Sensoren Karakteristieken PDF

Sensoren – Karakteristieken  Bibliography 2 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Overzicht Introductie Statische karakteristieken van een sensor Kalibratie Dynamische karakteristieken 3...

Sensoren – Karakteristieken  Bibliography 2 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Overzicht Introductie Statische karakteristieken van een sensor Kalibratie Dynamische karakteristieken 3 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Definities Een transducer is een toestel dat geactiveerd wordt door energie in een systeem en deze energie omzet in een andere vorm voor een ander systeem. transducer is breder dan een sensor, bv een elektromotor (dit is een transducer maar geen sensor) Een sensor is een toestel dat een signaal of stimulus ontvangt en omzet naar een elektrisch signaal - Zoal in menselijk lichaam (zien, horen, voelen, smaak, geur) 4 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Actieve versus passieve sensoren PROPERTY SENSOR ACTIVE/ OUTPUT PASSIVE Temperature Thermocouple Passive Voltage Silicon Active Voltage/Current RTD Active Resistance Thermistor Active Resistance Force / Strain Gage Active Resistance Pressure Piezoelectric Passive Charge Acceleration Accelerometer Active Capacitance Position LVDT Active AC Voltage Light Intensity Photodiode Passive Current actieve sensor heeft een energiebron nodig, meeste zijn actief rekstrookje = weerstand van het materiaal verandert als je eraan trekt passieve sensor heeft geen voedingsbron nodig (vb. piezoelektrische sensor, thermokoppel) probleem met actieve sensoren, stel weerstand verandert in functie van de temperatuur --> als er ruis zit op ingangsspanning dan zit die rechtstreeks op de gewenste waarde --> alles doen om te vermijden deze fout door te geven => weerstandsbrug/wheatstone bridge 5 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen 4-20mA betekenis: 4mA is minimum da ge kunt meten en maximum is twintig en daartussen zitten dan allemaal temperaturen die je kan meten Waarom gebruik maken van stromen ipv spanningen: verlies op spanning is een fout op meting, niet verstandig om spanningen door te sturen bij lange kabels, bij stromen gebeurt dit niet en is het dus interessanter om deze te gebruiken Ook interessant: wat gebeurt er bij kabelbreuk --> stroom wordt 0 (bij de uitgang is een ledje en als het ledje uit is dan is er een kabelbreuk, als lampje brandt is het in orde) Sensor in regellus 6 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Slimme sensoren 7 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Overzicht Introductie Statische karakteristieken van een sensor Kalibratie Dynamische karakteristieken 8 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor 9 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Bereik (Range): Imax , Imin en Omax , Omin Span: Imax – Imin en Omax – Omin Ideaal lineair bereik: 10 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Voorbeeld:  Druksensor met bereik van 0 tot 104 Pa en uitgaand bereik van 4 tot 16 mA 16−4 O= ( I − 0 )+ 4=0,11538 I + 4 104 −0 11 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 datasheet: Imax,Omax 250 250−2 O=2 + ( I −14 ) Imin,Omin 873−14 2 12 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Niet-lineair bereik: – niet-lineair deel N(I) = O(I) – (KI+a) "Linearity” definieren zonder de referentie te specifieren is betekenisloos ! 13 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Typische modellen Transfer Functie Lineair O = a+KI Logarithmische functie: O = a + K ln(I) Exponentiele functie: O=aekI Power functie: O=a0+a1Ik 14 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Example: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 datasheet: DIN 43760 or IEC-60751 Imax,Omax 250 Imin,Omin 2 15 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Example: Pt 102 sensor PT-100 quadratic error: 16 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 datasheet: DIN 43760 or IEC-60751 17 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Omgevingseffecten: gevoeligheid ( sensitivity )=K M I M I ( Modifying) bias=K I I I (Interference ) 18 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 datasheet: 19 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Gevoelligheid (Sensitivity): Δ O =K + d N (I ) + K M I m ΔI dI 20 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 datasheet: 21 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Hysteresis: 22 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Resolutie: Grootste verandering van Ingang (I) zonder dat Uitgang (O) wijzigt Backlash A/D convertor Potentiometer 23 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Systematische karakteristieken Totale foutband: 24 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor Omax, Imax Pt-102 nauwkeurigheid (accuracy): 25 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Overzicht Introductie Statische karakteristieken van een sensor Kalibratie 26 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie procedure: theoretisch Find: Standards: 27 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie procedure SI basiseenheden 28 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie lineair model: stap 1 Generiek model: 1. O versus I met I m=I I =0 29 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie niet-lineair model Piecewise linear approximation: Polynomial approximation: 30 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie lineair model: stap 2 Generiek model: 2. O versus I m , I I met I constant (a) en gemiddelde waarde (b) a. I=0 b. I min + I max I= 2 known Δ I I , M 31 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie lineair model: stap 3 Generiek model: 3. Repeteerbaarheid test p(O): 32 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Kalibratie procedure: praktisch Practical calibration explained 33 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Voorbeeld: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 repeteerbaarheid: Pt-102: kalibratie effecten op nauwkeurigheid: 34 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Overzicht Introductie Statische karakteristieken van een sensor Kalibratie Dynamische karakteristieken van een sensor 35 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Dynamische karakteristieken Dynamic Characteristics - A zero-order sensor : S(t) = a + b s(t) pot - A first-order temp 36 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Dynamische karakteristieken Dynamic Characteristics A second-order sensor : Force with spring 37 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Dynamische karakteristieken Dynamic Characteristics Unlimited freq resp Low pass High pass Band pass Sec order High Pass (undamped resonance) Sec order Low Pass (undamped resonance) 38 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Uitgang impedantie Voltage driven system Current driven system 39 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Excitatie signaal - Excitatie is het electrische signaal nodig om de actieve sensor te gebruiken - Variaties in de excitatie kan de sensor transfer functie veranderen en voor foute metingen zorgen. - Te veel excitatie kan de sensor opwarmen en indien de sensor niet in faling gaat zorgen voor verminderde nauwkeurigheid. 40 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen  Example: Pt 102 sensor Omax, Imax PT-102 excitation: 41 Campus Groep T Leuven Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen