1. ДАВАЧИ ПРИТИСКА, ПРОТОКА, НИВОА, ГУСТИНЕ, pH ВРЕДНОСТИ, ВЛАЖНОСТИ И ДИМЕНЗИЈА (слике: Д. Станковић “Мерење неелектричних величина електричним путем” и C.J. Chesmond “Basic System Control Technology”

2. Садржај  Давачи притиска  Давачи протока  Давачи нивоа  Давачи густине (запреминске масе)  Давачи pH вредности  Давачи влажности  Процесни давачи димензија

3. Давачи притиска Притисак се дефинише као сила по јединици површине, а основна јединица у SI систему је N/m2, што је уствари дефиниција Паскала (Pa) Већина давача притиска који генеришу електрични сигнал на излазу садрже један од следећих елемената:  Манометар са течношћу  Бурдонову цев (еластични давач притиска)  Мехове (Анероиди, еластични давач притиска)  Дијафрагму (еластични давач притиска)  Пирани вакуумметри са угрејаном металном жицом  Пиезоелектрични давачи

4. Манометри са живом  Течни манометри су једноставни сензори притиска који су економични, поуздани и тачни  Принцип рада: изједначавање хидростатичког и притиска гаса, манометри са U цевима Δр = ρgh Температурна корекција услед промене густине и потреба прецизног очитавања нивоа у оба крака. Локално Земљино убрзање.

5. Манометри са живом  За мерење малих разлика притисака користе се тзв. микроманометри a) Mикроманометар са нагнутим краком б) Микроманометар са електричним контактом Живиним нанометрима се могу мерити притисци до 5·10 6 Pa. Код оваквих уређаја стуб живе је висок и до 40м.  За сврхе система аутоматског управљања: показивање манометара се преводи у неку другу физичку величину, нпр. померај (пловак на манометарској течности чији се померај прати, итд.)

6. Бурдонове цеви То су елементи засновани на еластичној деформацији, јефтини и једноставне конструкције тако да се изузетно широко користе Постоје три основна типа:  У облику слова с  Спирални  Завојни (хеликоидални) Подручје коришћења је углавном при високим притисцима чак до 680 MPa, а недостатак им може престављати механички хистерезис (појава делимичне пластичности).

7. Бурдонове цеви Као излазна величина користи се померај слободног краја Δl = AA’, који је сразмеран разлици притисака. Повећање осетљивости: 1. Повећање угла увијања Φ 2. смањење дебљине цеви 3. повећање спљоштености попречног пресека 4. смањење радијуса кривине 5. смањење модула еластичности

8. Мехови (анероиди) Елементи засновани на еластичној деформацији који се обично израђују од танке бешавне цеви Најчешће се користе у пнеуматским деловима система управљања и уобичајено се користе до притиска од 2,7 MPa Сразмерно су ниске цене, тачни у подручју притисака од ниских до средњих вредности, а недостатак им је потреба за компензацију температуре околине. И код њих се као додатни елемент користе давачи помераја

9. Дијафрагма (мембрана) Има их различитих типова, а систем рада је тај да се еластично деформишу у непосредној сразмери са примењиним притиском Умерена цена, добра линеарност, могућност мерења апсолутног и диференцијалног притиска, избор материјала са добром отпорношћу према корозији, мале димензије. Померање им је обично мало, а наводе се радни притисци до 100 MPa. Као и код претходних типова тачност је у опсегу од 0,5 до 1% укупног опсега мех са индикатором

10. Пирани мерач Код притисака блиским атмосферском тело одаје топлоту кондукцијом и конвекцијом. Када се притисак смањи на око 10 3 Ра долази до промене механизма одавања топлоте која се онда преноси само кондукцијом, а коефицијент топлотне проводљивости опада са смањењем притиска. Температуре жице грејане сталном струјом расте а тиме и њена отпорност, како притисак опада. Смањење концентрације молекула (притиска) повећава слободни пут молекула, који преносе топлоту са угрејане жице. Користи се угрејана волфрамска (тунгстен) нит која је укључена у мост.

11. Као што им име каже, ови давачи користе појаву пиезоелектрицитета, тј. да се на појединим кристалима (кварц, турмалин, Рошеова со, баријум титанат), изложеним деловању притиска, односно деформацији у правцу попречном на ово деловање јавља електромоторна сила, односно напон. Излишно је говорити о њиховој предности с обзиром на електричну природу излазног сигнала, али се може дискутовати о односу цене и корисности Пиезоелектрични давачи

12. Давачи протока  Најједноставнији принцип рада: непосредно мерење протекле количине супстанце за дати временски интервал, практично путем узорковања  Следећи једноставни методи: мерење брзине протока, на пример путем мерења брзина честица које носи проток познате густине (као код ласер-Доплера)  Остали методи: засновани на разним применама Бернулијеве једначине, код којих се хидродинамичка енергија претвара у хидростатичку (преко давача притиска, попут Питоових, Вентуријевих и сличних цеви)  Широку примену имају и анемометри засновани на хлађењу тела више температуре убаченог у флуид

13. Давачи протока Постоји најмање 8 физичких карактеристика које се могу употребити за мерење протока 1. Трансформација кинетичке енергије у притисак 2. Генерисање електричног напона који је пропорционалан линеарној брзини 3. Трансформација линеарне брзине у угаону, која се онда мери 4. Утицај брзине струје флуида на хлађење тела у њој 5. Изазивање осцилација у флуиду које су пропорционалне брзини флуида 6. Утицај брзине флуида на брзину звука у његовој струји 7. Употреба маркера 8. Директно мерење укупног протока користећи уређаје за мерење померања

14. Давачи протока – цеви са сужењем Дијафрагма, вентуријева цев и млазница.(цеви са сужењем) на принципи разлике притисака Ротаметри (шупље конусне цеви) се подижу увис док им се тежина не изједначи са силом узгона коју изазива струја флуида.

15. Давачи протока (турбинометар) Турбински мерач протока К се одређује калибрацијом. Тренутни проток зависи од фреквенце (броја обртаја у сек.) Протекла запремина је сразмерна укуном броју индукованих импулса који се региструју помоћу дигиталних бројача.

16. Давачи протока (индукциони претварачи) Заснивају свој рад на Фарадејевом закону индукције u i = d B v (течност се понаша као проводник) Q = πd 2 V sr /4 = πdu i /4B

17. Давачи протока – Ласер Допплер анемометар Апсолутно мерење брзине гасова и течности. Мерење у једној тачки, што га чини погодним за испитивање локалних расподела брзина (ракетни гасови, плазма). Метод заснован на расејању ласерске светлости на честицама мањим од 1μм које се крећу заједно са флуидом. Расејана светлост има промењену фреквенцију услед Doppler – овог ефекта. Растојање пруга: Период прелета између пруга:

18.  Могу да се заснивају на непосредном визуелном очитавању, али се такви тешко могу употребити у системима аутоматског управљања  Посредни мерачи нивоа се могу заснивати на постојању, и одговарајућем претварању, хидростатичког притиска преко давача постављених на дну суда са течношћу  Даље могућности укључују коришћење положаја пловка, затим промену капацитивности услед уласка флуида између плоча кондензатора, слично коришћење проводљивости, као и зрачење односно таласа – електромагнетних, ултразвучних, итд. Значајно је напоменути да се при мерењу нивоа не мора да ради само о флуидима већ и о супстанцама у растреситом стању (иверје, итд.) Давачи нивоа

19. Давачи густине (запреминске масе) Појам густине се односи на количник масе и запремине хомогених супстанци Код нехомогених супстанци се говори о запреминској маси, а обе се изражавају у истим јединицама kg/m 3 Један од чешћих метода се заснива на коришћењу Архимедовог закона о сили потиска на тело од стране супстанце која га окружује тј. коришћењу помераја пловка или другог одговарајућег тела

20. Киселост или алкалност течности се изражава помоћу pH вредности, при чему pH вредност од  7 одговара неутралном раствору,  пораст изнад 7 одговара алкалности до максимално 14 и  опадање до 0 повећању киселости. Стандардни pH метри користе тзв. Бекманову и референтну електроду чији се излази воде на појачавач, а електрични сигнал одговара pH вредности, са разликом у електромоторној сили зависно од температуре Стога је код ових мерача неопходно и вршити поправку на вредност температуре Давачи pH вредности 1- Резервоар 2- Жица од платине 3- Пуферни раствор 4- Сребро-хлорид 5- Рефернентна електрода 6- Референтни раствор КСl 7- Контакт са испитиваним раствором керамика или капилара од азбеста или кварцних влакана 8- Стаклено телол сонде

21. Треба разликовати два појма влажности:  Влажност у смислу садржаја водене паре у гасу, најчешће ваздуху (humidity) и  Влажност у смислу садржаја воде у чврстој супстанци (moisture) Давачи влажности

22.  Са непосредним очитавањем, као хигрометар, или посредни као психрометар или термометар тачке росе  Хигрометар може да користи длаку људске косе или најлонски конац, који се скраћују или истежу зависно од тога да ли се вода из њих особађа или у њима апсорбује зависно до релативне влажности  Постоје и електрични влагомери (хигромери) најчешће са две металне жице између којих је постављено хигроскопно једињење као на пример литијум хлорид чија се електрична проводљивост мења у функцији апсорпције или испаравања воде Ови влагомери се обично постављају у једну грану Wheatstone-овог моста док они претходни користе неки од давача помераја Давачи влажности ваздуха/гасова

23.  Психрометри користе разлику између показивања тзв. сувог и влажног термометра, при чему “суви“ термометар непосредно показује температуру околног медијума, а “влажни“ одсликава температуру утолико нижу од претходне уколико је веће испаравање са порозног материјала који окружује његов резервоар. Испаравање ће бити минимално у потпуно засићеној атмосфери, тј. тада ће психрометарска разлика бити нула а максимално при потпуно сувој атмосфери. Термометри који се користе за сврхе аутоматског управљања имају електрични излаз  Давачи влажности са тачком росе користе снижавање температуре медијума до његовог засићења, односно појаве кондензације. Што је релативна влажност нижа, то је веће снижење температуре потребно да би дошло до кондензације при осталим једнаким условима. За коришћење у системима аутоматске регулације употребљава се и грејач којим се ова кондензација елиминише. Давачи влажности ваздуха/гасова

24. Шема уређаја за аутоматско мерење релативне влажности ваздуха R v =p zp (t r )/p zp (t)

25. Најсигурнији метод одређивања влажности чврстих супстанци је гравиметријски, тј. коришћење разлике маса посматране и одговарајуће апсолутно суве супстанце. Овај метод захтева коричћење сушница ради довођња супстанце у апсолутно суво стање, али се за сврхе примене може користити модификовани метод при чему се на пример помоћу вага све време прати промена масе сложаја дрвета у сушари, зависно од тога колико је влаге из дрвета испарило Давачи влажности чврстих супстанци

26. Алтернативни методи се заснивају на коришћењу зависности електричне отпорности или капацитивности супстанце зависно од садржаја воде у њој. На том принципу раде убодни влагомери, где се на пример две електроде убадају у дрво и влажност одређује на основу електричне отпорности, оносно капацитивности између тих електрода. Одређени проблем код ових влагомера представља деловање других утицаја, као на пример јонизујућег зрачења на електричну отпорност, односно пермитивност супстанци Давачи влажности чврстих супстанци

27.  За разлику од мерења димензија стационарних тела, мерење димензија тела која се крећу као на пример у разним индустријским процесима (лесонитни тепих, тепих иверја, итд.) може да представља проблем  Контактни давачи димензија у овом случају се заснивају на постојању точкића чији померај одговара димензијама тела, на пример точкић се слободно обрће у додиру са траком и при наиласку произведене плоче иверице помера се за њену дебљину и наставља да се обрће у додиру са горњом површином исте. Овде се опет као посредник користе давачи помераја Процесни давачи димензија

28. У многим случајевима непосредни додир давача са телом није пожељан. У претходно наведеном случају може се догодити да дође до удара точкића у плочу таквим интензитетом да се било плоча раслоји или давач поломи. У свим таквим случајевима препоручује се коришћење бесконтактних давача, који могу бити засновани на апсорпцији или рефлексији таласа (електромагнетних-јонизујућих или звучних-ултразвучних или на основу заклањања дела снопа ласерске светлости и добијању одговарајућег сигнала са фотоћелија) Процесни давачи димензија