Средства автоматизации измерения, контроля и управления. Лекция 8

Содержание

Слайд 2

3.1. Датчики измерительных систем

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

3. Средства

3.1. Датчики измерительных систем «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» 3.
автоматизации измерения, контроля и управления

Сенсорика (от англ. sensor - датчик) – направление, занимающееся разработкой новых типов датчиков физических и электрических величин, на основе новых принципов измерений, новых методов обработки измерительной информации, в различном конструктивном исполнении.

Слайд 3

Распределенные датчики

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

Устройство и принцип работы

«Автоматизированные системы измерения,

Распределенные датчики 3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики Устройство и принцип работы
контроля и управления РЭС»

Слайд 4

Квазираспределенная система измерения температуры на основе кварцевых резонаторов

3.1.1. Перспективные направления в области

Квазираспределенная система измерения температуры на основе кварцевых резонаторов 3.1.1. Перспективные направления в
сенсорики

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 5

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

Measurement system of water, oil and gas

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики Measurement system of water, oil and
content in a horizontal oil well

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 6

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

Borehole unit

Printed circuit boards of the

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики Borehole unit Printed circuit boards of
borehole unit

Measurement system of water, oil and gas content in a horizontal oil well

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 7

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

Техническое зрение

Метод соприкасающихся частей

Разработка алгоритма обработки изображений

NI

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики Техническое зрение Метод соприкасающихся частей Разработка
VISION environment

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 8

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

Task: measuring geometrical dimensions of watch components

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики Task: measuring geometrical dimensions of watch
with + 2 um accuracy

Watch stones

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Техническое зрение

Слайд 9

Датчики с использованием MEMS-технологии

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

MEMS – Micro-Electro-Mechanical Systems
Под

Датчики с использованием MEMS-технологии 3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики MEMS –
технологией MEMS понимают технологию микрообработки, позволяющую изготавливать кремниевые микросхемы с механическими элементами очень малых размеров.
MEMS – это объединение механических элементов, датчиков, приводов и электроники на одном кремниевом основании (подложке).

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Принцип работы конденсаторных акселерометров

Принцип работы пьезоэлектрических акселерометров

Слайд 10

Датчики с использованием MEMS-технологии

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Гироскоп ST

Датчики с использованием MEMS-технологии «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Гироскоп
Microelectronics – LYPR540AH

Крупный план конструкции гироскопа STM LYPR540AH

MEMS - акселерометр

Слайд 11

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Датчики с использованием MEMS-технологии

Самый миниатюрный

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Датчики с использованием MEMS-технологии Самый
MEMS-микрофон компании Akustica (площадь кристалла – 1 кв.мм)

Слайд 12

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Датчики с использованием MEMS-технологии

Прототип щипцов

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Датчики с использованием MEMS-технологии Прототип
для микрохирургии глаза. Размеры головки щипцов – порядка 1,5х1,5 миллиметра. Толщина губ – несколько десятков микрон

Ультракомпактный и высокоточный датчики давления

Слайд 13

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Датчики с использованием MEMS-технологии

DLP-проектор (DLP

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Датчики с использованием MEMS-технологии DLP-проектор
– Digital Light Processing)

Два подвижных микрозеркала на подложке

Матрица микрозеркал в сравнении с острием иголки

Слайд 14

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Датчики с использованием MEMS-технологии

Пример изготовления

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Датчики с использованием MEMS-технологии Пример
микротурбин/микронасосов

Микрозеркало с изменяемым углом наклона

Слайд 15

Использованные источники:

3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики

1. Саленко Д.С. История развития и

Использованные источники: 3.1.1. Перспективные направления в области сенсорики 1. Саленко Д.С. История
области применения технологии MEMS/Автоматика и программная инженерия. 2013, №3(5). 68-74с. [Электронный ресурс]: http://www.jurnal.nips.ru/sites/default/files/%D0%90%D0%98%D0%9F%D0%98-3-2013-13.pdf (Дата обращения: 11.03.2021). Режим доступа: свободный.
2. 3D News/MEMS: микроэлектромеханические системы [сайт]: https://3dnews.ru/600098 (Дата обращения: 11.03.2021). Режим доступа: свободный.

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 16

3.1.2. Классификация датчиков

1. По способу формирования выходного сигнала:
1) пассивные;
2) активные.

Активные датчики не

3.1.2. Классификация датчиков 1. По способу формирования выходного сигнала: 1) пассивные; 2)
нуждается в дополнительном источнике энергии и в ответ на изменение внешнего воздействия на его выходе всегда появляется электрический сигнал.

Примерами пассивных датчиков являются термопары, фотодиоды, пьезоэлек­трические чувствительные элементы и др.

Пассивный датчик для своей работы требуют внешней энер­гии, называемой сигналом возбуждения.

Примеры: терморезисторы, тензорезисторы и др.

2. В зависимости от выбора точки отсчета:
1) абсолютные;
2) относительные.

Абсолютный датчик определяет внешний сигнал в абсолютных физических единицах, не зависящих от условий проведения измерений.
Выходной сигнал относительного датчика в каждом конкретном случае может трактоваться по-разному.

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 17

3.1.2. Классификация датчиков

3. По виду преобразуемых величин:

1. Датчики механических величин. Служат для

3.1.2. Классификация датчиков 3. По виду преобразуемых величин: 1. Датчики механических величин.
преобразования линейных и угловых перемещений, силовых воздействий (механические силы, моменты, давление, акустические сигналы и т.п.), величин, характеризующих движение (скорость, расход газа и жидкости, ускорение).
Например: тензорезисторные, пьезоэлектрические, индуктивные, емкостные, реостатные, струнные, трансформаторные.

2. Датчики состояния вещества. Преобразуют температуру, электрические и магнитные поля, ионизирующее излучение, световую и химическую энергию и т.д.
К их числу относятся: термопары и пироэлектрические преобразователи, датчики Холла, индукционные, полупроводниковые детекторы излучения, фоторезисторы, фотодиоды и др.

3. Датчики состава вещества в газообразной, жидкой и твердой фазах. Основаны на физико-химических и физических эффектах.
К данной группе относятся: хроматографические датчики, тепловые, магнитные и ионизационные датчики, электрохимические датчики.

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 18

Применяемые в настоящее время датчики служат, в основном, для восприятия следующих физических

Применяемые в настоящее время датчики служат, в основном, для восприятия следующих физических
и физико-химических полей:
1. Механические поля: тензорезисторы, тензодиоды, тензотранзисторы, диод Ганна, интегральные мембранные преобразователи давления.
2. Акустические поля: пьезо- и тензопреобразователи.
3. Электрические и магнитные поля: микроэлектроды, датчики Холла, магниторезисторы, магнитодиоды, магнитотиристоры.
4. Теплофизические поля: терморезисторы, диоды, транзисторы, тиристоры.
5. Световые поля: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотопреобразователи на ПЗС-структурах.
6. Физико-химические поля: химотронные (электрохимические, электродиффузионные, полярографические) датчики, ионочувствительные датчики на полевых транзисторах.

3.1.2. Классификация датчиков

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 19

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

На практике

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» На
наиболее часто распространены следующие МХ СИ.
Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ.
Пределы измерения – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений. Применяются понятия верхний предел измерения и нижний предел измерения.
Функция преобразования (градуировочная характеристика) – это зависимость между информационным параметром y выходного сигнала измерительного прибора и значением измеряемой величины x воздействующей на его вход.
Общий вид функции преобразования:

(1)

Слайд 20

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

1) линейная

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» 1)
зависимость

Общий вид функции преобразования:

где b – постоянное смещение;
a – крутизна (S, K - чувствительность)

Рис. 1.

Для заданной ФП справедливо равенство:

(2)

(3)

Слайд 21

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

2) нелинейная

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» 2)
зависимость

Рис. 2.

Способы описания нелинейной ФП:
1) в виде полинома:

(3)

2) с помощью кусочно-линейной аппроксимации.

(4)

Слайд 22

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

 

Рис. 3.

Рис.

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Рис. 3. Рис. 4.
4.

Слайд 23

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Примеры тензорезисторов

Пример

3.1.3. Метрологические характеристики датчиков «Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Примеры
тензодатчика S-образного типа

Пример тензодатчика консольного типа

Слайд 24

Датчики с потенциальным выходом

3.1.4. Сопряжение датчиков с измерительной системой

Системное представление устройства сопряжения

Датчики с потенциальным выходом 3.1.4. Сопряжение датчиков с измерительной системой Системное представление
датчика

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Типовые схемы сопряжения
на основе ОУ

Сопряжение с усилением
переменного напряжения

Сопряжение по сопротивлению на основе повторителя напряжения

Слайд 25

Датчики с токовым выходом

3.1.4. Сопряжение датчиков с измерительной системой

Системное представление
устройства сопряжения датчика

Схема

Датчики с токовым выходом 3.1.4. Сопряжение датчиков с измерительной системой Системное представление
сопряжения на основе ОУ

Датчики электрического заряда

Системное представление устройства сопряжения датчика

Схема сопряжения на основе ОУ

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 26

3.1.4. Сопряжение датчиков с измерительной системой

Резистивные датчики

Системное представление
устройства сопряжения датчика

Схема включения резистивного

3.1.4. Сопряжение датчиков с измерительной системой Резистивные датчики Системное представление устройства сопряжения
датчика

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Слайд 27

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС»

Включение датчика с импедансным выходом

3.1.4.

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления РЭС» Включение датчика с импедансным выходом
Сопряжение датчиков с измерительной системой

Слайд 28

Темы для самостоятельного изучения

Унифицирующие измерительные преобразователи
Аналоговые коммутаторы
АЦП
ЦАП

«Автоматизированные системы измерения, контроля и управления

Темы для самостоятельного изучения Унифицирующие измерительные преобразователи Аналоговые коммутаторы АЦП ЦАП «Автоматизированные
РЭС»
Имя файла: Средства-автоматизации-измерения,-контроля-и-управления.-Лекция-8.pptx
Количество просмотров: 35
Количество скачиваний: 0