Інтелектуальні вимірювальні системи та датчики в промисловості

Для автоматизації стає все важливішим точне і надійне отримання інформації за допомогою сенсорних технологій у багатьох галузях промисловості. Дізнайтеся, які існують методи та способи вимірювання, на що варто звертати увагу під час вимірювання, і в яких промислових сферах інтелектуальні системи вимірювання та обробки даних стають дедалі більш актуальними.

Значення вимірювальних процесів

У технічних та автоматизованих процесах реєструються, перетворюються та аналізуються численні фізичні величини. В основі всього цього лежить процес вимірювання: вимірювання — це порівняння невідомої фізичної величини з відомою. Це стосується таких параметрів, як температура, кількість тепла, гучність, напруга, струм, опір, індуктивність або ємність.

З розвитком автоматизованих процесів у промисловості електричне вимірювання неелектричних величин набуває дедалі більшого значення. Датчик перетворює величину, яку необхідно виміряти, в електричну величину та обробляє її. Завдяки цьому сигнал може бути швидко переданий і використаний далі.

Які існують методи та способи вимірювання?

Загалом розрізняють чотири основні методи вимірювання: пряме, непряме, аналогове та цифрове вимірювання.

• Пряме вимірювання: При цьому значення вимірюваної величини безпосередньо порівнюється з еталонним значенням тієї ж одиниці. Це називається методом порівняння, наприклад, при вимірюванні напруги або струму.
• Непряме вимірювання: Щоб застосувати цей метод, потрібно знати взаємозв'язок між вимірюваною величиною і тією, яку використовують для порівняння (наприклад, при вимірюванні опору за методом струму та напруги).
• Аналогове вимірювання: Ця техніка вимірювання використовується тоді, коли вхідна величина перетворюється в результаті вимірювального процесу, за допомогою приладу або пристрою, в вихідну величину. При цьому вихідна величина пропорційна вхідній.
• Цифрове вимірювання: Вимірюване значення перетворюється у цифрове значення. Ця техніка вимірювання підходить, наприклад, для передачі даних на великі відстані. Безвтратну передачу сигналу забезпечують за допомогою оптоволоконних ліній.

Вимірювальне значення — це значення, яке отримується та виводиться вимірювальним приладом або пристроєм. Воно надає кількісну інформацію про певну вимірювальну величину. Результат відображається за допомогою шкали або цифрового індикатора — наприклад, на дисплеї.

Якість вимірювання: точні показники мають значення

Під час вимірювальних процесів часто виникають відхилення. Це може бути зумовлено різними причинами: наприклад, вимірювальний прилад може бути неправильно відкалібрований або зовнішні фактори можуть впливати на вимірювальне значення. Щоб мінімізувати спотворені показники, потрібні надійні та точні датчики, які дозволяють фіксувати фізичні величини з максимальною точністю.

У сфері промислових установок або процесів часто інтегрують температурні датчики, які контролюють тепловиділення в електронних пристроях або машинах. Саме в цій галузі особливо важливі датчики, що працюють з високою точністю, оскільки вони забезпечують безперебійну роботу виробничих процесів. Завдяки постійному збору та аналізу отриманих даних (тобто вимірювальних значень) можна запобігти зупинкам виробничих ліній, машин або схем.

Температурні датчики

Усі види датчиків, які служать для вимірювання температури, працюють за двома основними принципами: це або контактні термометричні (тобто дотикові), або пірометри (тобто безконтактні) методи вимірювання.

Типові області застосування температурних датчиків включають електричні пристрої, прилади для моніторингу температури під час зварювальних або паяльних робіт та керування (активацію та деактивацію) схем.

Основним завданням датчика є вимірювання тепла або холоду. Він перетворює отримане значення на електричний сигнал. Цей сигнал може бути переданий у схемі й викликати відповідні дії. Наприклад, система може бути деактивована, якщо температура в електронному пристрої перевищує критичне значення. Тому температурні датчики відіграють важливу роль у моніторингу та регулюванні температури в електроприладах.

Методи та способи вимірювання температури

• Метод розширення (термічне розширення): Визначення геометричної форми твердого тіла залежно від його температури.
• Термометри опору (термістори) використовують температурну залежність електричного опору для вимірювання температури.
• Термопари — це електричні провідники, що використовуються для вимірювання тепловиділення на основі термоелектричного ефекту.
• Інфрачервоне вимірювання: Вимірюється інфрачервоне випромінювання об'єкта (ІЧ-випромінювання в діапазоні від 0,7 мкм до 1 000 мкм).

Переваги та недоліки температурних датчиків

Переваги:

• Точне вимірювання температур.
• Застосування датчиків у важкодоступних місцях вимірювання та на рухомих частинах.
• Використання в температурних діапазонах до 800 °C.

Недоліки:

• Складний принцип роботи електронних компонентів.
• (Часто) ускладнена інтеграція в електронні системи, а також досить складна заміна пошкоджених датчиків.

Рекомендація продукту: температурний датчик KTY81

Прецизійність та надійність датчика є важливими умовами для збору та обробки інформації. Тому в системи та електронні пристрої необхідно інтегрувати відповідно високоякісні продукти. Силіконовий температурний датчик серії KTY від марки NXP відповідає всім вимогам до ефективних датчиків.

Точність вимірювання цього датчика є дуже високою. Важливо також, що позитивний температурний коефіцієнт вбудованого резистора робить датчик придатним для використання в системах вимірювання та регулювання. Робочий діапазон становить від -55 °C до +150 °C.

Для швидкої заміни електронного компонента та його швидкої установки підходять температурні датчики серії KTY81-110. Вони встановлюються на плату методом THT (through-hole technology) і потім з'єднуються з дорожками за допомогою пайки.

Оптичні вимірювання в промисловості

Оптична вимірювальна техніка є також важливим фактором ефективності для промисловості. На відміну від тактильного вимірювання, при оптичному вимірюванні об'єкти досліджуються безконтактно за допомогою світла.

Усьому процесу вимірювання лежить фізичний принцип відбиття та поглинання. Таким чином, площинні розширення можна повністю визначити, наприклад, у авіації та медицині. Завдяки оптичним датчикам деталі точно вимірюються та контролюються. За кілька секунд можна зафіксувати кілька точок вимірювання.

Джерело: buerklin.com