Detectoare de căldură

Detectoarele de căldură funcţionează pe principiul modificării parametrilor electrici

pentru o variaţie a temperaturii ambientale. Pot fi detectoare statice sau velometrice.

Constructiv pot fi mecanice (cu contacte bimetal), pneumatice (incinte închise ce îşi

modifică dimensiunile la variaţii de temperatură), sau electronice utilizând joncţiuni

semiconductoare sau alte materiale cu proprietăţi electrice variabile funcţie de temperatură.

FIG1.8. Senzor tipic de temperatură [12]

2.2. Senzori – organele de simţ ale uC

Ce este senzorul?

Definiţia senzorului nu a fost niciodată unitară şi complexă, motiv ce a lăsat de-a

lungul timpului o serie de incertitudini şi interpretări asupra acestui termen. Oricum ar fi,

denumirea de senzor provine din latinescul „sensus” ce desemnează simţul; până să fie

adoptat de dispozitivele tehnice, termenul a fost utilizat pentru a desemna capacităţile

organelor de simţ ale oamenilor şi ale organismelor vii, de a culege şi prelucra informaţii din

mediul înconjurător şi a le transmite creierului.

Sistemele mecatronice trebuie să fie capabile să identifice, în anumite condiţii şi

limite, parametri ai mediului ambiant şi să reacţioneze la modificări ale acestora. Extrapolând

consideraţiile despre sistemele senzoriale ale lumii vii la sistemele mecatronice, prin senzor

se va înţelege dispozitivul tehnic destinat înzestrării maşinilor cu simţuri. Are rolul

determinării unei sau unor proprietăţi, şi, în funcţie de nivelul de integrare, poate avea funcţii

mai simple sau mai complexe. Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru

transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar şi circuite pentru adaptarea şi

conversia semnalelor şi, eventual, pentru prelucrarea şi evaluarea informaţiilor. Senzorul care

include şi unităţile micromecanice şi microelectronice de prelucrare, realizate prin integrare

pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlneşte în literatura de specialitate şi sub

denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor).

Clasificare

Există astăzi senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în

considerare şi senzorii pentru diferite substanţe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor.

Se pot pune în evidenţă circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de

variante, pe plan mondial [ROD03].

Datorită marii diversităţi a principiilor de conversie a mărimilor fizice în mărimi

electrice, precum şi a soluţiilor de implementare a acestor principii, există şi o multitudine de

criterii de clasificare a senzorilor, dintre care vor fi enumerate câteva dintre cele mai

importante.

În funcţie de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificaţi în:

absoluţi, când semnalul electric de ieşire poate reprezenta toate valorile posibile ale

mărimii fizice de intrare, raportate la o origine (referinţă) aleasă;

incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din cadrul

domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru ceaurmătoare.

Foarte importantă este clasificarea în funcţie de tipul mărimii de ieşire, în:

senzori analogici, pentru care semnalul de ieşire este în permanenţă proporţional cu

mărimea fizică de intrare;

senzori numerici (digitali), la care semnalul de ieşire poate lua numai un număr

limitat de valori discrete, care permit cuantificarea semnalului fizic de intrare.Privind problema semnalului de ieşire din punctul de vedere al numărului de valori posibile,

pot fi puse în evidenţă alte două clase distincte:

senzori binari, care prezintă la ieşire numai două valori distincte;

senzori cu un număr mare de valori, pentru măsurarea unei mărimi într-o anumită

plajă; pot fi analogici sau numerici.Un alt criteriu de clasificare ţine cont de numărul elementelor traductoare şi de numărul

de dimensiuni atribuite valorilor măsurate şi clasifică senzorii în:

scalari (un traductor, o dimensiune);

vectoriali (măsurări după trei direcţii ortogonale) şi matriciali (un anumit număr de

traductoare dispuse după o matrice mono -, bi - sau tridimensională).

FIG 2.2. Schemă bloc a unui senzor cu semnale de intrare şi ieşire [26].

Parametrii

Sensibilitatea unui senzor este definită ca panta curbei caracteristicii de ieşire sau, mai

general, intrarea minimă a parametrilor fizici care va crea o variaţie a ieşirii.

Eroarea de sensibilitate este punctul de plecare pentru panta ideală a caracteristicii curbei.

Domeniul de acoperire al senzorului este maximul şi minimul valorilor aplicate parametrilor

care pot fi măsurate. Domeniul dinamic reprezintă domeniul total al variaţiei senzorului de la

minim la maxim. Relaţia matematică ce descrie domeniul dinamic : Rdyn=Ymax- I-YminI

Precizia se referă la gradul de reproducere al măsurătorii. Cu alte cuvinte, dacă exact aceleaşi

valori au fost măsurate de un anumit număr de ori, atunci un senzor ideal va scoate la ieşire

aceeaşi valoare de fiecare dată.

Rezoluţia reprezintă detecţia celui mai mic parametru de intrare care poate fi detectat din

semnalul de ieşire.

Acurateţea unui senzor este dată de diferenţa dintre valoarea actuală şi valoarea indicată la

ieşirea senzorului.

Eroarea de offset a unui traductor este definită ca valoarea ieşirii care există atunci când ar

trebui să fie zero, sau diferenţa dintre valoarea reală de la ieşirea traductorului şi valoarea de

la ieşire specificată de o serie de condiţii particulare.

Liniaritatea unui traductor este expresia cu care curba măsurată al senzorului se diferenţiază

de curba ideală.

Un traductor trebuie să fie capabil să urmărească schimbările parametrilor de intrare

indiferent din ce direcţie este făcută schimbarea, histerezis-ul fiind măsura a acestei

proprietăţi.

Timpul de răspuns poate fi definit ca fiind timpul necesar ieşirii valorilor unui senzor de a

trece din starea precedentă spre o valoare stabilită în limitele unui domeniu de toleranţă a noii

valori corecte.