Mõõteväärtuse salvestid – leidke tootjaid ja tarnijaid

Andurid on tehnilised seadmed, mis registreerivad füüsikalist, keemilist või elektrilist suurust ja muudavad selle kasutatavaks elektrisignaaliks.

Seda signaali saab seejärel töödelda juhtimissüsteemis, kuvamisseadmes või andmekogumissüsteemis. Andurid on seega kaasaegse mõõtmis- ja automatiseerimistehnoloogia keskmes, sest nad loovad ühenduse reaalse ja digitaalse maailma vahel.

Järgnevalt antakse ülevaade andurite põhiprintsiibist ja tööpõhimõttest, erinevatest tüüpidest ja nende mõõdetavatest muutujatest, andurite signaalitüüpidest ja liidestest, samuti ülevaade nende kasutamisest ja nõuetest kaasaegsetele konstruktsioonidele:

Andurite põhiprintsiip ja töörežiim:

Andurite funktsionaalsus koosneb kolmest põhietapist:

1. Mõõdetava muutuja kogumine:
   See toimub andurielemendi abil, mis on füüsiliselt seotud mõõdetava muutujaga - nt deformatsiooni, temperatuuri muutuse, magnetvälja või valguse neeldumise kaudu.
2. Muundamine elektriliseks signaaliks:
   Mõõdetud muutuja teisendatakse elektriliseks muutujaks, nt pinge, vool, sagedus.
3. Signaali töötlemine:
   Toorsignaali võimendatakse, filtreeritakse, lineariseeritakse või digitaliseeritakse, et muuta see kasutatavaks järgnevates süsteemides.

Ümberkujundamise põhimõte, kas mehaaniline, optiline, piesoelektriline, magnetiline, keemiline jne, sõltub vastavast mõõdetavast muutujast.

Andurite tüübid ja nende mõõdetavad parameetrid:

Andurid on väga spetsiifilised ja neid võib jagada vastavalt mõõdetavale parameetrile:

1. Mehaanilised suurused:
   a. Rõhuandurid: Mõõtavad vedelike ja gaaside staatilist või dünaamilist rõhku, kasutades sageli piesoresistiivseid või mahtuvuslikke elemente.
   b. Jõuandurid: Teisendavad mehaanilise jõu elektriliseks signaaliks, kasutades sageli tensoandureid.
   c. Nihke- ja kaugusandurid: Kasutavad asukoha määramiseks optilisi, induktiivseid, mahtuvuslikke või ultraheli meetodeid.
   d. Pöördemomendiandurid: Mõõdetakse võlli väändeid, kasutades sageli tensoandureid või magnetilisi meetodeid.
2. Termilised muutujad:
   a. Temperatuuriandurid: Nende hulka kuuluvad termopaarid, takistustermomeetrid, pooljuht-temperatuuriandurid või infrapunaandurid.
   b. Soojusvooluandurid: Määravad soojusvoolu läbi materjalikihi, kasutades sageli termoelektrilisi põhimõtteid.
3. Elektrilised ja magnetilised suurused:
   a. Voolu ja pingeandurid: Mõõta elektrilisi suurusi vooluallikates, vooluahelates või süsteemides.
   b. Magnetväljaandurid: Kasutavad Halli efekti või magnetoresistiivseid põhimõtteid väljatugevuste mõõtmiseks.
4. Keemilised ja füüsikalis-keemilised suurused:
   a. Gaasiandurid: Teatavate gaaside (nt hapniku, CO₂, ammoniaagi) kontsentratsioonide tuvastamine elektrokeemiliste, optiliste või pooljuhtmeetodite abil.
   b. pH- ja elektrijuhtivuse andurid: Kasutatakse protsessi- ja keskkonnamõõtmistehnoloogias vedelike keemiliste omaduste määramiseks.
   c. Niiskusandurid: Mõõtavad õhu või materjalide suhtelist või absoluutset niiskust.

Andurite signaalitüübid ja liidesed:

Enamik kaasaegseid andureid annab standardiseeritud väljalaske signaale:

1. Analoogsignaalid: sageli 4-20 mA või 0-10 V, mis sobivad lihtsate ülekandeteede jaoks.
2. Digitaalsed liidesed: Näiteks I²C, SPI, CAN, Modbus või IO-Link intelligentsete andurite jaoks, millel on lisafunktsioonid.
3. Välisbussüsteemid: Näiteks Profibus, EtherCAT või Profinet tööstusautomaatikas.

Sõltuvalt rakendusest võib andur olla juba sisemiselt kalibreeritud, temperatuurikompenseeritud ja isediagnostiline.

Andurite kasutamine:

Andureid kasutatakse peaaegu kõigis tehnilistes valdkondades. Olulisemad kasutusvaldkonnad on järgmised:

1. Automaatikatehnoloogia:
Tööstuslikes tootmisettevõtetes jälgivad andurid pidevalt rõhku, temperatuuri, asendit, kiirust, voolu ja muid protsessimuutujaid.
Signaale kasutatakse reguleerimiseks, kontrollimiseks ja ohutuse tagamiseks.

2. Energiatehnoloogia:
Andurid registreerivad selliseid parameetreid nagu vool, pinge, sagedus, võimsus või isolatsiooniväärtused energiajaotussüsteemides, alajaamades ja trafodes.

3. Autotehnika:
Andurid on elementaarsed sõiduki dünaamika kontrollimisel, turvapadjadel, mootori kontrollimisel, heitgaaside mõõtmisel või akujuhtimissüsteemides.

4. Meditsiinitehnika:
Siin kasutatakse bioloogiliselt sobivaid andureid elutähtsate parameetrite, näiteks vererõhu, kehatemperatuuri, glükoositaseme või hingamisgaaside mõõtmiseks.

5. Ehitustehnoloogia:
Küttesüsteemides, kliimaseadmetes ja ventilatsioonisüsteemides mõõdavad andurid temperatuuri, niiskust, CO₂-sisaldust ja valgustugevust, et kontrollida mugavust ja energiatõhusust.

6. Keskkonnamõõtmise tehnoloogia:
Spetsiaalseid andureid kasutatakse ilmastikuandmete, õhukvaliteedi, veeanalüüside või heitkoguste registreerimiseks.

Nõuded kaasaegsetele anduritele:

• Täpsus ja korratavus: Eriti oluline kvaliteedi tagamise või kontrolltehnoloogia puhul.
• Pikaajaline stabiilsus: Tähtis paljude aastate jooksul toimuvate pidevate mõõtmiste puhul, näiteks energiasüsteemides või keskkonnajaamades.
• Kiire reageerimisaeg: Eriti dünaamiliste protsesside puhul (nt plahvatuse avastamine või löögimõõtmised).
• Vastupidavus: Kaitse tolmu, vee, vibratsiooni, keemiliste mõjude ja temperatuuri eest.
• Kalibreeritavus: Mõõdetud väärtuste jälgitavus riiklike standarditega.

Andurid on asendamatud komponendid peaaegu kõigis tehnilistes, tööstuslikes ja teaduslikes rakendustes. Nende peamine ülesanne on tegelike muutujate täpne registreerimine ja nende muundamine kasutatavaks signaaliks. Olemasolevate tehnoloogiate mitmekesisus võimaldab täpset kohandamist mitmesuguste mõõtmisülesannetega. Intelligentsete andurite (nutikate andurite) tulekuga ja nende integreerimisega digitaalsüsteemidesse muutub andur üha enam võtmekomponendiks tööstus 4.0 ja asjade interneti ajastul.

Siin on ülevaade kõige olulisematest punktidest, mida andurite ostmisel arvesse võtta.

Andurite ostmine mehaaniliste, termiliste, elektriliste või keemilis-füüsikaliste muutujate registreerimiseks nõuab tehniliste, rakendusspetsiifiliste ja majanduslike kriteeriumide terviklikku vaatlust. Küsimus ei ole ainult puhtalt mõõtefunktsioonis, vaid ka täpsuse, töökindluse, integreeritavuse, kalibreerimise ja süsteemi ühilduvuse koostoimes.

• Esimene samm on täpselt määratleda, millist füüsikalist suurust ja millistel tingimustel tuleb mõõta:
• Mehhaanilised muutujad: Jõud, rõhk, pöördemoment, kaal
• Termilised muutujad: Temperatuur, soojusvool
• Elektrilised suurused: Pinge, vool, takistus, võimsus
• Keemilis-füüsikalised suurused: pH väärtus, elektrijuhtivus, kontsentratsioon, niiskus
• Kõik need muutujad nõuavad erinevat anduritehnoloogiat ja seega erinevaid nõudeid konstruktsioonile, signaalitöötlusele ja materjalile.
• Õige mõõtmispõhimõtte valik on soovitud mõõteväärtuste registreerimiseks ülioluline:
• Tugevusandurid (DMS): mehaaniliste muutujate, näiteks jõu ja rõhu jaoks
• Termopaarid või RTDd (Pt100): Temperatuuri mõõtmiseks
• Halliefekt või induktiivsed meetodid: Elektriliste ja magnetiliste muutujate mõõtmiseks
• Iooniselektiivsed elektroodid või optokeemilised andurid: Keemilis-füüsikaliste mõõtmismuutujate jaoks
• Mõõtmispõhimõtte valik määrab tundlikkuse, töökindluse ja signaalitöötluse.
• Anduri valik peab vastama eeldatavale mõõtepiirkonnale - ei liiga suur (eraldusvõime väheneb) ega liiga väike (ülekoormuse oht).
• Samal ajal tuleb kontrollida soovitud lahutusvõimet ja täpsust, sõltuvalt sellest, kas tegemist on töötlemata protsesside jälgimise või suure täpsusega laborirakendustega.
• Eriti oluline on, et andur sobiks mehaaniliselt paigaldusolukorda:
• Suurus ja geomeetria: Peab olema võimalik integreerida olemasolevatesse süsteemidesse
• Paigaldusasend: Horisontaalne, vertikaalne, pöörlemissümmeetriline
• Paigaldusvõimalused: Flanš, kruvikinnitus, pistikupesasüsteemid
• Kaablijuhtimine ja pistikutüübid: Peab vastama kohapealsele kaabeldusele
• Sõltuvalt keskkonnast peab andur olema eriti vastupidav:
• Korrosioonikindlus: Näiteks keemiliste protsesside või välitingimustes
• Temperatuurikindlus: Kõrge temperatuuriga rakenduste või krüotehnika puhul
• Tihedus (IP-kaitseklass): IP67 või kõrgem niiskuse või mustuse puhul
• Mehaaniline koormustaluvus: Vibratsioon, löögid, rõhuimpulsid
• Andur peab sobima olemasoleva hindamistehnoloogia ja automaatikakeskkonnaga:
• Analoogsignaalid: nt mV/V, 0-10 V, 4-20 mA
• Digitaalsed liidesed: nt CANopen, Modbus, EtherCAT, IO-Link
• Ühilduvus juhtimissüsteemide ja andmelogijatega
• EMC-kaitse ja häirekindlus: eriti oluline elektri- või tööstuskeskkonnas
• Ainult kalibreeritud andurid annavad usaldusväärseid mõõteväärtusi, seega on tehase kalibreerimine koos katseprotokolliga miinimumnõue.
• DAkkS kalibreerimine või samaväärne, kui on vaja kõrgeimaid nõudeid, nt QS vastavalt ISO 9001, autotööstus, farmaatsiatööstus.
• Riiklike standardite jälgitavus tagab võrreldavuse. Taaskalibreerimistsüklid tuleks määratleda vastavalt kasutamise intensiivsusele.
• Andur peab mõõtma stabiilselt paljude aastate jooksul:
• Seetõttu tuleks hinnata nullpunkti ja anduri triivi temperatuuri, vananemise ja mehaanilise koormuse funktsioonina.
• Arvesse tuleb võtta ka roomavust pideva koormuse all. Eriti mehaaniliste muutujate puhul.
• Vastavus on ülioluline, eriti tööstuslikes või ohutusega seotud keskkondades:
• CE-märgistus ja tootespetsiifilised ELi direktiivid.
• ATEX-hindamine plahvatusohtlike keskkondade jaoks.
• RoHS ja REACH vastavus.
• Tööstuse erinõuded, nagu GMP (farmaatsiatööstus), HACCP (toiduained), SIL (töötlev tööstus).
• Anduri kvaliteet on tihedalt seotud tootja kogemuste ja referentsidega, tehnilise toe ja rakendusnõustamisega.
• Otsustav ei ole mitte ainult ühikuhind, vaid üldine kulutasuvus.

Eriti oluline on selgelt määratletud rakendus, õige mõõtmispõhimõtte valik, nõuetekohane integreerimine mõõteahelasse ja kogenud tootja tugi. See on ainus viis luua mõõtesüsteem, mis on püsivalt täpne, stabiilne ja hooldusvaba - olenemata sellest, kas sellega mõõdetakse mehaanilisi jõude, temperatuuri, elektrilisi muutujaid või keemilis-füüsikalisi parameetreid.

Andureid saab hankida erinevatelt tarnijatelt. Põhjalikku teavet tootjate ja tarnijate kohta, kes toodavad mõõtmisandureid üle kogu maailma, leiate Exportpages'ist.