Aparate pentru reglarea automat a temperaturii

Profil : Tehnic Specializare : Tehnician n automatizri

iunie 2010

CuprinsArgument...................................................................................... 3 Cap.I. Noiuni generale despre traductoare.............................. 4 I.1.1. Definiie................................................................................. 4 I.1.2. Clasificare.............................................................................. 4 I.1.3. Caracteristici......................................................................... 5 I.2. Domenii de utilizare a traductoarelor.................................... 6 Cap.II. Traductoare termorezistive............................................. 7 II.1. Termorezistene conductoare............................................... 7 II.2. Termorezistene semiconductoare...................................... 9 II.3. Traductoare termoelectrice................................................ 10 II.4. Traductoare pirometrice..................................................... 14 Cap.III. Alte traductoare de temperatur................................. 16 III.1. Traductoare bimetalice....................................................... 16 III.2. Traductoare dilatometrice.................................................. 17 III.3. Traductoare manometrice.................................................. 18 Cap.IV. Norme de protecie a muncii i P.S.I............................. 19 Anexe: Imagini, bibliografie........................................................ 21

2

Argumentn lucrarea de fa vom descrie aparate pentru reglarea automat a temperaturii. Unul din aceste aparate este traductorul. n prim parte vom prezenta noiuni generale despre traductoare, iar n partea a doua vom intra puin n detalii prezentnd traductoare termorezistive. Aceste tipuri de traductoare se compun la rndul lor n termorezistene conductoare, termorezistene semiconductoare, traductoare termoelectrice i traductoare pirometrice. Pentru o mai bun informare despre aceste tipuri de aparate, doresc s mai prezint i alte tipuri de traductoare de temperatur. Aceste sunt : traductoare bimetalice, traductoare dilatometrice i traductoare manometrice. Pentru sigurana ceteanului interesat despre aceste aparate cred c este necesar s reamintim nite norme de protecia muncii i P.S.I.

3

Cap. I. Noiuni generale despre traductoare I.1.1. DefiniieTraductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de a msura valorile parametrului reglat i de a converti acest parametru (mrime) ntr-o mrime fizic ce este compatibil cu mrimea de intrare n elementul urmtor al sistemului. Traductoarele se compun din elementul sensibil i elementul traductor, conform figurii 1.fig. 1

Elementul sensibil efectueaz operaia de msurare propriu-zis, iar elementul traductor asigur transformarea semnalului ntr-un alt semnal, n general electric sau pneumatic, unificat, semnal ce o preteaz pentru transmiterea la distan.

I.1.2. Clasificarea traductoarelorClasificarea traductoarelor este o problem destul de dificil, deoarece varietatea acestora este multipl. Una din variantele de clasificare, n funcie de mrimea de intrare i cea de ieire, este prezentat schematic n figura 2.

fig. 2

Un alt mod de clasificare, dup cel prezentat poate fi fcut n raport de mrimea de natur neelectric pe cale electric. n acest caz vom avea:

4

Traductoare pentru mrimi geometrice: rezistive, inductive, capacitive i numerice de deplasare; cu radiaii; de proximitate. Traductoare pentru mrimi cinematice: de vitez; de acceleraie; de ocuri i vibraii; giroscopice. Traductoare pentru mrimi mecanice: elastice (traciune, compresie, ndoire, cuplu); tensometrice rezistive; cu coard vibrant; magnetostrictive; de for; de cuplu. Traductoare pentru mrimi tehnologice: presiune, debite, nivel, temperatur. Alte traductoare: integrate, etc. Traductoarele se mai pot clasifica dup urmtoarele criterii: Dup parametrul msurat: traductoare de temperatur, presiune, debit, nivel, pH, compoziie, concentraie, etc. Traductoarele i bazeaz funcionarea pe fenomene sau proprieti ale materialelor care permit transformarea unor mrimi fizice n altele cum ar fi: dilatarea corpurilor, variaia rezistenei electrice, pierderea de presiune pe rezistene hidraulice sau pneumatice etc. Dup natura fenomenului care st la baza funcionrii lor. traductoare: electrice, pneumatice, chimice, de radiaie etc.

I.1.3. CaracteristiciPerformanele traductoarelor pot fi apreciate pe baza urmtoarelor caracteristici: Sensibilitatea reprezint limita raportului dintre variaia infinit mic a mrimii de ieire i cea de intrare, cnd ultima tinde spre zero, adic:

(1) 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 i sub care nu mai apare o mrime msurabil la ieire. Precizia se definete ca valoarea relativ a erorii exprimat n procente: (2)5

obinuit elementele de msurat din sistemele automate avnd clase de precizie de 0,2 1,5 %, fiind necesar s fie cu cel puin un ordin de mrime superioar preciziei reglajului n ansamblu. 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. Comportarea dinamic. Aceast caracteristic se refer la capacitatea elementului de a reproduce ct mai exact i fr ntrziere variaiile mrimii msurate. Se apreciaz pe baza funciei de transfer a elementului, adic pe baza constantelor de timp ce intervin sau, uneori pe baza benzii de trecere. Reproductibilitate, 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. 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. 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.

I.2. Domenii de utilizareTraductoarele se folosesc n multe domenii de activitate, cum ar fi : controlul procesului n industria chimic i farmaceutic ; tratarea apei ; tratarea apei reziduale ; centrale electrice.

6

Cap. II. Traductoare termorezistive II.1. Termorezistene conductoareLa termorezistene, odat cu modificarea temperaturii (datorit variaiei energiei interne proprii) materialele din care se confecioneaz sufer o serie de schimbri ce se refer la structura cristalin, agitaia termic .a., schimbri ce duc la modificarea rezistenei electrice n raport cu temperatura. Aceast dependen poate fi exprimat cel mai simplu prin relaia: R = R0.(1 + .T) (3) unde R0 e rezistena electric la 00C, e coeficientul de temperatur iar T este variaia de temperatur. Elementul sensibil al termorezistenei este realizat dintr-o nfurare plat sau cilindric peste un suport izolant din mic, izoplac, ceramic, textolit, .a., cu un fir bobinat neinductiv pe suport i fixat de acesta prin impregnare sau presare mecanic. Aspectul exterior al termorezistenelor tehnice este similar cu cel al termocuplelor i prezentat n figura 3, realizndu-se n varianta cu unul sau cu dou elemente sensibile.

fig. 3

Dependena cu temperatura a rezistenei electrice se exprim prin coeficientul de temperatur al conductorului din care se execut nfurarea elementului sensibili definit ca mrime a variaiei rezistenei de 1 la o variaie de 10C a temperaturii. Deoarece acest coeficient nu este dependent numai de natura materialului folosit, ci i de valoarea temperaturii, se obinuiete a se lua n calcule o valoare medie stabilit pentru intervalul 01000C pe baza relaiei:

(4) R100 fiind rezistena electric n ohmi la 1000C.7

La alegerea materialelor din care se execut termorezistoarele se va ine cont de urmtoarele criterii: rezistivitate mare pentru reducerea gabaritelor; coeficient de variaie a rezistivitii cu temperatura ridicat , ceea ce permite i sensibiliti ridicate; caracteristica de transfer s prezinte o bun liniaritate pentru a nu utiliza circuite suplimentare de liniarizare; o bun stabilitate n timp i la aciunea agenilor chimici; puritate ridicat pentru o bun reproductibilitate; pre de cost redus. Toate aceste cerine nu pot fi ndeplinite simultan, n realizarea termorezistenelor folosindu-ce materiale ca: platina (-180 +6000C i mai rar 200 +10000C), nichelul (100+2500C), cupru, wolfram, fier. Cele mai utilizate sunt termorezistenele din platin, care se folosesc i ca etaloane de temperatur n intervalul 06000C. Cu toate c nichelul are o sensibilitate mai mare dect platina, acesta are o aplicabilitate mai redus deoarece se oxideaz la temperaturi ridicate i prezint fenomenul de tranziie la temperatura de 3500C ceea ce modific accentuat rezistivitatea. In acelai timp, nichelul prezint neliniariti importante. O foarte bun liniaritate i sensibilitate o prezint cuprul, dar domeniul de msur este redus prezentnd i dezavantajul unei aciuni chimice pronunate, struc-tura sa cristalin modificndu-se n timp. Rezistena nominal a dispozitivelor este de 25, 50, 100, 500 sau 1000 la 00C, ultimele variante fiind recomandate pentru temperaturi sczute. Termorezisten-ele executate n ar se confecioneaz din platin, cu rezistene nominale de 50 i 100 , de tipul PT 50 i PT 100, fiind confecionate din fire cu diametre ntre 0,05 0,2 mm, cu lungimi de ordinul 5 20 cm, firele de legtur la blocul de borne fiind de nichel, cu diametru mult mai mare, n scopul neglijrii variaiei rezistenei acestora cutemperatura. Constructiv, termorezistenele trebuie s asigure protecia la aciunea agenilor externi, s preia rapid temperatura mediului de msur, s permit msurarea att n curent continuu ct i alternativ, s nu fie influenate de fenomenul dilatrii. Timpul de rspuns al acestor traductoare este de ordinul secundelor n ap i de ordinul zecilor de secunde n aer, iar pentru reducerea influenei conductoarelor de legtur se construiesc n variante cu 2, 3 sau uneori 4 borne de conectare.

8

n figura 4 se arat marcarea bornelor la termorezistenele indigene (a., b., cu un element sensibil, respectiv cu dou n cazul a dou fire de ieire; c., d, cu un element sensibil, respectiv dou n cazul a trei fire de ieire). Lungimea nominal LN (cu referire la figura 3) este maxim 2000 mm, dimensiunilefig. 4

minime fiind de 250 i 500 mm, iar lungimea de imersie minim este LI = 150, 220, 250 mm. Cel mai simplu circuit de msurare cu termorezistene este cel cu logometru magnetoelectric dar, se utilizeaz frecvent i punile de rezistene (Weathsone).

II.2. Termorezistene semiconductoareTermorezistene semiconductoare (termistoarele) sunt traductoare de temperatur realizate din material semiconductor, fenomenele de conducie n acest caz fiind mult mai complexe. n faza iniial au fost utilizate pentru temperaturi sczute, ntre 1 35 K (ger-maniu) i R = A, rezistena convenional a termistorului); B constant caracteristic a materialului din care e confecionate termisorul, cu valori ntre 2500 5000 pentru temperatur pn la 2000C. Pentru cazul puterii disipate nule, caracteristica termistorului este o exponenial ce se poate obine n practic doar prin extrapolare. n mod frecvent, dependena rezistenei de temperatur se exprim n funcie de valoarea acesteia la temperatura de referin T0, adic: (7) ca temperatur de referin fiind cosiderate 250C. Aceste traductoare prezint o serie de avantaje ca sensibilitate foarte ridicat, putnd atinge rezoluii pn la 0,010C, fiind indicate n msurrile de presiuni difereniale dar, prezint marele dezavantaj de interanjabilitate (nu pot fi mperecheate). Este foarte dificil ca dintr-un lot destul de mare s alegem dou termistoare cu rezisten identic la temperatura de referin, nlturarea acestui neajuns fcndu-se prin nseriere unei rezistene fixe n circuitul de msurare.

II.3. Traductoare termoelectriceTraductoarele termoelectrice (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 termoe-lectric direct (efectul Seebeck) se va genera o tensiune termoelectromotoare la capetele libere ale conductoarelor (jonciunea de referin capt rece). Valoarea acestei tensiuni poate fiexprimat prin aproximarea polinomial de forma: e = a(T1 T2) + b(T1 T2)2 + c(T1 T2)3 + T1 ,T2 fiind temperaturile celor dou capete. (8)

10

Materialele

utilizate

la

realizarea

termocuplelor

pot

fi

conductoare

sau

semiconductoare, trebuind s asigure o sensibilitate ridicat i stabilitate n timp la aciunea agenilor atmosferici. n figura 5 se prezint 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.

fig. 5

La denumirea unui termocuplu, primul material indic electrodul pozitiv pentru o diferen de tempera tur pozitiv. Prin meninerea constant a temperaturii jonciunii de referin (capt rece), de preferin 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

fig. 6

11

prin radiaie. De asemenea, nsi conductibilitatea termic a termocuplelor duce la nclzirea capetelor reci, uneori temperatura acestora atingnd valori apreciabile de pn la 100 2000C. Reducerea erorilor de msurare ce provin din faptul 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 figura 6, 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 refrac-tar (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, fabricate la IAEM Timioara. Caracteristicile principale ale termocuplelor utilizate n practic, sunt redate sintetic n tabelul 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 1TERMOCUPLU Chromel / Constantan Fier / Constantan Cupru / Constantan Chromel / Alumel Platin- rodiu(13%) / Platin Platin- rodiu(10%) / Platin Platin- rodiu(30%) / Platinrodiu(6%) Wolfram-reniu(5%) / Wolfram-reniu(26%) Horning[(Bi 95%;Sn 5%) / (Bi 97%; Sb 3%)] Schwartz[(Te 33%, Ag 32%, Cu 27%, Se 7%, S 1%) / Ag2S 50%, Ag2Se 50%)] Siliciu p / Aluminiu Cupru / Paladiu Cod E J T K R S B DOMENIU DE 0 TEMPERATUR[ C] - 270 870 - 210 800 - 270370 - 2701250 - 50.1500 - 50.1500 01700 02760 < 100 < 100 - 50.-150 < 100 SENSIBILITATEA V/ C 70 valoare medie 0 0 52,9 la 0 C; 63,8 la 700 C 0 0 15 la 200 C; 60 la 350 C 40 valoare medie 10 valoare medie 0 0 6,4 la 0 C; 11,5 la 1000 C 6 valore medie 100 13 aplicaii speciale valore medie0

> 1000 aplicaii speciale

-

-

44 aplicaii speciale

12

Termocuplele din materiale semiconductoare nu se folosesc n mod direct la msurarea temperaturii deoarece siliciul prezint o rezisten termic redus dar, potmsura alte mrimi ce au la baz msurarea temperaturii difereniale, prezentnd avantajul c pot fi fig. 7 realizate n tehnica circuitelor integrate.

n figura 7 se prezint forma tehnologic a unui termocuplu cu siliciu de tip p / aluminiu, realizat din zone de silicIu p 1 i benzi de aluminiu 2 i SiO2 3, structur ce permite i interconectarea la folosirea unor baterii de traductoare. Sensibilitatea acestor traductoare

depinde de proprietile electrice ale semiconductoarelor i de temperatur, fiind cuprins ntre 0,4 1mV/K pentru cazul folosirii unor baterii de traductoare. Principalele deyavantaje ale acestor traductoare constau n existena conexiunii termice realizat prin siliciu ntre jonciunea cald i cea rece i rezistena interioar mult mai mare dect la termocuplele metalice (de ordinul zecilor de k). n cazul n care variaiile de temperatur ale mediului ambiant sunt reduse, se poate utiliza un circuit de corecie ca cel prezentat n figura 8, care folosete un termistor RT ce se conecteaz ntr-o punte alimentat de la sursa de tensiune E.

fig. 8

La temperatura de referin impus T0 puntea este n echilibru i tensiunea U n braele opuse lui E este nul. Dac temperatura mediului ambiant Ta se modific fa de cea de referin puntea nu mai e n echilibru i tensiunea va fi dat de:

(9)13

Dac vom alege convenabil elementele punii i traductorul, variaia tensiunii termoelectromotoare poate fi compensat datorit modificrii temperaturii Ta, adic: U = S.(T0 Ta) (10)

unde S este sensibilitatea traductorului care, n cazul unui traductor platin-rodiu (10%) / platin la 15000C, cu temperatura de referin de 250C i variaii ale lui Ta de 15%, ne d o tensiune de compensare de 140 V, eroarea de compensare fiind mai mic de 1%. Cu toate c sensibilitatea termocuplelor este mai redus dect a termorezistenelor, ele sunt caracterizate de o serie de avantaje din care amintim: genereaz tensiuni electromotoare fr componenta de offset i nu produc semnal de ieire dac nu exist o diferen de temperatur; nu interfereaz cu alte mrimi de influen, cu excepia luminii i a unor radiaii nucleare ce pot produce transmutaii (fierul i nichelul sunt stabile la aceste fenomene; nu necesit polarizri iniiale. Principalele dezavantaje ale temocuplelor constau n: scderea accentuat a sensibilitii la temperaturi sczute; apariia fenomenelor de evaporare, contaminare chimic sau chiar topirea la temperaturi ridicate; limitarea pragului de sensibilitate datorit zgomotului termic propriu.

II.4. Traductoare pirometriceNoiunea de pirometrie deriv de la cuvntul grecesc piro (foc), referindu-se la msurarea temperaturii pe baza unor metode fr contact, n concordan cu legile radiaiei termice. Este cunoscut faptul c toate substanele emit energie radiant ce depinde de temperatura absolut a corpurilor respective, fenomenele de radiaie termic fiind descrise de o serie de legi deduse din termodinamic. Aceste legi au fost verificate pentru un corp negru absolut , care este un emitor sau receptor total al energiei radiante. Dar, nu toate corpurile ndeplinesc aceast condiie, fiind necesar introducerea unui coeficient de corecie (emisivitatea) mai mic dect unitatea, coeficient ce depinde de natura i starea suprafeei corpului, precum i de lungimea de und a radiaiei (cu excepia corpurilor gri). Pe baza legilor lui Planck, Wien i Stefan-Boltzmann s-au realizat pirometrele ce permit msurarea temperaturii prin intermediul energiei radiante n mai multe variante ca: pirometre14

cu radiaie total; pirometre monocromatice (cu band ngust); pirometre cu dispariie de filament; pirometre bicromatice. Deoarece, n lanul de msur, de la corpul a crui temperatur se msoar exist o anumit distan, se impune ca radiaia s se propage spre un traductor sau fotodetector. In raport de caracteristica de sensibilitate a fotodetectoarelor, utilizarea pirometrelor este limitat, tabelul 2 prezentnd limitele inferiare ale intervalului de temperatur pentru o parte redus de fotodetectoare utilizabile. Tabelul 2Tip Si fotodetector 0 Temperatura minim [ C] Fotodiode Ge 200 PbS 100 Fototranzistoare PbSe InSb 50 0 HgCdTe -50

600

Pirometrele de radiaie total au la baza funcionrii legea Stefan-Boltzmann i implic utilizarea unui detector de band larg, semnalul electric obinut la ieirea fotodetectorului fiind proporional cu puterea a patra a temperaturii, adic e = e0.k.T4, k fiind o constant iar e0 emisivitatea medie. Principial, pirometrul cu radiaie total se realizeaz dup schema prezentat n figura 9. Corpul 1 cu suprafaa emisiv 2 transmite radiaia termic spre detectorul 3, cu ajutorul unei diafragme 4 i o oglind concav 5. Pentru absorbia total a radiaiilor de ctrefig. 9

detector, care poate fi un termocuplu,

acesta va trebui s se nnegreasc. La aceste traductoare, msurarea temperaturii nu depinde de distana dintre suprafaa emisiv i pirometru (oglind), cu excepia ca suprafaa vizat de pirometru s fie activ. Existena unor reflexii suplimentare, de exemplu corpul este executat din aluminiu, duce la apariia unor erori de msurare deoarece corpul poate reflecta i sursa care l nclzete. Pirometrele cu band ngust (monocromatice) fac uz de o serie de filtre optice i detectoare i prezint o sensibilitate maxim pe axa filtrului optic doar pentru o anumit fraciune a spectrului de radiaie termic.

15

Pirometrele cu dispariie de filament funcioneaz pe acelai principiu cu cele monocromatice, avnd n componena lor i o lamp etalon cu filament de wolfram. Msurarea se face prin comparaie, adicfig. 10

pe imaginea suprafeei radiante ce emite o

radiaie n spectrul vizibil, se suprapun lampa etalon. Reglnd curentul de filament se va modifica temperatura acestuia i implicit culoarea. Astfel (figura 10), n funcie de temperatura filamentului Tf, valoarea curentului prin acesta constituie o msur a temperaturii urmrite Tm. Pirometrele obinuite au domeniile: 7000C (filament rou nchis) i tempera-tura maxim a filamentului 15000C, dar pot fi extinse pn la 30000C prin utilizarea unor atenuatoare optice. n cazul n care dispariia filamentului e sesizat cu fotodetectoare, limita inferioar poate ajunge pn la 5000C, cu erori de msurare ce se pot situa sub 0,5%. Pirometrele bicromatice se realizeaz din dou pirometre monocromatice care lucreazn dou regiuni apropiate ale radiaiei termice, n aa fel nct emisivitatea s se poat considera constant. Aceste pirometre pot msura temperaturi n intervalul 700 20000C i idicaia lor nu depinde de natura corpului i starea suprafeei pentru cazul emisivitilor cuprinse ntre 0,3 i 1. Pirometrele sunt foarte mult utilizate n siderurgie (metalurgie) pentru msurarea temperaturii arjei n cuptoare, furnale etc. Pe lng traductoarele de temperatur amintite n acest paragraf se mai pot aminti traductoarele speciale (termometre) cu semiconductoare (cu una sau dou diode), termometrele bazate pe msurarea zgomotului de fond .a., assupra crora nu se va insista.

Cap.III. Alte traductoare de temperaturDin multitudinea traductoarelor de temperatur, se vor prezenta succint traductoarele bimetalice, dilatometrice, manometrice i pirometrice.

III.1. Traductoare bimetaliceTraductoarele bimetalice sunt materiale metalice fabricate din table sau benzi din componente diferite, unite intim ntre ele i caracterizate de coeficieni de dilatare termic liniar diferii. Bimetalul funcioneaz pe principiul deformrii la modificri de temperatur sau la orice alte modificri de stri i de procese ce au la baz variaii de temperatur.16

Schematic, n figura 3.a se reprezint un bimetal ncastrat la unul din capete, iar n figura 3.b se prezint caracteristicile de temperatur d = f(T) pentru bimetale cu lungimea de 100 mm i grosimea lamelei d = 1 mm pentru bimetalele confecionate din materialele indicate n tabelul 3. Tabelul 3Nr. crt. 1 2 3 4 5 6 Componentele bimetalului [%] active pasive MnNi-Fe 20Ni-6Mn74Fe 20Ni-6Mn74Fe 20Ni-6Mn74Fe Ni 20Ni-6Mn74Fe 36Ni-64Fe 36Ni-64Fe 42Ni-58Fe 46Ni-54Fe 36Ni-64Fe Fe Incovoiere specific k 0 0 0200 C 300400 C 0,195 0,155 0,115 0,095 0,096 0,06 Foarte mic 0,120 0,095 F.mic 0,06 Temperatura 0 maxim [ C] 250 250300 350400 400450 250 600 Rezistivitatea [ mm /m] 1,08 0,76 0,68 0,6 0,16 0,262

n aplicaiile industriale traductoarele bimetalice sunt elemente eseniale n cazul proteciei la suprasarcini a masinilor, transformatoarelor, conductelor electrice, iar n scopuri mai puin industriale sunt utilizate la aparatele i dispozitivele electrocasice (calorifere, perne, plite, usctoare, fiare de clcat,etc.). Considernd c valoarea coeficienilor de dilatare temic liniar a celor dou lamele este 1 i 2, cu 1>2 , sub aciunea unei temperaturi, lamela se va ncovoia spre partea cu coeficient de dilatare mai mic, valoarea deplasrii d pund fi evaluat teoretic prin relaia:

(11) unde T variaia de temperatur, k connstant dependent de diferena ntre 1 i 2 i raportul modulelor de elestice al lamelelor, x grosimea bimetalului i L lun-gimea lamelei. Prin deformarea lamelei bimetalice se pot nchide sau deschide contacte electrice fixe sau reglabile cu temperatura. Bimetalele sunt traductoare robuste, cu erori de msurare ce nu depesc 1%, fiind utilizate cu rezultate bune n plaja de temperaturi 50 +1000C.

III.2. Traductoare dilatometriceTraductoarele dilatometrice funcioneaze principiul dependenei dintre variaiile de temperatur i dilatarea termic a unei evi metalice.

17

Principial, un astfel de traductor e prezentat n figura 11, care se compune din eava metalic 1 (confecionat obinuit din cupru cu coeficient de dilatare termic liniar mare i o tij 2 confecionat din invarfig. 11

(coeficient de dilatare redus). Prin intermediul

unui dop, tija se sudeaz cu un capt la fundul evii, iar cellalt capt acioneaz direct sau prin intermediul unui sistem de prghii , una sau mai multe perechi de contacte 3 ce se conecteaz n sistemul de reglare a temperaturii.

III.3. Traductoare manometriceTraductoarele funcioneaz pe manometrice principiul variaiei

presiunii lichidelor i gazelor la volum constant n funcie de temperatur.

Constructiv, figura 12, sunt realizate din rezervorul 1 umplut cu un lichid cu punct de fierbere ridicat, vapori sau gaze ce se introduce n mediul de msur, tubul capilar 2 i resortul manometric 3. Aceste pri componente formeaz un sistem ermetic protejat fa de corpul dispozitivului. Variaiile de temperatur ale

fluidului din rezervor vor produce variaii de presiune ale vaporilor de fluid i deformarea proporional a resortului manometric, care printr-un sistem defig. 12

transmitere adecvat va acionad pentru indicare, nregistrare, semnalizare sau reglare. Domeniul temperaturilor de lucru este cuprins ntre 50 +4000C, cu o eroare de msurare ce nu depete 1,5%, fiind utilizate la scar redus datorit construciei dificile i preului de cost ridicat.18

Cap.IV. Norme de protecie a muncii i P.S.I.Respectarea normelor de tehnica securitii muncii contribuie Ia asigurarea condiiilor de munc nonnale i Ia nlturarea cauzelor care pot provoca accidente de munc sau mbolnviri profesionale. n aceast direcie responsabilitatea pe linie tehnic a securitii muncii i prevenirea i stingerea incendiilor, revine att celor care organizeaz, controleaz i conduc procesul de munc, ct i celor care lucreaz direct n producie. Conductorul laboratorului trebuie s ia msuri pentru realizarea urmtoarelor obiective: S se asigure iluminatul, nclzirea i ventilaia n laborator; S se asigure expunerea vizual prin afie sugestive, privitoare att la protecia

muncii, ct i la prevenirea i stingerea incendiilor; Mainile i instalaiile din laborator s fie echipate cu instruciuni de folosire; S se asigure legarea la pmnt i la nul a tuturor mainilor acionate electric; n laborator s se gseasc la locuri vizibile mijloace pentru combaterea incendiilor; S se efectueze instructaje periodice pe linie de protecie a muncii, de prevenire i

stingere a incendiilor; nainte de nceperea orei se va verifica dac atmosfera nu este ncrcat cu vapori

de benzin sau cu gaze inflamabile; Dac s-a utilizat benzin sau alte produse uor inflamabile pentru splarea minilor,

acestea trebuie din nou splate cu ap i spun i terse cu un prosop; Machetele sau exponatele trebuie s fie bine fixate n suport, iar utilizarea lor se va

face numai n prezena inginerului sau laborantului; Materialele utilizate se vor manevra cu grij, pentru a nu se produce accidente

precum: rniri ale minilor, rniri ale ochilor, insuficiene respiratorii, etc. Manevrarea instrumentelor, a mijloacelor de lucru, a machetelor mai grele se va

face cu atenie pentru a evita riscul de lovire.

Elevii: Vor utiliza materialul didactic doar sub supravegherea profesorului, iar n timpul

pauzelor vor aerisi sala de clas pentru a pstra un microclimat corespunztor de lucru; Nu vor folosi n joac instrumentele puse la dispoziie; Nu vor introduce obiecte n prizele electrice;19

Vor avea grij de mobilierul i mijloacele didactice din dotarea laboratorului; Vor efectua lucrrile de laborator n prezena profesorului sau laborantului; Vor pstra o atmosfer de lucru n timpul orelor, n linite i cu seriozitate. Nerespectarea regulilor mai sus menionate poate conduce la accidente nedorite, de

aceea, abaterile vor fi sancionate conform prevederilor legale i ale regulamentului de ordine interioar.

Msuri de protecia muncii la utilizarea instalaiilor i echipamentelor electrice Asigurarea inaccesibilitii elementelor care fac parte din circuitele electrice prin: izolarea electric a conductoarelor folosirea carcaselor de protecie legate la pmant

Folosirea tensiunilor reduse (de 12, 24 i 36 V) lmpile i sculele electrice portabile. La utilizarea uneltelor i lmpilor portabile electrice sunt obligatorii: verificarea atent a uneltei, a izolaiei i a fixrii sculei nainte de nceperea lucrului; evitarea ncolcirii sau a rsucirii cablului de alimentare n timpul lucrului; evitarea deplasrii elevului n timpul lucrului; evitarea trecerii cablului de alimentare peste alte mese de lucru sau peste cile de acces; interzicerea reparrii sau remedierii defectelor n timpul funcionrii motoarelor (machetelor) sau nesupravegherea uneltelor conectate la reeaua electric; Folosirea mijloacelor individuale de protecie i a mijloacelor de avertizare: echipament de protecie (covorae de cauciuc, mnui electroizolante, etc.) folosirea sculelor cu manere electroizolante urmrind ca acestea s nu prezinte fisuri, zgarieturi i s reziste tensiunii la care sunt folosite. Protecia prin legarea la pmant este folosit pentru asigurarea personalului mpotriva electrocutrii prin atingerea echipamentelor i instalaiilor aflate sub tensiune. Elementele care se leag la pmant sunt: carcasele i postamentele utilajelor; carcasele tablourilor de distribuie; scheletele metalice care susin echipamentele electrice.

20

Anexe

Traductoare rezistive pentru deplasare liniar

Traductoare de temperatur

Traductor de temperatur programabil

21

Traductoare de temperatura cu 4...20 mA

Traductor de temperatur. Temperaturi -50C +150C. Conexiune filetat G1/2". Bibliografie : http://www.scritube.com/stiinta/fizica/TRADUCTOARE252017149.php Componente i circuite electronice, manual cl. XI i XII, Editura Didactic i Pedagogic Bucureti; Theodor Dnil, Monica Ionescu Vaida Msurri electrice i electronice, manual cl. XI i XII, Editura Didactic i Pedagogic Bucureti; Eugenia Isac Electrotehnic i electronic aplicat, manual cl. X, editura didactic i Pedagogic Bucureti; Gheorghe Fricoriu, Andrei ugulea, Mihai Vasilui Aparate, echipamente i instalaii de electronic industrial, manual cl. XI i XII, Editura Didactic i Pedagogic Bucureti; Drago Simulescu, Constantin Popescu Aparate, echipamente i instalaii de electronic industrial automatizrii, manual pentru cl. XI-XII, Editura Didactic i Pedagogic Bucureti; Sergiu Colin, Stelian Popescu 22