05_Sisteme de Reglare Automata I

nvmntul profesional i tehnic n domeniul TIC

PAGE

nvmntul profesional i tehnic n domeniul TICProiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013

Beneficiar Centrul Naional de Dezvoltare a nvmntului Profesional i Tehnic

str. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, [email protected] de reglare automatMaterial de predare partea I Domeniul: Electronic automatizriCalificarea: Tehnician n automatizriNivel 3 2009

AUTOR:

NINA CIOBANU profesor, gradul I, Grup colar Naval Viceamiral Ioan

Blnescu GiurgiuCOORDONATOR:GABRIELA DIACONU - profesor, gradul I, Grup colar Chimie Costin

Neniescu Bucureti CONSULTAN:IOANA CRSTEA expert CNDIPT

ZOICA VLDU expert CNDIPTANGELA POPESCU expert CNDIPT

DANA STROIE expert CNDIPT

Acest material a fost elaborat n cadrul proiectului nvmntul profesional i tehnic n domeniul TIC, proiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013Cuprins

4I. Introducere

4Noiuni generale despre Sisteme de Reglare Automat (SRA)

6II. Documente necesare pentru activitatea de predare

7III. Resurse

7Tema 1. Noiuni generale despre Sisteme de Reglare Automat (SRA)

7Fia suport 1.1. SRA. Definiie, rol, scop. Clasificarea SRA.


10Fia suport 1.2. Schema bloc a unui SRA. Mrimi de intrare/ieire


12Fia suport 1.3. Rolul elementelor componente


14Fia suport 1.4. Descrierea funcionrii dup schema bloc

16Tema 2. Semnale utilizate n SRA

16Fia suport 2. Semnale utilizate n SRA

20Tema 3. Regimuri de funcionare ale unui SRA

20Fia suport 3. Regim staionar i regim tranzitoriu

25Tema 4. Performanele unui SRA

25Fia suport 4. Performane staionare i tranzitorii

30Tema 5. Traductoare

30Fia suport 5. Prezentarea traductoarelor

38Tema 6. Tipuri de traductoare

38Fia suport 6.1. Traductoare de poziie i deplasare


45Fia suport 6.2. Traductoare de for i cupluri

46Traductoare de for cu msurarea deplasrii


50Fia suport 6.3. Traductoare de presiune


56Fia suport 6.4. Traductoare de nivel


65Fia suport 6.5. Traductoare de debit


71Fia suport 6.6. Traductoare de temperatur


84Fia suport 6.7. Adaptoare

92IV. Fia rezumat

94V. Bibliografie

I. IntroducereMaterialele de predare reprezint o resurs suport pentru activitatea de predare, instrumente auxiliare care includ un mesaj sau o informaie didactic.

Prezentul material de predare, se adreseaz cadrelor didactice care predau n cadrul liceelor tehnologice, domeniul Electronic i automatizri, calificarea Tehnician n automatizri.

Materialul a fost elaborat pentru modulul Sisteme de reglare automat, care se parcurge n 93 ore, din care laborator tehnologic 31 ore.Competene / rezultate ale nvriiTemeFie suport

C27.1.

Identific performanele unui SRA

Tema 1

Noiuni generale despre Sisteme de Reglare Automat (SRA)

Fia 1.1. SRA definiie, rol, scop. Clasificarea SRA

Fia 1.2. Schema bloc a unui SRA. Mrimi de intrare/ieire Fia 1.3. Rolul elementelor componente Fia 1.4. Descrierea funcionrii dup schema bloc

C27.1.

Identific performanele unui SRA Tema 2

Semnale utilizate n SRA Fia 2. Semnale utilizate n SRA

C27.1.


Regimuri de funcionare ale unui SRA Fia 3. Regim staionar i regim tranzitoriu

C27.1.


Performanele unui SRA Fia 4. Performane staionare i tranzitorii

C27.2.

Prezint funcionarea elementelor componente Tema 5

Traductoare Fia 5.Prezentarea traductoarelor

C27.2.

Prezint funcionarea elementelor componente

Tema 6

Tipuri de traductoare Fia 6.1.Traductoare de poziie i deplasare Fia 6.2. Traductoare de for i cupluri Fia 6.3. Traductoare de presiune Fia 6.4. Traductoare de nivel Fia 6.5. Traductoare de debit Fia 6.6. Traductoare de temperatur Fia 6.7. Adaptoare

Dup ce vor parcurge cele ase teme, ce vizeaz cele dou competene, absolvenii nivelului 3, calificarea Tehnician n automatizri, vor fi capabili s recunoasc SRA n funcie de categorie, s descrie semnalele utilizate n SRA, s caracterizeze regimurile de funcionare i performanele SRA cu legi de reglare obinuite i speciale, s identifice tipuri de traductoare din construcia SRA, s explice funcionarea traductoarelor din SRA pe baza caracteristicilor generale, conform criteriilor de performan din SPP.II. Documente necesare pentru activitatea de predare

Pentru predarea coninuturilor abordate n cadrul materialului de predare, cadrul didactic are obligaia de a studia urmtoarele documente: Standardul de Pregtire Profesional pentru calificarea Tehnician n automatizri, nivelul 3 www.tvet.ro, seciunea SPP sau www.edu.ro , seciunea nvmnt preuniversitar Curriculum pentru calificarea Tehnician n automatizri, nivelul 3 www.tvet.ro, seciunea Curriculum sau www.edu.ro , seciunea nvmnt preuniversitar

Alte surse : III. Resurse

Tema 1. Noiuni generale despre Sisteme de Reglare Automat (SRA) Fia suport 1.1. SRA. Definiie, rol, scop. Clasificarea SRA.

SRA - Definiie, rol, scop.Prin Sistem de Reglare Automat (SRA) se nelege un sistem realizat astfel nct ntre mrimea de ieire i mrimea de intrare se realizeaz automat, fr intervenia omului, o relaie funcional care reflect legea de conducere a unui proces.

Rolul SRA : Sistemele de reglare automat au rolul de a asigura meninerea automat fr intervenia omului a unor mrimi tehnologice la o valoare prestabilit, de regim.Scopul SRA: Automatizarea are ca scop nlocuirea omului n realizarea diverselor operaii din procesul de producie.Clasificarea SRA

Exist mai multe posibiliti de clasificare a SRA n funcie de criteriul adoptat. Mai importante sunt urmtoarele:

1. Dup caracterul informaiei apriorice asupra IT se deosebesc: SRA cu informaie aprioric complet - caracteristicile instalaiei tehnologice IT sunt practic invariabile n timp; SRA cu informaie aprioric incomplet - caracteristicile instalaiei tehnologice IT se modific (sub influena unor perturbri) ntr-un mod care nu este dinainte cunoscut; pentru a compensa influena unor asemenea modificri asupra performanelor sistemului se folosesc elemente suplimentare, de adaptare, rezultnd sisteme adaptive.

2. Dup dependenele n regim staionar dintre mrimile de ieire i de intrare ale elementelor componente se deosebesc:

SRA liniare - cnd dependenele sunt liniare; din punct de vedere matematic sistemele liniare sunt descrise prin ecuaii liniare; SRA neliniare - cnd cel puin una din dependene este neliniar; din punct de vedere matematic sistemele neliniare sunt descrise prin ecuaii neliniare;3. Dup caracterul prelucrrii semnalelor se deosebesc:

SRA continue - cnd toate mrimile care intervin sunt continue n timp; SRA discrete - cnd cel puin una dintre mrimi are o variaie discret n timp;4. Dup aspectul variaiei n timp a mrimii de intrare (i deci i al mrimii de ieire) se deosebesc trei categorii:

sisteme de reglare automat - dac mrimea de intrare (de referin) este constant;

sisteme cu program - dac mrimea de intrare (de referin) variaz dup un anumit program;

sisteme de urmrire - dac mrimea de intrare (de referin) variaz aleatoriu n timp (mrimea de ieire urmrete mrimea de referin);

5. Dup numrul de bucle principale (de reglare) se deosebesc:

SRA cu o bucl de reglare (un singur regulator automat);

SRA cu mai multe bucle de reglare (mai multe regulatoare automate);

6. Dup viteza de rspuns a IT la un semnal aplicat la intrare se deosebesc :

SRA pentru procese rapide - cnd constantele de timp ale IT nu depesc 10 secunde (acionrile electrice);

SRA pentru procese lente - cnd IT au constante de timp mai mari i de multe ori au i timp mort;

7. Dup modul de anihilare a mrimii perturbatoare, pot fi:

SRA dup abatere care nu folosesc direct informaiile privind mimea perturbatoare, ci aciunea acesteia sub forma abaterii a mrimii reglate xe fa de valoarea prescris a mrimii de referin;

SRA dup perturbare n care mrimea perturbatoare este msurat direct i se acioneaz direct asupra mrimilor procesului (realizarea lor este greoaie numr mare de mrimi perturbatoare); SRA combinate sau n cascad conin att sisteme dup abatere (cu reacie) ct i sisteme dup perturbare;

8. Dup caracteristicile construciei dispozitivelor de automatizare se deosebesc:

SRA unificate - cnd toate mrimile care circul sunt unificate, adic au aceeai gam i aceeai natur; la sistemele unificate, diferite blocuri ale dispozitivelor de automatizare pot fi conectate n diferite moduri rezultnd astfel o varietate mare de structuri realizate cu un numr relativ mic de elemente componente;

SRA specializate - cnd nu se ntmpl acest lucru;

9. Dup agentul purttor de semnal se deosebesc:

SRA electronice,

SRA pneumatice,

SRA hidraulice,

SRA mixte.

Sugestii metodologice

UNDE PREDM?

Coninutul poate fi predat n cabinet, laboratorul de electronic i automatizri sau ntr-o sal care are calculator i videoproiectorCUM PREDM?

Prezentare prin expunere, conversaie euristic, problematizare, observaie dirijat

etc. Se recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal EVALUAREA CUNOTINELOR:

Evaluarea se poate realiza printr-o fi de evaluare individual sau online n care elevul s defineasc SRA, s identifice rolul i scopul unui SRA i criteriile de clasificare ale acestora

Tema 1. Noiuni generale despre Sisteme de Reglare Automat (SRA)

Fia suport 1.2. Schema bloc a unui SRA. Mrimi de intrare/ieireSCHEMA BLOC:

ELEMENTE COMPONENTE:

EC element de comparaie

RA regulator automatEE element de execuieTr traductor

IT instalaie tehnologicMRIMI DE INTRARE/IEIRE:

Xi mrimea de intrare n sistemXr mrimea de reacie semnalul de eroare (abaterea)Xc mrimea de comandXm mrimea de execuie

Xp mrimi perturbatoareXe mrimea de ieire Sugestii metodologice

UNDE PREDM?

Coninutul poate fi predat n cabinet, laboratorul de electronic i automatizri sau ntr-o sal care are calculator i videoproiector

CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, conversaie euristic, observaie dirijat etc. Se recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine Lucrare de laborator: Identificarea elementelor componente ale unui SRAORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal sau pe grupe de 3-4 elevi, n funcie de nivelul clasei

EVALUAREA CUNOTINELOR:

Evaluarea se poate realiza prin fi de evaluare individual sau online, n care elevul s identifice elementele constructive ale unui SRA i mrimile de intrare/ieire ale SRA sau, prin fie de lucru colective, pentru grupuri de 3-4 elevi


Fia suport 1.3. Rolul elementelor componente

Elementul de comparaie (EC) are rolul de a compara permanent mrimea de ieire a instalaiei tehnologice cu o mrime de acelai fel cu valoare prescris (considerat constant), rezultatul comparaiei fiind semnalul de eroare (abaterea); este de regul un comparator diferenial; Regulatorul automat (RA) are rolul de a efectua anumite operaii asupra mrimii primit la intrare, respectiv are rolul de a prelucra aceast mrime dup o anumit lege, numit lege de reglare, rezultatul fiind mrimea de comand Xc aplicat elementului de execuie; Elementul de execuie (EE) are rolul de a interveni n funcionarea instalaiei tehnologice pentru corectarea parametrilor reglai conform mrimii de comand transmise de RA; Instalaia tehnologic (IT) este n cazul general un sistem supus unor aciuni externe numite perturbaii i aciunii comenzii generate de RA, a crui mrime de ieire este astfel reglat conform unui program prescris; Traductorul (Tr) este instalat pe bucla de reacie negativ a SRA, i are rolul de a transforma mrimea de ieire a IT, de regul ntr-un semnal electric aplicat EC; Convertorul electro/pneumatic sau pneumo/electric (CONV I/P sau P/I) are rolul de a converti semnalul obinut la ieirea RA ntr-un semnal de alt natur fizic, necesar pentru comanda EE, atunci cnd acestea sunt diferite; dac semnalul de la ieirea RA i cel necesar pentru comanda EE sunt de aceeai natur fizic, atunci convertorul poate s lipseasc; Sugestii metodologice

UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, conversaia euristic, problematizare, observaie dirijat etc.

Se recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal sau individual

Evaluarea se poate realiza prin fi de evaluare individual n care elevul s identifice rolul blocurilor componente ale unui SRA sau online


Fia suport 1.4. Descrierea funcionrii dup schema bloc

Funcionarea SRA : Mrimile perturbatoare Xp acioneaz asupra instalaiei tehnologice IT, determinnd variaii ale mrimii reglate;

Variaiile mrimii reglate sunt msurate, semnalizate i prelucrate, prin intermediul traductorului Tr, cuplat n sistem pe legtura de reacie negativ, obinndu-se la ieirea acestuia un semnal de reacie Xr, de aceeai natur fizic cu semnalul de intrare n sistem;

Prin intermediul elementului de comparaie EC, semnalul de reacie Xr de la ieirea traductorului este comparat cu mrimea de intrare Xi, proporional cu valoarea prescris a mrimii de referin X0, rezultnd la ieirea comparatorului (de regul diferenial, aflat n construcia RA, pe intrarea cestuia), un semnal de eroare = xi - Xr ; Semnalul de eroare este amplificat prin intermediul unui amplificator din construcia regulatorului automat RA i transformat ntr-un semnal de comand Xc (prin circuitul de reacie care fixeaz legea de reglare, circuit aflat n RA), la ieirea RA; Semnalul de comand Xc, acioneaz asupra servomotorului elementului de execuie EE, punnd n micare organul de reglare, n sensul anihilrii erorii de funcionare ; Dac semnalul de comand este de natur fizic diferit de semnalul necesar acionrii servomotorului, atunci, ntre regulatorul automat RA i elementul de execuie EE se cupleaz un convertor CONV I/P sau P/I, care realizeaz conversia semnalului de comand; altfel, convertorul poate s lipseasc; Dar mrimile perturbatoare Xp continu s-i exercite influena asupra parametrului reglat din instalaia tehnologic IT, ale crui variaii sunt percepute i prelucrate de traductorul Tr (de regul, cuplat local pe IT), i procesul de reglare se reia (continu). Sugestii metodologice

UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, conversaia euristic, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc.

Lucrare de laborator: Simularea funcionrii unui SRASe recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal sau pe grupe de elevi

Evaluarea se poate realiza online sau prin fi de evaluare individual n care elevul s prezinte funcionarea unui SRA dup schem

Tema 2. Semnale utilizate n SRA

Fia suport 2. Semnale utilizate n SRACLASIFICAREA SEMNALELOR UTILIZATE N SRA : (dup A. Szuder)

Tipuri de semnale aplicate SRA: Semnal treapt unitar

Semnal ramp unitar

Semnal impuls unitar

Semnal sinusoidal

a) semnal treapt unitar

1 pentru t > 0 (2.1) u(t) =

0 pentru t 0

b) semnal ramp unitar

t pentru t > 0 (2.2) u(t) =

0 pentru t 0

c) semnal impuls unitar (semnal impuls unitar Dirac)

pentru t = 0,

pentru t 0, u(t) = 0

d) semnal sinusoidal

u(t) = Umax sin t (2.3)

Analiza comportrii elementelor SRA se studiaz n funcie de un semnal de intrare treapt unitar. Sugestii metodologice

UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin conversaie euristic, expunere, observaie dirijat, prelucrare independent a informaiei etc.Se recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine Lucrare de laborator: Identificarea semnalelor utilizate n SRAORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal sau pe grupe

Evaluarea se poate realiza prin fi de evaluare individual n care elevul s prezinte formele semnalelor utilizate n SRA sau online

Tema 3. Regimuri de funcionare ale unui SRA

Fia suport 3. Regim staionar i regim tranzitoriuRegimUL staionar:

Este un regim de echilibru static, cnd mrimile de intrare i de ieire sunt constante n timp; se mai numete i regim static.Un element al sistemului este descris prin relaia de interdependen dintre mrimea de ieire i mrimea de intrare a acestuia.Reprezentarea grafic a dependenei dintre mrimea de ieire xe i mrimea de intrare xi a unui element al SRA, n regim static, se numete cacteristic static a elementului. Caracteristicile statice pot fi: liniar - descris de ecuaia: xe = K * xi (3.1) - K este factorul de amplificare al elementului SRA : K = xe / xi (3.2) neliniar - pot fi liniarizabile pe zona de funcionare a elementului SRA

Reprezentarea grafic a caracteristicilor statice :

caracteristic liniar

caracteristic neliniar

Mai multe elemente conectate n serie (cascad), pot fi nlocuite printr-un element echivalent, care are factorul de amplificare echivalent K egal cu produsul factorilor de amplificare ai elementelor conectate n serie:

Caracteristica static a unui SRA :

- n regim staionar Xe = f ( Xi ) (3.3)- dac toate elementele sistemului sunt liniare, atunci i caracteristica static a sistemului este liniar:

- sistemul SRA este descris de ecuaia :

(3.4)unde Ko = factorul global de amplificare al sistemului:

= Xi - Xr

( Xe = K * (Xi - Xr) = K * (Xi Ktm * Xe) (3.5)

Xr = Ktm * Xe

( Xe + K * Ktm * Xe = K * Xi (3.6)

Xe = K *

(

(

factorul global de amplificare al sistemului. regimUL tranzitoriu (DINAMIC): Caracteristica dinamic a elementelor SRA n regim dinamic, elementele SRA sunt descrise de ecuaii care exprim dependena dintre mrimile de ieire i intrare, variabile n timp: Xe(t), Xi(t)a convenit n practic, s se stabileasc variaia mrimii de ieire, n regim dinamic pentru o mrime de intrare variabil sub form de treapt unitar;

o astfel de caracteristic dinamic este numit rspuns la semnal treapt sau rspunsul indicial;

comportarea dinamic a elementelor SRA are loc dup anumite legi ca:

- proporionale

- integratoare

- derivative

- combinaii ale acestora.

Elementul proporional:

- este descris de legea: Xe(t) = K * xi (t) ; (3.7)

- grafic - rspunsul indicial:

Elementul integrator :

- este caracterizat de legea: (3.8)

- grafic - rspunsul indicial:

Elementul derivativ : mrimea de ieire a unui element derivativ este proporional cu viteza de variaie a mrimii de intrare, dup legea:

(3.9)

Caracteristica dinamic a unui SRA : comportarea dinamic a unui SRA este apreciat n funcie de rspunsul su indicial: Xe(t) = f(Xi(t)); comportarea dinamic a unui SRA depinde de comportarea dinamic a elementelor de automatizare din componena SRA.;

grafic:

rspunsul indicial al SRA reprezint variaia mrimii de ieire a SRA la o variaie sub form de treapt unitar a mrimii de referin (a mrimii de intrare):

mrimea reglat atinge valoarea prescris pentru mrimea de referin abia la infinit : t (t tinde la infinit) cu ct constanta de timp To este mai mic, cu att mrimea reglat se apropie mai repede de valoarea prescris Xo.


UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc.


Clasa poate fi organizat frontal sau pe grupe de elevi

Evaluarea se poate realiza prin fie de evaluare individuale n care fiecare elev s identifice caracteristici ale unui SRA, s precizeze tipul caracteristicii (static, dinamic), s recunoasc felul elementului de automatizare sau online

Tema 4. Performanele unui SRA

Fia suport 4. Performane staionare i tranzitorii

Calitatea reglrii automate este exprimat prin precizia cu care SRA asigur meninerea mrimii de referin, indiferent de aciunea perturbaiilor ;

Variaia n timp a erorii (t) la variaia treapt a mrimii de referin ideal este ca, la apariia unei abateri , sistemul s o nlture instantaneu, dar acest lucru nu este posibil datorit ntrzierilor existente n sistem;

astfel, ntre mrimea reglat Xe(t) i mrimea de referin Xo(t) exist o diferen numit abatere dinamic (t).variaia n timp a erorilor dinamice (t): se observ c la t , eroarea dinamic se anuleaz i sistemul intr n regim staionar.

pentru unele SRA, (t) nu se anuleaz total, existnd n regim staionar o abatere permanent, numit eroare staionar a SRA. Performane staionare

Performanele SRA n regim staionar :

- n regim staionar, mrimile din sistem sunt constante - principalul indice de performan n regim staionar este eroarea staionar

EROAREA STAIONAR a SRA:-deoarece n regim staionar mrimile din sistem sunt constante, derivatele lor sunt nule i acest regim se stabilete teoretic la infinit t , deci eroarea staionar este eroarea (t) pentru t :

lim (t) = lim Xi (t) lim Xe (t) (4.1) t ( t ( t (atunci, eroarea staionar devine: st = Xi Xe.st

unde: Kr = factorul de amplificare al dispozitivului de prescriere a mrimii de referin

Xe = Kr*K0*X0 (4.2)

unde: (4.3)

- eroarea staionar devine:

(4.4)

- eroarea staionar poate fi modificat prin factorul de amplificare pe cale direct K, ce duce la micorarea erorii; - factorul de amplificare se poate modifica, modificnd Kra:

- dac SRA conine pe cale direct un element integrator atunci eroarea staionar a sistemului este nul.

- pentru ca sistemul s funcioneze cu eroarea staionar nul, se utilizeaz de regul un SRAde tip PI.-Performana staionar impus unui sistem de reglare este de forma:

st = 0 (4.5)sau, prin raportare la valoarea Xe.st , poate fi de forma:

st st.imp [exprimat n %] (4.6)unde st.imp este valoarea impus erorii staionare, maxim admisibil din considerente legate de buna desfurare a procesului tehnologicautomatizat.Performane TRANZITORII (REGIMUL DINAMIC)

performanele sunt apreciate n funcie de eroarea dinamic (abaterea dinamic) (t) pe ntreaga perioad, din momentul apariiei pn la stabilizare;

sistemele SRA pot fi comparate ntre ele dup precizia reglrii n regim dinamic, deci n funcie de rspunsurile lor la un semnal treapt unitar (rspunsuri indiciale);

calitatea reglrii poate fi apreciat n funcie de urmtorii indicatori de performan:

suprareglajul - indic valoarea maxim cu care mrimea reglat depete mrimea de referin Xo = Xe.st (primul maxim al mrimii reglate); = Xe.max - Xe.st (4.7)

la sistemele stabile, cu evoluia regimului tranzitoriu de forma I, oscilaiile sunt amortizate i suprareglajul este 0 (primul maxim, prima depire a valorii staionare), iar la sistemele cu regim tranzitoriu aperiodic, de forma II , suprareglajul este nul: = 0. (4.8) performana impus suprareglajului are aspectul unei condiii de limitare, de forma: imp [exprimat n %]. (4.9) valoarea maxim impus sau maxim admisibil a suprareglajului imp depinde de tipul instalaiei tehnologice i al procesului care se desfoar n aceast instalaie; depirile mari ale valorii staionare duc la suprasolicitarea instalaiei i, n final, la deteriorarea acesteia. timpul de rspuns (reglare) tr este durata regimului tranzitoriu i reprezint intervalul de timp dintre momentul inceputului procesului tranzitoriu i momentul n care absolut a diferenei Xe Xe.st scade sub o valoare limit fixat durata regimului tranzitoriu exprim timpul n care eroarea (t) scade sub 5% din valoarea mrimii de referin Xo (sau a valorii staionare Xe.st).

Xe Xe.st 5% Xe.st (4.10) pentru asigurarea rapiditii necesare desfurrii procesului de reglare, pentru timpul de rspuns se impune o performan (valoare limit a tr) de forma: tr tr.imp (4.11) valoarea maxim impus timpului de rspuns tr.imp este valoarea maxim admisibil i depinde de tipul instalaiei tehnologice i al procesului care se desfoar n aceast instalaie; n unele cazuri, se impun i alte performane tranzitorii, cum sunt:

Gradul de amortizare

Timpul de cretere Lrgimea de band (n cazul regimurilor sinusoidale) etc.



CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc.

Se recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine Lucrare de laborator: Studiul performanelor SRAORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal, n grupe de cte 3-4 elevi sau individual

Evaluarea se poate realiza prin fie de evaluare pe grupe sau individuale, n care fiecare elev s identifice i s evalueze performanele unui SRA, n regim static i n regim tranzitoriu sau online

Tema 5. Traductoare

Fia suport 5. Prezentarea traductoarelor

Generaliti, performane, clasificare

n scopul msurrii mrimilor fizice care intervin ntr-un proces tehnologic, este necesar, de obicei, convertirea acestora n mrimi de alt natur fizic pentru a fi introduse cu uurin ntr-un circuit de automatizare.

Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de a msura valorile parametrului reglat i de a converti acest parametru (de obicei o mrime fizic neelectric) ntr-o mrime fizic (de obicei electric) dependent de prima, compatibil cu mrimea de intrare n elementul urmtor al sistemului. Traductoarele sunt cunoscute i sub denumirea de elemente de msur, destinate msurrii mrimilor conduse i a unor mrimi semnificative, pe baza crora se pune n eviden echilibrul proceselor

Prin intermediul traductoarelor putem obine informaiile necesare conducerii automate a proceselor n circuit nchis Traductoarele sunt montate de regul pe bucla de reacie.

n structura traductoarelor exist, n general, o serie de subelemente constructive ca, de exemplu: convertoare, elemente sensibile, adaptoare etc.

Structura general a traductoarelor este foarte diferit, de la un tip de traductor la altul, cuprinznd unul, dou sau mai multe convertoare conectate n serie. n majoritatea cazurilor, structura general a unui traductor este cea din figura urmtoare:

Elementul sensibil numit i detector, efectueaz operaia de msurare propriu-zis, lund contact cu mediul al crui parametru se msoar; este specific fiecrui parametru msurat; Adaptorul numit i transmiter asigur transformarea (adaptarea) semnalului msurat ntr-un alt semnal, n general electric sau pneumatic, unificat, semnal ce se preteaz pentru transmiterea la distan. Mrimea de intrare Xi (de exemplu: presiune, nivel, for etc.) este convertit de ctre elementul sensibil ntr-o mrime intermediar X0 (deplasare liniar sau rotire), care este transformat n mrimea de ieire Xe (tensiune electric, rezisten electric, inductan, capacitate etc.), aplicat circuitului de automatizare cu ajutorul adaptorului.

De obicei, adaptorul cuprinde i sursa de energie care face posibil convertirea mrimii Xo n mrimea Xe. Mrimea de ieire a traductoarelor :

pentru sistemul electronic unificat E, este un semnal electric n gama 2-10 mA pentru sistemul electronic nou de automatizare (S.N.A.) (sistemul electronic unificat F) este un semnal electric n gama 4-20 mA pentru sistemul unificat pneumatic folosesc ca semnal unificat presiunea de 0.2-1daN/cm2.Caracteristicile generale ale traductoarelor La un traductor, mrimea de intrare Xi i cea de ieire Xe sunt de natur fizic diferit, ns sunt legate ntre ele printr-o relaie general de dependen de forma:

Xe = f(Xi) (5.1) Relaia de dependen poate fi o funcie liniar sau neliniar, cu variaii continue sau discontinue.

Performanele traductoarelor pot fi apreciate pe baza urmtoarelor caracteristici:

natura fizic a mrimilor i de ieire de intrare (presiune, debit, tempe-ratur, deplasare etc., respectiv rezisten electric, curent, tensiune etc.);

puterea consumat la intrare i cea transmis elementului urmtor (de sarcin); de obicei, puterea de intrare este relativ mic (civa wai, miliwai sau chiar mai puin), astfel nct elementul urmtor n schema de automatizare este aproape totdeauna un amplificator;

caracteristica static a traductorului - este reprezentarea grafic a relaiei generale de dependen dintre mrimea obinut la ieirea traductorului i mrimea aplicat la intrarea sa; este prezentat n figura de mai jos:

liniaritatea - se refer la aspectul caracteristicii statice a elementelor i, aceast caracteristic nu trebuie s prezinte curburi i histerezis pe tot domeniul de variaie al mrimilor de intrare i ieire.

sensibilitatea absolut sau panta Ka - este raportul dintre variaia mrimii de ieire i a mrimii de intrare:

(5.2)sensibilitatea - reprezint limita raportului dintre variaia infinit mic a mrimii de ieire i cea de intrare, cnd ultima tinde spre zero, adic:

(5.3)Observaie:

este necesar ca aceast sensibilitate s fie constant pe tot domeniul de msur, adic elementul s fie liniar, n caz contrar sensibilitatea putndu-se defini n jurul oricrui punct de funcionare; n mod normal, elementele de msurat prezint un anumit prag de sensibilitate, adic o valoare limit (Xi sub care nu mai apare o mrime msurabil la ieire.

panta medie (Km) - se obine echivalnd caracteristica static cu o dreapt avnd coeficientul unghiular: Km = tg Ka (5.4) domeniul de msurare - definit de pragurile superioare de sensibilitate Xi max i Xe max i de cele inferioare Xi min i Xe min; reprezint intervalul n care variaz mrimea de intrare i n care traductorul are precizia cerut. precizia definit n funcie de eroarea relativ a traductorului, exprimat n procente:

(5.5) rapiditatea sau timpul de rspuns - reprezint intervalul de timp n care un semnal aplicat la intrare se va resimi la ieirea elementului; acest timp poate fi orict de mic, dar niciodat nul, putnd fi asimilat cu ineria. fineea sau gradul de finee - se caracterizeaz prin cantitatea de energie absorbit de traductor din mediul de msur, recomandndu-se s fie ct mai mic pentru a nu influena desfurarea procesului; alegerea traductorului se va face n funcie de parametrul reglat, n funcie de mediul de msur, n funcie de tipul semnalului: continuu, electric sau neelectric, discontinuu, .a.

comportarea dinamic - caracteristic ce se refer la capacitatea elementului traductor de a reproduce ct mai exact i fr ntrziere variaiile mrimii msurate. reproductibilitatea - reprezint proprietatea elementelor de a-i menine neschimbate caracteristicile statice i dinamice pe o perioad ct mai lung de timp, n anumite condiii de mediu admisibile.

Clasificarea traductoarelor dup natura mrimii de intrare

traductoare de mrimemrimi neelectricetemperatur

debit

presiune

nivel

umiditate

vitez etc.

mrimi electricetensiune

curent

rezisten

frecven etc.

traductoare de calitate (caracteristici ale compoziiei corpurilor)gazoanalizoare

traductoare de pH

spectrografe etc.

dup natura mrimii de ieire

traductoare parametrice (transform o mrime neelectric ntr-un parametru de circuit electric)

rezistive

inductive

capacitive

fotoelectrice etc.

traductoare generatoare (transform o mrime neelectric ntr-o for electromotoare)

de inducie

sincrone

piezoelectrice

termoelectrice etc.

TRADUCTOARE PARAMETRICE

Mrimi fizice de bazMrimi fizice derivateElemente sensibile tipice

Deplasare- deplasare liniar;

- deplasare unghiular

- lungime (dimensiuni geometrice);

- grosime;

- straturi de acoperire;

- nivel

- deformaie (indirect for, presiune sau cuplu);

- altitudine.- rezistive;

- inductive;

- fotoelectrice;

- electrodinamice (de inducie, selsine, inductosine).

Vitez- vitez liniar;

- vitez unghiular;

- debit.- electrodinamice (de inducie);

- fotoelectrice.

For- efort unitar;

- greutate

- acceleraie (vibraie);

- cuplu;

- presiune (absolut, relativ, vacuum, nivel, debit);

- vscozitate.- termorezistive;

- termistoare;

- rezistive;

- inductive;

- capacitive;

- piezorezistive;

- magnetorezistive.

Temperatur- temperatur ( pentru solide, fluide, de suprafa);

- cldur (flux, energie);

- conductibilitate termic.- termorezistene;

- termistoare;

- termocupluri.

Mas- debit de mas- complexe (dilatare+deplasare)

Concentraie- densitate;

- componente n amestecuri de gaze;

- ioni de hidrogen n soluii.- idem ca la for;

- termorezistive;

- electrochimice;

- conductometrice.

Radiaie- umiditate;

- luminoas;

- termic;

- nuclear.- fotoelectrice;

- detectoare n infrarou;

- elemente sensibile bazate pe ionizare.

TRADUCTOARE GENERATOARE

Mrimea fizic de msuratEfectul utilizatMrimea de ieire

TemperaturaTermoelectricitateTensiune

PiroelectricitateSarcina

Flux de

radiaie opticFoto-emisieCurent

Efect fotovoltaicTensiune

Efect foto-electricTensiune

ForaPiezo-electricitateSarcina electric

PresiunePiezo-electricitateSarcina electric

AcceleraiePiezo-electricitateSarcina electric

VitezaInducie electromagneticTensiune

Poziie (Magnet)Efect HallTensiune


UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc. Se recomand utilizarea combinat a explicaiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exerciiul i exemplul practic.

Lucrare de laborator: Identificarea tipurilor de traductoare. Studiul caracteristicii.Se recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal sau individual

Evaluarea se poate realiza prin fie de evaluare pe grupe sau individuale, n care fiecare elev s identifice tipuri de traductoare, s cunoasc criteriile de clasificare a acestora i grupa din care face parte fiecare traductor cunoscut sau, evaluare online

Tema 6. Tipuri de traductoareFia suport 6.1. Traductoare de poziie i deplasare

sunt utilizate frecvent

transform o deplasare liniar sau unghiular ntr-o variaie a unui parametru al unui element pasiv de circuit electric (rezisten electric, capacitate electric, inductan magnetic) cele mai simple traductoare de deplasare sunt :

rezistive - transform o deplasare liniar sau unghiular ntr-o variaie a rezistenei unui reostat sau a unui poteniometru

capacitive - transform o deplasare liniar sau unghiular ntr-o variaie a capacitii electrice a unui condensator

inductive - transform o deplasare liniar sau unghiular ntr-o variaie a inductanei unui circuit magnetic

variaiile parametrilor de circuit sunt msurate prin determinarea curentului absorbit sau a tensiunii electrice corespunztoare pentru msurarea deplasrilor se utilizeaz o serie de traductoare cum ar fi: traductoarele rezistive (poteniometrice), inductive, capacitive, selsinele, traductoare piezoelectrice, cu radiaii, numerice, de proximitate, .a. I) Traductoare rezistive de deplasare

I.1.deplasare liniar: Principiul de funcionare a traductorului rezistiv de deplasare liniar este ilustrat n figura de mai jos:

Dup cum se cunoate, variaia rezistenei e dat de relaia:

(6.1.1)

unde:( rezistivitatea electric; l lungimea conductorului; S seciunea conductorului. Modificnd lungimea conductorului, practic se va modifica rezistena electric R.

Traductorul rezistiv de deplasare are urmtoarele caracteristici:

diametrul minim al conductorului: 0,05 mm

viteza maxim a cursorului: 1 m/s

deplasri msurate: de ordinul centimetrilor

numrul maxim de utilizri: aproximativ 106.

Schema electric prin care este ilustrat principiul de funcionare a traductorului de deplasare, cunoscnd c variaia rezistenei este msurat prin cderea de tensiune ntre captul A i cursor:

Rezistena Rx a spirelor dintre captul A i cursor este proporional cu deplasarea liniar x :

(6.1.2)I.2.deplasare unghiular: Pentru deplasri unghiulare se utilizeaz un poteniometru de form circular, obinut prin bobinarea pe un suport izolant circular a unui fir rezistiv peste care alunec un cursor, conform figura urmtoare:

Rezistena la ieirea poteniometrului i tensiunea de ieire cnd acesta este alimentat la o tensiune continu stabilizat, depind numai de unghiul dup relaia:

i (6.1.3)II) Traductoare inductive de deplasare

Pentru cazul deplasrilor liniare mici (sub 2 mm), uzual se folosesc traductoare inductive cu ntrefier variabil (cu armtur mobil). Circuitul magnetic se realizeaz dintr-o ,,oal,, de permaloy i o armtur mobil de care este fixat o tij. Prin modificarea distanei x dintre armtura mobil i armtura fix, se modific practic inductana bobunei Pentru cazul deplasrilor mai mari de 2 mm n mod obinuit se utilizeaz traductoare inductive difereniale cunoscute i sub denumirea de transformatoare difereniale. n cazul unor deplasri ntre 2 mm i 4 mm se utilizeaz traductorul inductiv diferenial cu ntrefier variabil Pentru deplasri de ordinul centimetrilor se utilizeaz traductoare inductive difereniale, cu miez magnetic mobil. Acestea se realizeaz constructiv prin bobinarea a dou nfurri primare i dou secundare identice pe cele dou carcase izolante ce se monteaz pe un tub din material nemagnetic (plastic, textolit, alam .a.) n interiorul cruia se poate deplasa liber un miez magnetic ce se execut obinuit din fier moale. Practic reprezint dou transformatoare identice montate pe aceeai carcas.Principiul de funcionare a traductorului inductiv de deplasare este ilustrat n figurile de mai jos:Traductor inductiv cu armtur mobil Traductor inductiv cu

(pentru deplasri mici, de ordinul miez mobil

zecimilor de milimetru)

(pentru deplasri mari)

Componentele mobile ale traductoarelor inductive (armtura i respectiv miezul) sunt solidare cu subansamblul a crui deplasare trebuie determinat. Modificarea poziiei acestora nseamn ntr-un circuit magnetic modificarea inductivitii, deci a curentului absorbit de solenoid, respectiv de bobina cilindric. Deci, curentul indicat de ampermetru este direct proporional cu deplasarea. Pentru reducerea perturbaiilor de natur electromagnetic, ntreg ansamblul se ecraneaz.III) Traductoare capacitive de deplasare

Principiul de funcionare a unui traductor capacitiv de deplasare poate fi neles pornind de la relaia de calcul a unui condensator, (6.1.4)

relaie din care rezult c se deosebesc trei categorii de astfel de traductoare:

Un traductor cu dielectric variabil are distana dintre armturi fix, iar dielectricul este mobil, putndu-se deplasa dup una dintre axele Ox sau Oy.

Dac dielectricul se deplaseaz dup axa Ox, capacitatea traductorului este echivalent conectrii n paralel a dou condensatoare cu dielectrici diferii: unul cu permitivitatea electric absolut 0 i cellalt cu permitivitatea electric absolut .

Dac dielectricul se deplaseaz dup axa Oy, capacitatea traductorului este echivalent conectrii n serie a dou condensatoare cu dielectrici diferii: unul cu permitivitatea electric absolut 0 i cellalt cu permitivitatea electric absolut .

Un traductor cu suprafa variabil are distana dintre armturi fix i suprafaa armturilor, de asmenea, fix. Ceea ce variaz este ns, suprafaa pe care, cele dou armturi se suprapun (sunt drept n drept).

La traductoarele cu distan variabil, distana dintre armturi variaz cu deplasarea, iar suprafaa armturilor i dielectricul sunt aceleai. Pentru deplasri mici, se utilizeaz traductoare capacitive la care se modific distana dintre armturi, armtura 1 fiind suspendat elastic i se poate deplasa paralel cu ea nsi sub aciunea forei F (a deplasrii). Armtura 2 este fix i izolat electric fa de suport. Sensibilitatea traductoarelor e dat de: (6.1.5) Pentru msurarea unor unghiuri se utilizeaz traductorul capacitiv reprezentat schematic n figura urmtoare, la care se modific practic suprafaa de suprapunere a armturilor, una fiind fix - 1, cealalt - 2 putndu-se roti prin fixarea acesteia pe axul 3.

n funcie de unghiul de rotire a armturii mobile se va modifica suprafaa de suprapunere dintre cele dou armturi, valoarea capacitii fiind dat de:

(6.1.6)rezult sensibilitatea:

Pentru cazul unor deplasri liniare se utilizeaz: traductoare cu armturi dreptunghiulare i cilindrice. Pentru traductorul cu armturi dreptunghiulare (1fix, 2 mobil) - figura de mai jos - capacitatea este dat de relaia:

, iar (6.1.7) Pentru traductorul cu armturi cilindrice din figura urmtoare (1fix, 2mobil), capacitatea depinde de deplasarea axial a cilindrului interior, fiind:

, iar (6.1.8) unde r1, r2 sunt razele cilindrului interior, respectiv exterior.

Exist i variante de traductoare capacitive la care se modific dielectricul (nu n sensul modificrii poziiei dielectricului fa de cele dou armturi). Toate traductoarele capacitive funcioneaz n curent alternativ la frecvena de cel puin 1 kHz.

Traductoarele capacitive prezint o foarte bun sensibilitate fiind utilizate frecvent pentru msurri de deplasri rapide (metoda compensrii). Datorit faptului c n mare msur capacitatea traductorului depinde de dimensiunile geometrice ale armturilor, care pot varia cu temperatura mediului, ducnd la erori importante, pentru nlturarea acestui inconvenient, armturile se confecioneaz dintr-un material special numit invar. De asemenea se utilizeaz i prin montarea n punte a dou traductoare identice, numai unul dintre traductoare fiind acionat de mrimea neelectric msurat sau controlat.


UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc. Se recomand utilizarea combinat a explicaiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exerciiul i exemplul practicLucrri de laborator: Studiul funcionrii traductoarelor de deplasare rezistive, capacitive i inductiveSe recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizat frontal, pentru predare i pe grupe de 3-4 elevi sau individual, la lucrrile de laborator, n funcie de nivelul clasei


Evaluarea se poate realiza prin fie de evaluare individuale n care elevul s identifice tipul de traductor i s descrie funcionarea fiecruia, iar prin fie de lucru colective, pentru grupuri de 3-4 elevi, s realizeze scheme electrice ale traductoarelor de deplasare sau, evaluare online

Tema 6. Tipuri de traductoareFia suport 6.2. Traductoare de for i cupluri

Pentru msurarea forei se pot folosi fie traductoare specifice, fie traductoare de deplasare care capteaz fora i o transform ntr-o deplasare.

Traductoarele de for i cupluri sunt traductoare elastice care se bazeaz pe modificarea reversibil a formei unei structuri de baz (bar, inel) sub aciunea forei aplicate: msurnd lungirea sau contracia structurii respective, se obin informaii despre mrimea forei care a determinat-o.

Lordul Kelvin a descoperit c (n 1856), odat cu modificrile de natur mecanic (lungime l, seciune S sau rezistivitate electric () ale unui corp metalic sau semiconductor supus unei fore, are loc i o modificare a rezistivitii acestuia efectul tensorezistiv. Aplicaiile industriale ale efectului tensometric i fac apariia mult mai trziu, abia prin anul 1920.

Se utilizeaz timbrele tensorezistive, realizate dintr-un fir conductor n zig-zag sau o folie conductoare foarte subire ce se depune pe un suport izolator i se lipete pe piesa solicitat. Suportul izolator i adezivul pentru lipire sunt materiale elastice i foarte durabile.Schema de principiu:

Timbrele tensometrice se utilizeaz cunoscndu-se caracteristica de transfer. Pentru un timbru metalic, aceast caracteristic se reprezint ca n figur :

un timbru tensometric are rezistena nominal ntre 100 i 500 i poate msura deformaii de la civa milimetri pn la civa centimetri materialele conductoare utilizate la realizarea timbrelor tensometrice sunt aliaje de nichel-crom (nichrom), nichel-crom-cupru-fier (karma), platin-wolfram, nichel-cupru (constantan)

timbrele tensometrice semiconductoare au sensibilitatea mult mai mare dect cele metalice, ns sunt neliniare (dependena rezistivitatefor nu este o ecuaie de gradul I) referitor la influena temperaturii, se produc concomitent trei fenomene: dilatarea piesei, dilatarea firului traductorului i modificarea rezistenei acestuia. Alegnd convenabil materialele, devine posibil compensarea acestor efecte (realizare dificil n practic) prin compensarea erorilor cu temperatura, utiliznd montaje difereniale sau montaje compensate termic.Traductoare de for cu msurarea deplasrii

Aceste tipuri de traductoare prezint o complexitate ridicat, funcionnd pe principiul transformri succesive a mrimilor, prin transformarea forei F ntr-o deplasare (l cu ajutorul unui traductor elastic, deplasare care, la rndul su este msurat cu un traductor electric. Notnd u - tensiunea la ieirea circuitului de msurare putem scrie:

(6.2.1)

unde u/(l reprezint funcia de transfer a traductorului electric cu circuitul su de msurare.

Dup cum s-a artat, traductoarele electrice de deplasare pot fi rezistive, capacitive sau inductive, ultimele avnd o utilizare mai frecvent .

Principial, n figur se prezint un traductor inductiv diferenial de tip transformator cu urmtoarele elemente : 1 - tij; 2 - arcuri spirale; 3 - nfurri; 4 - distanier; 5 - miez magnetic. Traductoarele de elastice utilizate (arcuri spirale, inele dinamometrice, console) prezint deformaii mari pentru sarcini mici i sunt prevzute cu opritoare (limitatoare) de deplasare mecanic pentru a nu se deteriora la suprasarcini accidentale. Miezul magnetic plasat pe axa tijei mobile asupra creia acioneaz fora F, se poziioneaz n raport cu nfurrile traductorului cu ajutorul celor dou arcuri cu sensul de nfurare opus, n scopul compensrii erorilor de temperatur. Tensiunea de ieire nominal poate fi de ordinul 1V la tensiuni de alimentare de civa voli, frecvena de lucru atinge ordinul kilohertzilor, iar domeniul de msurare al acestor traductoare este de circa 1 daN pentru deplasri de 0,5 mm. n cazul traductorului de cuplu asociat cu traductorul inductiv diferenial, prezentat n figura alturat, pe arborele - 1 cu diametrele diferite D i d, sunt plasate la o distan l fa de suprafaa de separare a seciunilor, bobinele - 2 i circuitul magnetic - 3.

Solidar cu seciunea de diametru mai mare a arborelui se fixeaz o armtur mobil - 4, a crui poziie este perfect simetric n raport cu bobinele, dac nu apare un cuplu. Cnd arborele este supus unui cuplu va avea loc o deplasare a armturii mobile datorit deformrii acestuia, modificndu-se cele dou inductiviti ale bobinelor.

Trebuie precizat faptul c dac apare i un cuplu de ncovoiere, acesta nu influeneaz msurtorile.

Traductoare optoelectronice de cuplu funcioneaz pe principiul schemei prezentate n figura de mai jos; pe arbore sunt plasate, la o anumit distan d, dou discuri perforate cu fante transparente i opace. n practic exist dou posibiliti de msurare:

1 - Cu modulaie de amplitudine, caz n care sursa de lumin S i fotodetectorul FD sunt plasate n afara sistemului

deoarece zonele transparente aferente celor dou discuri sunt plasate decalat cu 1/4 din perioada geometric, va rezulta, n absena cuplului dac arborele se rotete, o succesiune de impulsuri cu durata de 1/4 din perioad. La apariia unui cuplu, datorit rsucirii arborelui, se produce o modificare a poziiei relative a planelor celor dou discuri i implicit a limii impulsurilor, mrimea msurat fiind dat ca o valoare medie a semnalului de la ieirea fotodetectorului FD. Datorit faptului c fluxul luminos al sursei nu este constant (la becuri cu incandescen fiind proporional cu puterea a cincea a tensiunii de alimentare) este necesar calibrarea n amplitudine a impulsurilor la fotodetector.

2 - Cu modulaie de faz, caz n care sursa S se plaseaz ntre cele dou fotodetectoare FD1 i FD2 aezate de o parte i de alta a discurilor. n cazul rotirii arborelui i transmiterii cuplului prin acesta, datorit modificrii poziiei relative a celor dou discuri, va aprea un defazaj suplimentar ntre semnalele produse de cele dou fotodetectoare, defazaj care este proporional cu cuplul transmis. Este necesar precizarea c traductoarele bazate pe metode optice se pot utiliza numai n regim dinamic (arborele este n rotaie) i, spre deosebire de metodele prezentate anterior nu necesit contact ntre arbore i partea de msurare. n cazul traductoarelor de cuplu cu timbre tensometrice sau traductoare inductive, la rotirea arborelui, este necesar realizarea unor legturi electrice ntre circuitele de msurare i traductoare, care n principiu pot fi cu contact sau fr contact. Pentru realizarea legturilor electrice cu contact este necesar utilizarea unor inele i perii colectoare sau contacte n baie de mercur. Rezistena de contact a acestora este variabil i depinde de oscilaiile vitezei, asperitatea suprafeei de contact i a vibraiilor, variaie cu valori de 5 50 m( pentru inele, perii i de 0,25 m( pentru contacte n baie de mercur. n cazul unor materiale de natur diferit ce intr n contact pot s apar i tensiuni termoelectromotoare, din cauza creterii temperaturii locale i a frecrii, fenomene ce duc n acelai timp la reducerea timpului de via i la limitarea vitezei maxime de rotaie. Se consider c viteza liniar maxim la nivel de contact este de circa 25 m/s, la viteze mai mari fiind necesare dispozitive suplimentare pentru rcire.


UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc. Se recomand utilizarea combinat a explicaiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exerciiul i exemplul practicLucrri de laborator: Studiul funcionrii traductoarelor de for i cupluri Se recomand efectuarea unei lucrri de laborator pentru determinarea forei utiliznd timbre tensometriceSe recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:



Evaluarea se poate realiza online sau prin fie de evaluare individuale n care elevul s defineasc traductoarele de for i cuplu, s identifice elementele componente ale traductorului tensometric i s descrie funcionarea acestuia

Tema 6. Tipuri de traductoareFia suport 6.3. Traductoare de presiune

Presiunea reprezint un parametru de baz pentru majoritatea proceselor tehnologice n care se folosesc fluide i se definete prin relaia:

[raport dintre for F i suprafa S] (6.3.1)

Presiunea poate fi:

absolut, atunci cnd se msoar n raport cu vidul absolut,

relativ sau efectiv, dac msurarea se face ca o diferen fa de presiunea atmosferic,

diferenial, atunci cnd msurarea se face n raport cu o presiune considerat ca referin.

Unitatea de msur a presiunii:

pascalul (1 Pa = 1 N/m2),

n tehnic se prefer barul (1 bar = 103 Pa),

uniti derivate:

atmosfera fizic (1 atm reprezint presiunea hidrostatic echivalent a unei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, cu nlimea de 760 mm, la acceleraia gravitaional g = 980,666 cm/s2);

mm coloan de mercur (1 mm Hg = 1 torr presiunea hidro-static a unei coloane de mercur cu nlimea de 1 mm, n condiiile anterioare;

mm coloan ap (1 mm H2O reprezint presiunea hidro-static echivalent unei coloane de ap cu nlimea de 1 mm).

Presiunea normal, luat ca referin n tehnic presiunea exercitat de o coloan de mercur cu nlimea de 735,56 mm (echivalentul unei atmosfere tehnice) difer de presiunea atmosferic normal, care corespunde presiunii hidrostatice echivalente unei coloane de mercur cu nlimea de 760 mm la 00 C i g = 980,666 cm/s2.

Domeniul presiunilor din tehnic este deosebit de vast, metodele de msurare fiind specifice doar pentru anumite intervale

Deoarece presiunea p se definete pe baza forei, rezult c metodele de msurare sunt asemntoare cu cele pentru msurarea forelor. Principiul de funcionare al traductoarelor de presiune (elementele sensibile ale acestora) const n general, n convertirea unei presiuni ntr-o deplasare liniar care, la rndul su este convertit ntr-o variaie de tensiune cu ajutorul unui montaj poteniometric.

n funcie de domeniul presiunilor de msurat, elementele sensibile ale acestor traductoare difer. Elementele sensibile pot fi:

Membrane

a plan

b gofrat triunghiular

c gofrat sinusoidal

d gofrat trapezoidalTuburi

a silfon

b tub Bourdon (1 oval;

2 eliptic; 3 n D)Pistoane

cu resort

Caracteristici : membranele gofrate sunt mai dificil de realizat, dar sunt mai sensibile

se poate considera c o membran gofrat amplific efectul obinut cu o membran plan, de attea ori, cte onduleuri are la pistonul cu resort, fora elastic a acestuia, echilibreaz presiunea de msurat silfoanele i tuburile fac parte din aceeai categorie de elemente sensibile burdufurile metalice ondulate (silfoane), realizate dintr-un material elastic cunoscut tehnic sub denumirea de tombac sau din oel obinuit, au proprietatea de a-i modifica dimensiunile sub aciunea unei presiuni, fiind reprezentate n dou variante posibile n cazul n care e necesar msurarea unei presiuni absolute sau difereniale, se utilizeaz baterii de burdufuri montate n opoziie

Camerele cu membran, cunoscute i sub denumirea de membrane gofrate, se execut n general dintr-un aliaj de bronz i beriliu sau din oeluri inoxidabile.

Funcionarea membranei este similar cu cea a burdufului ondulat, adic sub aciunea unei presiuni se va produce deformarea acesteia, ceea ce duce la convertirea unei presiuni ntr-o variaie de deplasare liniar. Tuburile Bourdon se execut n general din alam arcuit, cunoscut sub numele de tombac, sub forma unui tub cu seciune oval, eliptic sau semisfer (a, b, c), cu un capt rigid la care se aplic presiunea de msurat. Cellalt capt (liber) se va deforma sub aciunea presiunii, realiznd fie o deplasare liniar, fie una unghiular (cazul manometrelor), putnd fi prevzute cu contacte electrice de minim i maxim (cazul presostatelor). Sensibilitatea maxim a tuburilor Bourdon se obine pentru cele cu seciunea semisferic. Traductoarele de presiune prezentate au o sensibilitate relativ redus, precizia lor fiind influenat de vibraii i ocuri, temperatur, umiditate existena derivei de zero etc. Durata de via a acestor traductoare este influenat de ciclurile de funcionare i suprasarcinile la care sunt supuse, fiind totui traductoarele de presiune cele mai utilizate.

Traductor de presiune special Pentru cazul presiunilor foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, una din variante fiind reprezentat principial n figura de mai sus. Elementul sensibil este executat de obicei din oel inoxidabil care, sub aciunea unei presiuni este supus unei dilatri. Acest lucru va duce la variaia lungimii unui fir rezistiv bobinat, adic la variaia rezistenei electrice a acestuia.

Cu ajutorul unui montaj poteniometric sau cu o punte de msur, variaiile de presiune sunt preluate sub forma unor semnale de tensiune electric. Pentru msurarea subpresiunilor se utilizeaz: vacuumetre Pirani, traductoare de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece (Penning), traductoare cu ionizare prin radiaii (alfatron) i traductoarele de tip magnetron.

Alte exemple de traductoare de presiune: Timpanul - este un traductor de presiune acustic

undele sonore sunt caracterizate prin presiune i vitez: pentru procesele tehnologice n care intervin aceste unde, foarte important este presiunea, deoarece viteza particulelor, fiind foarte mic, este dificil de determinat n cazul urechii, vibraiile sonore sunt culese de pavilionul urechii; undele intr n conductul auditiv i ajung la timpan; acesta ncepe s vibreze i informaia este transformat (prin componentele anatomice ale urechii) n impulsuri electrice care sunt transmise la creier; se poate spune c timpanul este un traductor de presiune Microfonul - n figura urmtoare sunt reprezentate schema de principiu i componentele unui microfon cu rolul lor funcional :

Traductoare piezoelectrice sunt traductoare de presiune bazate pe fenomenul piezoelectric fraii Curie au descoperit fenomenul piezoelectric; astfel, cristalele de cuar (SiO2) presate pe dou fee opuse produc ntre alte dou fee opuse, o tensiune proporional cu presiunea exercitat

proprieti piezoelectrice mai au i turmalina, oxidul de zinc, titanatul de bariu i altele

cristalele de cuar sunt folosite la ceasurile electronice de mn i de precizie, a cror eroare n msurarea timpului este foarte mic, de cteva zecimi de secund ntr-o mie de ani

Traductoare de presiune relativ, absolut sau diferenial:

Cu urmtoarele caracteristici:

clase de precizie: 1%; 0,5%; 0,25%; 0,1%

semnale de ieire: 2 fire (420 mA)sau 3 fire (0...20 mA; 05 V; 010 V) Sugestii metodologice

UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc. Se recomand utilizarea combinat a explicaiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exerciiul i exemplul practicLucrri de laborator: Studiul funcionrii traductoarelor de presiuneSe recomand efectuarea unei lucrri de laborator pentru determinarea presiunii utiliznd traductoare de presiune




Evaluarea se poate realiza online sau prin fie de evaluare individuale n care elevul s defineasc traductoarele de presiune, s identifice elementele componente ale traductorului tensometric i s descrie funcionarea acestuia

Tema 6. Tipuri de traductoareFia suport 6.4. Traductoare de nivelMsurarea nivelului n recipieni este foarte important pentru multe procese tehnologice i pentru evaluarea stocurilor existente. n procesul de msurare a nivelului pot aprea o serie de probleme specifice ca, de exemplu: vase speciale sub presiune sau la temperaturi nalte, prezena spumei la suprafaa exterioar sau a turbulenelor, corozivitatea substanelor folosite etc. Aceste probleme se rezolv prin soluii constructive adecvate.

Metodele de msurare a nivelului au la baz msurarea altor mrimi i pot fi:

continue cnd se urmrete n permanen msurarea nivelului prin intermediul lungimii coloanei de substan discontinue cnd se urmrete msurarea nivelului ntre anumite limite, de obicei minime i maxime. directe, caz n care se msoar lungimea (nlimea) efectiv a coloanei de substan indirecte dac nivelul se determin cu ajutorul unor mrimi intermediaare (presiune, mas, parametri ai circuitelor electrice, atenuarea unei radiaii etc.).

Cele mai simple nivelmetre utilizate sunt: nivelmetre cu sticle cilindrice sau prismatice ce se monteaz pe conduct n paralel cu rezervorul (recipientul) al crui nivel se msoar nivelmetre cu plutitor magnetic.

Nivelmetre bazate pe proprietile electrice de material

Lund n considerare faptul c materialele al cror nivel se msoar pot s fie dielectrice sau conductoare, rezult c metodele de msurare a nivelului difer. Pentru materialele dielectrice se folosesc n mod uzual traductoare de nivel capacitive, prezentate n schema principial din figura de mai jos. In vasul metalic 1, n care se gsete lichidul 2, se plaseaz un electrod metalic - 3 care, n unele cazuri este izolat cu teflon - 4.

Dac vom nota cu h nlimea vasului i cu y nlimea lichidului, ntre electrodul central i vas vom avea capacitatea total dat de:

(6.4.1)

unde C0 reprezint capacitatea total a ansamblului, fr lichid.

Aceast metod poate fi aplicat n cazul lichidelor sau pulberilor dielectrice dac r > 2, variaia de capacitate fiind de 10 100 pF. Sursa principal de erori n acest caz, o constituie modificarea permitivitii dielectrice cu temperatura, deficien ce poate fi nlturat prin utilizarea de metode de compensare adecvate. Pentru cazul materialelor conductoare, cu o conductibilitate > 10-2 S/m, se pot folosi nivelmetre rezistive, principiul funcional al acestora fiind prezentat n figura de mai jos. Astfel, n vasul 1 ce conine lichidul 2, se plaseaz rezistorul R . Lichidul conductor va unta o poriune a rezistorului R astfel c rezistena total din circuit va fi:

(6.4.2)

unde r(y) reprezint rezistena ehivalent a lichidului.

Principalul dezavantaj al acestor dispozitive deriv din faptul c temperatura i natura lichidului influeneaz conductibiliatea , fenomen ce poate fi ameliorat utiliznd un nivelmetru cu rezistor cu band elastic, cu schema de principiu din figura urmtoare, n care rezistena bobinat - 1 se introduce ntr-o band elastic bun conductoare 2 ce se va deforma sub aciunea presiunii lichidului 3.

Metodele descrise pot msura nivele pn la 1-2m, cu precizii relativ bune.

Industrial se utilizeaz teleindicatorul de nivel cu traductor rezistiv tip TNTR 2, care este un dispozitiv ce permite transmiterea la distan a nivelului lichidelor corosive i necorosive, neinflamabile, bune conductoare de electricitate, depozitate n rezervoare.

Ansamblul dispozitivului este prezentat n figura de mai sus, unde: 1 scripete; 2 detaliu de fixare; 3 cablu de susinere; 4 rezistene; 5 lan de rezistene (traductor rezistiv); 6 greutate; 7 tij mpmntare; 8 teleindicator.

Domeniul de msurare al dispozitivului este de 1,5 10 m, n trepte normalizate de 0,5 m, iar numrul de nivele intermediare total, indiferent de lungimea traductorului este de 40, scala fiind gradat n 40 de diviziuni de la 0% la 100%.

Cnd nivelul de lichid este sub minim, rezistena dintre lanul traductor i elementul de referin este infinit. Astfel, n circuitul traductorului intervine doar rezistena ce realizeaz pasul de zero, circuitul de msurare avnd un curent de 2 mA ce se regleaz cu un poteniometru de pe aparat.

Scala aparatului este etalonat astfel ca la indicaia 0% s corespund 2 mA, iar la 100% s corespund 10 mA. Distana dintre traductor i aparatul indicator nu poate depi 10 m, deoarece n circuitul traductorului, curentul alternativ foarte mic (16 mA) este influenat de perturbaiile externe. Pentru a nu influena msurtorile, conductorul de legtur traductor aparat trebuie s aib o rezisten electric sub 30 ohmi.

In serie cu teleindicatorul se poate monta un aparat auxiliar (mA) dac e necesar o teleindicare mai mare de 10 m. Deoarece n circuitul de indicare se lucreaz cu curent continuu, influena perturbaiilor fiind mai mic, distana de teleindicare este impus de rezistena maxim a liniei de transmisie ce nu trebuie s depeasc 500 ohmi.

Nivelmetre bazate pe foa arhimedic

Funcionarea acestor traductoare fiind bazat pe fora arhimedic, pot fi utilizate numai pentru lichide;

Se construiesc n variantele: Traductoare cu plutitor

Traductoare cu imersor

Traductorul de nivel cu plutitor

Schem de principiu, construcie i funcionare:

La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesar cunoaterea densitii lichidului.

Acest tip de traductor poate fi utilizat i la msurarea nivelului unor pulberi sau granule, urmrindu-se tensiunea din firul de suspendare i prin dispozitive speciale, mentinnd constant aceast tensiune. n cazul substanelor sub form de pulbere sau granule, determinarea nivelului are drept scop determinarea masei de substan: pentru aceasta se recurge la cntrirea recipientului cu tot coninutul su. Masa de substan este egal cu diferena dintre masa msurat i masa recipientului.

Traductorul de nivel cu imersorSchem de principiu, construcie i funcionare:

Funcioneaz strict pe baza forei arhimedice

Pentru traductorul cu imersor, este necesar s se tie valoarea densitii lichidului. La echilibru se poate scrie: Se poate adapta foarte uor la un traductor de tipul balan de fore, metoda fiind aplicabil dac se cunoate densitatea lichidului, principalele erori fiind date de dependena de temperatur a densitii, aceste erori putnd fi compensate.

Nivelmetre cu radiaii

Metodele de msurare a nivelului cu ajutorul radiaiilor sunt foarte avantajoase pe motivul c nu exist un contact ntre material i dispozitivul de msurare. Aceste metode se pot folosi la msurarea nivelului n buncrele de alimentare din metalurgie, n condiii speciale ca: recipiente sub presiune la temperaturi ridicate, medii deosebit de corozive sau toxice, medii inflamabile etc. n funcie de natura radiaiilor, nivelmetrele pot fi:

cu ultrasunete, cu microunde cu radiaii nucleare.Traductoare de nivel cu ultrasunete Sunt realizate n variantele:

cu und continu (dac traductorul cu ultrasunete funioneaz continuu) n impuls. Ambele variante pot folosi:

metoda prin transmisie, cnd n mod obligatoriu se folosesc dou traductoare, metoda prin reflexie, caz n care acelai traductor ndeplinete att rolul de emitor ct i de receptor. In practic, deoarece determinarea nivelului se face cu ajutorul vitezei de propagare a ultrasunetelor ce depinde de temperatur, e necesar s se prevad circuite de corecie a acesteia n funcie de temperatur cu ajutorul unor convertoare tensiune frecven. Domeniul de msurare al acestor traductoare este ntre 10 30 m, la frecvene de lucru ntre 20 40 mHz, cu erori de msurare sub 1%.Traductoare de nivel cu microunde Funcioneaz pe principiul reflexiei microundelor de ctre materialele conductoare i atenurii acestora de ctre materialele dielectrice. n cazul unor condiii speciale (temperaturi ridicate, medii corozive, periculoase etc.) msurarea nivelului se efectueaz fr a interveni asupra recipientului adic fr contact apelnd la ultrasunete sau microunde. Principiul de funcionare a traductorului de nivel cu microunde este reprezentat n schema urmtoare:

n cazul materialelor conductoare, emitorul de microunde E va transmite cu ajutorul antenei de emisie AE un fascicul de microunde spre lichidul conductor din recipient. Prin reflexie, acesta este captat de antena de recepie AR i transmis receptorului R, timpul de tranzit al impulsului fiind o msur a distanei pn la suprafaa de separare, deci timpul ntre emisia i recepia microundelor, respectiv atenuarea acestora, reprezint o msur a distanei pn la suprafaa de separare ntre lichid i aer.

innd cont c viteza de propagare este foarte mare (viteza luminii), intervalul de timp msurat este mic, ceea ce face ca erorile de msur s nu poat fi reduse sub 1 2%.Nivelmetre cu radiaii nucleare Funcional, se bazeaz pe principiul de atenuare a radiaiilor nucleare de ctre pulberi sau lichide, utiliznd de obicei ca substane radioactive pe cele generatoare de radiaii ca: 60Co, cu perioada de njumtire de 5,3 ani i 137Ca, cu perioada de njumtire de 33 ani. Ca i traductoarele cu ultrasunete, traductoarele cu radiaii nucleare pot fi realizate i n variante de urmrire automat a nivelului, una din schemele principiale putndu-se realiza dup figura de mai jos:

Pe recipientul cu lichid se plaseaz traductorul emitor E i traductorul receptor R, primul fiind comandat de oscilatorul O i transmind un fascicul de ultrasunete prin lichid (cu atenuare mic) sau prin aer (cu atenuare mare).

Semnalul recepionat de R este amplificat prin A i se aplic detectorului de prag DP. Cu ajutorul unui amplificator de putere AP i servomotorului SM se d comand de deplasare simultan a celor dou traductoare n aa fel nct acestea s rmn n zona de separare aer lichid.

Cu precizarea c metoda este avantajoas n cazul unor recipiente cu acces numai din exterior, dificultile constructive fiind legate de realizarea prii mecanice, trebuie reinut c ultrasunetele se pot folosi numai n cazul lichidelor, iar radiaiile nucleare se pot utiliza pentru orice fel de substane, n acest caz receptorul fiind un contor de radiaii, emitorul fiind sursa radioactiv.

Traductorul de nivel submersibil tip MPU Este executat de firma RITTMEYER pentru apa din rezervoare, lacuri, ruri, reprezint o serie de traductoare alimentate din bucla de semnal unificat 4 20 mA. Nivelul este determinat pe baza presiunii msurate cu un senzor realizat dintr-un cristal de siliciu care asigur o liniaritate i stabilitate n timp foarte bune.

Aceast serie de traductoare este proiectat special pentru msurarea nivelului n lacuri, bazine, puuri, fiind destinat hidroenergeticii, instalaiilor de tratare a apei reziduale etc., cu domeniul de msur de pn la 20 m coloan ap, existnd modele asemntoare pna la 200 m cu o precizie de msur de pn la 0,015%.

Traductorul de nivel tip RADAR

Varianta ECLIPSE, este realizat cu ghid de und (GWR), alimentat din bucl

Spre deosebire de traductoarele de nivel cu radar convenionale, care transmit semnalul electromagnetic n aer liber, traductorul ECLIPSE utilizeaz pentru semnal un ghid de und introdus n fluidul de msurat, reducndu-se n acest fel fenomenul de absorbie, respectiv distorsiunile determinate de natura fluidului i condiiile tehnologice (spum, turbulen, vapori, densitate etc.)

Cracteristicile tehnice principale sunt: gama de msur 610 6100 mm (cu sond rigid) sau 1 15 m (cu sond flexibil), precizia 0,1%, respectiv 0,5% din lungimea sondei, rezoluia 2,5 mm, presiunea de lucru, maxim 345 bari, temperatura de operare, maxim 2000C.

Se utilizeaz pentru msurarea nivelului lichidelor omogene sau neomogene


UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc. Se recomand utilizarea combinat a explicaiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exerciiul i exemplul practicLucrri de laborator: Studiul funcionrii traductoarelor de nivelSe recomand efectuarea unei lucrri de laborator pentru determinarea nivelului dintr-un recipient, utiliznd un traductor de nivel din dotareSe recomand utilizarea calculatoarelor, videoproiectorului, retroproiectorului sau a planelor tematice i, a fielor de lucru pentru elevi pentru activitile de fixare a noilor cunotine ORGANIZAREA CLASEI:



Evaluarea se poate realiza online sau prin fie de evaluare individuale n care elevul s defineasc traductoarele de nivel, s identifice elementele componente i s cunoasc principiul de funcionare al fiecrui tip de traductor de nivel

Tema 6. Tipuri de traductoareFia suport 6.5. Traductoare de debit Msurarea debitului este o problem legat de curgerea unui fluid Ca fenomen, curgerea este caracterizat prin vitez ns, de cele mai multe ori, intereseaz debitul

Prezena unui traductor ntr-un fluid poate influena curgerea acestuia

Debitul poate fi:

volumic Qv = volumul de fluid care trece printr-o seciune a conductei de curgere, n unitatea de timp

masic Qm = masa de fluid care trece printr-o seciune a conductei de curgere, n unitatea de timp

Qm = . Qv (6.5.1) Msurarea debitului fluidelor se poate realiza ca urmare a modificrii regimului de curgere prin intermediul unui corp fizic sau prin intermediul unor fenomene care sunt influenate de curgere.

Traductorul de debit cel mai simplu se bazeaz pe faptul c un fluid care curge, poate pune n micare de rotaie un sistem mecanic. Astfel, exist nlnuirea:

Traductorul de debit cu palet Este un traductor de debit foarte simplu, care se obine prin montarea unei palete pe direcia de curgere a fluidului .Funcionare:

Datorit curgerii fluidului, asupra paletei acioneaz o for care o rotete n jurul articulaiei, rotire care este pus n eviden printr-un traductor de deplasare unghiular; cu ct fora este mai mare, cu att unghiul este mai mare.

Apar urmtoarele dezavantaje :

msurarea modific debitul de curgere a fluidului, informaia care se obine este nsoit de erori.

Aceste dezavantaje pot fi evitate astfel:

De exemplu, sunt numeroase situaiile n care, n diferite procese tehnologice (industriale) se impune msurarea debitului de ap. Pentru aceasta, trebuie s cunoatem c apele industriale sunt bune conductoare de electricitate; practic, ele sunt un conductor lichid care curge (se deplaseaz) cu o anumit vitez.

Exist astfel, dou dintre condiiile necesare pentru a genera o tensiune electromotoare prin fenomenul de inducie:

Traductorul electromagnetic de debit

Schema de principiu a unui astfel de traductor este urmtoarea:

sau

Funcionare:

Aceste debitmetre sunt utilizate pentru msurarea vitezei de deplasare a fluidelor bune conductoare de electricitate, principiul lor de funcionare bazndu-se pe legea induciei electromagnetice.

n varianta simplificat prezentat, pe un tub nemagnetic (izolator) prin care curge fluidul cu viteza v se execut o bobin n aer (exist variante constructive la care bobina se execut pe un miez magnetic) i se prevd doi electrozi E1 i E2. Electromagnetul produce un cmp magnetic de inducie B, ale crui linii de cmp sunt tiate de conductorul lichid format de fluidul care curge cu viteza v (orientat perpendicular pe seciunea de curgere, dinspre planul desenului).

ntre cei doi electrozi metalici, conectai la un voltmetru V, se culege o tensiune electromotoare indus: e = k H v D (6.5.2) unde H - intensitatea cmpului magnetic creat de bobin, D - diametrul tubului i k - o constant.

Indicaia voltmetrului V este proporional cu viteza de curgere, deci cu debitul fluidului. Msurtorile nu sunt influenate de vscozitatea fluidului, densitatea sau conductibilitatea acestuia i nici de modul de curgere laminar sau turbulent. Precizia de msurare este de 1% la lichide cu o conductibilitate minim de 100 S/cm i viteze ntre 0 1 m/s pn la 10 m/s.

Debitmetre cu seciune variabil (rotametre)

Schema de principiu a unui rotametru este prezentat n figura de mai jos Funcionarea sa se bazeaz pe echilibrul plutitorului 1 acionat de fora gravitaional n raport cu debitul de fluid i seciunea varabil a tubului conic 2.

Deplasarea liniar a plutitorului este convertit ntr-un semnal electric prin intermediul unui traductor inductiv diferenial de deplasare - 3.

Rotametrele pot fi utilizate att pentru gaze ct i pentru lichide, cu o precizie de 1 2%, pe un domeniu de variaie al debitului relativ restrns. Asupra plutitorului, pe lng greutatea G i fora arhimedic Fa, acioneaz o for dinamic ascensional Fas care este proporional cu ptratul vitezei. Lund n considerare o curgere staionar i notnd cu , V, densitatea, respectiv volumul plutitorului i cu 0 densitatea lichidului, la echilibru se poate scrie:

(6.5.3)

unde S e suprafaa plutitorului de diametru d, iar k e coeficient de

curgere.

Plutitorul se va deplasa ntr-o zon de diametru D, care n funcie de h i un factor de proporionalitate k e dat de:

D = d + k * h

(6.5.4)

In aceste condiii, debitul masic Q se poate exprima cu relaia:

(6.5.5)

Rezult c debitul masic Q este direct proporional cu cu nlimea la care se gsete plutitorul. Rotametrele msoar debite de ordinul 10-4 200 m3/or, n limitele Qmax/Qmin=10 , cu precizii de ordinul procentelor i, trebuie precizat faptul c introduc rezistene n curgerea fluidului, rezistene ce pot fi importante n unele aplicaii industriale. n exploatare, se mai pot utiliza i debitmetre cu trangulare la care fora dinamic rotete paletele unei turbine, viteza de rotaie a acesteia fiind o msur a debitului. Au dezavantajul unei comportri neliniare i introduc rezistene importante n curgerea fluidului.


UNDE PREDM?


CUM PREDM?

Prezentare prin expunere, observaie dirijat, problematizare, prelucrare independent a informaiei, joc de rol etc. Se recomand utilizarea combinat a explicaiei cu dialogul dirijat, exemplificarea, exerciiul i exemplul practicLucrri de laborator: Studiul funcionrii traductoarelor de debitSe recomand efectuarea unei lucrri de laborator pentru determinarea debitului unui fluid dintr-o instalaie


Clasa poate fi organizat frontal, pentru predare i pe grupe de 3-4 elevi sau individual, la lucrrile de laborator, n funcie de nivelul claseiEVALUAREA CUNOTINELOR:

Evaluarea se poate realiza online sau prin fie de evaluare individuale n care elevul s defineasc traductoarele de debit, s identifice elementele componente i s cunoasc principiul de funcionare al fiecrui tip de traductor de debit cunoscut

Tema 6. Tipuri de traductoareFia suport 6.6. Traductoare de temperatur Msurarea electric a temperaturii prezint importan nu numai n ceea ce privete mrimile termice; ea poate furniza, indirect, informaii i despre debite, presiuni joase, tensiuni, cureni.

Traductoarele de temperatur sunt dispozitive care funcioneaz fie pe principiul generrii unei tensiuni electromotoare, fie pe principiul convertirii temperaturii ntr-o variaie a unui parametru al circuitelor electrice (de obicei rezisten) sau, cele mai simple convertesc temperatura ntr-o deplasare sau dilatare (gaz sau metal).

Un traductor de temperatur foarte simplu se realizeaz pornind de la proprietatea cunoscut a materialelor conductoare de a-i modifica rezistivitatea, i deci i rezistena electric, atunci cnd temperatura lor se modific.

Msurnd (prin metode cunoscute) rezistena electric a unui conductor cu o anumit temperatur, se pot obine informaii despre valoarea temperaturii respective. Un astfel de traductor, numit termorezistor, poate fi realizat i cu materiale semiconductoare i n acest caz se numete termistor. Constructiv, traductoarele termorezistive se pot realiza:

fie ca o nfurare, pe un suport izolant;

fie ca o pelicul (film) depus pe o plac din aluminiu, oxidat (timbre termorezistive). Cele mai simple traductoare de temperatur sunt temometrele cu sau fr contact (reglabil sau nereglabil), ambele tipuri fiind cu mercur, Cele cu contact reglabil (Beckmann) au posibilitatea de modificare a temperaturii reglate cu o precizie mai mare dect cele cu contact nereglabil. Contactul se realizeaz ntre coloana de mercur ce se dilat ntr-un tub capilar i un electrod prevzut cu un urub de reglare la partea superioar. Curentul maxim din circuit nu poate depi 1 A Pentru cureni mai mari sunt prevzute cu dispozitive de amplificare (relee), iar domeniul temperaturilor este de 0 3000 C cu o precizie de 2%.Traductoare termoelectrice (termocuple)

Termocuplele tehnice, constructiv se realizeaz din dou conductoare metalice sau aliaje diferite (termoelectrozi) sudate mpreun la unul din capete; prin nclzirea local a sudurii (jonciunea de msurare capt cald), prin efectul termoelectric direct (efectul Seebeck) se va genera o tensiune termoelectromotoare la capetele libere ale conductoarelor (jonciunea de referin capt rece). Materialele utilizate la realizarea termocuplelor pot fi conductoare sau semicon-ductoare, trebuind s asigure o sensibilitate ridicat i stabilitate n timp la aciunea agenilor atmosferici.

n figur este prezentat schematic un termocuplu (a) i schema de legare a acestuia (b), prezentndu-se i un al treilea electrod M3, care se poate utiliza la prinderea, lipirea, rsucirea sau sudarea captului cald.

n denumirea unui termocuplu, primul material indic electrodul pozitiv pentru o diferen de temperatur pozitiv. Prin meninerea constant a temperaturii jonciunii de referin (capt rece), de preferat la o valoare standardizat (0, 20, 500C) numit temperatur de referin, tensiunea termoelectromotoare ce se va produce depinde, la acelai termocuplu, numai de temperatura sudurii (captul cald). Meninerea temperaturii la valoarea constant este greu realizabil, deoarece instalaiile i agregatele tehnologice la care se msoar aceasta degaj cantiti importante de cldur prin radiaie. nsi conductibilitatea termic a termocuplelor duce la nclzirea capetelor reci, uneori temperatura acestora atingnd valori apreciabile de pn la 100 2000 C.

Reducerea erorilor de msurare datorate faptului c temperatura capetelor reci (cutia de borne sau sudura rece) este diferit de cea de referin, se face pe cale electric, prin introducerea unor cabluri de compensare sau a cutiilor (dozelor) de compensaie, ce au o comportare dinamic n concordan cu traductorul. Principalele pri constructive ale termocuplelor sunt redate n figur, cu urmtoarele elemente : 1 unul sau dou termoelemente realizate din electrozi diferiiizolai cu tuburi sau mrgele ceramice; 2 teac de protecie cu sau fr dispozitiv de montare, confecionat din: oel carbon (OLT 45), oel inoxidabil (ST 3), oel refractar (P-4S), ceramic (PENTRU-1, KER 610, KER 710); 3 dispozitiv de montare: flan mobil F, flan sudat Fw, niplu filetat (G sau 1); 4 cutie de borne cu capac; 5 plac de borne.

Seria standardizat a lungimii nominale LN este: 250, 500, 750, 1000, 1250, 1500 i 1750 mm, iar lungimea de imersie LI trebuie s fie cu cel puin 100 mm mai mic dect cea nominal.

Deoarece, n ar, tensiunile electromotoare sunt standardizate, termocuplele de orice tip pot fi conectate cu milivoltmetre etalonate n conformitate cu aceste standarde.

Caracteristicile principale ale termocuplelor utilizate n practic, sunt redate sintetic n tabelul 6.6.1, cu precizarea c momentan n ar se execut doar cele cu codurile J, K, R i S, iar dependena tensiunii electromotoare cu temperatura este prezentat n Anexa 8.

Tabelul 6.6.1TermocupluCodDomeniu de temperatur [0C]Sensibilitatea V/0C

Chromel / ConstantanE- 270 87070 valoare medie

Fier / ConstantanJ- 210 80052,9 la 00C;

05_Sisteme de Reglare Automata I

Documents

Transcript of 05_Sisteme de Reglare Automata I