Füüsikalise suuruse muutmine elektriliseks suuruseks ja ... (0)

Sissejuhatus:

Mitmesuguseid füüsikalisi suurusi saab muundada elektriliseks signaalideks. Andur muutab elektriliseks ja digitaalseks. Maailmas on kõik need suurused pideva iseloomuga ja kui ka muundamine toimub pidevalt, siis saame elektrilise analoogsignaali (signaali muutub analoogiliselt suurusele endale). Digitaalsignaali saame kui analoog -digitaalmuunduri sisendile antakse analoogsignaal ja väljundil saadakse digitaalsignaal, mida on võimalik arvutustehnika vahenditega töödelda ja edastada mööda digitaalseid sideliine. Digitaalsignaali kasutamine muudab side oluliselt kvaliteetsemaks ja mürakindlamaks.

Füüsikaline suurus on omadus, mis on kvalitatiivselt ühine paljudele nähtustele, protsessidele või objektidele, kuid kvantitatiivselt on individuaalne iga nähtuse, protsessi või objekti jaoks. Mõõtmiste põhieesmärk on informatsiooni saamine füüsikalise suuruse väärtuse kohta mingisuguste tehniliste vahendite abil. Füüsikalise suuruse väärtus saadakse teatud hulga ühikute kujul, lähtudes selle mõõtmiseks kokkulepitud skaalast.Füüsikalise suuruse mõõtühik on selline füüsikaline suurus, millele on leppeliselt antud numbriline väärtus 1. Põhilised ühikud füüsikaliste suuruste mõõtmiseks on määratud rahvusvahelise mõõtühikute süsteemiga (SI). Füüsikalise suuruse väärtus on selle suuruse poolt iseloomustatava omaduse kvantitatiivne hinnang. See hinnang väljendub numbrilise väärtuse kui hulga iseloomustuse ja antud suuruse tüüpi iseloomustava mõõtühiku korrutisena, näiteks 3,1 mm, 288,16 K. Mõõtmine üldjuhul kujutab endast mõõdetava suuruse võrdlemist selle suuruse võimalike väärtuste skaalaga, mis on ühel või teisel viisil eelnevalt konstrueeritud.

Andur

Andurite kasutusala kuulub automaatika ja mõõtetehnika valdkonda. Andureid võib lugeda nii automaatika- kui ka mõõtevahenditeks. Automaatika on omakorda teadus- ja tehnikaharu, mis tegeleb automaatseadmete ja automatiseeritavate tehnoloogiliste protesside kontrollimise ja juhtimise meetodite ning vahenditega. Automaatikasüsteemide töö rajaneb süsteemi kuuluvate seadmete ja süsteemiosade seisundit kirjeldaval informatsioonil, mida edastatakse elektriliste, pneumaatiliste, hüdrauliliste, optiliste jm. signaalide abil. Süsteemi talitluse kohta informatsiooni saamise üheks võimaluseks on juhtimisobjekti väljundite mõõtmine. Seadmete, masinate või protsesside juhtimiseks tuleb mõõta mitmesuguseid füüsikalisi, nt. mehaanilisi, soojuslikke, optilisi, elektromagnetilisi vms. suurusi. Automaatika nüüdissüsteemides edastatakse ja töödeldakse informatsiooni aga valdavalt elektriliste ja optiliste signaalidena. Seepärast on automaatikasüsteemides üheks põhiprobleemiks signaalide muundamine. Seadist, mis muundab mõõdetava füüsikalise suuruse (nt. rõhu, kiiruse vms.) teiseks suuruseks (signaaliks), mida on parem võimendada, mõõta, edastada või töödelda, nimetatakse anduriks. Enamikes andurites toimub signaalide muudamine kahes etapis. Esmased ehk primaarmuundurid muundavad signaali liiki, nt. mehaanilise suuruse elektriliseks. Teisesed ehk sekundaarmuundurid viivad signaali standardsele ehk normeeritud kujule. Anduri primaarmuundurit nimetatakse ka tajuriks või sensoriks. Elektrilise tajuri väljundsuuruste mõõtmiseks kasutatakse mitmesuguseid mõõtelülitusi. Sekundaarmuunduriteks võivad olla erinevad seadised nagu võimendid, analoog-digitaalmuundurid (A/D), digitaal-analoogmuundurid (D/A), impulsi- ja koodimuundurid vms. Seega koosneb andur füüsikalise suuruse muundamiseks ettenähtud tajurist, mõõtelülitusest ning normeerivast signaalimuundurist

Mehaaniliste suuruste muundamine

Elektriliseks väljundsuuruseks võib lugeda tajuri aktiivtakistuse, induktiivsuse, mahtuvuse või genereeritava elektromotoorjõu muutumist sõltuvalt mõõdetavast sisendsuurusest Mehaanilisteks sisendusuurusteks on nt. kõik liikumisparameetrid nagu tahkete ja vedelete kehade asend, siire, kiirus, kiirendus ja tõuge ning samuti kehadele toimivad jõud, momendid, rõhk. Kuna erinevaid mehaanilisi suurusi on palju, siis toimub andurites täiendav mehaaniliste suuruste muundamine. Näiteks, anduri erinevate füüsikaliste sisendsuuruste: jõu, momendi, rõhu ja kiirenduse taandamine mehaanilisele deformatsioonile (siirdele), kasutades selleks Hook'e seadusena tuntud põhimõtet, et elastsete kehade deformatsioon on võrdeline seda põhjustanud jõuga. Mehaaniliste suuruste muundamisest annab ülevaate tabel.

Sisendmuutujad

Vahemuutujad

Väljundmuutuja

1. Jõud, F

Jõud, F

Siire x = kF

(Hooke seadus

2. Moment, T

Jõud, F = T/r

Siire x = kF

3. Rõhk, p

Jõud, F = pS

Siire x = kF

4. Kiirendus, a

Jõud,

Fm = m * dv/dt = mv =

= ma

Siire x = kF

5. Nurkkiirendus, ε

Moment ja jõud

T = J dw/dt = Jω=Jε

T = r * F

Siire x = kF

Kokkuvõte:

Andmekogumis- ja juhtimissüsteem tavaliselt elektroonilistest ahelatest, mille vahendusel andurite elektrilised signaalid võimendatakse vajaliku tasemeni, filtreeritakse, eraldades kasuliku signaali muudest signaalidest ja mürast, ning sobitatakse skeemi ühendatavate osade sisend- väljund takistused. Selliseid süsteemi elemente nimetatakse liidesteks. Valdav osa signaalidest on analoogsignaalid. Unifitseeritud elektrilisi analoogmõõtesignaale kommuteerib multipleksor, suunates need ükshaaval analoogdigitaalmuundurisse, kuna enne arvutisse jõudmist on kõigile infosignaalidele vaja anda digitaalne kuju. Selliste andurite puhul nagu lülitid, releed või nende elektroonilised ekvivalendid on väljastatavad signaalid juba oma olemuselt digitaalsed ja ei vaja muundamist. Arvutiga suhtlemisel peab jälgima teatud reegleid – andmevahetuse protokolli –, mida realiseeritakse vastava liidese abil. Süsteemi tööd koordineerib kontroller. Paljudel juhtudel on mõõteinformatsioon vajalik objekti mingite omaduste või parameetrite muutmiseks ehk juhtimiseks. Keerulisemate süsteemide korral kasutatakse juhtimiseks kas spetsialiseeritud programmeeritavat kontrollerit või arvutit.

Kasutatud kirjandus: