docMätning av icke elektriska storheter (MIS)
download 
Report Transcription
Mätning av icke elektriska storheter (MIS)
Mätning av icke elektriska storheter (MIS) Industrial Electrical Engineering and Automation Översikt mätsystem Industrial Electrical Engineering and Automation Givare Omvandling av en fysikalisk storhet (t ex vikt, hastighet, tryck, temperatur) till en elektrisk mätsignal. Analoga givare Utsignalen som momentan ögonblicksbild av insignalen. Digitala givare Alltid ”historisk” information – om än kort. Industrial Electrical Engineering and Automation Önskade givaregenskaper • Hög noggrannhet och entydigt samband mellan fysisk storhet och utsignal • Hög upplösning av mätsignalen • Linjärt samband mellan fysisk storhet och utsignal • Skall ej påverkar den ursprungliga processen • Okänslig för yttre påverkan (störningar) Industrial Electrical Engineering and Automation Resistiva givare Trådtöjningsgivare (töjning, kraft, moment) Källa: me-systeme PT100 (temperatur) Källa: elfa Industrial Electrical Engineering and Automation Induktiva och kapacitiva givare Induktiv givare (närhet, avstånd, vinkel) Källa: pepperl+fuchs Kapacitiv givare (närhet, nivå) Källa: autonics Industrial Electrical Engineering and Automation Fotoceller LDR (ljus) Aktiv fotocell (ljusbom, detektering) Källa: analogauthority Källa: sick Industrial Electrical Engineering and Automation Piezoelektriska givare Piezoelektrisk givare (kraft, tryck, accelaration) Källa: elektroblog Piezoelektrisk pickup (ljud) Källa: wikipedia Industrial Electrical Engineering and Automation Övriga givare Pulsgivare (vinkel, väg) Tachogenerator (varvtal) Källa: tycho Källa: rotex Industrial Electrical Engineering and Automation Indelning av givare Passiva givare – Resistiva – Induktiva – Kapacitiva Aktiva givare – Termoelektrisk – Fotoceller – Pizo elektriska Industrial Electrical Engineering and Automation Givare och vakter Vakter – Gränslägesbrytare – Nivåvakter Digitala givare – Pulsgivare Analoga givare – Tachogenerator (”Cykeldynamo”) Industrial Electrical Engineering and Automation Offsetfel Utsignalen är skild från noll även om instorheten är noll. • • • • Balansjustering i en givarbrygga Offsetjustering på en OP Summatorkoppling Kalibrera och efterbehandla Känslighetsändring Industrial Electrical Engineering and Automation Skalfaktorn för känsligheten anpassad till heltal. • • • • ∆𝑈𝑢𝑢 ∆𝑀𝑖𝑖 önskas vara Ändra förstärkningsfaktorn i förstärkaren Ändra matningsspänningen till en brygga Koppla till en extra förstärkare Kalibrera för att kunna använda avläst värde Industrial Electrical Engineering and Automation Linearitetsfel Avvikelse från ideala linjen • Kopplingar för linearisering (kan minska känsligheten) • Använder en kalibreringskurva och korrigerar enligt denna Industrial Electrical Engineering and Automation Drift av mätsignalen Konstant insignal ger inte konstant utsignal. • Uppstår genom t ex temperatur- och fuktändringar samt åldring. • Kan begränsas genom regelbunden kalibrering. • Motverkas genom byte mot mindre temperaturkänsliga komponenter. • Skapa konstanta omgivningsparameter för att minimera driften. Industrial Electrical Engineering and Automation Hantering av yttre störningar • • • • Använda jordat system Skärmning av mätsystemet och signalkablar Filtrering av mätvärden Med mera (tas upp i EMC föreläsningen) Industrial Electrical Engineering and Automation Störkällor • Temperatur • Fukt • Elektronisk brus – Nätbrum (50 Hz) – Spänningspikar/strömspikar – Elektromagnetisk strålning Industrial Electrical Engineering and Automation Belastande givare Givare som belastar systemet • Trådtöjningsgivare på plastfolie • Temperaturgivare som ger avkylning Efterföljande förstärkarsteg som belastar givarna • Ingångsimpedans till förstärkaren i samma storleksordning som utimpedans av givaren Industrial Electrical Engineering and Automation Wheatstone brygga Lämpligt för passiva givare med små resistansändringar som följd av ändrad mätstorhet. 𝑅1 𝑅4 − 𝑅2 𝑅3 𝑈=𝐸 𝑅1 + 𝑅3 𝑅2 + 𝑅4 Industrial Electrical Engineering and Automation Givarbrygga Ansätt 𝑅1 = 𝑅01 + ∆𝑅1 , 𝑅2 = 𝑅02 + ∆𝑅2 , 𝑅3 = 𝑅03 + ∆𝑅3 , 𝑅4 = 𝑅04 + ∆𝑅4 𝑈=𝐸 𝑅01 + ∆𝑅1 𝑅04 + ∆𝑅4 − 𝑅02 + ∆𝑅2 𝑅03 + ∆𝑅3 𝑅01 + ∆𝑅1 + 𝑅03 + ∆𝑅3 𝑅02 + ∆𝑅2 + 𝑅04 + ∆𝑅4 Med 𝑅01 = 𝑅02 = 𝑅03 = 𝑅04 = 𝑅0 𝑈=𝐸 𝑅0 ∆𝑅1 + ∆𝑅4 − ∆𝑅2 − ∆𝑅3 + ∆𝑅1 ∆𝑅4 − ∆𝑅2 ∆𝑅3 4𝑅0 2 + 2𝑅0 ∆𝑅1 + ∆𝑅2 + ∆𝑅3 + ∆𝑅4 + ∆𝑅1 + ∆𝑅3 ∆𝑅2 + ∆𝑅4 Industrial Electrical Engineering and Automation Varianter givarbrygga • 1/4-brygga: 1 givare, 3 fasta resistanser • 2/4-brygga: 2 givare diagonalt placerade, 2 fasta resistanser • 1/2-brygga: 2 givare i samma ben, 2 fasta resistanser • Fullbrygga (4/4): 4 givare, inga fasta resistanser Industrial Electrical Engineering and Automation 1/4 - brygga ∆𝑅1 = ∆𝑅, ∆𝑅2 = ∆𝑅3 = ∆𝑅4 = 0 𝑅0 ∆𝑅 ∆𝑅 𝑈=𝐸 =𝐸 2 4𝑅0 + 2∆𝑅 4𝑅0 + 2𝑅0 ∆𝑅 För ∆𝑅 ≪ 𝑅0 ∆𝑅 1 𝑈=𝐸 = 𝐸𝐸 4𝑅0 4 Industrial Electrical Engineering and Automation 2/4 - brygga ∆𝑅1 = ∆𝑅4 = ∆𝑅, ∆𝑅2 = ∆𝑅3 = 0 𝑅0 2∆𝑅 + ∆𝑅2 ∆𝑅 2𝑅0 + ∆𝑅 ∆𝑅 𝑈=𝐸 =𝐸 =𝐸 2 2 2 2𝑅0 + ∆𝑅 2𝑅0 + ∆𝑅 4𝑅0 + 2𝑅0 ∆𝑅 + ∆𝑅 För ∆𝑅 ≪ 𝑅0 ∆𝑅 1 𝑈=𝐸 = 𝐸𝐸 2𝑅0 2 Industrial Electrical Engineering and Automation 1/2 - brygga ∆𝑅1 = ∆𝑅, ∆𝑅3 = −∆𝑅, ∆𝑅2 = ∆𝑅4 = 0 𝑈=𝐸 𝑅0 2∆𝑅 4𝑅0 2 ∆𝑅 1 =𝐸 = 𝐸𝐸 2𝑅0 2 Industrial Electrical Engineering and Automation 1/1 – brygga (fullbrygga) ∆𝑅1 = ∆𝑅4 = ∆𝑅, ∆𝑅2 = ∆𝑅3 = −∆𝑅 𝑈=𝐸 𝑅0 4∆𝑅 4𝑅0 2 ∆𝑅 =𝐸 = 𝐸𝐸 𝑅0 Industrial Electrical Engineering and Automation Ekvivalent tvåpol UTh 𝑈𝑇𝑇 = 𝑈 Bryggans tomgångspänning motsvarar de olika varianternas (t ex 1/2 -brygga) utspänning U. Industrial Electrical Engineering and Automation Ekvivalent tvåpol RTh 𝑅𝑇𝑇 Med antagandet att 𝑅0 = 𝑅0𝑛 ≈ 𝑅𝑛 ∀ 𝑛 = 1,2,3,4 𝑅𝑇𝑇 𝑅1 𝑅3 𝑅2 𝑅4 = + 𝑅1 + 𝑅3 𝑅2 + 𝑅4 𝑅0 2 𝑅0 2 = + = 𝑅0 2𝑅0 2𝑅0 Industrial Electrical Engineering and Automation Belastning av tvåpol 𝑅𝐿 𝑈𝑇𝑇 𝑈𝐿 = 𝑈𝑇𝑇 = 𝑅𝑇𝑇 + 𝑅𝐿 1 + 𝑅𝑇𝑇 𝑅𝐿 𝑅𝐿 ≫ 𝑅𝑇𝑇 måste vara uppfylld för att minimera belastning av bryggan och erhålla oförfalskad utsignal. Industrial Electrical Engineering and Automation Offsetjustering av bryggan För att inte påverka utsignalen bör: 𝑅𝑃 ≈ 25𝑅0 𝑅5 ≈ 100𝑅0
