąwarstwą zutrwalonym 2do 5% roztworem chlorku litu.• Pełny zakres pomiarowy wilgotności względnej pokrywazwykle kilka czujników o odcinkowych charakterystykachrezystancyjnych.• Przebieg charakterystyki czujnika dla danego zakresuwilgotności względnej dobiera się zmieniając grubośćwarstwy higroskopijnej.

Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.

Czujniki pojemnościowe z tlenkiem glinu.• Czujnikiem jest płytka aluminiowa znaniesioną elektrolitycznie warstwątlenku glinu o dużej higroskopijności (ma strukturę włóknistą zpodłużnymi porami skierowanymi ku powierzchni).• Tlenek pokrywa przepuszczalna dla wilgoci mikrowarstewkanaparowanego chromu lub złota.• Nie trawiona część płytki aluminiowej oraz metalowa warstwastanowiąca elektrodę tworzą dwie elektrody, okładki kondensatorazłożonego zwarstwy tlenku glinu.• Czujnik cechuje duża stałość charakterystyki przy zmianach temperaturyoraz mała bezwładność wskazań.• Stała czasowa może wynosić

Czujniki pojemnościowe All Polimer• Elementem pomiarowym czujnika wilgotności jestniemetaliczny kondensator wykonany zpolimerowych płyteknasycanych węglem.• Płytki są rozdzielone wodochłonnym polimerem, któregowłasności dielektryczne zmieniają się wzależności od ilościwilgoci zaadsorbowanej zotaczającego powietrza.• Zmiany pojemności tego kondensatora, uzależnioneproporcjonalnie od zmian wilgotności, wykorzystano jakosygnał wejściowy do przetwornika normalizującego je wformie standardowego sygnału napięciowego.

ELEKTRYCZNE CZUJNIKI WILGOTNOŚCI

CZUJNIKI WILGOTNOŚCI – ZASADY MONTAŻU

Czujniki ciśnienia• Wprzetwornikach ciśnienia elementem pomiarowym jest membrana lubpiezorezystor.• Piezorezystorami nazywa się czujniki wykonane z materiałówpółprzewodnikowych, których rezystancja zależy od naprężeń wmateriale.• Zachodzące pod wpływem zmian ciśnienia odkształcenia membrany lubzmiany rezystancji elementu piezorezystora w przetwornikuprzetwarzane są na standardowy sygnał elektryczny napięciowy lubprądowy.• Najczęściej elementem pomiarowym jest piezorezystancyjny czujnikkrzemowy oddzielony od medium przez membranę separującą iwybraną ciecz manometryczną.• Układ elektroniczny znajduje się wobudowie ostopniu szczelności IP65.

Czujniki ciśnienia

CZUJNIK PRZEPŁYWU

Czujnik przepływu płynu• Przełącznik elektryczny złopatką zanurzoną wmedium (wprzewodzie) zwiera lub rozwiera styki elektryczne. Alarmprzy przekroczeniu lub spadku wartości strumienia poniżejwartości zadanej (wielkością łopatki).

Pomiar prędkości

Pomiar zawartości CO2 w powietrzuSchemat blokowy czujnika optycznego zawartości CO2 wraz z układemprzetwarzającym.Oznaczenia: 1,2 –fotodiody odbiorcze, 3–dioda nadawcza emitująca światło, 4,5 –wzmacniacze sygnałowe, 6 – drajwer impulsowy, 7 – mikrokontroler zasilający, 8 –wyświetlacz, 9–interfejs RS232/485.Czujniki CO2 działają w oparciu o technologię nie rozproszonejpodczerwieni (NDIR), dają sygnał wyjściowy 0...10Vdc odpowiadającykoncentracji 0...2030 ppm (cząsteczek na milion) CO2

Pomiar zawartości CO2 w powietrzu• Stężenie CO2 jest oznaczane przez pomiar tłumieniaokreślonej długości pasma podczerwieni -to znaczy drogęświatła od jego źródła do detektora wzdłuż określonejścieżki optycznej.• Czujnik wykrywa stopień stężenia i przy współpracyprzetwornika przetwarza go wanalogowy sygnał wyjściowyo wartości 0...10Vdc odzwierciedlający w sposób liniowykoncentrację CO2.

Czujnik jakości powietrza VOC• Czujnik jakości powietrza w pomieszczeniu służy dopomiaru zawartości niekorzystnych składników w postaciłatwo utleniających się gazów organicznych lub par (VOC –Volatile Organic Compounds -lotne składniki organiczne).• Pomiar umożliwia optymalizację jakości powietrza wpomieszczeniu oraz ograniczenie zużycia energii poprzezokreślenie niezbędnego zapotrzebowania powietrzaświeżego.

Czujnik jakości powietrza - zasada pomiaruPodgrzewany element pomiarowy wykonany na bazie półprzewodnikowegotlenku cyny SnO2 reaguje wszerokim zakresie na wszystkie utleniającesię gazy organiczne i pary jak np. dym tytoniowy, ludzkie biogazy,zapachy kuchenne, tlenek węgla, alkohole, gazy techniczne,formaldehydy itp. mierząc zawartość tych gazów wpowietrzu, wmg/m3lub wppm.Nowoczesne czujniki VOC charakteryzują się;• wyeliminowaniem wpływu zmiennych parametrów powietrza tj.temperatury, wilgotności i prędkości,• kalibracją u producenta a nie w miejscu montażu,• żywotnością i powtarzalnością wyników pomiarów,• możliwością przekazywania danych w formie analogowych sygnałówstandardowych lub numerycznie.

System zliczania liczby osób• Przykładowym zastosowaniem jest ustalanie liczby osóbprzebywających w danym momencie w hali sprzedażysupermarketu i ustalanie na tej podstawie w systemachwentylacji pomieszczeń ilości powietrza świeżegopodawanego przez wentylatory nawiewne przy założeniujednostkowego strumienia minimalnego przypadającego najedną osobę.

System zliczania liczby osóbZasada działania• Czujniki umieszczone w bramach wejściowych iwyjściowych działają na zasadzie pasywnych czujnikówpodczerwieni reagujących na promieniowanie cieplne osóbprzechodzących wobu kierunkach wstrefie ich zasięgu .• Informacje z czujników przesyłane są domikroprocesorowego analizatora z możliwością dalszegoprzesyłania danych wformie cyfrowej, po RS 232, lub wformie niezależnych impulsów oddzielnie dla osóbwchodzących iosób wychodzących.

System zliczania liczby osób – zasada działania• Główną część czujnika stanowi pyroelektryczny nadajnik.• Elementy składowe czujnika wytwarzają wzakresie strefyroboczej po dwie kurtyny po stronie wewnętrznej bramy ipostronie zewnętrznej.• Osoby wchodzące w przestrzeń pomiędzy kurtynywewnętrzne lub zewnętrzne generują sygnały informujące oilości osób wchodzących iwychodzących.

System zliczania liczby osób

System zliczania liczby osób

System zliczania liczby osób

Dziękuję za uwagę !