Převodníky vzdálenosti a tlaku

Měřicí převodníky se používají k převodu fyzikálních veličin na jiné fyzikální veličiny podle specifických vztahů. Mezi průmyslovými zařízeními tohoto typu jsou nejběžnější převodníky elektrických veličin, jako je napětí nebo proud. V senzorových systémech umožňují převodníky zvýšení výkonu převedeného signálu pro usnadnění jeho zpracování v dalších průmyslových procesech.

Převodníky vzdálenosti nejčastěji převádějí sílu nebo rychlost otáčení na vhodný výstupní signál v analogové nebo digitální formě.
Převodníky tlaku se používají k měření tlaku plynů nebo kapalin, který se převádí na proporcionální výstupní signál.

V následujícím článku představíme princip fungování a typy specifických řešení pro převodníky vzdálenosti a tlaku.

Princip fungování převodníků vzdálenosti a tlaku

• Převodníky vzdálenosti

Princip fungování převodníků vzdálenosti spočívá v odeslání určitého typu signálu, např. laseru, infračervené LED, ultrazvukových vln nebo informací o pohybu a poloze testovaného objektu, prostřednictvím šňůry, která je k němu připojena. Poté, na základě informací o signálu vracejícím se do převodníku nebo změny polohy testovaného objektu, je z převodníku generován vhodný výstupní signál. Tyto informace mohou zahrnovat intenzitu vracejícího se signálu, dobu potřebnou k návratu signálu, pohyb generovaný na převodníku atd. Mnoho zařízení má další komponenty, které signál zesilují, aby s ním bylo možné později v průmyslových procesech snadno manipulovat.

• Převodník tlaku

Nejběžnější konstrukce převodníků tlaku zahrnují sběrač síly, například flexibilní membránu, a vodivý prvek. Tento prvek používá odporovou, kapacitní nebo indukční metodu pro generování elektrického signálu. Typ metody měření bude určen komponenty použitými v konstrukci převodníku.

Převodníky tlaku používají k měření síly, která na ně působí, tenzometry. Tenzometry se deformují, což způsobuje změnu napětí, které generují. Měření tlaku je založeno na stupni změny napětí.

Existují také pokročilé verze tlakových převodníků, které místo tenzometrů používají kapacitní nebo piezoelektrické senzory. Ty se vybírají na základě rozsahu, provozního prostředí a požadované přesnosti tlakového senzoru.

Typy převodníků dostupných na trhu

Typ převodníku závisí na měřeném signálu, např. vzdálenost odraženým světlem a pohyb kabelem v případě převodníků vzdálenosti, nebo na typu měřeného tlaku v případě převodníků tlaku. Výstupní signál převodníku, např. napětí, proud nebo digitální hodnota, může také ovlivnit typ. V závislosti na těchto faktorech se může vnitřní struktura převodníku lišit.

Příklady převodníků vzdálenosti

Pokud jde o převodníky vzdálenosti, existuje mnoho jedinečných možností, ze kterých si můžete vybrat. Zaměřujeme se především na tři typy senzorů vzdálenosti:

• Infračervené LED senzory vzdálenostifungují na principu triangulace, měří vzdálenost na základě úhlu odraženého paprsku. Paprsek infračerveného světla vyzařovaný diodou se odráží od pozorovaného objektu pod určitým úhlem. Odražený paprsek je snímán detektorem senzoru a zpracováván do specifického výstupního signálu.

Taková řešení se vyznačují malými rozměry, možností provozu kdykoli během dne i noci a schopností měřit vzdálenost k objektům se složitými povrchy. Nevýhodou takových aplikací je však omezený rozsah měření a závislost na podmínkách prostředí a například na barvě měřeného objektu.

• Ultrazvukové senzory vzdálenostidetekují vzdálenost k objektům vyzařováním vysokofrekvenčních zvukových vln. Vysílač vyšle vlnu směrem k objektu a aktivuje hodiny. Vlna se od objektu odrazí a je zachycena přijímačem snímače, načež se hodiny zastaví. Vzdálenost se vypočítává na základě rychlosti zvuku a doby šíření vysokofrekvenční vlny.

Mezi výhody patří transparentnost a schopnost pracovat s objekty jakékoli barvy. Řešení nespotřebovává tolik energie jako jiné aplikace, ale má také omezený rozsah měření, nízké rozlišení a nemožnost měřit objekty s nerovným povrchem nebo objekty pohybující se vysokou rychlostí.

• Snímače vzdálenosti založené na článkechměří polohu pomocí šňůry, která se navíjí a odvíjí na měřicí cívce. Konec šňůry je připevněn k měřenému objektu a její pohyb ovlivňuje cívku. Rotační senzor (potenciometr nebo enkodér) přenáší rotační pohyb cívky na příslušné komponenty, které jej převádějí na výstupní signál.

Příklady tlakových převodníků

Tlakové převodníky mají tři definované hodnoty měření tlaku. Ačkoli existují i ​​jiné typy, jako například vakuové nebo uzavřené tlakoměry, všechny lze rozdělit do těchto tří kategorií. U membránového typu se referenční tlak nejsnadněji chápe jako tlak vyvíjený na druhou stranu membrány měřeným procesem.

• Absolutní tlakové převodníky měří tlak vzhledem k dokonalému vakuu a jako referenční bod používají absolutní nulu. Příkladem je barometrický tlakový převodník. Patří sem také uzavřené tlakoměry, u kterých byl signál v době návrhu posunut tak, aby odpovídal tlaku převodníku.
• Měřicí převodníky tlaku měří tlak vzhledem k atmosférickému tlaku. Příkladem takového senzoru je snímač tlaku v pneumatikách. Zahrnuje také vakuové senzory, jejichž signály jsou invertovány tak, aby indikovaly kladný údaj, když je naměřený tlak nižší než atmosférický tlak.
• Snímače diferenciálního tlaku měří rozdíl mezi dvěma tlaky na obou stranách senzoru. Příkladem je snímač tlaku kapaliny, který měří hladinu kapaliny nad a pod ní.

Průmyslové aplikace snímačů

Aplikace využívající snímače vzdálenosti:

• Automatizace a robotika;
• Chytrá auta;
• Drony a bezpilotní letouny;
• Počítačový hardware;
• Bezpečnostní systémy, např. alarmy;
• Systémy řízení a monitorování průmyslových procesů;

Aplikace využívající snímače tlaku:

• Systémy tlakových motorů;
• Výrobní a montážní linky;
• Nádrže s výrobním materiálem;
• Průmyslové hygienické systémy ve farmaceutickém průmyslu;
• Řídicí systémy, např. detekce úniku plynu;
• systémy vytápění, větrání a klimatizace.