Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

download Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

of 21

  • date post

    05-Apr-2018
  • Category

    Documents

  • view

    241
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    1/21

    CAPITOLUL 1

    CARACTERISTICILE I PERFORMANELETRADUCTOARELOR

    1.1 Caracteristici i performane n regim staionar

    Caracteristicile funcionale ale traductoarelor reflect (n esen) moduln care se realizeaz relaia de dependen intrare-ieire (I-E).Performanele traductoarelor sunt indicatori care permit s se aprecieze

    msura n care caracteristicile reale corespund cu cele ideale i ce condiii suntnecesare pentru o bun concordan ntre acestea.

    Caracteristicile i performanele de regim staionar se refer la situaia ncare mrimile de intrare i de ieire din traductor nu variaz, adic parametrii

    purttori de informaie specifici celor dou mrimi sunt invariani.Caracteristica static a traductorului este reprezentat prin relaia

    intrare ieire (I-E):y = f(x) (1.1)

    n care y i x ndeplinesc cerinele unei msurri statice.Relaia (1.1) poate fi exprimat analitic sau poate fi dat graficprintr-o

    curb trasat cu perechile de valori (x , y).Caracteristica y = f(x) red dependena I-E sub forma ideal deoarece, n

    realitate, n timpul funcionrii traductorului, simultan cu mrimea de msurat x,se exercit att efectele mrimilor perturbatoare externe n321 ...,,,, ct i

    a celor interne r321 ...,,,, care determin modificri nedorite ale

    caracteristicii statice ideale.n afara acestor perturbaii (nedorite), asupra traductorului intervin imrimile de reglaj, notate prin q321 C...,,C,C,C . Aceste reglaje servesc laobinerea unor caracteristici adecvate domeniului de variaie al mrimii demsurat n condiii reale de funcionare a traductorului. innd seama de toatemrimile care pot condiiona funcionarea traductorului, acesta se poatereprezenta printr-o schem funcional restrns, ilustrat n figura 1.1.

    Reglajele q321 C...,,C,C,C nu provoac provoac modificri nedoriteale caracteristicii statice ideale i sunt necesare pentru:

    - alegerea domeniului de msurare;- prescrierea sensibilitii traductorului,

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    2/21

    Capitolul 1

    - calibrarea intern i reglarea zeroului.

    Fig. 1.1Mrimile perturbatoare externe1 , 2 , 3 , , n cele mai importante

    sunt de natura unor factori de mediu: presiunea, umiditatea, temperatura ,cmpuri electrice sau magnetice etc. Aceste perturbaii (nedorite) pot aciona

    att asupra mrimii de msurat, ct i asupra elementelor constructive aletraductorului.

    Mrimile perturbatoare interne se datoreaz zgomotelor generate derezistoare, de semiconductoare, frecri n lagre, mbtrnirea materialelor care-i schimb proprietile, variaii ale parametrilor surselor de alimentare etc.Datorit mrimilor perturbatoare, traductorul va funciona dup o relaie dedependen (I-E) real, descris de funcia: )...,,,,,...,,,,,x(fy r321n321 = ; (1.2)

    Este important de observat c erorile sunt generate de variaiilemrimilor perturbatoare i nu de valorile lor absolute, care dac ar rmneconstante ar putea fi luate n considerare ca atare n expresia caracteristicii.

    Modul n care mrimile perturbatoare influeneaz ieirea , admind cvariaiile lor sunt mici, se pune n eviden prin dezvoltarea n serie Taylor afunciei (2.1) cu neglijarea termenilor corespunztori derivatelor de ordinsuperior. Se obine:

    rr

    11

    nn

    11

    f...

    ff...

    fx

    x

    fy

    ++

    +

    ++

    +

    = (1.3)

    Derivatele de ordinul I au semnificaia unor sensibiliti:

    x

    f

    - este sensibilitatea util a traductorului

    i

    f

    i

    i

    f

    sunt sensibiliti parazite

    Cu ct sensibilitatea util va fi mai mare, iar sensibilitile parazite vor fimai mici, cu att caracteristica real a traductorului va fi mai apropiat de ceaideal (1.1)

    Dac sensibilitile parazite au valori ridicate se impune introducereaunor dispozitive de compensare automat.

    16

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    3/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    Prin concepie (proiectare) i construcie, traductoarele se realizeazastfel nct mrimile de influen (perturbatoare) s determine efecte minime sideci , s se poat considera valabil caracteristic static ideal y = f(x) nlimitele unei erori tolerate.

    n ipoteza de liniaritate i admind c influenele mrimilorperturbatoare nu depesc eroarea tolerat , forma uzual pentru caracteristicastatic a traductoarelor analogice este:

    00 y)xx(ky += ; (1.4)n care x0 i y0 pot lua diverse valori pozitive sau negative, inclusiv zero.

    Caracteristicile statice liniare sunt tipice pentru traductoare, dar potaprea, n anumite cazuri particulare, (cerute de un S.R.A.), caracteristicineliniare. n cele ce urmeaz se prezint cteva exemple de caracteristici statice

    pentru traductoare:

    a) liniar unidirecional (figura 1.2), defint prin funcia:00 y)xx(ky += ;

    x x0k = tg (panta caracteristicii)

    Fig. 1.2 Fig. 1.3b) proporional liniar bidirecional (figura 1.3), definit prin funcia:

    xky = ; k = tg (1.5)

    c) liniar pe poriuni cu zon de insensibilitate i saturaie (figura 1.4)definit prin funcia:

    >+

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    4/21

    Capitolul 1

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    5/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    Erorile de neliniaritate i histerezis

    Caracteristicile statice sunt determinate de legile fizice pe care sebazeaz funcionarea elementelor componente din structura traductorului.

    Aceste caracteristici se deduc prin calcul sau experimental. Raportate la undomeniu larg de variaie a mrimii de intrare, caracteristicile statice se obinneliniare.

    Datorit avantajelor pe care le au caracteristicile liniare se procedeaz fiela limitarea funcionrii traductorului pe anumite zone ale caracteristicii (undeneliniaritatea este redus), fie se liniarizeaz pe poriuni caracteristica cuajutorul unor dispozitive special introduse n structura traductorului. Astfel,caracteristicile statice liniare constituie o aproximare a caracteristicilor realeneliniare, aproximare acceptabil pentru condiiile de utilizare a traductorului.

    O msur a aproximrii o reprezint abaterea de la liniaritate saueroarea de neliniaritate, ilustrat n figura 1.7.n domeniul (xmin , xmax), n care ne intereseaz determinarea erori de

    neliniarizare se traseaz dreapta AB (linie continu), care aproximeaz ct maibine caracteristica real. Paralel cu AB se traseaz dreptele AB i AB care sncadreze ntre ele, caracteristica real. Cea mai mare dintre diferenele y iy reprezint abaterea absolut de la liniaritate, notat prin ymax.

    Abaterea relativ de la liniaritate se definete prin relaia:

    [ ]%100yy

    y

    minmax

    maxr

    = ; (1.8)

    unde: ymax este abaterea absolut de la liniaritate, definit prin relaia: ymax = y-y; (1.9)

    Alt tip de eroare, care poate fi estimat pe caracteristicile statice esteeroarea de histerezis. Din figura 1.5 se observ c fenomenul de histerezis semanifest prin aceea c se obin dou nivele diferite ale semnalului de ieire (y)

    pentru aceeai valoare a mrimii de intrare, n raport cu sensul cresctor ( ) saudescresctor ( ) de variaie prin care acesta atinge valoarea respectiv.

    Eroarea de histerezis este dat de diferena dintre cele dou nivele alesemnalului de ieire (y). Pentru a asigura univocitatea valorii msurate, eroareade histerezis trebuie s se ncadreze, ca i cea de neliniaritate, sub o limitadmisibil.

    Domeniul de msurare se situeaz pe caracteristica static n zona ncare aceasta este liniar. Domeniul de msurare se exprim prin intervalul[xminxmax] n cadrul cruia traductorul permite efectuarea corect a msurrii.Valorile limit minime att pentru intrarea xmin , ct i pentru ieirea ymin pot fizero sau diferite de zero , de aceeai polaritate sau de polaritate opus limitei

    maxime.Pentru traductoarele cu semnal unificat se ntlnesc cazuri n care

    19

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    6/21

    Capitolul 1

    ymin 0 pentru xmin=0, precum i invers: ymin=0 cnd xmin 0. Motivaia carejustificexistena acestor situaii se va explica ulterior. De regul domeniul de msurarese definete pentru intervalul n care eroarea rmne n limitele admisibile.

    Observaie. La traductoarele cu semnal unificat, limitele semnalelor deieire ymin i ymax rmn constante indiferent de limitele xmin i xmax ale semnalelorde intrare.

    Sensibilitatea (S)

    Sensibilitatea traductorului se definete n raport cu mrimea de intrare,neglijnd sensibilitile parazite introduse de mrimile perturbatoare. Pentruvariaii mici x i y sensibilitatea se definete prin raportul dintre variaia

    ieirii i variaia intrrii. n cazul unei caracteristici statice liniare sensibilitateaeste reprezentat de coeficientul unghiular al dreptei.

    S = dy/dx y/x = k = tg (1.10)O alt exprimare a sensibilitii, ce ine seama de domeniul de msurare,

    este dat de relaia:

    minmax

    minmax

    xx

    yyS

    = (1.11)

    Din relaia (1.11) rezult c sensibilitatea este constant pentru ntreguldomeniu de msurare. n cazul unor caracteristici statice neliniare se pot defininumai valori locale ale sensibilitii sub forma:

    ii

    i xxxy

    xxdxdyS

    =

    == ; (1.12)

    unde x i y sunt variaii mici n jurul punctului de coordonate (xi, yi).Sensibilitatea Si se numete i sensibilitate diferenial. Din relaiile (1.10) i(1.11) se observ c sensibilitatea este o mrime ale crei dimensiuni depind dedimensiunile mrimilor de intrare i de ieire, iar valoarea sa depinde deunitile de msur utilizate pentru mrimile respective.

    n cazurile caracteristicilor liniare, la care natura mrimilor x i y esteaceeai, sensibilitatea (S) se va numi factor de amplificare, dac estesupraunitar (S > 1), iar dac S < 1 sensibilitatea se va numi factor de atenuare.

    Aceti factori sunt adimensionali i sunt frecvent utilizai pentrucaracterizarea traductoarelor.

    Cnd domeniul mrimii de intrare este foarte extins, amplificarea sauatenuarea se exprim n decibeli [db] prin relaia:

    A=20 log (y/x); [db] (1.13)

    Uneori se utilizeaz noiunea de sensibilitate relativ exprimat prin:

    20

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    7/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    x/x

    y/ySr

    = (1.14)

    unde y/y este variaia relativ a ieirii, iarx/x este variaia relativ a intrrii.Sensibilitatea relativ (Sr) se exprim printr-un numr adimensional, iar

    valoarea sa nu depinde de sistemul de uniti i ca urmare S r este util lacompararea traductoarelor atunci cnd acestea au domenii de msurare diferite.

    Determinarea sensibilitatea unui traductor analogic.Sensibilitatea unui traductor este determinat de sensibilitile

    elementelor componente i de modul de conectare a acestora n schemastructural a traductorului. Dac elementele care compun traductorul aucaracteristicile de transfer (I-E) liniare, sensibilitatea totat a traductorului (S t) sededuce uor din sensibilitile pariale ale elementelor traductorului, considerndaceste sensibiliti constante pe ntreg domeniul de msurare.

    Se prezint modul de calcul al sensibilitii totale (S t) pentru ctevascheme tipice de conectare a elementelor componente (descrise de caracteristiciliniare).

    a) Pentru conexiunea serie (figura 1.8):

    =

    =n

    1iit SS (1.15)

    b) Pentru conexiunea paralel (figura 1.9):

    ;SS n

    1iit

    == (1.16)

    c) Conexiunea cu reacie negativ (figura 1.10):

    21

    1t

    SS1

    SS

    += (1.17)

    Fig. 1.8

    21

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    8/21

    Capitolul 1

    Fig. 1.9 Fig. 1.10

    n cazul conexiunii cu reacie negativ, deoarece (de regul S1>>1), se

    poate admite aproximarea:

    2

    tS

    1S = ; (1.18)

    Deci se observ c sensibilitatea elementului de pe calea de reacie estedeterminant n calculul sensibilitii totale a traductorului.

    RezoluiaSunt traductoare care au caracteristici statice ce nu sunt perfect netede.

    Ca urmare, la variaii continue ale mrimii de intrare (x) n domeniul demsurare, semnalul de ieire (y) se modific prin salturi avnd valori bine

    precizate (deoarece are variaii discrete).Intervalul maxim de variaie al mrimii de intrare necesar pentru a

    determina apariia unui salt la semnalul de ieire, se numeterezoluie.Rezoluia este utilizat, mai ales, la traductoare cu semnale de ieire

    numerice, a cror caracteristic static este dat printr-o succesiune de trepte(figura 1.6). n acest caz rezoluia este dat de intervalul de cuantificare x almrimii de intrare, iar pentru un domeniu de msurare fixat prin x se stabiletenumrul de nivele analogice ce pot fi reprezentate de ctre semnalul de ieire.

    Rezoluia reprezint un indicator de performan i n cazul unortraductoare considerate (de obicei) analogice, cum sunt traductoarele pentrudeplasri liniare sau unghiulare bobinate, la care variaiile de rezisten (sau detensiune - la montajele poteniometrice) prezint un salt la trecerea cursorului de

    pe o spir pe alta.

    Pragul de sensibilitateCea mai mic variaie a mrimii de intrare care poate determina o variaiesesizabil (msurabil) a semnalului de ieire, se numete prag de

    sensibilitate.

    22

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    9/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    Pragul de sensibilitate este important, ntruct condiioneaz variaiileminime la intrare care pot fi msurate prin intermediul semnalului de ieire.

    Factorii care determin pragul de sensibilitate sunt fluctuaiile datorateperturbaiilor interne i externe: zgomotul n circuitele electrice, frecrile statice

    i jocurile n angrenaje pentru dispozitive mecanice.Calitatea traductoarelor este cu att mai bun cu ct sensibilitatea S este

    mai mare, iar rezoluia i pragul de sensibilitate sunt mai reduse.

    Precizia (eroare de msurare)Scopul fundamental al oricrei msurri, acela de a determinarea i

    exprima numeric valoarea mrimii de msurat, poate fi realizat numai cu unanumit grad de incertitudine.

    Orict de perfecionate ar fi metodele i aparatele utilizate i orict de

    atent ar fi controlat procesul de msurare, rezultatul msurrii va fi ntotdeaunadiferit de valoarea real sau adevrat a msurandului.Eroarea de msurare reprezint diferena dintre rezultatul msurrii i

    valoarea real. Este evident c, din punct de vedere calitativ msurrile sunt cuatt mai bune cu ct erorile respective sunt mai mici. Problematica erorilor demsurare este complex i pentru detalii se recomand lucrruile [1] i [4]. ncele ce urmeaz se prezint succint noiunile necesare pentru nelegereasemnificaiei preciziei traductoarelor. Cauzele erorilor de msurare suntmultiple i se pot evidenia printr-o analiz atent a operaoiei de msurare.

    Acestea sunt:- Eroarea de interaciune este provocat de faptul c ES al traductorului

    exercit o aciune asupra valorii reale a mrimii de msurat, astfel nct valoareaefectiv convertit difer de cea real. Erorile de interaciune pot aprea i ntrediversele componente din structura traductorului.

    - Eroarea de model este determinat de faptul c se idealizeazcaracteristicile statice, ignorndu-se anumii factori care le pot influena.Determinarea experimental a caracteristicilor statice prin utilizarea unoretaloane cu precizie limitat, genereaz eroarea de model.

    - Erori de influen care apar atunci cnd mrimile perturbatoare auvariaii mari i nu pot fi compensate (prin mijloace tehnice).

    n raport cu proprietile lor generale s-au stabilit urmtoarele criterii declasificare a erorilor :

    a) Caracterul variaiilor i valorilor pe care le pot lua: erori sistematice; erori aleatoare; erori grosiere.

    23

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    10/21

    Capitolul 1

    Erorile sistematice se produc n acelai sens n condiii neschimbatede repetare a msurrii i au valori constante sau variabile, dup o legedeterminat n raport cu sursele care le genereaz.

    Erorile aleatoare (ntmpltoare sau accidentale) variaz imprevizibilla repetarea msurtorii, putnd lua valori diferite att ca sens ct i ca valoare.

    Erorile grosiere (inadmisibile) afecteaz prea grav rezultatelemsurtorii, nct rezultatele nu pot fi luate n considerare. Aceste erori au doucauze:

    funcionarea incorect a aparatelor; utilizarea unei metode incorecte de msurare.

    b) Modul de exprimare valoric prin care se face deosebirea ntreerorile absolute i erorile relative.

    Erorile absolute sunt: xi, vi pozitive (sau negative) exprimate naceleai uniti de msur cu vi.

    Eroarea relativ (real sau convenional) a unei msurri individualese definete prin relaiile:

    ;v

    vv

    v

    vv;

    x

    xv

    x

    xx iiir

    iiir

    =

    =

    =

    = (1.19)

    Erorile relative sunt exprimate prin numere fr dimensiune. Acestea pot estima

    precizia de msurare, deoarece nglobeaz i informaia cu privire la valoareamrimii msurate.

    c) Mrimea de referin n funcie de care se deosebesc erorile reale fade erorile convenionale.

    Eroarea real (a unei msurri individuale) este notat xi i exprimdiferena dintre valoarea msurat vi i valoarea real (adevrat) x:

    xi = vi-x; (1.20)Eroarea convenional (a unei msuri individuale) este diferena vi = vi-v; (1.21)

    unde: v valoarea de referin (admis); vi valoarea msurat.Eroarea admisibil (sau tolerat) reprezint valoarea limit a erorii ce nu

    poate fi depit n condiii corecte de utilizare a aparatului. Cunoscnd valoareaadmisibil absolut xad, intervalul n care se afl valoarea real (x) a mrimii demsurat este determinat cu probabilitatea 1, conform relaiei:

    x[vi - xad, vi+ xad]; (1.22)

    care poate fi exprimat i n formele:

    vi- xad x vi+ xad; (1.23)

    24

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    11/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    sau:x = vi xad ; (1.24)

    n cazul traductoarelor, n general, se prevd dispozitive pentrucompensarea automat a erorilor suplimentare, astfel nct precizia msurrilors fie determinat numai de eroarea intrinsec, chiar la variaii mari alefactorilor de mediu.

    n final eroarea tolerat de aparat, sub form absolut, prin care se poateexprima corect precizia msurrii efectuate n condiii reale de funcionare, estedat de relaia:

    xtot = xb xs ;(1.25)

    unde: xb este eroarea tolerat intrinsec (de baz) determinat n primul

    rnd de clasa de precizie ;xs este eroarea tolerat suplimentar, calculat corespunztor

    intervalelor n care se afl mrimile de influen.

    Observaie: cele menionate cu privire la precizie i indicatorii corespunztorisunt specifice traductoarelor analogice, dar innd seama de particularitileconversiei analog-numerice aceste noiuni se pot extinde i la traductoarele cu

    ieiri numerice.La traductoarele cu ieiri numerice, datorit faptului c adaptorul conine

    un convertor analog-numeric (CAN), apare o eroare inerent de metod, numiteroare de cuantificare, egal cu 1/2 din intervalul de cuantificare x, adic 1/2din bitul cel mai puin semnificativ (LSB).

    Reducerea acestor erori la valori acceptabile se face prin micorarea luix.

    Erorii de cuantificare i se poate aduga eroarea de zero, ilustrat n figura1.11-a, i/sau eroarea de domeniu prezentat n figura 1.11-b. Detalii asupra al-

    tor tipuri de erori generate de conversia analog-numeric se pot gsi n [6] i [7].

    25

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    12/21

    Capitolul 1

    a) Eroare de zero b) Eroare de domeniuFig. 1.11

    1.2 Caracteristici i performane n regim dinamic

    Regimul dinamic al unui traductor corespunde funcionrii acestuia nsituaia n care mrimea de msurat (x) i implicit semnalul de ieire (y) variazn timp. Variaiile mrimii de intrare nu pot fi urmrite instantaneu la ieire ,datorit ineriilor care pot fi de natur: mecanic , electromagnetic , termic etc.Funcionarea traductorului n regim dinamic este descris de o ecuaie

    diferenial de tipul:

    ( ) ( )==

    =m

    0q

    )q(q

    n

    0k

    )k(k txbtya (1.26)

    unde )q(x ,)k(y sunt derivatele n raport cu timpul de ordinul q i k ale intrrii

    x(t) i respectiv ieirii y(t); ka i qb sunt coeficieni (de regul invariani).Ecuaia (1.26) caracterizeaz complet regimul dinamic al traductorului

    dac sunt prevzute: condiiile iniiale, valorile mrimilor x(t), y(t) i valorilederivatelor la momentul iniial t0.

    Pentru ca traductorul (ca element fizic) s poat fi realizat practic estenecesar condiia: n > m, deci se impune ordinul ecuaiei difereniale. Pentru de-terminarea soluiei ecuaiei (1.26) se utilizeaz tehnicile uzuale de rezolvare aecuaiilor difereniale liniare cu coeficieni constani.

    Dup rezolvarea ecuaiei difereniale (1.26) se obine soluia ecuaieipentru condiii iniiale date i mrimea de intrare cunoscut sub forma uneianumite funcii de timp:

    y(t) = ytl (t) + ytf(t) + ysf(t) (1.27)

    Cei trei termeni ai soluiei (1.27) au semnificaiile:

    26

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    13/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    - ytl (t) componenta tranzitorie liber, care nu depinde de intrare, dardepinde de dinamica traductorului, ct i de condiiile iniiale nenule de laieire ;

    - ytf (t) componenta tranzitorie forat, care depinde att de dinamicatraductorului ct i de intrare (x) ;

    - ysf (t) componenta forat n regim stabilizat (sau permanent), n care,datorit neliniaritii, se regsete forma de variaie a intrrii.

    Traductorul ideal, din punct de vedere al comportrii dinamice, ar fiacela la care s existe numai ultima component n (1.27), fr componentetranzitorii.

    Analiza comportrii dinamice a traductoarelor utiliznd rezolvri aleecuaiei (1.26) reprezint operaii complicate (dei posibile). Din acest motiv seutilizeaz metode mai simple care s asigure suficient precizie, dar aprecieri i

    comparaii mai rapide referitor la performanele dinamice ale traductoarelor.Adoptnd ipotezele simplificatoare: condiii iniiale nule, intrri (x)

    standard (impuls sau treapt) se poate aplica transformarea direct Laplaceecuaiei difereniale i rezult funcia de transfer a traductorului:

    ( )( )

    ( )

    =

    ===

    n

    0i

    ii

    m

    0jj

    sa

    sb

    sX

    sYsH ; (1.28)

    Funcia de transfer permite (f.d.t.) determinarea rspunsului (traductorului) nform explicit pentru orice tip de variaie a intrrii (x). De asemenea, funcia detransfer permite o corelare ntre analiza teoretic a regimului dinamic ideterminrile experimentale.

    Analiza performanelor n regim dinamic (pentru traductoare) utilizndH(s) se poate face astfel:

    1) n domeniul timpului utiliznd funcia indicial (rspuns latreapt) sau funcia pondere (rspunsul la impuls);

    2) n domeniul frecvenei, pe baza rspunsului permanent armonic lavariaia sinusoidal a intrrii (x).Analiza n regim dinamic este similar cu cea de la circuitele electronice

    (sau din teoria SRA) cu precizarea c valoarea benzii de stabilizare nu trebuie sdepeasc valoarea de 2% din semnalul de la ieire n regim staionar(stabilizat) ys.

    27

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    14/21

    Capitolul 1

    Fig.1.12 Funcia indicial a unui traductor analogic echivalentcu un element de ordinul II (oscilant - amortizat).

    Principalii indicatori de regim dinamic pentru traductoarele analogice sunt :

    a)M abaterea dinamic maxim (influenat de factorul de amortizare altraductorului);

    b) Suprareglarea (supracreterea) definit prin relaia:

    [ ] 100y

    %s

    M

    = (1.29)

    c) Abaterea (eroarea) dinamic curent definit prin relaia D = y(t)-ys ; (1.30)

    d) Timpul tranzitoriu (timp de rspuns) tt definit ca la disciplina de

    B.S.A. Criteriul de delimitare a timpului tranzitoriu (tt) este stabilit prin relaia:

    tsD ttpentru,B)t( (1.31)

    1.3 Indicatori de regim dinamic pentru traductoarenumerice

    n cazul traductoarelor numerice care opereaz cu mrimi eantionate,caracteristicile dinamice sunt descrise cu ajutorul ecuaiilor cu diferene finite,sau al funciilor de transfer, utiliznd variabila complex sTez = , unde T este

    perioada de eantionare.

    Pentru traductoarele numerice, care au conectate la ieire CAN(convertori analog - numerici), indicatorii tipici specificai sunt: timpul de

    28

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    15/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    conversie sau (uneori) rata de conversie care reprezint numrul de conversiiposibile n unitatea de timp.

    nsumnd timpul de conversie al CAN cu timpul tranzitoriu (tt) al priianalogice se obine timpul de stabilizare al mrimii la ieirea traductorului

    numeric.

    1.4 Caracteristici energetice

    Orice operaie de msurare implic un consum energetic. Puterea, prinintegrarea creia rezult energia consumat poate fi preluat total sau parial dela mrimile de msurat.

    Exist mrimi active, care au asociat o putere suficient pentru ca, prinintermediul unor ES adecvate, s asigure conversia direct ntr-un semnal

    electric. Cnd mrimile de msurat sunt pasive este obligatoriu necesar, pentruconversia lor n semnal electric, o surs de energie auxiliar.

    Pentru a nu afecta rezultatul msurtorii este necesar ca puterea preluatde la mrimile de msurat s fie ct mai mic. n practica utilizriitraductoarelor se pune problema adaptrii impedanei aparatului de msur (Zm)sau a traductorului (Ztr), n raport cu impedana sursei Zs , astfel nct consumulenergetic i erorile de msurare s se menin n limitele admise.

    Acest procedeu se numete adaptare de amplitudine sau nivel i serealizeaz prin utilizarea unor amplificatoare. n acest fel pe lng adaptarea denivel se realizeaz i o adaptare n putere. Consumurile de putere pot aveavalori de la 310 W pn la 210 W, valorile fiind specificate pentru fiecaretraductor.

    Pentru caracterizarea puterii solicitate de la msurand, fiecrui traductori se precizeaz n catalog sau pe placa indicatoare: impedana de intrare pentruaparatul receptor, tipul sursei auxiliare (c.c. sau c.a.), valoarea parametrilor

    (tensiune, curent) i limitele admisibile de variaie ale acestor parametri.

    1.5 Caracteristici constructive

    Calitatea efectiv a unui traductor este determinat, att de concepiacare d principiul de funcionare, ct i de modul n care este realizatconstructiv acesta.

    Condiiile efective de funcionare oferite de industrie pot impune cerine

    constructive diferite, chiar dac msurandul i intervalul de variaie al acestuiasunt aceleai.

    29

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    16/21

    Capitolul 1

    Caracteristicile constructive determin modul n care un traductor ipstreaz caracteristicile funcionale sub aciunea mrimilor de influen care seexercit n cazul diverselor aplicaii. n cele ce urmeaz se prezint cteva dincaracteristicile constructive ale traductoarelor:

    1.5.1 RobusteeaRobusteea este o noiune de ordin calitativ. Este dat de capacitatea

    traductorului de a funciona corect n condiii de ocuri, vibraii, variaii mari detemperatur, umiditate, presiune, ageni nocivi (chimici sau biologici).

    1.5.2 Capacitatea de suprancrcareAceast noiune definete proprietatea unui traductor de a suporta valori

    ale mrimii de msurat care depesc limita superioar a domeniului - fr ca

    prin aceasta s rezulte modificri ale performanelor funcionale (liniaritate,precizie, sensibilitate) sau deteriorri constructive.Capacitatea de suprancrcare se exprim prin raportul ntre: valoarea

    maxim nedistructibil i limita superioar a domeniului.Prin valoare nedistructibil se nelege valoarea msurandului peste limitasuperioar a domeniului care dup ce i nceteaz aciunea, permite revenireatraductorului la caracteristicile iniiale.

    Capacitaii de suprancrcare i se asociaz un timp de exercitare: timpscurt (cnd solicitarea este numit oc); timp ndelungat (pentru suprasarcin) .

    Observaie: pentru a proteja aparatura de automatizare unele traductoarelimiteaz (printr-un dispozitiv de protecie) valoarea superioar a semnalului deieire (y), chiar dac apar depiri ale semnalului de intrare (x).

    1.5.3 Protecia climaticAcest tip de protecie reprezint ansamblul de msuri care se iau n

    cadrul calculelor de dimensionare i alegere a materialelor, pieselor icomponentelor, n proiectarea formei i detaliilor constructive (n special alecarcasei), n stabilirea acoperirii suprafeelor i a tehnologiei de execuie, pentrua se asigura c aciunea complex a factorilor climatici pe o anumit durat snu influeneze nefavorabil proprietile funcionale sau aspectul traductorului -n condiiile reale de utilizare.

    Conform STAS 6535-83 i recomandrilor CEI (ComitetuluiElectrotehnic Internaional) tipurile de protecie climatic sunt:

    N protecie pentru climat temperat;F protecie pentru climat rece;TH protecie pentru climat tropical umed;TA protecie pentru climat tropical uscat;EF protecie pentru climat foarte rece;M protecie pentru climat temperat marin rece;MT protecie pentru climat tropical marin.

    30

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    17/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    Simbolurile au semnificaiile: Ttropicus; Aaridus; Hhumidus;F frigidus.

    Fiecare tip de protecie climatic cuprinde mai multe categorii:Categoria 1: pentru aparate (inclusiv traductoare) utilizate n aer liber;Categoria 2: aparate utilizate n spaii exterioare acoperite (fr: ocuri vibraii,radiaii solare, precipitaii);Categoria 3: pentru aparate ce funcioneaz n spaii nchise i care nu aumodificri rapide de temperatur, fr praf, ocuri, precipitaii sau radiaiisolare.Categoria 4: pentru aparate (traductoare) ce funcioneaz n spaii nchise avnd

    condiii climatice reglate artificial.

    Valorile standard ale solicitrilor factorilor climatici sunt date n tabelul T 1.1.

    Tabelul 1.1Simbolul zonei macroclimatice

    Caracteristicilefactorilorclimatici

    N F TH TA M MT

    Media temperaturii

    minimeanuale -33o

    C -60o

    C +1o

    C -10o

    C -30o

    C +1o

    C

    Media temperaturiimaxime anuale

    +40oC +40oC +45oC +50oC +40oC +45oC

    Temperaturimaxime absolute

    +45oC +45oC +50oC +55oC +45oC

    Temperaturiminime absolute

    -50oC -65oC -10oC -20oC -40oC

    Umiditate relativ

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    18/21

    Capitolul 1

    Protecia antiexploziv cuprinde msurile specifice aplicate nconstrucia i montarea traductoarelor (de regul a celor electrice i electronice)cu scopul de a evita aprinderea atmosferei explozive exterioare de ctreregimurile de funcionare ale acestora.

    Prin atmosfera exploziv se nelege un amestec de aer cu o substaninflamabil sub form de gaz, vapori, cea, sau praf n astfel de proporii, nctsub aciunea unei surse de aprindere, poate apare fenomenul de ardere ce se

    propag violent (exploziv) i se menine n ntregul amestec.- Sursele de aprindere pot fi: scntei, arcuri electrice generate la

    deschiderea (ruperea) contactelor electrice, sau conductoarelor, ct itemperaturile ridicate datorate suprasarcinii etc.

    - Zonele cu pericol de explozie se mpart n trei categorii :Zona 0, n care amestecul exploziv este prezent n mod continuu sau

    pentru perioade lungi;Zona 1, amestecul exploziv poate aprea intermitentZona 2 , n care amestecul exploziv poate fi generat numai n caz de avarie

    i pentru o perioad scurt de timp.Conform STAS 6877/1-73 traductoarele trebuie s fie protejate mpotrivaexploziilor dac sunt destinate funcionrii n aceste condiii.

    Modalitile de protecie antiexploziv sunt:a) Capsulare antideflagrant execuie d (STAS 6877/1-74)

    simbolizat prin Ex. d.n acest caz prile electrice care pot aprinde o atmosfer exploziv suntintroduse ntr-o carcas capabil s suporte o explozie a unui amestec exploziv

    ptruns n interiorul acesteia, fr s sufere avarii sau s permit propagareaexploziei n exterior prin mbinri sau alte ci.

    b) Capsulare presurizat execuie p (STAS 6877/2-74) simbolizatprin Ex. p, prin care prile potenial generatoare de explozii sunt introduse ntr-o carcas, unde este asigurat o atmosfer protectoare prin presurizare cu gazinert care mpiedic ptrunderea atmosferei explozive n interiorul carcasei.

    c) Siguran intrinsec execuie i (STAS 6877/4-74) simbolizat Ex. i,prin care nici un circuit prin care trece curent electric nu poate aprinde oatmosfer exploziv, att n condiii normale de funcionare ct i n caz dedefect, prin scntei electrice sau efecte termice.

    d) nglobare n nisip execuie q (STAS 6877/5-74) simbolizat Ex.qprile capabile s aprind o atmosfer exploziv prin scntei sau arcuri electricesunt nchise ntr-o carcas nglobat n nisip.

    e) Imersie n ulei execuie o (STAS 6877/6-74) simbolizat prin Ex. oprin care prile capabile s aprind atmodfera exploziv sunt imersate n ulei,deci scnteile sau gazele fierbini formate sub ulei nu pot declana explozii n

    zona de deasupra suprafeei uleiului.

    32

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    19/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    f) Siguran mrit execuie e (STAS 6877/7-74) Ex. e prin care seiau msuri suplimentare pentru a crete gradul de siguran mpotrivaaprinderilor prin scntei, arcuri electrice etc.

    g) Protecie special execuie s standard german (VDE) simbolizat

    prin Ex. s, ce presupune msuri suplimentare fa de cele menionate anteriorcontra aprinderii atmosferei explozive.

    1.5.5 Protecia anticorozivAcest tip de protecie se are n vedere din faza de proiectare i urmrete

    ca elementele sensibile (ES) i restul elementelor constructive s reziste aciuniicorozive a unor factori din mediul ambiant. Astfel, elementele sensibile (ES) seconstruiesc din materiale care nu sunt afectate de ageni corozivi, iar suprafeeleexterioare ale traductoarelor se protejeaz cu substane (acoperiri) de protecie

    anticorozive, utiliznd una din metodele: vopsire, galvanizare, cadmiere,nichelare etc.

    1.5.6 Gradele normale de protecieTraductoarele (electrice i electronice), aparinnd categoriei utilajelor

    electrice, trebuie asigurate cu protecii specifice acestor utilaje, referitoare laprotecia persoanelor contra atingerii prilor interioare aflate sub tensiune, ct icontra ptrunderii corpurilor strine solide, contra ptrunderii apei i proteciacontra deteriorrilor mecanice.

    STAS (5325-79) - stabilete gradele normale de protecie pentruprodusele electrotehnice, inclusiv traductoare.Gradele de protecie sunt simbolizate prin literele IP urmate de 2 (dou)

    sau 3 (trei) cifre avnd urmtoarele semnificaii:

    - prima cifr simbolizeaz gradul de protecie al persoanelor contra atingeriiprilor interioare aflate sub tensiune sau n micare precum i contra ptrunderiicorpurilor strine. n acest sens se disting 7 grade de protecie:

    Semnificaiile primei cifre :0 fr protecie1 protecie contra ptrunderii corpurilor solide cu dimensiunui mai mari de 50

    mm;2 protecie contra ptrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 12

    mm;3 - protecie contra ptrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 2,5

    mm;4 - protecie contra ptrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de

    1mm;5 protecie parial contra prafului;

    6 protecie total contra prafului.- a doua cifr (protecie contra ptrunderii apei) are semnificaiile:

    0 fr protecie;

    33

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    20/21

    Capitolul 1

    1 protecie contra picturilor de ap de condensare;

    2 protecie contra picturilor de ap ce cad sub unghi de maxim 15 grade,

    fa de vertical;

    3 protecie contra apei de ploaie;

    4 protecie contra stropirii cu ap;

    5 protecie contra jetului de ap sub presiune;

    6 protecie corespunztoare condiiilor de pe puntea navelor;

    7 protecie contra efectelor imersiei n ap;

    8 protecie pentru utilaj (traductor) submersibil.

    - a treia cifrprecizeaz protecia contra deteriorrii mecanice, care cuprinde6 grade detaliate conform tabelului T 1.2.

    Tabelul 1.2

    Simbolizareprin a treia

    cifr

    Condiii de solicitare mecanic

    Masa berbecului[kg]

    nlimea decdere [cm]

    Cursa peorizontal a

    berbecului [cm]0 - - -

    1 0,15 40 802 0,5 40 803 1,5 40 804 5 40 805 15 40 80

    1.5.7 Efectele ocurilor i vibraiilor mecanicen timpul funcionrii sau pe durata transportului traductoarele pot fi

    supuse unor ocuri sau vibraii mecanice. ocurile pot aprea n cazul unorobiecte mobile terestre, maritime, aerospaiale, ori generate de fenomeneseismice.

    Seria de standarde (STAS 8393/70) precizeaz ncercrile la ocuri ivibraii, ct i constatarea rezultatelor acestor solicitri.

    Exemplu:

    34

  • 8/2/2019 Capitolul 1-Senzori Si Traductoare

    21/21

    Caracteristicile i performanele traductoarelor

    n Registrul Naval Romn (RNR) normele (39-78/4) precizeaz modulde ncercare a aparaturii electrotehnice (inclusiv traductoarelor) la vibraiimecanice cu variaie continu a frecvenei:

    - gama de frecvene [5 30] Hz ;- domeniul amplitudinilor pe subgame:

    25 mm pentru [5 10] Hz; 0.6 mm pentru [10 20] Hz; 0.3 mm pentru [20 30] Hz.

    - durata ncercrii pentru fiecare subgam de frecvene este de minimum2 min;

    - durata de ncercare la frecvene de rezonan cu efect perturbator, este deminimum 2 (dou) ore.

    35