47

L3. Studiul adaptoarelor utilizate în sistemele automate unificate

1.Obiectul lucrării constă în studiul construcţiei, funcţionării şi identificării unor tipuri de adaptoare utilizate în automatizările industriale. 2. Adaptoare. Generalităţi În prezent majoritatea sistemelor de reglare automată sunt unificate în sensul că domeniul de variaţie al semnalelor de intrare şi ieşire din regulator este standardizat în limita unor semnale unificate.

Schema generală a unui sistem unificat de reglare automată este prezentată în figura 1.

Fig. 1. Sistem unificat de reglare automată

Într-un sistem unificat de reglare automată se întâlnesc două tipuri

de semnale analogice: semnale specializate şi semnale unificate. Semnalele analogice specializate sunt mărimi caracteristice elementelor de execuţie EE, proceselor tehnologice şi senzorilor utilizaţi pentru măsurarea valorilor mărimilor reglate y. Semnalele analogice specializate sunt mărimi fizice de o foarte mare diversitate care se modifică într-o gamă foarte mare de valori.

Tu u Regulator

unificat

y* +

_

Adaptor ieşire

Adaptor intrare

EE'cxxc

Proces

xp y

Senzor

xm

x’r

xr

ε

Traductor cu semnal unificat Partea fixată

Semnal analogic specializat Semnal analogic unificat

48

Caracteristica principală a unui semnal analogic unificat este gama constantă de valori în care poate să se modifice acest semnal.

Semnalele analogice unificate sunt standardizate pe plan mondial. Semnalele unificate cele mai folosite sunt următoarele: - curent continuu: [2 ... 10] mA sau [4...20] mA; - tensiune continuă: [-10...0...+10] V; [-5...0...+5] V; [0...10] V;

[0...5] V; - aer cu presiune în gama [20 ... 100] kPa sau [0,2 ... 1] bar.

Regulatorul unificat primeşte la intrare semnal unificat de eroare ε şi furnizează la ieşire semnal unificat de comandă cx .

În structura sistemului unificat de reglare automată sunt prevăzute două echipamente de adaptare pentru cuplarea regulatorului unificat cu partea fixată a sistemului de reglare. Astfel, pe legătura de reacţie negativă este prevăzut un adaptor de intrare pentru convertirea semnalului specializat '

rx furnizat de senzorul de măsură a parametrului reglat y în semnal unificat de reacţie rx .

Pe legătura directă a sistemului de reglare este prevăzut un adaptor de ieşire (numit şi convertor) pentru transformarea semnalului unificat de comandă cx furnizat la ieşirea regulatorului unificat în semnal specializat

(sau semnal unificat de altă natură fizică) de comandă 'cx acceptat de

elementul de execuţie EE. Deoarece semnalele unificate se modifică într-o gamă limitată de

valori, adaptoarele pentru semnalele specializate furnizate de senzorii de măsură se proiectează pentru diverse game de valori ale parametrilor tehnologici măsuraţi. Gamele de valori ale parametrilor tehnologici pentru care funcţionează adaptoarele pentru semnale unificate sunt impuse de necesităţile tehnologice de funcţionare ale instalaţiilor industriale.

Traductorul mărimii de intrare uT este adoptat în funcţie de natura şi gama semnalului unificat pentru care este proiectat să funcţioneze regulatorul unificat. Ansamblul format din senzorul de măsură pentru parametrul tehnologic reglat şi adaptorul de semnal unificat poartă numele de traductor cu semnal unificat. Prin calibrare, intervalul de variaţie al semnalului analogic unificat de ieşire se asociază domeniului necesar al mărimii de intrare în traductor (element sensibil + adaptor) şi în consecinţă

49

fiecărui nivel de semnal îi corespunde o valoare bine precizată (legea de dependenţă fiind liniară) a mărimii măsurate y. După tipurile de semnale furnizate la ieşire, adaptoarele pot fi grupate în două categorii: electrice (electronice) şi pneumatice. Se folosesc semnale unificate cu nivel minim zero şi semnale unificate cu nivel minim diferit de zero. Acestea din urmă prezintă avantajul că anularea semnalului de ieşire indică prezenţa unei defecţiuni. 3. Adaptoare pentru traductoare de temperatură 3.1. Principiul de funcţionare Pentru ca traductoarele de temperatură să fie utilizabile în cadrul sistemelor de reglare unificate este necesară utilizarea unor adaptoare care au rolul de a transforma semnalul de ieşire al elementului sensibil (variaţie de rezistenţă sau de tensiune) într-un semnal unificat.

În continuare sunt prezentate următoarele tipuri de adaptoare pentru traductoare de temperatură: ELT 160, ELT 162, ELT 163 şi AT2F-16. Adaptoarele din gama ELT sunt diversificate după parametrul de intrare (rezistenţă sau tensiune) şi după numărul de intrări, fiind prevăzute în acest scop cu blocuri de gamă corespunzătoare (H71...H75 pentru adaptorul ELT 160, H 751...H755 pentru adaptorul ELT 163, şi F751...F755 pentru adaptoarele ELT 162 şi ELT 163 serie nouă). 3.1.1. Schema bloc a adaptorului pentru traductoare de temperatură ELT 160 este prezentată în figura 2.

Fig. 2. Schema bloc a adaptorului ELT 160

50

La intrarea adaptorului se găseşte blocul de gamă H 71...H 77, compus dintr-o punte de gamă PG si un bloc de liniarizare BL, care primeşte la intrare un semnal de referinţă de la ansamblul redresor-stabilizator H 55 şi un semnal de la detector, elaborând la ieşire un semnal de comandă a modulatorului magnetic H 14. Semnalul de comandă este de ±10 μA, în c.c.

Modulatorul magnetic elaborează la ieşire o tensiune alternativă, cu frecvenţa de 1000 Hz, a cărei amplitudine este determinată de curentul de comandă, deci de valoarea parametrului măsurat. Tensiunea de ieşire a modulatorului se aplică la intrarea unui amplificator H 21 cu demodulare, la ieşirea căruia se obţine o tensiune continuă proporţională cu parametrul măsurat şi care atacă etajul final EF. Acest etaj transformă tensiunea continuă de la ieşirea lui H 21 într-un semnal unificat în gama 2...10 mA c.c. Ansamblul H211 mai conţine un oscilator H 31 care excită modulatorul magnetic şi demodulatorul din amplificatorul H 21, precum şi o sursă de alimentare SA. Adaptorul ELT 160 prezintă o serie de inconveniente în locul lui fiind introduse adaptoarele ELT 162 şi ELT 163. Aceste inconveniente se referă la schema electronică complicată, la utilizarea modulatorului magnetic care necesită materiale speciale, tehnologii de execuţie speciale şi complicate, impedanţă de intrare mică etc. 3.1.2. La realizarea adaptorului ELT 162 au fost eliminate aceste inconveniente prin utilizarea unor soluţii mai avantajoase prin utilizarea circuitelor integrate. În acest fel schema electronică a adaptorului ELT 162 se simplifică mult (figura 3).

Fig. 3. Schema electronică a adaptorului ELT 162

51

Dezechilibrul punţii se aplică amplificatorului de eroare (de tipul 3266/12C) apoi unui convertor tensiune-curent, care printr-o reţea de reacţie stabileşte echilibrul punţii. Adaptoarele ELT 162 şi ELT 163, serie nouă, sunt realizate după schema bloc din figura 4.

Fig. 4. Schema bloc a adaptorului ELT 162 CI - circuit de intrare; BL - bloc de liniarizare; A - amplificator; EF - etaj final; BA - bloc de alimentare; F751-F755 - bloc de gamă; F201 - bază amplificator; F401 - bază alimentare; F451 - sursă de referinţă; IG - bloc de izolare galvanică.

Caracteristici tehnice ale adaptorului ELT 160:

1. Semnal de intrare: - standard min 5 mV sau 6 Ω - special min 2 mV sau 4 Ω 2. Semnal de ieşire: 2...10 mA c.c 3. Rezistenţa de linie: 1...40 Ω 4. Rezistenţa de sarcină: 0...3 KΩ

Caracteristici tehnice ale adaptoarelor ELT 162 şi ELT 163:

1. Semnal de intrare: tensiune sau ohmi 2. Domenii de măsurare: minimum 2 mV c.c.; 8 Ω, maxim 500mV c.c.; 240 Ω.

52

3. Semnal de ieşire: 1...5 mA c.c 2...10 mA c.c 4...20 mA c.c 0...5 mA c.c 0...10 mA c.c 0...20 mA c.c 1...5 V c.c 0...5 V c.c 0...10 V c.c

Tabel 1 Denumiri şi coduri pentru blocurile de intrare ale adaptoarelor ELT 162 şi ELT 163

Denumire - cod Domeniu de măsurare maxim

Domeniu de măsurare minim

Rezistenţa de linie max (ohmi)

Adaptor pt. o sursă de mV -F751

550 mV Vmax -Vmin ≥2mV 20 ± 1

Adaptor pt. un termocuplu -F752

PR: 0...1600°C CA: 0...1000°C FC: 0... 600°C

Tmax -tmin ≥200°C Tmax -tmin ≥ 50°C Tmax -tmin ≥ 40°C

20 ± 1

Adaptor pt. două termocupluri de acelaşi fel

PR: 0...1600°C CA: 0...1000°C FC: 0... 600°C

Tmax -tmin ≥200°C Tmax -tmin ≥ 50°C Tmax -tmin ≥ 40°C

40 ± 2

Adaptor pt. o termorezistenţă -F754

Pt 50: -200....: - +500°C

Pt 100: -200....: - +500°C

Tmax -tmin ≥20°C Tmax -tmin ≥10°C

1 ± 1

Adaptor pt. două termorezistenţe de acelaşi fel -F755

Pt 50: -200....: - +500°C

Pt 100: -200....: - +500°C

Tmax -tmin ≥20°C Tmax -tmin ≥10°C

2 ± 2

Marcarea bornelor

+ - + - G U V intrare ieşire Alim.

Intrare de la termocuplu (F 752)

+ - + - + - G U V intr.1 intr.2 ieşire Alim.

Intrare de la două termocupluri (F 753)

53

A B b + - G U V intrare ieşire Alim.

Intrarea de la o termorezistenţă (F754)

A1 B1 A2 B2 + - G U V intr.1 intr.2 ieşire Alim.

Intrarea de la două termorezistenţe (F 755)

+ - + - G U V intrare ieşire Alim.

Intrarea de la o sursă de mV c.c. (F 751)

3.1.3. Adaptor pentru traductoare de temperatură AT2F-16 Acest adaptor este realizat de firma INFOSTAR SRL din Paşcani. La proiectarea şi realizarea acestor adaptoare s-a avut în vedere ca, prin miniaturizarea dimensiunilor de gabarit, aceste adaptoare să poată fi montate direct în cutia de borne a traductoarelor de temperatură, obţinându-se în plus şi următoarele avantaje: - eliminarea cablurilor de compensare la termocupluri; - folosirea a numai 2 fire în cazul traductoarelor rezistive (în loc de 3 sau 4); - eliminarea rezistorilor de compensare a rezistenţei liniei de legătură; - eliminarea cutiilor de conexiuni termocompensate necesare termocuplului; - posibilitatea de etalonare a subansamblului element sensibil-adaptor. Schema bloc a adaptorului este prezentată în figura 5:

Fig. 5. Schema bloc a adaptorului AT2F-16

54

În figura 5: - DRT/u este convertorul rezistenţă-tensiune, care realizează şi

liniarizează dependenţa U = f(RT), - U/I convertor tensiune - curent unificat 2...10 mA c.c. sau 4...20

mA c.c.

3.2 Chestiuni de studiat - Identificarea construcţiei adaptoarelor ELT 160, ELT 162, ELT 163 şi AT2F-16. - Studiul comportării staţionare şi dinamice.

3.3. Modul de lucru 3.3.1. În laborator se vor studia mai întâi adaptoarele rezistenţă-curent din seria ELT, pe baza schemei de montaj din figura 6.

Fig. 6. Încercarea adaptoarelor rezistenţă - curent

Pentru simularea variaţiei rezistenţei traductorului de temperatură se foloseşte o cutie de rezistenţe în decade, de tipul Rd 6.1, care se leagă la bornele A, B, b ale adaptorului.

La bornele de ieşire ale acestuia se conectează un miliampermetru sau un voltampermetru cu scală corespunzătoare.

Adaptorul se va alimenta de la reţeaua de 220 V c.a. numai după ce s-a realizat întregul montaj.

55

Rezistenţa de sarcină minimă a adaptorului ELT 160 este de 3 kΩ, iar a adaptorul ELT 162 este de 800 Ω.

În prealabil, prin intermediul cutiei de rezistenţe decadice se fixează valoarea minimă a domeniului de măsurare, de obicei valoarea corespunză-toare temperaturii de 0°C. În această situaţie valoarea curentului de ieşie trebuie să fie egală cu 2 mA sau 4mA. În caz contrar se corectează poziţia potenţiometrului R0 % (la ELT 162), până la obţinerea valorii minime.

În continuare se fixează valoarea maximă a mărimii de intrare, situaţie în care curentul de ieşire trebuie să aibă valoarea de 10 sau 20 mA.

Corectarea eventualelor erori se realizează cu ajutorul potenţiometrului "reglare gamă" sau a potenţiometrului R 100%. Se aplică apoi, la intrarea adaptorului, valori ale rezistenţei de intrare corespunzătoare punctelor 25%, 50% şi 75% din intervalul de temperatură înscrisă pe etichetă şi se citesc valorile mărimii de ieşire obţinute.

Cu ajutorul datelor obţinute se întocmeşte următorul tabel:

R (Ω) I (mA)

Se reprezintă dependenţa I= f (R) . Eroarea maximă admisibilă trebuie să fie de ±0,5%.

3.3.2. În scopul studierii adaptoarelor din seria ELT cu intrare în mV, cutia de rezistenţă decadică se înlocuieşte cu o sursă de tensiune continuă, care furnizează gama de mV, corespunzătoare domeniului de măsură al adaptorului. Apoi, se procedează ca la punctul 3.3.1. şi se reprezintă caracteristica I = f(U). 3.3.3. Pentru studiul adaptorului AT2F-16 se realizează montajul din figura 7.

Fig. 7. Montaj pentru încercarea adaptorului AT2F-16

56

În montajul din figura 5, intrarea adaptorului AT2F-16 se conectează la o cutie decadică de rezistenţe Rd. 6.1, iar ieşirea adaptorului se alimentează de la o sursă de c.c. de 12...36 V în serie cu un miliampermetru pentru măsurarea curentului unificat de ieşire în gama 4... 20 mA.

Se trasează caracteristica statică pentru valori crescătoare şi apoi scăzătoare ale rezistenţei de intrare, în gama temperaturii ce se doreşte măsurată. 4. Adaptor deplasare- curent tip FE (cu balanţă de forţe) 4.1. Principiul de funcţionare Adaptorul deplasare- curent tip FE (cu balanţă de forţe) converteşte o deplasare mecanică într-un curent continuu de semnal unificat în gama 4...20 mA, folosind un sistem cinematic cu compensarea cuplului aplicat la intrare. Schema principială a adaptorului deplasare- curent tip FE este dată în figura 8.

Fig. 8. Schema adaptorului deplasare - curent tip FE

57

Adaptorul deplasare - curent cu balanţă de forţe de tip FE este alcătuit din următoarele părţi componente: - un sistem cinematic format din bara de forţă 1, solidară cu pârghiile 2, 3, 4 şi 6, toate constituind un sistem rigid ce poate oscila în jurul punctului 0; - un detector format dintr-un miez magnetic fix 7 echipat cu bobinele 13, 14 şi armătura mobilă 5 solidară cu sistemul cinematic; - un sistem de reacţie (compensare), format din electromagnetul 8 (echipat cu bobina 15) plasat pe pârghia 6 (deci solidar cu sistemul cinematic mobil) şi magnetul permanent de reacţie 9; - un amplificator electronic. Receptorul şi sursa de alimentare (24...50V c.c.) sunt amplasate în exteriorul carcasei adaptorului cu balanţă de forţe. Funcţionarea adaptorului deplasare - curent cu balanţă de forţe tip FE are loc în felul următor: Mărimea de intrare concretizată sub forma unui cuplu Mx, deci a unei deplasări +x, proporţională cu mărimea respectivă, produce deplasarea capătului inferior al barei de forţă 1, din punctul a într-un punct de o poziţie variabilă a'.

Deplasarea +x se traduce într-o deplasare +y a armăturii mobile 5 a detectorului şi o deplasare z a electromagnetului de reacţie 8.

Detectorul constituie de fapt un transformator de curent cu miez de fier (7 + 5) având întrefier variabil (reluctanţă variabilă), cu bobina primară 13 alimentată cu curentul I1 de la amplificator şi bobina secundară 14 parcursă de curentul secundar I2, care este transmis înapoi la amplificator.

Ca urmare a deplasării armăturii 4 întrefierul b al detectorului va creşte, reluctanţa circuitului magnetic al detectorului de asemenea, deci curentul I2 va scădea (pentru I1= constant). Curentul unificat i = 4...20 mA c.c. din circuitul de ieşire va creşte producând creşterea câmpului magnetic al electromagnetului 8 de reacţie.

Acest electromagnet dă naştere unei forţe de repulsie faţă de magnetul permanent 9 care produce cuplul de compensare în sensul +z', opus sensului iniţial +z. La variaţia în sens opus -x a mărimii de intrare procesul are loc în mod invers producând scăderea curentului unificat care străbate aparatul receptor înregistrator, indicator, regulator etc.

58

Adaptorul mai cuprinde un şurub pentru reglaj gamă 11, care printr-o deplasare v apasă asupra unei lame elastice 10, numită "pârghie vector", cu ajutorul căreia se modifică cuplul rezistent static opus de echipajul mobil momentului creat de mărimea de intrare.

Mai este prevăzut un şurub cu resort 12 care producând o deplasare u stabileşte poziţia de zero a adaptorului. Traductoarele electronice prevăzute cu adaptoare deplasare -curent cu balanţă de forţă tip FE au diferenţiate, funcţie de mărimile de intrare, doar capsulele de măsură. Variantele constructive ale traductoarelor electronice din seria FE sunt date în tabelul 2.

Tabelul 2. Traductoare electronice prevăzute cu adaptoare deplasare -curent cu balanţă de forţă tip FE

Denumirea aparatului Model - Seria

1. Traductor de presiune diferenţială. FE 3DL FE 3DM FE 3DH

2. Traductor de presiune absolută. FE 1AM 3. Traductor de presiune relativă. FE 1GM

FE 1GH 4. Traductoare de nivel (presiune

hidrostatică). FE 7DL FE 7DM FE 7DEM

5. Traductoare de nivel cu imersor. FE 7BT FE 7BC FE 7BS

4.2. Traductor de presiune diferenţială model FE 3DM Traductorul de presiune diferenţială este un instrument cu adaptor deplasare - curent cu balanţă de forţe, cu element sensibil de tip membrană.

Semnalul de ieşire este un curent continuu unificat în gama 4...20 mA proporţional cu presiunea diferenţială măsurată.

59

Aparatul se foloseşte pentru măsurarea debitului, nivelului de lichide, presiunii diferenţiale etc. Principiul de funcţionare este următorul: Traductorul are elementul sensibil format dintr-o incintă separată printr-o capsulă de măsură, o membrană de separaţie metalică, în două circuite la care se aplică presiunile P1, respectiv P2 (P1>P2). Presiunea diferenţială 21 PPP −=Δ aplicată asupra capsulei o deformează elastic creând o forţă, respectiv un moment activ ce constituie mărimea de intrare a adaptorului cu balanţă de forţe.

Semnalul electric produs la ieşirea din traductor se transmite prin două conductoare normale, neecranate; distanţa dintre traductor şi aparatul receptor putând fi până la 1000 m. Caracteristicile tehnice principale ale adaptorului FE 3DM sunt:

1). Domeniul de măsură: minim 0...510 mm H2O maxim 0...5200 mm H2O 2). Presiunea statică maximă: 140 kgf/cm2 3). Rezistenţa de sarcină: 0...660 Ω 4.3. Traductor de nivel model FE 7DM Traductorul de nivel model FE 7DM este un aparat cu adaptor deplasare - curent cu balanţă de forţă care măsoară nivelul de lichide sau densitatea acestora în rezervoare închise sau deschise şi transmite ca semnal de ieşire un curent continuu unificat în gama 4...20 mA proporţional cu nivelul (densitatea) măsurat. Lichidele ale căror nivele se determină pot fi corozive, vâscoase sau uzate. În cazul măsurării densităţii, lichidul trebuie să aibă nivelul constant în rezervor. Traductorul de nivel model 7DM funcţionează pe principiul presiunii hidrostatice. Principiul de funcţionare este următorul: Capsula de măsură separă o cameră de presiune ridicată de o cameră de presiune joasă. Presiunea hidrostatică gHP ρ= produsă de valoarea nivelului H este aplicată asupra părţii de presiune ridicată a membranei capsulei (care constituie elementul sensibil al traductorului).

60

Partea de joasă presiune a capsulei este în legătură cu atmosfera (la rezervoarele deschise) sau racordată la partea superioară a rezervorului închis (cu pernă de aer sau vapori sub presiune).

Datorită presiunii hidrostatice, capsula se deformează elastic şi dezvoltă o forţă care crează un cuplu activ ce constituie mărimea de intrare în adaptorul cu balanţă de forţă. Caracteristicile tehnice principale ale adaptorului FE 7DM sunt:

1). Domeniul de măsură: minim 0...500 mm H2O maxim 0...5100 mm H2O

2). Presiunea statică: între zero absolut şi 100 bar în funcţie de dimensiunile flanşei.

4.4 Sursa de alimentare FE 100 Sursele de alimentare din seria FE 100 sunt destinate pentru alimentarea traductoarelor electronice cu adaptoare deplasare - curent cu balanţe de forţe care necesită tensiuni de minim 24 V. Sursa FE 100 este compusă dintr-un circuit redresor nestabilizat şi o celulă de filtraj care furnizează tensiunea continuă de ieşite. Sursa FE 100 poate fi prevăzută, cu un circuit convertor, prin intermediul căruia simultan cu semnalul unificat în gama 4...20 mA c.c. se obţine şi semnalul unificat în gama 2...10 mA c.c. 4.5. Chestiuni de studiat - Principiul de funcţionare al adaptorului cu balanţă de forţe tip FE. - Construcţia şi funcţionarea traductorului de presiune diferenţială FE 3DM. - Construcţia şi funcţionarea traductorului de nivel FE 7DM. În laborator traductorul FE 7DM este utilizat pentru măsurarea nivelului lichidului dintr-un rezervor, conform schemei din figura 9. Traductorul de nivel FE 7DM are gama de măsură a nivelului în intervalul 0...500 mm. Deoarece rezervorul R2 este deschis, camera de joasă presiune a elementului sensibil din traductorul de nivel FE 7DM este pusă în legătură cu atmosfera.

61

Fig. 9. Stand pentru încercarea traductorului de nivel FE 7DM Nivelul din rezervorul R2 este modificat cu ajutorul pompei P şi al robinetului V2. Informaţii asupra mărimii nivelului din R2 se obţin şi cu ajutorul unui indicator de nivel realizat dintr-un tub de sticlă şi o riglă gradată. Pentru diferite valori ale nivelului H din R2 se trasează caracteristica statică a traductorului electronic FE 7DM, ie= f(H), cu ajutorul indicaţiilor aparatului înregistrator ELR 35. 5. Adaptoare tensiune- curent

5.1. Adaptor pentru detector electromagnetic de debit tip ELT 530

Adaptorul tip ELT 530 converteşte semnalul de tensiune alternativă, obţinut la ieşirea detectorului electromagnetic de debit tip FL 281-S, într-un semnal unificat în gama 2...10 mA curent continuu. Adaptorul ELT 530 acceptă la intrare o tensiune de curent alternativ în gama 0...10 mV corespunzătoare unei viteze de deplasare a fluidului în detectorul electromagnetic de debit tip FL 281-S în gama 0...10 m/s.

62

Schema bloc a adaptorului ELT 530 este dată în figura 10.

Fig. 10. Schema bloc a adaptorului ELT 530 Transformatorul 9 care este alimentat în serie cu bobina de excitaţie S a electromagnetului încorporat în detectorul de debit furnizează tensiunile necesare adaptorului.

Semnalul de la detecţie este aplicat prin preamplificatorul 1, amplificatorului 2, care conţine un circuit de compensare 6 a componentei inductive. Din amplificator, semnalul este aplicat prin redresorul sincron 3, la multiplicatorul Hall 4, excitat prin stabilizatorul de tensiune 7.

Tensiunea Hall, filtrată cu un circuit LC, este amplificată printr-un amplificator 8 de curent continuu cu chopper, la ieşirea amplificatorului se obţine un semnal unificat în gama 2-10 mA, proporţional cu debitul Q.

Prin transformatorul de reacţie 5 se asigură stabilizarea funcţionării traductorului. În vederea punerii în funcţiune a adaptorului ELT 530, după ce se deschide capacul de protecţie, sunt posibile următoarele reglaje: - reglarea amplificării (potenţiometru); - reglarea domeniului (potenţiometru); - reglarea zeroului (potenţiometru); - reglarea amortizării (comutator cu patru poziţii).

63

5.2. Chestiuni de studiat - Construcţia şi funcţionarea adaptorului ELT 530. 5.3. Modul de lucru Se vor identifica elementele componente ale traductorului şi adaptorului. Se pune în funcţiune pompa P şi pentru diverse grade de deschidere ale robinetelor se urmăreşte variaţia semnalului unificat.

5.4. Adaptor pentru detector de pH tip ELT 632. Detectoare pH- metrice. Principiul de funcţionare

În procesele de producţie cu caracter chimic (industria alimentară,

chimice, celuloză, hârtie, petrol etc.) interesează determinarea gradului de aciditate sau alcalinitate al soluţiilor (pH - ul). La disociaţia electrolitică a apei pure se produc ioni pozitivi de hidrogen şi ioni negativi de oxidril, concentraţia acestora fiind aceeaşi (la 22°C este de 10-17 ioni) iar produsul concentraţiilor constant:

( ) ( ) .10H0HK 4−−+ =⋅= (1)

În cazul soluţiilor apoase de acizi predomină numărul ionilor de hidrogen iar în cazul soluţiilor apoase de baze predomină numărul ionilor de hidroxil. Pentru exprimarea mai comodă a concentraţiei ionilor de hidrogen se foloseşte indicele pH:

)H(

1g1pH+

= (2)

Pentru determinarea pH-lui se utilizează metoda electrică bazată pe faptul că între un metal, cufundat într-o soluţie care conţine ionii metalului

64

şi soluţia respectivă apare o diferenţă de potenţial E. Această tensiune electrică E depinde de concentraţia activă "c" a ionilor de metal şi de temperatură absolută T(°K) după legea lui Nernst:

0EclogFnTRE +⋅⋅

= (3)

în care: R = 8,316 J/°K (constanta gazelor); F = 96,500 C (numărul lui Faraday); n = valenţa metalului; E0 = potenţialul normal de electrod specific metalului respectiv. Determinarea valorii pH se face cu un element sensibil format din doi electrozi introduşi într-un vas conţinând lichidul de analizat. Conform relaţiei între fiecare electrod şi lichid, deci între cei doi electrozi va rezulta o tensiune E dependentă de pH. Dintre cei doi electrozi unul este "electrod de referinţă" iar celălalt "electrod de măsurare".

Electrodul de referinţă este "neutru" deoarece nu-şi modifică potenţialul electrochimic în funcţie de concentraţia de ioni de hidrogen, fenomen care se produce însă la electrodul de măsurare. Ca electozi de măsurare se folosesc electrozii de hidrogen, stibiu şi de sticlă, iar ca electrozi de referinţă cei din calomel şi clorură de argint. Un traductor electric de pH este format din detectorul de pH (fabricat în trei tipuri diferite W62, W63, W64) şi adaptorul electronic ELT 632.

Adaptorul electronic ELT 632 primeşte la intrare un semnal de

tensiune continuă de la elecrozii de pH (min. ±104,42 mV c.c. şi max. ±407 mV c.c. pentru domeniul 2 pH ... 14 pH), pe care îl converteşte în semnal unificat curent continuu (în gama 4...20 mA sau 2...10 mA) sau tensiune continuă în gama 1...5 V c.c.

65

6. Adaptor ELT 732 pentru detectorul de conductivitate electrică

tip W44 Măsura conductivităţii electrice poate fi folosită pentru supravegherea conţinutului de săruri sau a concentraţiei lor în lichide, de exemplu la apă de alimentare a cazanelor, deoarece sărurile conţinute în picăturile de apă antrenate de abur se depun pe pereţii ţevilor supraîncălzitorului sau chiar pe paletele turbinelor cu abur, provocând corodarea lor, scăderea randamentului etc. Detectorul de conductivitate tip W 44 este format din doi electrozi metalici protejaţi într-o construcţie metalică. Funcţionarea traductorului se bazează pe variaţia rezistenţei electrice în funcţie de conductibilitatea lichidului de măsurat care curge printre cei doi electrozi. Conductivitatea electrică a soluţiilor depinde de caracteristica substanţei dizolvate, de concentraţia electrolitului, de gradul de disociere şi de temperatura soluţiei. Variaţia temperaturii influienţiază în mare măsură conductivitatea electrică. Pentru compensarea variaţiei conductivităţii lichidului cu temperatura, detectorului W 44 este prevăzut cu un termistor. Adaptorul pentru detectorul de conductivitate electrică, ELT 732, primeşte ca mărime de intrare o rezistenţă electrică proporţională cu conductivitatea lichidului şi furnizează la ieşire un semnal unificat de curent continuu. Caracteristici tehnice principale ale adaptorului ELT 732:

- Domeniul de măsură:

0...1 μS/cm 0...2000 μs/cm 0...5000 μs/cm până la ∞, S/cm.

- Semnalul de ieşire: 4...20 mA c.c. 0...10 mA c.c. 2...10 mA c.c. 0... 5 mA c.c.

66

7. Traductoare cu semnale unificate de ieşire În prezent, în scopul eliminării unor erori ce pot apare din cauza canalelor de legătură existente între adaptoarele descrise şi studiate şi elementele sensibile propiu-zise, firmele constructoare recurg la realizarea într-un singur subansamblu a elementului sensibil şi a adaptorului. În acest fel se îmbunătăţesc considerabil performanţele şi se reduc gabaritele aparatelor respective.

Conform acestei noi tehnologii de realizare, traductorul măsoară prin intermediul unui element sensibil specializat un parametru tehnologic y, într-o gamă ymin ... ymax, iar prin intermediul adaptorului, ce este parte constructivă a traductorului, furnizează la ieşire un semnal unificat de curent continuu într-o gamă de variaţie 4.... 20 mA sau 2...10 mA.

La acest tip de traductor semnalul unificat de curent continuu este furnizat ca semnal de ieşire prin cele două fire de conexiune cu care este alimentat traductorul de la o sursă de tensiune continuă.

7.1. Traductor de presiune VEGABAR cu semnal unificat de ieşire

7.1.1. Construcţia şi principiul de funcţionare Traductorul de presiune VEGABAR se compune dintr-un element sensibil la variaţia presiunii, cu acţiune unilaterală (o membrană), şi un adaptor care furnizează la ieşire un semnal unificat de curent continuu în gama 4÷20 mA (figura 11).

Fig. 11. Traductorul de presiune VEGABAR

67

În figura 12 este prezentat elemental sensibil al traductorului de presiune VEGABAR

Fig. 12. Elementul sensibil al traductorului de presiune VEGABAR Elementul sensibil se compune din membrana 1 mobilă, cu grosimea peretelui dependentă de gama de presiune măsurată. Piesa 2 protejează membrana 1 împotriva deformărilor datorate suprapresiunilor asigurând un grad înalt de robusteţe. Gradul de acoperire a plăcilor condensatorului 3, determinat de poziţia membranei 1, generează un semnal de ieşire proporţional cu valoarea presiunii, care apoi, în adaptorul miniaturizat ataşa, se transformă în semnal unificat de curent continuu în gama 4÷20 mA. Deplasarea maximă a membranei 1 este de 0,3 mm. Posibilitatea rotirii carcasei pe saşiul de fixare permite poziţionarea optimă pentru cablul de conexiune. Conectoarele de proces sunt realizate sau din oţel inoxidabil sau din alamă presată la temperatură înaltă.

68

Conectarea în circuitul electronic este realizat cu tehnologia de două fire - în timpul procesului de ajustare o diodă permite măsurarea curentului fără perturbaţii în procesul de funcţionare (figura 13).

Fig. 13. Schema de conectare Fig. 14. Valoarea rezistenţei de sarcină Încărcarea maximă posibilă depinde de tensiunea de alimentare, valoarea minimă fiind de 12 V c.c. şi maximă de 30 V c.c. (figura 14). Traductorul este prevăzut cu posibilităţi de ajustarea zeroului (±10%), ajustarea domeniului de măsurare (±10%), şi ajustarea timpului de integrare între 0...5 s. Ajustarea timpului de integrare este utilă în atenuarea efectelor şocurilor de presiune. Pentru alimentare traductorul necesită o sursă de tensiune continuă de 12 - 36 V legată în montaj cu două fire în serie cu consumatorul (receptorul), după exemplul din fig. 11. Caracteristici tehnice ale traductorului de presiune VEGABAR: • măsurarea presiunilor relative de la vacum până la 20 bar/284 psi; • utilizabile în lichide, gaze şi vapori; • rezistenţa la supraâncărcări mari (până la de 25 de ori domeniul de măsurare); • siguranţa multiplicată de 1000 de ori (rezistenţa la rupere pentru domeniul de măsură 0,2 bar);

69

• fără ulei intermediar în senzor; • precis şi rezistent la temperatură; testate şi garantate individual; • rezistenţa la coroziune şi stabilitate de lungă durată; • conectare potrivită la proces, pentru fiecare aplicaţie; • încapsularea rezistentă până la 330 C.

Domenii de măsurare: 0...0,2 bar -0,5...0,5 bar 0...0,4 bar -1,0...0,0 bar 0...1,0 bar -1,0...1,5 bar 0...2,5 bar -1,0...4,0 bar 0...5,0 bar -1,0...10 bar 0...10 bar -1,0...20 bar 0...20 bar 7.1.2. Chestiuni de studiat - Construcţia şi funcţionarea traductorului VEGABAR 10G. - Ridicarea caracteristicii statice. - Studiul comportării dinamice. 7.1.3. Modul de lucru În laborator traductorul VEGABAR este montat pe un stand, reprezentat în figura 15.

Fig. 15. Stand pentru încercarea traductorului VEGABAR

70

Standul este alcătuit din: VT- vas tampon; FR - filtru reductor; M- manometru; VEGABAR-

traductor de presiune; RR- rotametru cu robinet. Se realizează schema electrică de alimentare pe baza figurii 13,

folosind în acest scop o sursă de tensiune continuă şi un miliampermetru. Standul se alimentează de la o sursă de presiune a laboratorului , prin

intermediul filtrului reductor FR. Se realizează diverse valori crescătoare ale presiunii, în limitele

0...1 bar, iar indicaţiile manometrului şi ale miliampermetrului se trec într-un tabel. Apoi cu ajutorul robinetului rotametrului se reduce treptat presiunea din vasul tampon VT, iar datele se trec în acelaşi tabel.

Se reprezintă grafic datele obţinute şi se fac aprecieri asupra liniarităţii şi reproductibilităţii.

Se studiază efectul timpului de integrare. 7.1.4. Prelucrarea şi analiza datelor oţinute Se trasează toate caracteristicile statice menţionate şi apoi, avându-se în vedere descrierea acestor aparate precum şi chestiunile de studiat propuse, se fac observaţii în legătură cu rezultatele experimental obţinute. Bibliografie: 1. Bivolaru I., Montarea instalaţiilor de automatizare. Vol. II. Ed. Tehnică,

Bucureşti, 1978. 2. Niţu C., Matlac I., Feştilă C., Echipamente electronice de automatizare.

Ed. Tehnică, Bucureşti, 1983. 3. Rădoi C., şi al. Circuite şi echipamente electronice industriale.

Ed. Tehnică, Bucureşti, 1986.