Snímače nameraných hodnôt – výrobcovia a dodávatelia

Snímače nameraných hodnôt – nájdite výrobcov a dodávateľov

Prevodníky sú technické zariadenia, ktoré zaznamenávajú fyzikálne, chemické alebo elektrické veličiny a premieňajú ich na použiteľný elektrický signál.

Tento signál môže byť následne spracovaný riadiacim systémom, zobrazovacou jednotkou alebo systémom zberu údajov. Snímače sú preto základom modernej meracej a automatizačnej techniky, pretože vytvárajú spojenie medzi reálnym a digitálnym svetom.

Nižšie uvádzame prehľad základného princípu a spôsobu činnosti, rôznych typov a ich meraných veličín, typov signálov a rozhraní snímačov, ako aj prehľad ich použitia a požiadaviek na moderné konštrukcie:

Základný princíp a spôsob činnosti prevodníkov:

Funkcia snímačov pozostáva z troch základných krokov:

Získanie meranej veličiny:
Snímač je vybavený snímacím prvkom, ktorý fyzicky interaguje s meranou veličinou - napr. prostredníctvom deformácie, zmeny teploty, magnetického poľa alebo absorpcie svetla.
Premena na elektrický signál:
Meraná veličina sa prevádza na elektrickú veličinu, napr. napätie, prúd, frekvenciu.
Spracovanie signálu:
Surový signál sa zosilní, filtruje, linearizuje alebo digitalizuje, aby bol použiteľný pre nadväzujúce systémy.

Typ princípu konverzie, či už mechanický, optický, piezoelektrický, magnetický, chemický atď., závisí od príslušnej meranej veličiny.

Typy prevodníkov a ich merané veličiny:

Prevodníky sú vysoko špecializované a možno ich rozdeliť podľa príslušnej meranej veličiny:

Mechanické veličiny:
a. Snímače tlaku: Merajú statický alebo dynamický tlak kvapalín a plynov, často pomocou piezorezistívnych alebo kapacitných prvkov.
b. Snímače sily: Prevádzajú mechanickú silu na elektrický signál, často pomocou tenzometrov.
c. Snímače posunutia a vzdialenosti: Využívajú optické, indukčné, kapacitné alebo ultrazvukové metódy na určenie polohy.
d. Snímače krútiaceho momentu: Merajú krútiaci moment hriadeľa, často pomocou tenzometrických alebo magnetických metód.
Tepelné veličiny:
a. Snímače teploty: Patria sem termočlánky, odporové teplomery, polovodičové snímače teploty alebo infračervené snímače.
b. Snímače tepelného toku: Určujú tok tepla cez vrstvu materiálu, často s využitím termoelektrických princípov.
Elektrické a magnetické veličiny:
a. Snímače prúdu a napätia: Merajú elektrické veličiny v napájacích zdrojoch, obvodoch alebo systémoch.
b. Snímače magnetického poľa: Využívajú Hallov jav alebo magnetorezistívne princípy na meranie intenzity magnetického poľa.
Chemické a fyzikálno-chemické veličiny:
a. Snímače plynov: Zisťujú koncentrácie určitých plynov (napr. kyslíka, CO₂, amoniaku) pomocou elektrochemických, optických alebo polovodičových metód.
b. Snímače pH a snímače vodivosti: Používajú sa v procesnej a environmentálnej meracej technike na určovanie chemických vlastností kvapalín.
c. Snímače vlhkosti: Merajú relatívnu alebo absolútnu vlhkosť vzduchu alebo materiálov.

Typy signálov a rozhrania snímačov:

Väčšina moderných snímačov poskytuje štandardizované výstupné signály:

Analógové signály: často 4-20 mA alebo 0-10 V, vhodné pre jednoduché prenosové cesty.
Digitálne rozhrania: Ako napríklad I²C, SPI, CAN, Modbus alebo IO-Link pre inteligentné snímače s ďalšími funkciami.
Systémy Fieldbus: Ako napríklad Profibus, EtherCAT alebo Profinet v priemyselnej automatizácii.

V závislosti od aplikácie môže byť senzor už interne kalibrovaný, teplotne kompenzovaný a autodiagnostický.

Použitie snímačov:

Snímače sa používajú takmer vo všetkých technických oblastiach. Medzi najdôležitejšie oblasti použitia patria:

1. Automatizačná technika:
V priemyselných výrobných zariadeniach snímače nepretržite monitorujú tlak, teplotu, polohu, rýchlosť, prietok a iné procesné veličiny.
Signály sa používajú na reguláciu, riadenie a bezpečnosť.

2. Energetické technológie:
Snímače zaznamenávajú parametre, ako je prúd, napätie, frekvencia, výkon alebo izolačné hodnoty v energetických distribučných systémoch, rozvodniach a transformátoroch.

3. Automobilová technika:
Snímače sú základom pre riadenie dynamiky vozidla, airbagy, riadenie motora, meranie výfukových plynov alebo systémy riadenia batérií.

4. Zdravotnícka technika:
V tejto oblasti sa používajú biokompatibilné snímače na meranie životne dôležitých parametrov, ako je krvný tlak, telesná teplota, hladina glukózy alebo dýchacie plyny.

5. Stavebná technika:
V systémoch vykurovania, klimatizácie a vetrania sa pomocou snímačov meria teplota, vlhkosť, obsah CO₂ a intenzita svetla na kontrolu komfortu a energetickej účinnosti.

6. Technológia merania životného prostredia:
Špecializované snímače sa používajú na zaznamenávanie údajov o počasí, kvalite vzduchu, analýzach vody alebo emisiách.

Požiadavky na moderné snímače:

Presnosť a opakovateľnosť: Najmä v technológii zabezpečenia kvality alebo kontroly.
Dlhodobá stabilita: Dôležité pre kontinuálne merania počas mnohých rokov, napríklad v energetických systémoch alebo staniciach na ochranu životného prostredia.
Rýchly čas odozvy: Najmä pri dynamických procesoch (napr. detekcia výbuchu alebo meranie otrasov).
Robustnosť: Ochrana proti prachu, vode, vibráciám, chemickým vplyvom a teplote.
Kalibrovateľnosť: Na nadväznosť nameraných hodnôt na národné normy.

Prevodníky sú nepostrádateľnými komponentmi takmer vo všetkých technických, priemyselných a vedeckých aplikáciách. Ich hlavnou úlohou je presný záznam reálnych veličín a ich prevod na použiteľný signál. Rozmanitosť dostupných technológií umožňuje presné prispôsobenie širokému spektru meracích úloh. S nástupom inteligentných snímačov (smart senzorov) a integráciou do digitálnych systémov sa snímač čoraz viac stáva kľúčovou súčasťou v ére priemyslu 4.0 a internetu vecí (IoT).

Prinášame prehľad najdôležitejších bodov, ktoré je potrebné zohľadniť pri nákupe snímačov.

Nákup snímačov na zaznamenávanie mechanických, tepelných, elektrických alebo chemicko-fyzikálnych veličín si vyžaduje komplexný pohľad na technické, aplikačné a ekonomické kritériá. Nejde len o čistú funkciu merania, ale aj o súhru presnosti, robustnosti, integrácie, kalibrácie a kompatibility systému.

Prvým krokom je presné vymedzenie fyzikálnej veličiny, ktorá sa má merať, a podmienok, za ktorých sa má merať:
Mechanické veličiny: Sila, tlak, krútiaci moment, hmotnosť
Tepelné veličiny: Teplota, tepelný tok
Elektrické veličiny: Napätie, prúd, odpor, kapacita
Chemicko-fyzikálne veličiny: hodnota pH, vodivosť, koncentrácia, vlhkosť
Každá z týchto veličín si vyžaduje inú technológiu snímača - a teda aj iné požiadavky na konštrukciu, spracovanie signálu a materiál.
Výber správneho princípu merania je rozhodujúci pre zaznamenávanie požadovaných nameraných hodnôt:
Tenzometre (DMS): Pre mechanické veličiny, ako je sila a tlak
Termočlánky alebo odporové teplomery (Pt100): Na meranie teploty
Hallov jav alebo indukčné metódy: Pre elektrické a magnetické veličiny
Iónovo selektívne elektródy alebo optochemické senzory: Na meranie chemicko-fyzikálnych veličín
Výber princípu merania určuje citlivosť, odolnosť a spracovanie signálu.
Výber snímača musí zodpovedať očakávanému meraciemu rozsahu - ani príliš veľkému (strata rozlíšenia), ani príliš malému (riziko preťaženia).
Zároveň sa musí skontrolovať požadované rozlíšenie a presnosť v závislosti od toho, či ide o hrubé monitorovanie procesov alebo vysoko presné laboratórne aplikácie.
Obzvlášť dôležité je, aby snímač mechanicky vyhovoval inštalačnej situácii:
Veľkosť a geometria: Musí sa dať integrovať do existujúcich systémov
Montážna poloha: Horizontálne, vertikálne, rotačne symetrické
Možnosti montáže: Prírubová montáž, skrutková montáž, zásuvné systémy
Vedenie káblov a typy konektorov: Musí zodpovedať kabeláži na mieste
V závislosti od prostredia musí byť snímač obzvlášť odolný:
Odolnosť voči korózii: Pri chemických procesoch alebo vo vonkajšom prostredí, napríklad
Odolnosť voči teplote: Pre aplikácie pri vysokých teplotách alebo kryogénne aplikácie
Tesnosť (trieda ochrany IP): IP67 alebo vyššia pre vlhkosť alebo nečistoty
Mechanická zaťažiteľnosť: Vibrácie, nárazy, tlakové impulzy
Snímač musí byť vhodný pre existujúcu vyhodnocovaciu technológiu a automatizačné prostredie:
Analógové signály: napr. mV/V, 0-10 V, 4-20 mA
Digitálne rozhrania: napr. CANopen, Modbus, EtherCAT, IO-Link
Kompatibilita s riadiacimi systémami a záznamníkmi údajov
Ochrana proti elektromagnetickej kompatibilite a odolnosť proti rušeniu: obzvlášť dôležité v elektrickom alebo priemyselnom prostredí
Len kalibrované snímače poskytujú spoľahlivé namerané hodnoty, preto je minimálnou požiadavkou továrenská kalibrácia s protokolom o skúške.
Kalibrácia DAkkS alebo ekvivalent pre najvyššie požiadavky, napr. QS podľa ISO 9001, automobilový priemysel, farmaceutický priemysel.
Nadväznosť na národné normy zaručuje porovnateľnosť. Rekalibračné cykly by mali byť definované podľa intenzity používania.
Snímač musí stabilne merať počas mnohých rokov:
Preto by sa mal vyhodnotiť nulový bod a drift snímača v závislosti od teploty, starnutia a mechanického namáhania.
Malo by sa zohľadniť správanie sa pri creepe pri konštantnom zaťažení. Najmä v prípade mechanických veličín.
Zhody sú rozhodujúce, najmä v priemyselných alebo bezpečnostne významných prostrediach:
Označenie CE a smernice EÚ špecifické pre daný výrobok.
Schválenie ATEX pre prostredia s nebezpečenstvom výbuchu.
Zhoda s RoHS a REACH.
Špecifické priemyselné požiadavky, ako napríklad GMP (liečivá), HACCP (potraviny), SIL (spracovateľský priemysel).
Kvalita snímača úzko súvisí so skúsenosťami a referenciami výrobcu, technickou podporou a poradenstvom pri aplikácii.
Rozhodujúca nie je len jednotková cena, ale celková hospodárnosť.

Obzvlášť dôležitá je jasne definovaná aplikácia, výber správneho princípu merania, správna integrácia do meracieho reťazca a podpora zo strany skúseného výrobcu. Len tak sa dá vytvoriť merací systém, ktorý je trvalo presný, stabilný a nenáročný na údržbu - bez ohľadu na to, či meria mechanické sily, teploty, elektrické veličiny alebo chemicko-fyzikálne parametre.

Prevodníky možno získať od rôznych dodávateľov. Komplexné informácie o výrobcoch a dodávateľoch prevodníkov z celého sveta nájdete na exportných stránkach.