CARACTERISTICILE I PERFORMANELE TRADUCTOARELOR1.1 Caracteristici i performane n regim staionar Caracteristicile funcionale ale traductoarelor reflect (n esen) modul n 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 sunt necesare pentru o bun concordan ntre acestea. Caracteristicile i performanele de regim staionar se refer la situaia n care 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 grafic printr-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 1, 2 , 3 , ..., n ct i a celor interne 1, 2 , 3 , ..., r care determin modificri nedorite ale caracteristicii statice ideale. n afara acestor perturbaii (nedorite), asupra traductorului intervin i mrimile de reglaj, notate prin C1 ,C 2 , C3 , ..., C q . Aceste reglaje servesc la obinerea unor caracteristici adecvate domeniului de variaie al mrimii de msurat n condiii reale de funcionare a traductorului. innd seama de toate mrimile care pot condiiona funcionarea traductorului, acesta se poate reprezenta printr-o schem funcional restrns, ilustrat n figura 1.1. Reglajele C1 ,C 2 , C3 , ..., C q nu provoac provoac modificri nedorite ale caracteristicii statice ideale i sunt necesare pentru: - alegerea domeniului de msurare; - prescrierea sensibilitii traductorului, - calibrarea intern i reglarea zeroului.

16

Capitolul 1

Fig. 1.1 Mrimile perturbatoare externe 1 , 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 ale traductorului. Mrimile perturbatoare interne se datoreaz zgomotelor generate de rezistoare, de semiconductoare, frecri n lagre, mbtrnirea materialelor carei schimb proprietile, variaii ale parametrilor surselor de alimentare etc. Datorit mrimilor perturbatoare, traductorul va funciona dup o relaie de dependen (I-E) real, descris de funcia: y = f ( x, 1, 2 , 3 , ..., n , 1, 2 , 3 , ..., r ) ; (1.2) Este important de observat c erorile sunt generate de variaiile mrimilor perturbatoare i nu de valorile lor absolute, care dac ar rmne constante ar putea fi luate n considerare ca atare n expresia caracteristicii. Modul n care mrimile perturbatoare influeneaz ieirea , admind c variaiile lor sunt mici, se pune n eviden prin dezvoltarea n serie Taylor a funciei (2.1) cu neglijarea termenilor corespunztori derivatelor de ordin superior. Se obine: f f f f f y= x + 1 + ... + n + 1 + ... + r (1.3) x 1 n 1 r Derivatele de ordinul I au semnificaia unor sensibiliti: f - este sensibilitatea util a traductorului x f f i sunt sensibiliti parazite i i Cu ct sensibilitatea util va fi mai mare, iar sensibilitile parazite vor fi mai mici, cu att caracteristica real a traductorului va fi mai apropiat de cea ideal (1.1) Dac sensibilitile parazite au valori ridicate se impune introducerea unor dispozitive de compensare automat. Prin concepie (proiectare) i construcie, traductoarele se realizeaz astfel nct mrimile de influen (perturbatoare) s determine efecte minime si

Caracteristicile i performanele traductoarelor

17

deci , s se poat considera valabil caracteristic static ideal y = f(x) n limitele unei erori tolerate. n ipoteza de liniaritate i admind c influenele mrimilor perturbatoare nu depesc eroarea tolerat , forma uzual pentru caracteristica static a traductoarelor analogice este: y = k (x x 0 ) + y 0 ; (1.4) n care x0 i y0 pot lua diverse valori pozitive sau negative, inclusiv zero. Caracteristicile statice liniare sunt tipice pentru traductoare, dar pot aprea, n anumite cazuri particulare, (cerute de un S.R.A.), caracteristici neliniare. n cele ce urmeaz se prezint cteva exemple de caracteristici statice pentru traductoare: a) liniar unidirecional (figura 1.2), defint prin funcia: y = k (x x 0 ) + y 0 ; x x0 k = tg (panta caracteristicii)

Fig. 1.2 Fig. 1.3 b) proporional liniar bidirecional (figura 1.3), definit prin funcia: y = k x ; k = tg (1.5) c) liniar pe poriuni cu zon de insensibilitate i saturaie (figura 1.4) definit prin funcia: 0 pentru x1 < x < x1 k ( x x1 ) pentru : x 2 x x1; x1 x x 2 y = y pentru x < x (1.6) s 2 + y pentru x > x 2 s d) liniar pe poriuni cu zon de insensibilitate, saturaie i histerezis (figura 1.5), definit prin funcia: 0 pentru : x1 ' < x < 0 ; 0 < x < x1; x1 < x < 0 ; 0 < x < x1 ' k ( x x ) pentru : x < x < x , x x x 1 2 1 1 2 y = k ( x x1 ' ) pentru : x 2 ' < x < x1 ' , x1 ' x x 2 ' (1.7) ys pentru : x > x 2 ' ; x < x 2 y pentru : x x 2 ' ; x < x 2 s

18

Capitolul 1

Fig. 1.4 Fig. 1.5 Pentru traductoarele cu ieiri numerice caracteristica static este cvasiliniar avnd forma din figura 1.6. Reprezentarea este pur convenional, graficul corespunznd echivalentului n sistemul de numeraie zecimal al codului redat de semnalul YN de la ieirea traductorului, pentru diverse valori ale mrimii de intrare, considernd un interval de cuantificare x. Prin unirea punctelor corespunztoare valorilor medii ale nivelelor de cuantificare se obine o dreapt (reprezentat printr-o linie discontinu) ce reprezint caracteristica static a traductorului numeric. Exceptnd discontinuitile datorate operaiei de cuantificare, aceast caracteristic se consider liniar. Estimarea mrimii de ieire a traductorului (YN) este cu att mai precis, cu ct intervalul de cuantificare x este mai mic.

Fig. 1.6 Erorile de neliniaritate i histerezis

Fig. 1.7

Caracteristicile statice sunt determinate de legile fizice pe care se bazeaz funcionarea elementelor componente din structura traductorului. Aceste caracteristici se deduc prin calcul sau experimental. Raportate la un

Caracteristicile i performanele traductoarelor

19

domeniu larg de variaie a mrimii de intrare, caracteristicile statice se obin neliniare. Datorit avantajelor pe care le au caracteristicile liniare se procedeaz fie la limitarea funcionrii traductorului pe anumite zone ale caracteristicii (unde neliniaritatea este redus), fie se liniarizeaz pe poriuni caracteristica cu ajutorul unor dispozitive special introduse n structura traductorului. Astfel, caracteristicile statice liniare constituie o aproximare a caracteristicilor reale neliniare, aproximare acceptabil pentru condiiile de utilizare a traductorului. O msur a aproximrii o reprezint abaterea de la liniaritate sau eroarea 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 mai bine caracteristica real. Paralel cu AB se traseaz dreptele AB i AB care s ncadreze ntre ele, caracteristica real. Cea mai mare dintre diferenele y i y reprezint abaterea absolut de la liniaritate, notat prin ymax. Abaterea relativ de la liniaritate se definete prin relaia: y max r = 100[ %] ; (1.8) y max y min 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 este eroarea de histerezis. Din figura 1.5 se observ c fenomenul de histerezis se manifest 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 ( ) sau descresctor ( ) de variaie prin care acesta atinge valoarea respectiv. Eroarea de histerezis este dat de diferena dintre cele dou nivele ale semnalului de ieire (y). Pentru a asigura univocitatea valorii msurate, eroarea de histerezis trebuie s se ncadreze, ca i cea de neliniaritate, sub o limit admisibil. Domeniul de msurare se situeaz pe caracteristica static n zona n care 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 fi zero sau diferite de zero , de aceeai polaritate sau de polaritate opus limitei maxime.Pentru traductoarele cu semnal unificat se ntlnesc cazuri n care ymin 0 pentru xmin=0, precum i invers: ymin=0 cnd xmin 0. Motivaia care justific existena acestor situaii se va explica ulterior. De regul domeniul de msurare se definete pentru intervalul n care eroarea rmne n limitele admisibile.

20

Capitolul 1

Observaie. La traductoarele cu semnal unificat, limitele semnalelor de ieire ymin i ymax rmn constante indiferent de limitele xmin i xmax ale semnalelor de intrare. Sensibilitatea (S) Sensibilitatea traductorului se definete n raport cu mrimea de intrare, neglijnd sensibilitile parazite introduse de mrimile perturbatoare. Pentru variaii mici x i y sensibilitatea se definete prin raportul dintre variaia ieirii i variaia intrrii. n cazul unei caracteristici statice liniare sensibilitatea este 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: y y min S = max (1.11) x max x min Din relaia (1.11) rezult c sensibilitatea este constant pentru ntregul domeniu de msurare. n cazul unor caracteristici statice neliniare se pot defini numai valori locale ale sensibilitii sub forma: y x (1.12) x=x i x=x i; 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 de dimensiunile mrimilor de intrare i de ieire, iar valoarea sa depinde de unitile de msur utilizate pentru mrimile respective. n cazurile caracteristicilor liniare, la care natura mrimilor x i y este aceeai, sensibilitatea (S) se va numi factor de amplificare, dac este supraunitar (S > 1), iar dac S < 1 sensibilitatea se va numi factor de atenuare. Aceti factori sunt adimensionali i sunt frecvent utilizai pentru caracterizarea traductoarelor. Cnd domeniul mrimii de intrare este foarte extins, amplificarea sau atenuarea se exprim n decibeli [db] prin relaia: A=20 log (y/x); [db] (1.13) Uneori se utilizeaz noiunea de sensibilitate relativ exprimat prin: y / y Sr = (1.14) x / x unde y/y este variaia relativ a ieirii, iar x/x este variaia relativ a intrrii. S i = dy dx

Caracteristicile i performanele traductoarelor

21

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 la compararea 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 schema structural a traductorului. Dac elementele care compun traductorul au caracteristicile de transfer (I-E) liniare, sensibilitatea totat a traductorului (St) se deduce uor din sensibilitile pariale ale elementelor traductorului, considernd aceste sensibiliti constante pe ntreg domeniul de msurare. Se prezint modul de calcul al sensibilitii totale (St) pentru cteva scheme tipice de conectare a elementelor componente (descrise de caracteristici liniare). a) Pentru conexiunea serie (figura 1.8): St =i =1 n n

Si

(1.15)

b) Pentru conexiunea paralel (figura 1.9): St =i =1

Si ;

(1.16)

c) Conexiunea cu reacie negativ (figura 1.10): S1 St = 1 + S1S 2

(1.17)

Fig. 1.8

Fig. 1.9

Fig. 1.10

22

Capitolul 1

n cazul conexiunii cu reacie negativ, deoarece (de regul S1>>1), se poate admite aproximarea: 1 St = ; (1.18) S2 Deci se observ c sensibilitatea elementului de pe calea de reacie este determinant n calculul sensibilitii totale a traductorului. Rezoluia Sunt traductoare care au caracteristici statice ce nu sunt perfect netede. Ca urmare, la variaii continue ale mrimii de intrare (x) n domeniul de msurare, 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 numete rezoluie. 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 al mrimii de intrare, iar pentru un domeniu de msurare fixat prin x se stabilete numrul de nivele analogice ce pot fi reprezentate de ctre semnalul de ieire. Rezoluia reprezint un indicator de performan i n cazul unor traductoare considerate (de obicei) analogice, cum sunt traductoarele pentru deplasri liniare sau unghiulare bobinate, la care variaiile de rezisten (sau de tensiune - la montajele poteniometrice) prezint un salt la trecerea cursorului de pe o spir pe alta. Pragul de sensibilitate Cea mai mic variaie a mrimii de intrare care poate determina o variaie sesizabil (msurabil) a semnalului de ieire, se numete prag de sensibilitate. Pragul de sensibilitate este important, ntruct condiioneaz variaiile minime la intrare care pot fi msurate prin intermediul semnalului de ieire. Factorii care determin pragul de sensibilitate sunt fluctuaiile datorate perturbaiilor 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 un anumit grad de incertitudine.

Caracteristicile i performanele traductoarelor

23

Orict de perfecionate ar fi metodele i aparatele utilizate i orict de atent ar fi controlat procesul de msurare, rezultatul msurrii va fi ntotdeauna diferit 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 cu att mai bune cu ct erorile respective sunt mai mici. Problematica erorilor de msurare este complex i pentru detalii se recomand lucrruile [1] i [4]. n cele ce urmeaz se prezint succint noiunile necesare pentru nelegerea semnificaiei preciziei traductoarelor. Cauzele erorilor de msurare sunt multiple 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 valoarea efectiv convertit difer de cea real. Erorile de interaciune pot aprea i ntre diversele componente din structura traductorului. - Eroarea de model este determinat de faptul c se idealizeaz caracteristicile statice, ignorndu-se anumii factori care le pot influena. Determinarea experimental a caracteristicilor statice prin utilizarea unor etaloane cu precizie limitat, genereaz eroarea de model. - Erori de influen care apar atunci cnd mrimile perturbatoare au variaii mari i nu pot fi compensate (prin mijloace tehnice). n raport cu proprietile lor generale s-au stabilit urmtoarele criterii de clasificare a erorilor : a) Caracterul variaiilor i valorilor pe care le pot lua: erori sistematice; erori aleatoare; erori grosiere. Erorile sistematice se produc n acelai sens n condiii neschimbate de repetare a msurrii i au valori constante sau variabile, dup o lege determinat n raport cu sursele care le genereaz. Erorile aleatoare (ntmpltoare sau accidentale) variaz imprevizibil la repetarea msurtorii, putnd lua valori diferite att ca sens ct i ca valoare. Erorile grosiere (inadmisibile) afecteaz prea grav rezultatele msurtorii, nct rezultatele nu pot fi luate n considerare. Aceste erori au dou cauze: funcionarea incorect a aparatelor; utilizarea unei metode incorecte de msurare.

24

Capitolul 1

b) Modul de exprimare valoric prin care se face deosebirea ntre erorile absolute i erorile relative. Erorile absolute sunt: xi, vi pozitive (sau negative) exprimate n aceleai uniti de msur cu vi. Eroarea relativ (real sau convenional) a unei msurri individuale se definete prin relaiile: x i v i x v v v x ir = = ; v ir = i = i ; (1.19) x x v v Erorile relative sunt exprimate prin numere fr dimensiune. Acestea pot estima precizia de msurare, deoarece nglobeaz i informaia cu privire la valoarea mrimii msurate. c) Mrimea de referin n funcie de care se deosebesc erorile reale fa de erorile convenionale. Eroarea real (a unei msurri individuale) este notat xi i exprim diferena 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 valoarea admisibil absolut xad, intervalul n care se afl valoarea real (x) a mrimii de msurat 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 ; sau: x = vi xad ; (1.24) (1.23)

n cazul traductoarelor, n general, se prevd dispozitive pentru compensarea automat a erorilor suplimentare, astfel nct precizia msurrilor s fie determinat numai de eroarea intrinsec, chiar la variaii mari ale factorilor de mediu. n final eroarea tolerat de aparat, sub form absolut, prin care se poate exprima corect precizia msurrii efectuate n condiii reale de funcionare, este dat de relaia: xtot = xb xs ; (1.25)

Caracteristicile i performanele traductoarelor

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 corespunztori sunt specifice traductoarelor analogice, dar innd seama de particularitile conversiei 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, numit eroare de cuantificare, egal cu 1/2 din intervalul de cuantificare x, adic 1/2 din bitul cel mai puin semnificativ (LSB). Reducerea acestor erori la valori acceptabile se face prin micorarea lui x. Erorii de cuantificare i se poate aduga eroarea de zero, ilustrat n figura 1.11-a, i/sau eroarea de domeniu prezentat n figura 1.11-b. Detalii asupra altor tipuri de erori generate de conversia analog-numeric se pot gsi n [6] i [7].

a) Eroare de zero

b) Eroare de domeniu

Fig. 1.11 1.2 Caracteristici i performane n regim dinamic Regimul dinamic al unui traductor corespunde funcionrii acestuia n situaia n care mrimea de msurat (x) i implicit semnalul de ieire (y) variaz n 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:

26n

Capitolul 1

k =0

a k y ( t ) = b q x (q ) ( t )(k ) q =0

m

(1.26)

unde x (q ) , y (k ) sunt derivatele n raport cu timpul de ordinul q i k ale intrrii x(t) i respectiv ieirii y(t); a k i b q 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 valorile derivatelor la momentul iniial t0. Pentru ca traductorul (ca element fizic) s poat fi realizat practic este necesar condiia: n > m, deci se impune ordinul ecuaiei difereniale. Pentru determinarea soluiei ecuaiei (1.26) se utilizeaz tehnicile uzuale de rezolvare a ecuaiilor difereniale liniare cu coeficieni constani. Dup rezolvarea ecuaiei difereniale (1.26) se obine soluia ecuaiei pentru condiii iniiale date i mrimea de intrare cunoscut sub forma unei anumite funcii de timp: y(t) = ytl (t) + ytf (t) + ysf (t) (1.27) Cei trei termeni ai soluiei (1.27) au semnificaiile: - ytl (t) componenta tranzitorie liber, care nu depinde de intrare, dar depinde de dinamica traductorului, ct i de condiiile iniiale nenule de la ieire ; - ytf (t) componenta tranzitorie forat, care depinde att de dinamica traductorului 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 fi acela la care s existe numai ultima component n (1.27), fr componente tranzitorii. Analiza comportrii dinamice a traductoarelor utiliznd rezolvri ale ecuaiei (1.26) reprezint operaii complicate (dei posibile). Din acest motiv se utilizeaz 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 Laplace ecuaiei difereniale i rezult funcia de transfer a traductorului:

H( s ) =

Y( s ) j = 0 = ; X( s ) n i a isi= 0

b js

m

(1.28)

Caracteristicile i performanele traductoarelor

27

Funcia de transfer permite (f.d.t.) determinarea rspunsului (traductorului) n form explicit pentru orice tip de variaie a intrrii (x). De asemenea, funcia de transfer permite o corelare ntre analiza teoretic a regimului dinamic i determinrile experimentale. Analiza performanelor n regim dinamic (pentru traductoare) utiliznd H(s) se poate face astfel: 1) n domeniul timpului utiliznd funcia indicial (rspuns la treapt) sau funcia pondere (rspunsul la impuls); 2) n domeniul frecvenei, pe baza rspunsului permanent armonic la variaia 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 s depeasc valoarea de 2% din semnalul de la ieire n regim staionar (stabilizat) ys.

Fig.1.12 Funcia indicial a unui traductor analogic echivalent cu 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 al traductorului); b) Suprareglarea (supracreterea) definit prin relaia:

[ %] =

M ys

100

(1.29)

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

(1.30)

28

Capitolul 1

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: D ( t ) Bs , pentru t tt (1.31)

1.3 Indicatori de regim dinamic pentru traductoare numerice 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 z = e sT , unde T este perioada de eantionare. Pentru traductoarele numerice, care au conectate la ieire CAN (convertori analog - numerici), indicatorii tipici specificai sunt: timpul de conversie sau (uneori) rata de conversie care reprezint numrul de conversii posibile n unitatea de timp. nsumnd timpul de conversie al CAN cu timpul tranzitoriu (tt) al prii analogice se obine timpul de stabilizare al mrimii la ieirea traductorului numeric. 1.4 Caracteristici energetice Orice operaie de msurare implic un consum energetic. Puterea, prin integrarea creia rezult energia consumat poate fi preluat total sau parial de la mrimile de msurat. Exist mrimi active, care au asociat o putere suficient pentru ca, prin intermediul unor ES adecvate, s asigure conversia direct ntr-un semnal electric. Cnd mrimile de msurat sunt pasive este obligatoriu necesar, pentru conversia lor n semnal electric, o surs de energie auxiliar. Pentru a nu afecta rezultatul msurtorii este necesar ca puterea preluat de la mrimile de msurat s fie ct mai mic. n practica utilizrii traductoarelor se pune problema adaptrii impedanei aparatului de msur (Zm) sau a traductorului (Ztr), n raport cu impedana sursei Zs , astfel nct consumul energetic i erorile de msurare s se menin n limitele admise. Acest procedeu se numete adaptare de amplitudine sau nivel i se realizeaz prin utilizarea unor amplificatoare. n acest fel pe lng adaptarea de nivel se realizeaz i o adaptare n putere. Consumurile de putere pot avea valori de la 10 3 W pn la 10 2 W, valorile fiind specificate pentru fiecare traductor.

Caracteristicile i performanele traductoarelor

29

Pentru caracterizarea puterii solicitate de la msurand, fiecrui traductor i se precizeaz n catalog sau pe placa indicatoare: impedana de intrare pentru aparatul 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 concepia care d principiul de funcionare, ct i de modul n care este realizat constructiv acesta. Condiiile efective de funcionare oferite de industrie pot impune cerine constructive diferite, chiar dac msurandul i intervalul de variaie al acestuia sunt aceleai. Caracteristicile constructive determin modul n care un traductor i pstreaz caracteristicile funcionale sub aciunea mrimilor de influen care se exercit n cazul diverselor aplicaii. n cele ce urmeaz se prezint cteva din caracteristicile constructive ale traductoarelor: 1.5.1 Robusteea Robusteea este o noiune de ordin calitativ. Este dat de capacitatea traductorului de a funciona corect n condiii de ocuri, vibraii, variaii mari de temperatur, umiditate, presiune, ageni nocivi (chimici sau biologici). 1.5.2 Capacitatea de suprancrcare Aceast 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 limita superioar a domeniului care dup ce i nceteaz aciunea, permite revenirea traductorului la caracteristicile iniiale. Capacitaii de suprancrcare i se asociaz un timp de exercitare: timp scurt (cnd solicitarea este numit oc); timp ndelungat (pentru suprasarcin) . Observaie: pentru a proteja aparatura de automatizare unele traductoare limiteaz (printr-un dispozitiv de protecie) valoarea superioar a semnalului de ieire (y), chiar dac apar depiri ale semnalului de intrare (x). 1.5.3 Protecia climatic Acest tip de protecie reprezint ansamblul de msuri care se iau n cadrul calculelor de dimensionare i alegere a materialelor, pieselor i componentelor, n proiectarea formei i detaliilor constructive (n special ale

30

Capitolul 1

carcasei), n stabilirea acoperirii suprafeelor i a tehnologiei de execuie, pentru a se asigura c aciunea complex a factorilor climatici pe o anumit durat s nu influeneze nefavorabil proprietile funcionale sau aspectul traductorului n condiiile reale de utilizare. Conform STAS 6535-83 i recomandrilor CEI (Comitetului Electrotehnic 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. Simbolurile au semnificaiile: T tropicus; A aridus; H humidus; 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 au modificri rapide de temperatur, fr praf, ocuri, precipitaii sau radiaii solare. 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 1.1 Simbolul zonei macroclimatice Caracteristicile factorilor climatici Media temperaturii minime anuale Media temperaturii maxime anuale Temperaturi maxime absolute Temperaturi minime absolute N -33oC F -60oC TH +1oC +45oC +50oC -10oC TA -10oC +50oC +55oC -20oC M -30oC +40oC +45oC -40oC MT +1oC +45oC

+40oC +40oC +45oC +45oC -50oC -65oC

Caracteristicile i performanele traductoarelor

31

Umiditate relativ