1. ÚVOD Merací kanál Rozdelenie senzorov Generácie senzorov

Transcript

1 1. ÚVOD pžiadavky na snímanie rôznych veličín vhdné senzry - rôzne druhy senzrv vstupné časti - vlastnsti, mžnsti, pruchvé veličiny 1.1. Merací kanál SEN PREV Prcesr Výst. jedn. indikácia registrácia regulácia SNÍMAČ Obr.. 1. Tu je senzr chápaný ak vstupná citlivá časť snímača (česky čidl) Snímač sa ptm chápe ak zlžitejší celk. Pznámka: Niektrí autri prblém uvádzajú pačne, t.j. senzr je zlžitejšia časť už i s pmcnými bvdmi. 1.. Rzdelenie senzrv Pdľa infnsiča : neelektrické (pneu, mech, pt, magn...) elektrické (elektrn, plvdič, mikrelektrn... ) Pdľa výstupu: aktívne - U, I, f.. pasívne - zmena parametrv (R, L, C,...) Pdľa meranej veličiny: mechanické - plha, táčky... tepelné elektrické - U, I, P,.. magnetické B, H, Φ radiačné svetl (IR, UV), α, β, γ, kzmické... chemické - ph, analýza Generácie senzrv Prvá generácia. - makrskpické princípy (mechanické, chemické,...).

2 Druhá generácia. - elektrnické javy (piez, ftel, PAV) najmä plvdičvé senzry Tretia generácia. Veličina pôsbí na svetelný lúč - svetlvdné senzry. MAGNETICKÉ OBVODY SENZOROV pasívne časti permanentné magnety jedntky: indukcia B [T] (1 T = G [gauss]) intenzita H [A/m] (1 A/m = 4π Oe [ersted]) permeabilita μ [H/m] (μ = μ 0. μ r ) ( μ 0 = 4π [H/m] ) Pznámka: Citlivé senzry zmerajú indukcie d 7 nt 0,6 mt. Zemské magnetické ple má cca 4 66 μt. Vlastnsti pdľa stavby atómu (pčet elektrónv, spin, jeh kmpenzácie...) pdľa kritéria μ r delíme na: diamagnetické - μ r 1 (0,9999) (Cu, Ag, Be, Zn, Hg, Ge, Pb, Bi, Se ) paramagnetické - μ r 1 (1,000111) (Na, K, Mg, Ca, Al, Sn, Mn, Pt, O...) fermagnetické - μ r >> 1 (50 000) (Fe, C, Ni) zliatiny z para prvkv Mn-Al-Cu, resp. Mn-Sn- Cu. Heusslerva zliatina - 15%Mn, 10%Al, 75%Cu má B max ak Ni) bvdy s magneticky mäkkými materiálmi bvdy s magneticky tvrdými materiálmi Hysterézna krivka zadaná tabuľku, aleb graficky získa sa meraním na htvých materiálch

3 . B [T] B r 1 - H c H c β B max μ ο H [A/m] Obr krivka prvtnej magnetizácie B - magnetická indukcia B = μ. Η H - intenzita magnetickéh pľa B r - remanentná indukcia H c - kercitívna sila B max - maximálna dsiahnuteľná indukcia tg β= ΔB - permeabilita diferenciálna (v pracvnm bde) ΔH =μ μ 0 - permeabilita vákua (4π H/m), pričm μ = μ 0. μ r.1. Magneticky mäkké materiály úzka hysterézna krivka nízka hdnta H c ( až 10 A/m) a.) b.) c.) Obr.3 a.) iztrpný (trafplech) b.) aniztrpný rientácia s smerm B c.) aniztrpný rientácia na smer B Pznámka: Aniztrpia vzniká i pri mechanickm namáhaní. Pri ťahu rastie rel. permeabilita µ r, teda i mag. vdivsť rientvané materiály.

4 Hysterézne straty - závisia d H c, hdnty B a d f Vírivé straty - závisia d ρ (merný dpr) a d f B r μ max ο Bmax - Hc + Hc μ i Obr.4. μ i - pčiatčná (abslútna) permeabilita, dtyčnica v bde 0 [A/m] μ max - maximálna permeabilita, dtyčnica v inflexnm bde krivky prvtnej magnetizácie.1.1. Typy a tvary materiálv kvvé - vyššie B max (1-1,5 T), pre nízke f (d 10 khz) ferity - nižšie B max (0,3-0,4 T), pre vyššie f, (menšie vírivé straty) Kvvé materiály Tvar - plechy s rôznu hrúbku : strihané vinuté - trid, C jadr (rientvané plechy) leptané - veľmi tenké (cca 3 µm) Dôležité hdnty sú B max, B r, H c, µ. B max pre rôzne materiály : kremíkvá ceľ d 1,8 T zliatiny d T - vinuté Pznámka: Maximálnu hdntu indukcie B max má zliatina Fe - C,43 T pri H = 100 A/m. Vzduchvá medzera v bvde: parazitná (má byť č najmenšia) žiadaná, kedy: - linearizuje krivku

5 (zmenší μ r ) - stabilizuje parametre - zabraňuje presýteniu (tlmivky) Ferity lisvané spekané materiály malá elektrická vdivsť ( ρ = Ωm ) malé vírivé straty menšia B max, kl 0,3 až 0,4 T mechanicky pdbné keramike, sú veľmi tvrdé a krehké brábanie - brúsenie, špeciálne technlógie - ultrazvuk Magnetstrikcia - zmena magnetick mechanických vlastnstí Preč majú byť kvvé materiály pre striedavé bvdy č najtenšie.. Orientvané materiály neznášajú mech. namáhanie, resp.pracvanie. Preč?.. Magneticky tvrdé materiály, permanentné magnety H c je značne vyššia, typicky [ka/m] Materiál - tzv. demagnetizačná charakteristika (časť hyst. krivky) 1 T 0,4 T 1 T 40kA/m 00kA/m 600kA/m kvvé (zliatiny) ferity Vzácne zeminy SmC, Nd.. Obr.5. Pznámka: Plastický magnet - plymér PANiCNQ (plyaniline + tetracyanquindimetan) Kravský magnet - AlNiC v plaste, v bachre chytá kúsky železa, balí sa, neškdí...1. Riešenie bvdv s permanentnými magnetmi (PM) Jednduchý bvd s PM (br.6)

6 S m 1 S lm J δ N S v I Obr.6. Náhradná schéma bvdu br.7. Φ m R mi 1 R z Φr Φ v P B R r Rv Fm γ PM H a. b. Obr.7. F m - magnetmtrická sila R mi - vnútrný mag. dpr PM R z - dpr pól. nástavcv R r - rzptylvý dpr R v - mag. dpr vzduchvej medzery (žiadanej) Φ m - mag. tk z PM Φ r - rzptylvý mag. tk Φ v - mag. tk v vzd. medzere Riešenie grafick - výpčtvé - pre "nrmálnu" vzduch. medzeru platí R z << R v - zvyšk je lineárny (vzd. medzera), vyjadrením je priamka (pracvná) Rvnica pracvnej priamky Môžme ju získať z základných rvníc magnetickéh pľa:

7 H. d l = i. d S a Φ= B. d S S S smernicvý tvar: y = tg α.x + q pre B a H súradnice je: B m = tg γ.h m ± K Knečné vyjadrenie : B m = μ 0 l m δ S v S m σ r σ p H m ± S v 1 S m δ σ r σ p μ 0 NI (-1) Zaujímavé plhy priamky sú pre prípady : ak δ 0, ptm tg γ a uhl γ 90 uzavretý magnetický bvd - trid. (pamäťvé prvky) ak δ l m, ptm tg γ μ 0 a uhl γ je malý tvrený mag. bvd (napr. PM je vybraný z bvdu) Pracvný bd a jeh umiestnenie +B e.k. P pt B m -H Wm Hm BH max Obr.8. súradnice B m a H m predstavujú hdnty vvnútri PM. Energia PM ak súčin : W m = B m H m "energetická krivka" (e.k.) na br. 7. V m = σ rσ p B v B m H m μ 0 V δ

8 W m maximálne energetické maximum ptimálny prac. bd Demagnetizácia prídavný mag. tk, vplyv : kladný, záprný Psun spôsbený : cievku - psun prac. bdu hdntu K v smere +, aleb - ale tiež zmenu sklnu prac. priamky (rzbraním bvdu) 1 3 Δ Β 1 +K -K záprná demagnetizácia a.) Obr.9. kladná demagnetizácia b.) Pre malé psuny: Vratná hysterézna krivka - smernica je približne rvnbežná s dtyčnicu v bde B r... Zmagnetvanie (namagnetvanie) PM a.) rbí sa medzi pólvými nástavcami b.) častejšie cievku, vinutu kl PM - magnetuje sa zlžený mag. bvd vyská intenzita prúdu (pre H min ) vybitie kndenzátra d cievky

9 K H H 1 H min H M = H min Obr.10. demagnetizácia (1 3) magnetvanie ( ) phyb bdu p zmagnetvaní (6 5 1) nedstatcne zmagnetvanie nedstatcne zmagnetvanie dprúča sa H min (resp. 5 H c ) sme na balvej (maximálnej) krivke Stabilizácia parametrv starnutie : - prirdzené - umelé : - tepltu - dmagnetvaním (cca 10%) Magnetuje sa htvý zlžený mag. bvd, aleb sa zmagnetvaný perm. magnet vkladá d bvdu? Záleží t d typu materiálu?. Môžme dsiahnuť v niektrej časti bvdu, napr. vzduchvej medzere väčšiu B ak v perm. magnete?