CAPITOLUL I

CARACTERISTICILE GENERALE ALE UNEI LOCUINŢE INTELIGENTE

1.1. Prezentare generală.

O întrebare care ne frământa din ce în ce mai des, este „Cum va arăta casa

viitorului?” evident înţesată de aparatură electrocasnică, telefoane, termostate, monitoare

şi sunete Dolby Digital, provenit din pereţi, toate legate la microprocesoare ce permit

comunicarea între ele şi cu ocupanţii casei.

Inteligenţa unei case derivă din instalarea şi configurarea unor sisteme capabile să

comande anumite acţiuni. O acţiune simplă poate fi aceea de a aprinde lumina folosind

un controler îndepărtat. De asemenea se poate schimba canalul de la televizor folosind un

controler îndepărtat (telecomanda). În casa inteligentă un număr de sisteme electrice (la

fel ca toate aparatele electrice din casă) pot fi controlate şi automatizate cu ajutorul unei

unităţi de comandă (controller îndepărtat) sau automat. Tehnologia casei inteligente mai

poate fi folosită pentru a monitoriza activitatea celor din casă, şi să alerteze, daca este

cazul, anumite agenţii de pază.

Astăzi locuinţa inteligentă care încorporează elemente de inteligenţă artificială,

reprezintă în primul rând, simbioza construcţiilor modulare, reconfigurabile în funcţie de

utilitatea, uşoare şi rezistente, cu facilităţi sporite de confort şi de comunicaţii, adaptabile

la schimbările de climă şi lumină, uşor de reţinut şi de reparat, cu consumuri energetice

scăzute şi securitate crescută, atât la acţiuni criminale, cât şi la incendiu, fenomene

meteorologice periculoase , mişcări seismice.

În al doilea rând locuinţa inteligentă reprezintă un ansamblu funcţional integrat,

dar deschis, perfectibil, în care gradul de confort reprezintă un maximum dinamic adaptat

la consumuri energetice minime, funcţionalităţi maxime şi transferuri optimale de lumină

şi căldură dinspre mediul exterior. În această dinamică de confort maxim, influenţa

căldurii asupra mediului (noxe, deşeuri etc.) este minimă.

Cu ajutorul a câteva sisteme automate, bine puse la punct, se pot controla toate

echipamentele electrice atunci când se intră (pornit) sau se iese (oprit), dintr-una sau mai

multe încăperi. Astfel, se poate eficientiza şi sistemul de întreţinere şi curăţenie a

încăperilor.

1

Un aspect foarte important pentru o locuinţă cu multe încăperi este controlul

instalaţiilor de aer condiţionat, încălzire si iluminare.

Cu ajutorul unor senzori de prezenţă se poate controla consumul de energie

electrică în camerele neocupate, neavând nici un echipament pe poziţia pornit.

Managementul încăperilor este gândit pentru comanda individuală, automat, astfel încât

să regleze regimul de funcţionare al facilitaţilor pentru fiecare cameră în parte.

Programarea sistemelor şi echipamentelor folosite la construcţia acestei case duce

astfel la o serie întreagă de facilitaţi şi avantaje cum ar fi:

− să vii acasă şi să fie caloriferele calde, o temperatura agreabilă, să se aprindă

televizorul când doreşti, să cobori în sufragerie, să uzi gradina fără a ţine furtunul în

mână;

− cu jumătate de ora înainte de trezire caloriferul electric va fi pornit în baie şi

bucătărie;

− podeaua se va încălzi cu zece minute înainte să intri in baie;

− la intrarea în baie luminile se aprind imediat şi treptat, radioul porneşte, iar

ventilaţia este pusă în funcţiune;

− la plecare căldura, lumina şi radioul se opresc, iar ventilaţia mai funcţionează un

timp prestabilit;

− uşile şi ferestrele vor avea senzori care vor declanşa alarma şi vor iniţializa un

mesaj care va fi transmis telefonic dacă este nevoie;

− instalaţia electrică poate fi programată astfel încât să se utilizeze cât mai eficient

energia electrică;

− jaluzele dotate cu motoraşe pot fi lăsate sau ridicate în funcţie de căldura sau

luminozitatea soarelui;

2

− închizătoarele automate ale ferestrelor pot fi puse în funcţiune pe anumite

perioade de timp programate pentru a deschide aerisirea, sau se pot deschide în funcţie de

nivelul de umiditate măsurat de senzor;

− se pot activa automat instalaţii de irigare. Astfel in perioada concediului plantele

vor fi îngrijite automat. Peluza din faţa casei va fi udată zilnic la aceeaşi ora, mai puţin în

zilele ploioase, datorită senzorul de umiditate, declanşarea este inhibată;

Interfaţa de calculator poate fi programată să trimită comenzi şi secvenţe pentru

toate echipamentele din încăpere şi să comande individual fiecare modul: spre exemplu,

secvenţa 1 care activează instalaţia de încălzire în cazul in care temperatura a scăzut sub

cea stabilită în prealabil; secvenţa 2 aprinde toate luminile atunci când afara se

întunecă,etc.

Aceste secvenţe pot fi activate de semnale trimise de diferiţi senzori. După ce

această interfaţă a fost programată,ea se deconectează de la calculator şi se conectează

într-o priză obişnuită. În cazul căderilor de tensiune nu îşi pierde memoria, ea putând

declanşa rutinele în continuare datorită acumulatorilor proprii.

Când toata lumea este plecată de acasă şi nu se doreşte să se afle acest lucru,

sistemul poate acţiona programat să închidă sau să deschidă perdelele, jaluzelele

interioare şi exterioare, astfel încât se crează impresia că acea casă este locuită.

Se poate vedea vizitatorul. Daca acesta este suspect, nu i se permite accesul în

casă.

Daca cineva încearcă să pătrundă cu forţa în casă, ea poate apăsa un buton de pe

telecomandă şi un grilaj sau alt câmp de protecţie va fi coborât pentru a bloca accesul.

Dacă sunt probleme se poate cere ajutor, apăsând un buton de panică. Alarma va

avertiza sonor, luminile vor intra în sistem de stroboscop şi un mesaj preînregistrat va fi

trimis către anumite persoane, solicitând ajutor.

O sonerie poate anunţa prezenta unei persoane care a intrat în curte.

3

Pentru persoanele în vârstă există diverse sisteme de automatizare a aparaturii

casnice şi de siguranţă simplu de utilizat.

Acest sistem oferă mai ales persoanelor care nu se pot deplasa, facilităţi cum ar fi:

Controlul luminii şi instalaţiei de încălzire;

Controlul televizorului, radioului, etc;

Solicitarea ajutorului prietenilor sau rudelor, personalului de specialitate

(mai ales la spitale) cu ajutorul mesajului vocal înregistrat pe robotul

telefonic. Toate acestea cu ajutorul unei telecomenzi multifuncţionale

când suntem acasă sau prin intermediul internetului atunci când nu suntem

acasă.

La întoarcerea acasă, se dezarmează cu ajutorul telecomenzii sistemul de

securitate în momentul în care se ajunge la poarta casei. Telecomanda poate fi de

dimensiunile unei cutii de chibrituri şi poate avea o raza de 40 m.

Noaptea luminile din gradina şi din faţa uşii de la garaj se aprind cu ajutorul unor

senzori în funcţie de lumina de afară.

Când casa este ocupată consola de securitate poate fi setată să anunţe auditiv că

cineva a deschis poarta pentru ca cineva din casa să poată vizualiza cine a intrat în curte.

Când casa nu este ocupată, sistemul de alarmă urmează un program pentru

protecţia casei. Daca un intrus pătrunde în gradina, luminile şi radioul din casă vor fi

automat pornite, creând impresia de casă locuită.

Uneori hoţii sunt pacaliti de faptul că în casa în care doresc să intre este lumină.

Multă lume crede că dacă lasă lumina aprinsă sau un radio funcţionând îi vor induce in

eroare. Hoţii nu mai sunt atât de uşor de păcălit. Dar dacă observă că luminile se aprind şi

se sting aleatoriu, dacă un radio porneşte şi se opreşte la intervale neregulate de timp sau

dacă aud lătrat de câine, ei vor fi puşi pe fugă.

4

În perioada de vacanţă, se poate programa:

Oprirea automată a sistemului de încălzire şi pornirea acestuia cu câteva ore

înainte de revenirea acasă;

Stingerea automată a luminilor în camerele în care nu se detectează mişcare într-

un interval de timp presetat;

Programarea funcţionarii echipamentelor în funcţie de anotimp, zi sau noapte;

Posibilitatea programării sistemului electric din casă în funcţie de personalitate şi

necesităţile fiecărui utilizator;

Supravegherea copiilor aflaţi în piscină sau în camera lor, prin intermediul

fiecărui TV din casă sau prin intermediul calculatorului;

Monitorizare şi control de la distanţă (birou, etc.) chiar prin telefon;

Se poate stabili un perimetru „periculos”, astfel dacă acesta este încălcat se

declanşează alarma;

Programarea aprinderii, la apusul soarelui, a luminilor din holul de acces în casă

şi scăderea intensităţii până la nivelul de iluminare de veghe;

Închiderea în fiecare noapte la ore stabilite, a televizorului sau a altor echipamente

amplasate în camera copiilor;

Pornirea luminilor, a încălzirii sau a centralei cu ajutorul telefonului de exemplu,

înainte de a ajunge acasă, din maşină sau de la serviciu;

Acces din toate camerele la întregul sistem multimedia;

Sursă de energie neconvenţională (celule fotovoltaice sau energia eoliană);

5

Deoarece realizarea unei locuinţe inteligente a viitorului este un proiect de o mare

anvergură, nu putea face subiectul unei singure lucrări; de aceea am ales doar câteva

sisteme din cele amintite mai sus pentru o prezentare amănunţita si anume:

Menţinerea şi controlul temperaturii, între anumite valori setate de utilizator şi

anume: dacă se depaşeşte o anumită valoare mai mare decât cea setată se porneşte

automat aerul condiţionat, şi dacă se atinge o temperatura mai mică decât cea

setată se porneşte centrala.

În imaginile de mai jos prezentăm câteva idei de case inteligente, module de

control, panouri de comandă şi vizualizare a diferitelor elemente ale casei inteligente.

  

  

     

1.2. Funcţionalităţile casei inteligente.

1.2.1. Componenţa sistemului:

Unitate centrală;

6

Ieşiri 230v pentru toate luminile;

Ieşiri 230v pentru electrovalva irigare;

Ieşiri 230v pentru zone de lumini reglabile;

Ieşiri de comandă pentru controlul caloriferelor;

Intrări pentru toate întrerupătoarele din casă;

Intrări pentru toate detectoarele PIR şi senzori magnetici, detectoare de fum si

gaz;

Intrări pentru toate termometrele din locuinţă plus 1 termometru de exterior;

Panou LCD color touchscreen cu 8 taste pentru comenzi rapide;

Senzori PIR, magnetici, fum, gaz, ploaie, crepuscular;

Electrovalve pentru comanda caloriferelor;

1.2.2. Ergonomie.

Toate întrerupătoarele sunt de tip simplu(1 sau 2 taste),amplasarea se face pe

criterii de ergonomie,nu electric.Comanda mai multor scenarii luminoase se va face cu un

singur întrerupător Layout individual.

1.2.3. Confort.

Pornirea automată pe baza de prezenţă a luminilor pe holuri;

Pornirea automată a irigării grădinii pe timp de noapte şi prevenirea pornirii în

timp ce se afla persoane în gradină;

Reglarea temperaturii se face în fiecare cameră în grade Celsius, iar sistemul

comandă caloriferele pe baza temperaturii reale pentru a o menţine la valoare

comandată.

1.2.4. Funcţionalitate.

ÎNCHIDE TOT: la părăsirea locuinţei prin apăsarea unui singur buton se

realizează următoarele funcţii:

o Se sting toate luminile;

o Se opreşte alimentarea prizelor comandate;

o Încălzirea trece pe modul economic;

7

o Se alarmează sistemul de alarmă;

o Opţional se activează modul de simulare prezenţă.

Presetări pe lumini;

Economie de energie termică şi electrică;

Schema de temporizare individuală programabilă de 3 valori presetabile de

temperatură ce se pot comanda automat la 3 ore diferite;

Numărul funcţiilor opţionale este practic nelimitat, folosind ca bază sistemul

standard;

Interfon la ambele porţi ce permite vizualizarea şi conversaţia atât la parter, etaj

cât şi vizualizarea şi ascultarea pe televizor;

Funcţie silent automată sau manuală.

1.2.5. Securitate.

Funcţiile standard de alarmă cu detectare de mişcare şi de uşi deschise, fum şi

gaz, sirenă interior şi exterior;

Funcţie de panică pe întrerupător la etaj (se aprind toate luminile);

Vizualizarea pe ambele etaje a camerelor de supraveghere şi pe televizor;

Vizualizare a planului de prezenţă în locuinţă pe baza senzorilor PIR.

8

CAPITOLUL II

PRINCIPII DE MĂSURARE

2.1. Noţiuni generale.

Temperatura este mărimea neelectrică cea mai des măsurată. Senzorii de

temperatură folosiţi în automatizări au o mare varietate, datorită gamei largi de

temperatură care se măsoară, precum şi preciziei cu care se măsoară într-un anumit

domeniu. Eroarea de măsură se datorează în primul rând defectelor de schimb de caldura

între senzor şi mediu. Evaluarea erorii de masurare se face prin calculul raspunsului

senzorului, această eroare fiind cu atât mai mică cu cât conducţia termică senzor-corp

este mai mare. O altă sursă de eroare poate fi încalzirea senzorului datorita curentului

propriu care trece prin senzor (mai ales în cazul traductoarelor parametrice).

Marea varietate a trductoarelor se mai datoreaza şi caracteristicilor constructive

ale lor, care sunt determinate de mediile în care ele trebuie să funcţioneze.

Fenomenele care stau la baza funcţionării senzorilor de temperatură prezintă la fel

o mare diversificare. Conversia temperatură – mărime electrică, facută de senzor, se

realizează pe baza efectelor produse de câmpul termic asupra diferitelor materiale

conductoare sau semiconductoare.

Efectele produse de temperatură asupra diferitelor corpuri cu care vin în contact

direct sau indirect sunt: dilatarea, modificarea dimensiunilor solidelor sau modificare

volumului lichidelor, variaţia conductivităţii electrice la materiale conductoare sau

semiconductoare, modificarea proprietăţilor magnetice în cazul unor materiale

magnetizabile, apariţia şi variaţia unei tensiuni electromotoare (pentru senzori activi),

9

variaţia intensităţii şi a spectrului radiaţiei emise de corp, precum şi modificarea

frecvenţei de rezonanţă a materialului.

Traductoarele de temperatură, pe lângă realizarea conversiei temperatură –

marime electrică, trebuie să aibă şi alte proprietăţi, cum sunt: sensibilitate,

reproductibilitate, timp de raspuns mic, liniaritate pe un domeniu cât mai mare, montare

şi interschimbabilitate rapidă şi uşoară. Ele trebuie să fie protejate împotriva unor

eventuale acţiuni distructive mecanice sau chimice. Aceste protecţii care se adaugă în

timpul realizarii traductoarelor duc la scăderea performanţelor acestora.

Pentru a face o alegere corectă a senzorului de temperatură trebuie analizate prima

dată cerinţele legate de intervalul de temperatură în care trebuie să funcţioneze, timpul de

răspuns, sensibilitatea, precizia cu care se stabileşte temperatura, temperatura maximă la

care va fi supus senzorul, timpul de utilizare, daca sesizarea se face cu sau fără contact, şi

nu în ultimul rând, costurile care sunt direct proportionale cu precizia senzorului şi cu

modul lui de montare.

Traductoarele de temperatura pot fi folosite şi la măsurarea indirectă a altor

mărimi neelectrice, ca de exemplu: debit, viteza, valoarea efectivă a tensiunii sau a

curentului, presiuni joase.

2.2. Consideraţii introductive. Definiţii.

Noţiunea de temperatură îşi are originea în anumite senzatii ale organelor de

simţ umane prin intermediul cărora se pot face aprecieri referitoare la starea termică a

corpurilor.

Fundamentarea ştiinţifică a noţiunii de temperatură este dată prin intermediul

termodinamicii şi fizicii statice care studiază forma de mişcare a materiei denumită

“mişcare termică”. Proprietatea de tranzitivitate permite compararea temperaturii pentru

sisteme diferite fără a le pune în contact termic, folosind un anumit corp ca intermediar.

În vederea eliminării caracterului convenţional al temperaturii empirice, pornind

de la principiul al doilea al termodinamicii se defineşte noţiunea de termperatură

termodinamică T ca fiind inversul factorului integrant al expresiei schimbului de căldură

în sistemele termodinamice.

dS=dQ/T

10

Unde dS este variaţia elementară a entropiei sistemului şi dQ este căldura

schimbată corespunzătoare.

Se poate demonstra că la o trecere cvasistatică reversibilă a unui sistem

termodinamic de la o stare la alta temperatura T nu-si schimbă sensul şi se postulează,

astfel că temperatura termodinamică poate avea numai valori pozitive, de unde şi

denumirea de temperatură absolută. Este de observat că între valorile temperaturii

absolute T si cele ale temperaturii empirice θ se pot stabili relaţii dependente de modul

convenţional în care se determină şi se exprimă θ.

2.3. Scări de temperatură. Unităţi de măsură.

În principiu, construcţia unei scări de temperatură presupune atribuirea de valori

arbitrare θ1, θ2, temperaturilor corespunzatoare unor fenomene fizice, cu o bună

reproductibilitate (de exemplu, solidificarea sau fierberea substanţelor pure). Intervalul

θ2-θ1 se împarte într-un număr N oarecare de părţi egale, rezultând subintervalul de bază

care se adoptă ca unitate a scării şi căruia i se atribuie denumirea de grad de temperatură.

1ºC=(θ2-θ1)/N

În continuare se alege o proprietate fizică P a unui anumit corp (denumit corp

termometric) care depinde liniar, de temperatura cu suficient de bună aproximaţie pe

intervalul [θ1, θ2]. Ca exemple de astfel de proprietăţi se pot menţiona dilatarea termică,

variaţia rezistenţei electrice cu temperatura etc. În aceste condiţii scara de temperatură

este definită de relaţia:

unde P2-P1, reprezintă variaţia proprietăţii P pentru intervalul considerat, iar P-P1,este

variatia corespunzatoare pentru θ.

Se observă că împărţind variaţia P2-P1, a proprietăţii P în N părţi egale se obţine:

care exprimă valoarea în grade a intervalului determinat de temperatura de măsurat θ în

raport cu referinţa θ1.

11

Potrivit relaţiilor de mai sus, rezultă că se pot construi scări termometrice

diferite în funcţie de valorile adoptate convenţional pentru intervalul [θ1, θ2] şi de

proprietatea P. Mai mult decât atât, scările de temperatură pentru acelaşi interval şi

acelaşi tip de proprietate pot conduce la valori numerice diferite pentru θ, [θ1, θ2] în

funcţie de particularităţile corpului termometric.

În prezent există două tipuri de scări de temperatură adoptate de Conferinţa

Generală de Măsuri şi Greutăţi:

- Scara termodinamică de temperatură (STT);

- Scara internaţională practică de temperatură (SIPT).

Scara termodinamică de temperatură, denumită şi scara Kelvin, este o scară

absolută, construită pe baza teoremei lui Carnot care derivă din principiul al doilea al

termodinamicii.

La cea de a XIII-a Conferinţă Generală de Măsuri şi Greutăţi din 1967 s-a

adoptat, pe linia celor de mai sus, urmatoarea definiţie:

“Temperatura de bază, este temperatura termodinamică al carui simbol

este T; unitatea de temperatură termodinamică este kelvinul cu simbolul K.

Kelvinul este fracţiunea 1/273,16 din temperatura termodinamică corespunzatoare

punctului triplu al apei”.

Aceeaşi Conferinţă a stabilit că, în afara temperaturii termodinamice T,

exprimată în Kelvini, se poate folosi şi temperatura Celsius θ, pentru care punctul zero se

află cu 0,01ºK sub punctul triplu al apei.

θ=T-273,15 ºC

Un interval sau o diferenţă de temperatură, au aceeasi valoare indiferent de

modul de exprimare în grade Kelvin sau grade Celsius.

2.4. Principiile funcţionale ale traductoarelor de temperatură. Clasificări.

Temperatura reprezintă una dintre mărimile cele mai frecvent măsurate în

numeroase domenii datorită faptului că în majoritatea proceselor fizice, chimice,

biologice, naturale sau artificiale, intervin fenomene de natură termică.

Supravegherea şi/sau reglarea temperaturii pot fi întâlnite practic în toate

ramurile industriale, principalele scopuri fiind optimizarea fluxurilor termice în procesele

12

tehnologice, întocmirea bilanţurilor de energie termică, evaluarea şi reducerea pierderilor

prin transfer de căldură, asigurarea si menţinerea anumitor condiţii climatice în fazele de

producţie, depozitare sau transport, etc.

Valorile temperaturilor care trebuie măsurate variază în limite largi de la 200ºC

pana la 3000-3500ºC.

O primă clasificare a traductoarelor de temperatură, bazată pe modul în care

elementul sensibil preia energia de la mediul a cărui temperatură se măsoară, permite să

se distingă două mari categorii:

- traductoare de temperatură cu contact;

- traductoare de temperatură fără contact.

În cazul primei categorii elementul sensibil se află în contact direct cu mediul,

preluarea energiei termice efectuandu-se prin conductibilitate sau convecţie.

Traductoarele de temperatură cu contact reprezintă categoria cea mai frecvent utilizată în

domeniul: 200…1600ºC.

Problema cea mai importantă, din punct de vedere al preciziei, este aceea a

influenţei pe care o exercită introducerea elementului sensibil asupra câmpului de

temperatură existent în mediul de măsurat. Transferul de căldura de la mediul de măsurat

la elementul sensibil necesită un anumit timp, de dorit cât mai redus, până la atingerea

echilibrului termic. Constantele de timp caracteristice acestor traductoare sunt sensibil

mai mari decat ale traductoarelor pentru alte marimi şi ele reprezintă un indicator de

performanţă esenţial în proiectarea sistemelor de reglare. De asemenea trebuie relevată

necesitatea unor mijloace de protecţie a elementului sensibil la imersia acestuia în medii

corozive, metale topite, etc.

Pentru temperaturi mai ridicate, până la 30003500ºC, la măsurarea

temperaturii pe suprafete, sau în cazul unor obiecte în mişcare, sunt întrebuinţate

traductoarele de temperatură fără contact care funcţionează pe baza radiaţiilor emise de

corpurile aflate la temperaturi ridicate. Elementul sensibil, situat în afara mediului a cărei

temperatură se măsoară, are capacitatea de a detecta, la o distanţă convenabilă, energia

radiantă pe o anumită lungime de undă (radiaţia monocromatică) sau pe întreg spectrul de

radiaţie (radiaţia totală).

13

Traductoarele de temperatură fără contact, fiind folosite la temperaturi înalte, se

mai numesc şi traductoare de tip pirometric.

2.5. Traductoare de temperatură cu contact bazate pe efecte termomecanice.

Principiul de funcţionare. Această categorie de traductoare cu elemente

sensibile a căror functionare se bazează pe proprietatea corpurilor de a-şi modifica un

parametru (lungimea, volumul presiunea) dependent de temperatura mediului în care sunt

imersate, efectul fiind o deplasare liniară sau unghiulară, prelucrată corespunzator de

către adaptor.

2.5.1. Traductoare de temperatură bazate pe principiul dilatării corpurilor.

Prin utilizarea unor metale cu coeficienţi de dilatare liniară mari, se realizează

traductoare de temperatură cu tijă şi bimetalice, iar pe baza dilatării lichidelor se obţin

traductoare de temperatură cu rezervor (termometrice).

2.5.1.1. Traductoare de temperatură cu tijă.

Aceste traductoare se bazează pe proprietăţile de dilatare liniare ale corpurilor.

Astfel, dacă se consideră o tijă metalică de lungime l0 la temperatura 0 aceasta va avea

lungimea l la temperatura teta în conformitate cu relaţia:

l=l0[1+med.(-0)]

unde med. este coeficientul de dilatare liniară medie, pe intervalul de temperatură

considerat -0 al tijei.

Caracteristici, utilizări: În mod obişnuit traductoarele de temperatură cu tijă

asigură o precizie de 1…5%, pe un domeniu maxim de temperatură 0…1000ºC, tija

având lungimea de 40…600mm. Se utilizează ca termocontacte pentru supravegherea şi

semnalizarea depăşirii limitelor în rezervoare de prelucrare sau în depozite, iar asociate

cu amplificatoare tip ajutaj-paletă ca traductoare de temperatură cu semnal de ieşire

pneumatic. Au avantajul că urmăresc temperatura medie, fiind ieftine, robuste, cu putere

mare de acţionare şi dejavantajul că sunt puţin precise, de dimensiuni mari, cu timp mare

de stabilizare.

14

2.5.1.2. Traductoare de temperatură bimetalice.

Traductoarele de acest tip au la bază acelaşi fenomen de dilatare a corpurilor

solide diferenţiindu-se de cele cu tije prin modul de construcţie al elementelor sensibile.

În practică, pentru creşterea sensibilităţii, elementul sensibil bimetalic se

realizează sub formă plan spiralată sau elicolidală din aliaje metalice (fier-nichel-crom)

pentru lamelă – coeficient mare de dilatare termică. Similar traductoarelor cu tijă, cele

bimetalice sunt în principal utilizate-excluzând construcţia de aparate indicatoare de

temperatură-la realizarea releelor termice.

Caracteristici, utilizari: În general traductoarele de temperatură bimetalice se

utilizează la supravegheri şi reglări bipoziţionale pentru procese termice simple, cu

domeniul de măsurare maxim cuprins intre -100ºC si 600ºC, asigurând o precizie de 1…

3%. Au avantajul că sunt foarte ieftine, robuste, forţă mare de acţionare, dar au

dezavantajul că sunt mai puţin precise de dimensiuni mari, cu timp mare de răspuns.

2.5.1.3. Traductoare de temperatură cu rezervor.

Funcţionarea acestor traductoare se bazează pe dilatarea volumetrică a lichidelor

aflate în incinte prevăzute cu contacte, care au rolul de a sesiza atingerea unor valori de

temperatură prestabilite; având forme şi construcţii similare termometrelor cu lichid, se

mai numesc şi termometre cu contacte sau termometre regulatoare.

Principiul de funcţionare al termometrelor regulatoare se bazează pe variaţia

volumetrică cu temperatura a lichidului termometric în conformitate cu relaţia:

V=V0[1-αmed.(-0)]

unde V0, V sunt volumele lichidului la temperaturile 0 şi , iar αmed. este coeficientul

mediu de dilatare volumică a lichidului în intervalul de temperatură -0, la care s-a

aplicat corecţia de dilatare volumică a rezervorului si capilarului unde se păstrează,

respectiv are loc expansiunea lichidului.

Termometrele cu contacte se construiesc în două variante:

- cu contacte electrice fixe;

- cu contact electric mobil (wertex).

Caracteristici, utilizări: Datorită preciziei ridicate şi domeniile mari de utilizare

termometrele cu contact mobil sunt folosite în instalaţiile de termostatare, camerele

climatice, etc.; pentru protecţia contactului electric a termometrului se utilizează fie relee

15

intermediare de curenţi mici care comandă circuitele de forţă, fie circuite electronice cu

prag adecvate.

2.6. Traductoare de temperatură manometrice.

Traductoarele manometrice sunt sisteme închise alcătuite dintr-un rezervor R,

dintr-un manometru M şi dintr-un tub capilar de legatura TC.

Principiul funcţional - constructiv. Funcţionarea acestor categorii de

traductoare se bazează pe variaţia cu temperatură a presiunii sau volumului unui fluid

aflat într-un recipient închis etanş.

Variaţia de presiune, rezultată ca efect al variaţiei de temperatură aplicată

fluidului de lucru, este preluată cu elemente sensibile elastice de presiune şi transformată

într-o deplasare liniară sau unghiulară, care este apoi prelucrată corespunzator în adaptor

pentru scopuri de indicare, sesizare de valori limită sau reglare directă.

În cele mai multe aplicaţii fluidul de lucru este un lichid (parafina, în gama

140…200ºC; glicerina, în gama 0…160ºC; alcool în gama -50…300ºC; xilenn, în gama -

40…300ºC etc.), existând însă şi variante cu vapori saturaţi (propan, în gama -40…0ºC;

clorura de metil în gama 0…120ºC ţi altele ) şi mai rar, se utilizează un gaz (azotat, heliu,

bioxid de carbon), în gama -210 …550ºC împarţită în subdomenii, în funcţie de tipul

gazului.

În cazul utilizării vaporilor saturaţi ,lichidul din rezervor ocupă aprox. 2/3 din

volumul acestuia, iar tubul capilar are terminaţia permanent imersată în lichid, astfel că

presiunea dependentă de temperatură, după o lege neliniară, se datorează vaporilor

saturaţi aflaţi în spaţiul neocupat de lichid.

Caracteristici, utilizări: Avantajele majore ale traductoarelor de temperatură

manometrice constau în construcţia lor simplă şi în faptul ca nu necesită surse auxiliare

de energie, presiunea rezultată în funcţionare fiind suficientă să acţioneze elementele de

execuţie simple de tip contact electric sau robinet de reglare; aceste avantaje explică larga

lor utilizare industrială, care a tras după sine o mare varietate constructivă.

16

2.7. Traductoare de temperatură cu contact, bazate pe efecte termoelectrice.

În această categorie intră traductoarele de temperatură cu cea mai mare

diversitate constructivă şi utilizare industrială, deoarece acoperă un domeniu larg de

temperatură cu o bună precizie, au o construcţie relativ simplă şi pretabilă unei producţii

de serie mare, nu prezintă piese în mişcare, sunt capabile să lucreze în medii ambiante

agresive, variaţii mari de presiune, umiditate temperatură, vibraţii, şocuri, etc.

Elementele sesibile cel mai des utilizate utilizare din categoria traductoarelor

bazate pe efecte termoelectrice sunt termocuplurile, termorezistenţele, termistoarele,

peliculele rezistive, semiconductoarele; acestea se prezintă în diverse tipodimensiuni şi

forme constructive, recomandabile unei anumite aplicaţii sau pentru un domeniu mai

larg, dând astfel posibilitatea utilizatorului să implementeze soluţia cu eficienţă maximă.

La baza funcţionării acestui tip de traductor, stă proprietatea unor metale pure şi

aliaje semiconductoare de a-şi varia rezistenţa cu temperatura.

2.7.1. Traductoare de temperatură cu termocupluri.

La baza funcţionarii acestui tip de traductoare, denumite şi termocupluri, stau

efectele Peltier-Thomson asupra unui cuplu din două metale cu proprietăţi termoelectrice

cât mai diferite.

Termoelectrozii sunt confecţionaţi din materiale omogene fără impurităţi,

tensiuni mecanice, deformări, care trebuie să dezvolte o tensiune t.e.m. în funcţie de

temperatură, cât mai mare, să aibă o conductibilitate termică ridicată, un coeficient de

variaţie cu temperatura rezistenţei electrice mică, să fie rezistente la coroziune, şocuri

termice şi mecanice, să nu-şi schimbe în timp caracteristicile.

Pentru măsurări de temperatură în reactoare nucleare se utilizează termocupluri

PtMo(5%)-PtMo(0,1%), care acoperă acelaşi domeniu de măsurare ca şi termocupluri

PtRh-Pt, folosirea acestuia din urmă nefiind indicată întrucat rhodiul, într-un flux de

neutroni, se transformă uşor în paladiu, ducând la decalibrarea termocuplului.

Ca termocupluri nemetalice se menţionează: MoSi2-WSi2, utilizat în medii

agresive până la 1700ºC; grafit ZrB2, utilizat la măsurări în metale topite pana la 1800ºC;

aceste termocupluri sunt puţin răspândite datorită fragilităţii, dimensiunilor mari şi slabe

reproductibilitaţi în procesul de fabricaţie; au avantajul că pot funcţiona la valori ridicate

de temperatură.

17

Limita maximă de utilizare a unui termocuplu depinde şi de diametrul

termoelectrozilor.

Sensibilitatea Ktc este de valori reduse nefiind constantă pe domeniul maxim de

măsurare, deci relaţia este valabilă pe intervale mici din domeniul total de funcţionare. În

consecinţă caracteristica statistică a unui termocuplu este dată sub formă tabelară prin

specificarea t.e.m. pe întreg domeniul de măsurare, incluzând şi zona cu funcţionare

intermitentă, joncţiunea de referinţă fiind considerată la 0ºC.

2.8. Traductoare de temperatură cu elemente sensibile rezistive.

În funcţie de natura materialului utilizat în confecţionarea elementului sensibil se

disting:

- termorezistenţe realizate din metale prin bobinare spaţială/plană şi prin

depunere pe suporturi izolante;

- termistoare, obţinute prin sinterizarea unor pulberi de oxizi metalici.

2.8.1. Termorezistenţe.

Cele mai răspândite termorezistenţe în aplicaţiile industriale se obţin prin

bobinarea antiinductivă, pe un suport izolant, rezistent la variaţii mari de temperatură;

elementul sensibil astfel obţinut se introduce în teci de protecţie, prevăzute cu dispozitive

de prindere şi cutii de borne similare celor utilizate la termocupluri.

Pentru exprimarea şi compararea proprietăţilor termice ale materialelor folosite

la confecţionarea elementelor sensibile se utilizează coeficientul de temperatură, definit

pe intervalul 0…100ºC prin relaţia sau raportul W100 al rezistenţelor.

unde R0, R100 reprezintă rezistenţele firului la 0ºC, respectiv 100ºC.

S-a observat experimental ca W100 este cu atât mai mare cu cât puritatea

metalului utilizat este mai ridicată, crescând deasemenea odată cu înlăturarea tensiunilor

mecanice ale firului rezistiv.

În mod uzual domeniul de lucru al termorezistenţelor de platină este -200…

650ºC, iar în construcţii speciale, poate fi extins până la 850ºC. Spre temperaturi înalte

18

apare fenomenul de volatilizare, care este contracarat prin folosirea unei sârme de platină

cu diametru mare (diametru firului este tipic 0,05mm, dar poate ajunge până la 0,5mm

atunci când se doreşte extensie a limitei superioare a domeniului de utilizare).

Folosirea termorezistenţelor din platină fără teacă de protecţie, impusă de

necesitatea obţinerii unei constante de timp foarte mici, trebuie făcută cu precauţie mai

ales în medii gazoase, deoarece, în contact cu amestecurile combustibile, platina devine

catalizator accelerând procesul de ardere, consecinţa fiind eronarea temperaturii

masurate.

Cuprul permite realizarea unei bune reproductibilităţi deoarece se poate obţine

cu puritate inaintată pe cale electrolitică, termorezistenţele din cupru fiind utilizate pe

domeniul -50C…180ºC, întrucât peste 180ºC apare fenomenul de oxidare, producând

alterarea ireversibilă a proprietăţilor de reproductibilitate.

2.8.2. Termistoare.

Termistoarele sunt materiale semiconductoare care îşi modifică rapid şi într-o

plajă de variaţie mare rezistenţa electrică sub acţiunea unor variaţii relativ reduse de

temperatură. Dependenţa rezistenţă-temperatură respectă aproximativ o lege exponenţială

de forma:

în care RT, R0 sunt rezistenţele termistorului la temperaturile T, respectiv T0 în Kelvini

[K], iar b este o constantă care depinde de materialul din care este confecţionat

termistorul.

Se remarcă faptul că un termistor are coeficientul de variaţie cu temperatura

negativ, întrucât:

şi deoarece constanta b[k] este de valori mari (între 2500 şi 13000), sensibilitatea unui

termistor este de 8…10 ori mai mare decât a unei termorezistenţe, dar caracteristica

statică este puternic neliniară.

19

Există şi termistoare cu coeficient de variaţie cu temperatura pozitiv - denumite

pozistoare care prezintă o scădere lentă a rezistenţei până la o temperatură de prag,

urmată de o creştere bruscă; datorită acestei proprietăţi se utilizează la realizarea

sesizoarelor de temperatură sau ca “siguranţe” cu revenire automată.

În măsurările continue de temperatură se utilizează termistoare cu

coeficienţi,negativ liniarizate prin dispunerea unei rezistenţe invariante cu temperatura în

serie sau în parale cu termistorul.

Termistoarele se realizează din amestecuri de oxizi cu proprietăţi

semiconductoare ca: oxizii de Mn, Ni, Co, Cu, U, Fe, Zn, Al, Mg; după obţinerea unei

pulberi prin măcinare, se presează sub formă de discuri, baghete sau perle, apoi se

sinterizează la temperaturi şi în atmosfere riguros controlate.

Realizările tehnologice actuale permit obţinerea de termistoare cu

repoductibilitate a caracteristicii rezistenţă/temperatură sub 1…2% pe domenii de

utilizare cuprinse între –80ºC şi 150ºC.

În mod obişnuit domeniul de măsurare a temperaturii cu ajutorul termistoarelor

este: 100ºC…400ºC, iar în construcţie specială - denumite termistoare refractare - se

poate extinde domeniul până la 1200ºC.

Termistoarele utilizate în măsurări au rezistenţa R0 la temperatura de referinţă

(de obicei 25ºC) de ordinul K-lor, în consecinţă rezistenţa de linie nu influenţează

măsurarea ca în cazul termorezistenţelor; în acelaşi timp, fiind în construcţii miniatură,

puterea disipată este foarte redusă, de aceea curentul de funcţionare este de valori mici.

Constanta de timp a termistoarelor este de valori reduse, fiind infuenţată de

materilul utilizat penrtu protecţie.

Datorită sensibilităţii ridicate, ca şi posibilităţile foarte mari de liniarizare pe

intervale mici, aplicaţiile majore ale termistoarelor sunt pe domenii restrânse de

temperatură.

20

2.8.3. Adaptoarele traductoarelor de temperatură cu elemente sensibile

rezistive.

Termorezistenţele şi termistoarele fac parte din categoria elementelor sensibile

parametrice - necesită energie auxiliară în procesul de măsurare a rezistenţei electrice –

astfel că, în principiu, adaptoarele destinate acestora sunt de tipul convertor rezistenţă-

semnal unificat de ieşire. Pentru realizarea adaptoarelor se au în vedere o serie de

particularităţi ca:

- Variaţia redusă a rezistenţei termorezistenţei - în special pe domenii mici

- ca şi necesităţile impuse de precizia de măsurare, implică utilizarea de

metode de punte în intrare, alimentate în c.c. şi lucrând în regim

echilibrat/dezechilibrat;

- Distanţa relativ ridicată între elementul sensibil şi adaptor impune

controlul riguros al rezistenţelor de linie prin utilizarea în intrare – după

caz – a conexiunii elementului sensibil cu 2, 3 sau 4 conductori;

- Neliniaritatea caracteristicii statice a elementului sensibil - mai ales în

cazul folosirii termorezistenţelor – ca şi a punţii de măsurare – pentru

cazul punţilor, lucrând în regim dezechilibrat – impun utilizarea de

circuite de liniarizare în structura adaptorului;

- Separare galvanică a semnalului unificat de ieşire din adaptor în raport cu

elementul sensibil şi/sau cu sursele de alimentare, impusă de condiţiile

concrete în care se utilizează traductorul;

- Modalitatea diferită de conectare a traductorului în sistemele de

supraveghere/control prin utilizarea conexiunii pe două respectiv patru

fire.

Punţile de măsurare utilizate la intrarea adaptoarelor sunt, de regulă, punti

Wheatstone rezistive alimentate în curent continuu, unul din braţe constituindu-l

elementul sensibil; de asemenea, tot în cadrul acestora, sunt incluse anumite elemente de

reglaj, pentru echilibrarea iniţială, deplasarea punctului de zero, etc; iar în anumite

situaţii, aşa cum se va preciza în continuare, la cele lucrând în regim dezechilibrat, se

21

preferă rupturi de punţi modificate în vederea obţinerii unei dependenţe liniare cu variaţia

elementului sensibil.

Punţi de curent continuu în regim echilibrat. Pentru situaţia funcţionării în regim

echilibrat a punţii rezultă:

La conexiunea cu două conductoare:

Rθ=R2-(r1+r2)

astfel că rezistenţele celor două conductoare (r1 şi r2) pot conduce la erori semnificative,

mai ales când distanţa dintre locurile de plasare ale termorezistenţei şi ale adaptorului

(care include puntea de masurare) este mare; în plus, chiar dacă se înseriază cu R2 o

rezistenţă de valoare r1+ r2, variaţia cu temperatura a rezistenţelor conductoarelor de

legătură nu este în totalitatea compensată, deoarece acestea străbat un mediu ambiant a

cărui temperatură, de regulă diferă de cea a mediului în care este plasat adaptorul.

La conexiunea cu trei conductoare:

Rθ=R2+(r2-r1)

astfel că, prin alegerea convenabilă a conductoarelor, se poate asigura egalitatea r2-r1,

fiind posibilă compensarea rezistenţei firelor de legatură (se are în vedere totodată că,

traseul conductoarelor fiind acelaşi, influenţa temperaturii mediului se manifestă identic

asupra acestora). Această conexiune – cea mai utilizată de aplicaţiile industriale –

denumită şi configuraţie standard, este recomandată pentru traseele pana la 15m, pentru

care variaţiile de rezistenţă ale conductorului suplimentar r3 nu influenţează asupra

tensiunii din diagonala de alimentare a punţii.

La conexiunea cu două conductoare şi buclă de compensare:

Rθ=R2+(r3+r4)-(r1+r2)

şi prin alegerea conductoarelor astfel ca (r3+r4)=(r1+r2), toate având acelaşi traseu,

rezultă cea mai bună compensare a rezistenţei firelor de legătură; în multe aplicaţii, dat

fiind consumul ridicat de conductor, pentru situaţia în care influenţa temperaturii

mediului asupra rezistenţei liniei r1+r2 este neglijabilă, se înlocuiesc conductorii r3+r4

printr-o rezistenţă reglabilă pe carcasa adaptorului, reducându-se la conexiunea

termorezistenţei prin două conductoare, la care se înseriază R2 cu rezistenţa r1+r2;

La conexiunea cu patru conductoare se utilizează două configuraţii obţinute prin

comutatorul k-rezultând pe pozitia a

22

Rθ=R2+(r2-r1),

iar pe poziţia b

Rθ=R2+(r1-r2),

astfel că, făcând semisuma celor două valori, rezultă:

Această modalitate se aplică numai în măsurările de laborator care necesită

obţinerea unor precizii ridicate.

2.9. Traductoare de temperatură cu dispozitive semiconductoare.

Principiul de funcţionare. Această categorie de traductoare cu elemente

sensibile a căror funcţionare se bazează pe dependenţa de temperatură a tensiunii directe

– în cazul unei diode semiconductoare – respectiv a tensiunii bază-emitor – în cazul unui

tranzistor – atunci când acestea sunt străbătute de un curent constant; având la bază

proprietăţile dispozitivelor semiconductoare anterior evidenţiate s-au realizat circuite

integrate, sub formă de diodă Zener sau sursă de curent, la care semnalul de ieşire este

proporţionat cu temperatura absolută.

Dioda semiconductoare poate fi folosită ca element sensibil de temperatură

avand în vedere, că dependenţa dintre curentul prin joncţiune Ia şi tensiunea de

polarizare directă Ua se exprimă prin relaţia practică:

în care q - masa electronului, I0 – curentul de saturaţie, k - constanta lui Boltzmann, T -

temperatura absolută, iar m este un coeficient care ia valori între 1 si 2.

Se observă că relaţia, dupa o prelucrare simplă, poate fi scrisă în forma:

care arată faptul că, la alimentarea diodei aflate în polarizare directă cu un curent constant

Ia=const., între tensiunea Ua şi temperatura T se obţine o dependenţă liniară.

23

În mod obişnuit, o diodă semiconductoare cu siliciu are sensibilitatea de 2…

2,5mV/C, cu o bună sensibilitate în timp, fiind posibil de utilizat ca element sensibil de

temperatură în domeniul 20…100/120ºC; totusi sensibilitatea sa redusă cu temperatura,

care implică măsuri suplimentare în prelucrarea tensiunii Ua şi amplificarea acestuia, a

facut ca răspândirea diodei semiconductoare în aplicaţii să fie redusă.

Tranzistorul bipolar se poate utiliza ca element sensibil de temperatură având în

vedere că dependenţa curentului de colector Ic, în funcţie de tensiunea bază-emitor UBE în

cazul când UCE este suficient de mare şi UBE>>kT/q la conexiunea emitor comun este de

forma:

unde: - factorul de amplificare în curent direct; Ies – curentul de saturaţie al diodei

emitor-bază masurat cu colectorul scurtcircuitat la bază.

Printr-o prelucrare similară celei aplicate unei relaţii anterioare, relaţia de mai

sus poate fi scrisă în forma:

rezultând o dependenţă liniară între UBE şi T, în ipoteza că Ic=const. şi neglijând efectul

factorului rezidual.

Senzorii integraţi de temperatură folosesc tranzistoare, funcţionând la densităţi

diferite ale curentului de colector, astfel că diferenţa dintre tensiunile bază-emitor a doua

tranzistoare este direct proporţională cu temperatura absolută. Pentru obţinerea diferenţei

UBE[mV]=k·T2 [K] se lucrează fie cu tranzistoare duale străbătute de curenţi de colector

diferiţi, fie cu tranzistoare de arie diferită, strabătute de curenţi de colectori identici. O

altă modalitate, mai recentă, constă în utilizarea unui singur tranzistor multiemitor operat

în mod alternativ la doua nivele diferite ale curentului de colector, obţinându-se astfel o

diferenţa de tensiune bază-emitor direct proporţională cu temperatura absolută.

Senzorul integrat de temperatură LM335, încapsulat într-o capsulă de tranzistor,

asigură un domeniu de funcţionare între – 40 C…+l00 C, cu o eroare de neliniaritate de

maximum lC.

24

LM335 operează ca o diodă Zener a cărei tensiune inversă de deschidere este

direct proporţională cu temperatura absolută (exprimată în grade Kelvin), sensibilitatea

fiind 10 mV/K, chiar dacă curentul prin circuitul integrat variază în domeniul 450 µA şi 5

mA. De exemplu, la temperatura de 00C valoarea tensiunii este de 2,7315 V.

Circuitul LM335 are o impedanţă dinamică mai mică de 1 Ω şi funcţionează

normal într-un domeniu de curent cuprins între 450 µA şi 5 mA. Calibrate la +25 0C,

circuitele LM 335 au erori mai mici de 1 0C pe un interval mai mare de 100 0C.

CAPITOLUL III

ACHIZIŢIA TEMPERATURII

25

3.1 Noţiuni introductive.

Procesul de obţinere a datelor de la o altă sursă, de obicei una exterioară

sistemului se numeşte achiziţie de date. Ea se poate realiza prin detectare electronică, prin

introducerea datelor de la terminale sau de pe medii magnetice.

Achiziţia de date este întâlnită în foarte multe medii de activitate din zilele

noastre:

în industrie – în cadrul calculatoarelor de proces care reglează şi supraveghează

instalaţii tehnologice;

în cercetare ştiinţifică – pentru măsurarea şi prelucrarea unui spectru extrem de

vast de mărimi electrice şi neelectrice;

în comunicaţii – pentru supravegherea şi măsurarea liniilor de comunicaţie, ba

chiar şi în viaţa de toate zilele – în calculatoarele de bord ce echipează multe din

automobilele moderne.

În sensul cel mai restrâns, un sistem de achiziţie de date trebuie să poată executa

trei funcţii fundamentale:

convertirea fenomenului fizic într-un semnal care poate fi măsurat;

măsurarea semnalelor măsurate de senzori sau traductoare în scopul extragerii

informaţiilor;

analiza datelor şi prezentarea lor într-o formă utilizabilă.

Cele mai multe din sistemele moderne de achiziţie de date utilizează un calculator

personal pe post de controler. Deci, ţinând cont de cele enumerate mai sus, structura

tipică a unui sistem de achiziţie de date care are la bază un PC este următoarea:

senzori sau traductoare – care convertesc fenomenul fizic într-un semnal electric

ce poate fi măsurat;

circuite de adaptare a semnalului pentru izolarea, convertirea şi/sau amplificarea

semnalului provenit de la traductor;

un subsitem de achiziţie de date (care poate include convertoare analog – digitale

şi multiplexoare);

un sistem de calcul care include software pentru achiziţie de date.

26

Culegerea de date de pe suprafeţe relativ mari ridică probleme legate de

infrastructură, mai ales atunci când se utilizează comunicaţii cu fir. Progresul rapid

realizat în ultimii ani în domeniul comunicaţiilor fără fir - wireless - dintre care amintim

tehnologiile de tip GSM şi apariţia modemurilor inteligente pe frecvenţele libere de 900

MHz şi 2,4 GHz, a făcut posibilă realizarea facilă de sisteme de achiziţie de date pentru

arii extinse.

Arhitectura unui sistem hibrid de achiziţii de date pentru arii extinse, care

utilizează comunicaţii cu fir, modemuri telefonice, modemuri GSM şi modemuri

“wireless” pe 2.4 GHz.Sistemul propus vine să adauge facilitaţi noi la sistemele cu fir

clasice. Acestea se utilizează acolo unde cablările există deja. Se poate folosi standardul

de linie RS485 pentru distanţe de până la 1.2-3 km, sau modemuri telefonice pentru

distanţe mai mari. Modemurile GSM oferă o flexibilitate sporită şi uşurinţa în

implementare având dezavantajele legate de necesitatea de acoperire a zonei şi de plata

unui abonament. Modemurile radio pe frecvenţe închiriate necesită aprobări pentru

instalare, repetoare, antene şi implică o arhitectură de tip stea. Modemurile RFd2d sunt

foarte versatile în implementare - permiţând reflexii, staţiile nu necesită vizibilitate

directă - arhitectura reţelei poate fi complexă. În cazul distanţelor mari, necesită antene.

3.2. Schema logică de funcţionare

27

În funcţie de valoarea temperaturii măsurate, se pot genera două semnale de

control digitale ce se folosesc pentru comanda unor instalaţii de încălzire, respectiv de

răcire, pentru reglarea temperaturii în interiorul incintei.

Cele două semnale sunt generate pe canalele digitale P01 si P02. Ieşirea P01 se

activează atunci când se depăşeşte o anumită limită inferioară, impusă de utilizator, iar

P02 atunci când se depăşeşte o anumită limită superioară.

Dacă temperatura se află între cele două valori inferioară şi superioară, ambele

instalaţii vor fi oprite.

28

3.3. Achiziţia temperaturii folosind placa de achiziţie USB – 6008.

Placa de achiziţii date USB – 6008 (Figura 3.1.) pe care am utilizat-o are

următoarele caracteristici:

este o placă National Instruments;

posedă 16 canale de intrare simple sau 8 diferenţiale selectabile software;

convertorul analog numeric este construit pe tehnica aproximărilor succesive;

rezoluţia este de 16 biţi (adică 65536 de nivele distincte);

rata de eşantionare este de 20K eşantioane garantate;

bufferul de intrare este de tip FIFO şi are dimensiunea de 512 eşantioane;

protecţia de tensiuni înalte este asigurată până la limitele 25V în timpul

funcţionării şi 15V când sistemul este oprit.;

deasemenea posedă 2 canale de ieşire;

rezoluţia la ieşire este de 12 biţi;

rata de împrospătare este de 20K eşantioane;

tensiunea de ieşire este în domeniul 10V;

curentul maxim de ieşire este de 5mA;

are 8 canale digitale de intrare/ieşire cu comunicaţie compatibilă TTL/CMOS;

posedă 2 canale pentru countere sau timere cu o rezoluţie de 24 biti;

declanşatoare digitale compatibile TTL;

Pentru a înţelege modul de achiziţie al temperaturii în continuare voi detalia

caracteristicile plăcii de achiziţie USB – 6008.

29

Figura 3.1. Placa de achizitie USB – 6008

Convertoare analog – digitale.

Convertorul analog digital (A/D) are funcţia de a transforma semnalul primit de la

traductor – pe circuitul de adaptare – într-o formă numerică ce poate fi procesată de PC-

ul nostru. O interfaţă analog-digitală trebuie să poată să ofere utilizatorului câteva funcţii

importante pentru aplicaţiile de achiziţie de date:

transferarea datelor spre PC pe canalul DMA cu transfer simplu sau la cerere, cu

viteză mare;

buffer de memorie FIFO (la USB – 6008 are dimensiunea egală cu 512

eşantioane);

filtrarea zgomotelor;

amplificator cu câştig programabil;

electronică pentru declanşarea hard si soft.

Rezoluţia (pe 12 biţi).

Rezoluţia de intrare defineşte cea mai mică variaţie a semnalului de intrare ce

poate fi detectată de sistem. Rezoluţia poate fi exprimată sub formă de procente, dar cel

mai adesea ea se exprimă în biţi.

Rata de eşantionare (10 Ks/s).

Rata (viteza) de eşantionare reprezintă o măsură a vitezei cu care placa A/D poate

să scaneze canalul de intrare şi să identifice valoarea discretă a semnalului faţă de

valoarea de referinţă. Rata de eşantionare se exprimă uzual în eşantioane pe secundă (mai

rar in Hz) şi ea este unul din parametrii cei mai importanţi ai unei interfeţe analog –

digitale. Conform teoriei un sistem de achiziţie de date trebuie să eşantioneze cu o viteză

de cel puţin două ori mai mare decât cea mai mare frecvenţă ce poate exista în sistemul

de intrare.

Dacă viteza de eşantionare este prea mică, din datele achiziţionate se va obţine o

formă de unde complet diferită, şi de frecvenţă mai mică. Acest efect este numit alising.

30

Dacă sistemul de măsurat conţine componente cu o frecvenţă mai mare decât jumătate

din rata de eşantionare se recomandă utilizarea unui filtru anti-alising.

Multe interfeţe analog digitale cu mai multe canale folosesc un convertor A/D şi

un multiplexor de intrări. Multiplexorul acţionează ca un comutator care permite

eşantionarea independentă a fiecărui canal. De aceea, rata maximă de eşantionare pentru

un canal este rata maximă de eşantionare a convertorului A/D împărţit la numărul de

canale de eşantionare. Adesea rata de eşantionare ocupă rapid memoria calculatorului.

Aceasta înseamnă, că timpul cât poate să eşantioneze sistemul date este la fel de

important ca şi viteza lui de eşantionare. Pentru a asigura suficient timp de eşantionare

poate apărea necesitatea de a instala RAM suplimentare pe calculator, ori de a scrie sau

cumpăra soft de acces foarte rapid la disc.

Modul de conversie (cu aproximaţii succesive).

Unul din cele mai importante aspecte care trebuie avute în vedere la proiectarea

sau analizarea unui sistem de achiziţie de date este tipul convertorului analog-digital

folosit. Cele mai des întâlnite tipuri de convertoare A/D sunt:

cu conversie tensiune – frecvenţă şi numărare (V/F counnting);

cu integrare (integrating);

cu aproximări succesive (succesive aproximation);

instantanee (flash).

Modul de declanşare.

Modul de declanşare (triggering) a convertorului A/D este şi el un factor

important. În aplicaţiile de analiză a frecvenţei, aplicaţiile cu FFT (Fast Fourier

Transform = Transformata Fourier Rapidă) orice abatere în timpul dintre eşantionări va

produce erori considerabile. Conversia A/D trebuie să fie iniţiată direct de către ceasul

din hard sau de către ceasul extern. Sistemele care folosesc rutine soft pentru sortarea

conversiei sunt pasibile de erori. Porţile şi declanşările hard permit un control mai bun al

datelor şi reduc consumul de memorie.

De asemenea, prezintă importanţă şi modurile de eşantionare. Unele produse pot

sa înceapă achiziţia datelor atunci când primesc un semnal de declanşare. Aceste două

31

ultime moduri, pre – trigger şi post – trigger sunt utile atunci când datele ce prezintă

interes cuprind şi starea experimentului înainte sau după producerea unui eveniment.

Configuraţia intrărilor (8 single ended sau 4 diferenţiale).

Pentru conectarea semnalelor de intrare există două configuraţii principale: intrări

simple şi intrări diferenţiale. Intrările simple se utilizează atunci când măsurătorile

analogice trebuie să fie făcute faţă de o masa externă comună şi nu există posibilitatea de

a aduce la sistemul nostru de achiziţie de date atât masa de la distanţă, cât şi masa

analogică (8 single ended).

Configuraţia diferenţială este indicată în următoarele situaţii (4 diferenţiale):

atunci când se măsoară semnale care au tensiuni de mod comun ridicate (ca în

cazul mărcilor tensiometrice). Intrarea diferenţială reduce eroarea produsă de

tensiunea de mod comun cu o valoare egală cu rejecţia de mod comun a

amplificatorului de intrare (CMMR 90 dB la DC si 60 Hz);

atunci când se fac măsurători de la mai multe traductoare care au o masă comună.

Prin conectarea tuturor terminalelor LOW ale traductoarelor la un punct comun se

pot produce curenţi de masă care pot genera erori de offset şi zgomote;

atunci când traductorul este plasat fizic la distanţă mare faţă de sistemul de

achiziţie de date. Rejecţia de nod comun asigurată de o intrare diferenţială oferă o

bună protecţie faţă de zgomotele induse în cablul de măsură sau în linia de

transmitere a semnalului.

Deci intrările diferenţiale sunt ceva mai complicat de utilizat şi mai scumpe decât

intrările cu masă comună, ele asigură în mod obişnuit o imunitate la zgomote mai bună.

Modul de transmitere a datelor (DMA, întreruperi, I/O programate).

Cea mai mare parte a interfeţelor de achiziţie de date transferă informaţia fie

folosind întreruperile, fie folosind accesul direct la memorie (DMA = Direct Memory

Access). În cazul transferurilor iniţiate de întreruperi, apariţia unei întreruperi determină

oprirea programului ce rula în acel moment pe sistem şi saltul la o rutină de tratare a

32

întreruperii. În mod obişnuit, această din urmă rutină preia datele de la interfeţele de

achiziţie, le depune în memorie şi execută alte eventuale procesări înainte de a reda

controlul programului întrerupt. Pe de altă parte, un transfer DMA preia datele de la

interfeţele de achiziţie şi le pune direct în memoria calculatorului. După transferarea a 66

kB de date, este necesară programarea controlerului DMA. Pentru a se evita pierderea de

date se poate folosi un tampon de memorie FIFO (512 de eşantioane) care, fiind amplasat

chiar pe placa de achiziţie, poate memora datele citite pe durata programării. O altă

soluţie poate fi şi instalarea unui al doilea canal DMA, ceea ce permite ca un canal să

transfere date în timpul reprogramării celuilalt.

Având în vedere faptul că transferurile DMA sunt controlate direct prin hard şi că

se desfăşoară „în background”, ele sunt extrem de rapide. Dar pentru aplicaţiile mai lente

poate fi adecvat transferul iniţiat de întreruperi. De asemenea, există şi produse foarte

rapide care utilizează memorie direct de pe placa de achiziţie, ceea ce face ca ele să nu fie

limitate de magistrala calculatorului.

Multiplexarea intrărilor.

Pentru a realiza creşterea numărului de intrări pe care le poate măsura o interfaţă

analog numerică, se poate folosi un multiplexor. Multiplexorul este un dispozitiv care

dispune de mai multe canale, un canal de ieşire şi mai multe intrări de control. Cu

ajutorul intrărilor de control se poate selecta canalul de intrare ce este conectat la canalul

de ieşire. În cazul folosirii unui multiplexor, rata de eşantionare globală se obţine

împărţind rata de eşantionare a convertorului A/D la numărul de canale de intrare.

Circuitul de eşantionare şi reţinere

Circuitele de eşantionare şi reţinere (sample and hold) sunt circuite care

eşantionează mărimea de intrare la un moment de timp şi o menţin apoi la ieşire

indiferent de evoluţia ulterioară a mărimii de intrare – până când sunt comandate să facă

o nouă eşantionare. Circuitele sample & hold permit interfeţei A/D să citească mai multe

canale de intrare.

33

Interfeţe numerice (8 intrări/ieşiri, cu transfer de date programat I/O).

Alături de posibilitatea de a citi mărimi analogice, cele mai multe sisteme de

achiziţie de date dispun de felurite combinaţii de intrări şi ieşiri numerice, numărătoare,

temporizatoare, controlere pentru motoare, şi altele. Aceste funcţii sunt foarte importante

mai ales dacă sistemul trebuie numai să preia date, ci şi să controleze o testare sau un

proces.

Modulele întâlnite cel mai des sunt cele de intrare/ieşire digitală (digital I/O).

Intrările digitale monitorizează închiderea unor contacte, detectează stări pornit/oprit, şi

citesc date de la o mare varietate de echipamente care dispun de ieşire digitală. Ieşirile

digitale pot să pornească sau să oprească diferite echipamente (motoare electrice,

încălzitoare electrice etc.), pot sa comande relee sau pot să scrie date către echipamente

care dispun de intrare digitală. De asemenea, există şi interfeţe numerice pentru

comunicaţii de mare viteză.

Convertoare digital – analogice (buffer dublu).

Convertoarele digital – analogice (D/A) utilizează, o procedură inversă faţă de cea

folosită de convertoarele A/D. Ele folosesc, în mod uzual, pentru generarea unor tensiuni

pentru comanda unor echipamente electronice, pentru controlul unor echipamente de

reglare cu reglaj continuu (vane, regulatoare etc.) sau pentru simularea unor ieşiri. Unul

dintre parametrii importanţi ai unui convertor D/A este timpul de stabilire (setting time).

Acesta trebuie să aibă o valoare cu atât mai mică, cu atât aplicaţia este mai rapidă.

3.4. Mediul de programare LabVIEW.

Prezentarea generala a limbajului G.

De la prima sa apariţie în 1986, LabVIEW a fost cel mai puternic şi uşor de

utilizat program pentru testarea, măsurarea, modelarea şi controlul aplicaţiilor industriale.

G este un limbaj de programare grafică . El diferă de celelalte medii de

programare într-un singur şi important aspect, şi anume, celelalte limbaje sunt bazate pe

text, pe când G este un mediu de programare exclusiv grafic.

34

La fel ca C sau Basic, este un mediu de programare cu scop general, cu librării

de funcţii extensibile pentru orice cerinţă de programare.

G include librării specifice aplicaţiilor de:

achiziţii de date;

GPIB şi controlul instrumentelor seriale;

analiză de date;

prezentare de date şi stocare de date.

G cuprinde de asemenea unelte pentru depanarea programelor (Debugging Tools):

se pot plasa în sursa grafica puncte de control;

se poate anima execuţia programului pentru a vizualiza modul fluent în

care circulă datele de la începutul până la sfârşitul programului, sau pas cu pas ceea ce

permite o uşoară depanare şi dezvoltare a programului.

Programele G sunt denumite instrumente virtuale (VIs), pentru că înfăţişarea şi

operaţiile sale pot imita instrumentele fizice reale. Totuşi, instrumentele virtuale sunt

similare cu funcţiile limbajelor de programare convenţionale.

Un VI constă dintr-o interfaţă utilizator interactivă şi o diagramă bloc care

reprezintă codul sursă similar limbajelor de programare convenţionale. VI-urile pot fi

concepute ca funcţii apelabile în alte VI-uri. Rezultă astfel programe cu organizare

ierarhică ce poate fi pusă în evidenţă şi vizualizată prin comenzi disponibile în meniul

aplicaţiei LabView.

Instrumentele virtuale sunt structurate astfel:

Interfaţa interactivă cu utilizatorul a unui instrument virtual poartă numele de

panou frontal (front panel), pentru că el simulează panoul unui instrument fizic. Panoul

frontal poate conţine butoane, taste, clapete, potenţiometre, grafice şi alte controale sau

indicatoare. Utilizatorul poate introduce date utilizând mouse-ul şi tastatura, şi apoi

vizualizează rezultatele pe monitorul calculatorului;

Instrumentul virtual primeşte instrucţiuni de la diagrama bloc care a fost

dezvoltată în G. Diagrama bloc reprezintă o soluţie grafică pentru o problemă de

programare. Diagrama bloc este, de asemenea, codul sursă pentru instrumentul virtual;

35

Instrumentele virtuale se pot utiliza ierarhic şi modular. Se pot folosi ca

programe de nivel superior, sau ca subprograme în alte programe sau subprograme. Un

instrument virtual care este utilizat în alt instrument virtual este denumit sub-VI.

Cu aceste caracteristici, G reuşeşte cea mai bună implementare a conceptului de

programare modulară. Programatorul poate împărţi o aplicaţie într-o serie de task-uri, pe

care le poate din nou împărţi până când o aplicaţie complicată devine o mulţime de

subtask-uri simple. Programatorul construieşte instrumentul virtual pentru fiecare sub-

task şi apoi combină VI-urile într-o nouă diagramă bloc pentru a îndeplini un task mai

complicat. Conţinutul VI-ului de nivel superior conţine o colecţie de subVI-uri care

reprezintă funcţiile aplicaţiei.

Pentru că se poate executa fiecare subVI singur, separat de restul aplicaţiei,

depanatul este mult mai uşor. Pe de altă parte, unele subVI-uri de nivel inferior de multe

ori îndeplinesc task-uri comune multor aplicaţii, deci programatorul LabView poate

dezvolta un set specializat de subVI-uri care pot fi integrate în aplicaţiile viitoare.

Panoul frontal.

Interfaţa cu utilizatorul pentru un instrument virtual este aceeaşi cu interfaţa unui

instrument fizic şi se numeşte panou frontal. Panoul frontal este, înainte de toate, o

combinaţie de mărimi de control şi indicatori, ce simulează introducerea, preluarea şi

afişarea datelor din diagrama bloc a unui instrument virtual. Mărimile de control

simulează dispozitivele de intrare şi furnizează date către diagrama bloc a VI-ului.

Indicatorii simulează dispozitivele de ieşire care afişează datele achiziţionate sau generate

de diagrama bloc a VI-ului.

Mărimile de control şi indicatorii pot fi adăugaţi în panoul frontal prin selectarea

lor din meniul Controls, ilustrat în figura 2.1:

36

Fig. 3.2:.- Ilustrarea meniului Controls din Panoul Frontal

Fig. 3.3.Fereastra TOOLS

Fiecare obiect conţine un meniu specific cu ajutorul căruia putem schimba

atributele obiectului. Acest meniu poate fi accesat efectuând click cu butonul din dreapta

al mouse-ului pe obiect.

Elementele de control sau indicatoare de pe panoul frontal dispun, indiferent de

tipul de date pe care îl manipulează, de facilităţi oferite de programarea orientată obiect

în mediul de operare Windows (posibilităţi de repoziţionare, scalare, modificare a tipului

şi dimesiunii caracterelor utilizate, modificare a culorilor etc.

Panoul diagramă.

Pe măsură ce programatorul dispune de elementele de control şi indicatoare în

panoul frontal, simbolurile acestora sunt inserate automat în fereastra ce va conţine

37

diagrama aplicaţiei. Reprezentarea grafică a unui simbol depinde de natura elementului

corespunzător (de control sau indicator) de pe panoul frontal şi de tipul datelor

manipulate de către acesta.

Pe lângă simbolurile elementelor din panoul frontal, în diagramă se mai pot

introduce simboluri ale unor constante de diverse tipuri (numerice, logice, alfanumerice

etc.), structuri specifice limbajelor de programare (iterative, cauzale, secvenţiale etc.),

funcţii matematice cu diverse grade de complexitate şi proceduri pentru comanda

sistemului computerizat de măsurare.

Diagrama bloc a VI-ului sau, mai exact, codul sursă în formă grafică a unui VI în

LabVIEW, se afişează în fereastra ,,Diagram". O astfel de diagramă se construieşte prin

legarea obiectelor care trimit sau primesc date, aplică funcţii specifice de transformare a

variabilelor sau controlează fluxul execuţiei programului. Aceste funcţii fac parte din

biblioteca de funcţii elementare proprie mediului şi nu oferă acces la sursă, iar altele

sunt macrofuncţii disponibile în bibliotecile mediului Labview. Ele sunt concepute ca

subrutine care permit accesul la sursă până la cel mai scăzut nivel.

Semnificaţia zonelor din terminalul unei funcţii sau al unei proceduri poate fi

vizualizată într-o fereastră Help de context, în momentul în care cursorul mouse-ului este

poziţionat deasupra terminalului respectiv dacă este activat din meniul Help opţiunea

Help de contex

Achiziţia de date.

Prezentare generală - Funcţiile de achiziţie permit achiziţia/comanda mărimilor de

proces prin funcţii dedicate. Ele pot achiziţiona/comanda :

mărimi analogice care corespund unei tensiuni echivalente a mărimii fizice

măsurate/comandate .

marimi binare care corespund datelor cu acest tip de reprezentare.

Mediul Labview oferă o paletă bogată de funcţii de achiziţie/comandă care permit

realizarea cu mai mult sau mai puţin rafinată a achiziţiei/comenzii. Aceste funcţii sunt

sub-VI-uri concepute astfel încât să efectueaze configurarea placii de achiziţie, să

38

citească datele sau să le trimită pe canalele plăcii şi să proceseze apoi aceste informaţii

analogice sau binare după strategia de control prestabilită.

Figura 3.4. Funcţii de achiziţie

3.5.Prezentare aplicatiei in LabView.

39

Figura 3.5. Panoul frontal al achiziţiei şi controlului temperaturii.

În prima regiune am definit parametrii de achiziţie. Aici am utilizat controale

numerice ca: placa de achiziţie, canalul, rata de scanare, canal de ieşire – ventilator şi

canal ieşire – rezistenţă.

Placa de achiziţie – dă posibilitatea utilizatorului de a alege numărul device –

ului, cu care va comunica calculatorul.

Canalul – reprezintă numărul canalului pe care se face achiziţia.

Rata de scanare – reprezintă numărul de interogări ale plăcii de achiziţie în

unitatea de timp.

Canalul de ieşire – ventilator şi rezistenţă – sunt două canale numerice care

indică numărul canalului de ieşire pe care se trimite o tensiune pentru a aprinde un LED,

respectiv se face comanda ventilatorului şi a rezistenţei atunci când este nevoie.

În a doua parte avem două grafice, în cel de jos avem fluctuaţia tensiunii în raport

cu creşterea sau descreşterea temperaturii. După cum ştim senzorul de temperatura

LM335 are o ieşire liniară, funcţionează ca o diodă Zener a cărei tensiune inversă de

deschidere este direct proporţională cu temperatura absolută (exprimată în Kelvin),

40

sensibilitatea fiind de 10 mV/K. De exemplu la o temperatură de 0 oC valoarea tensiunii

este de 2,7315 V.

În graficul de sus avem fluctuaţia temperaturii, în funcţie de valorile setate de

utilizator din potenţiometrul situat în regiunea „Domeniul de temperatură dorită”.

Cele doua LED – uri indicatoare,respectiv unul la rezistenţă şi celălalt la

ventilator, semnalizează pornirea respectiv oprire celor doua device – uri, atunci când se

atinge temperatura maximă sau minimă setată de utilizator.

În ultima zonă a panoului de control avem ora şi data în momentul in care se

rulează aplicaţia, acestea fiind cele corespunzătoare calculatorului.

Figura 3.6. Schema bloc de achiziţie respectiv de afişare a temperaturii.

41

Figura 3.7. Schema bloc de comanda a ventilatorului şi rezistentei, precum şi butonul de pornit/oprit al schemei.

Figura 3.8. schema bloc de salvare a datelor într-un fişier excel (jurnal de mars).

42

Figura 3.8. Schema bloc de afişare a orei respectiv datei

Fereastra diagramă din spatele panoului frontal are o structură ierarhizată. Ea are

în componenţa sa o serie de subaplicaţii, numite subVI – uri în limbajul grafic G. După

cum se poate vedea şi din figura 3.9. , ele reprezintă aspectul arborescent al aplicaţiilor în

LabVIEW.

Aceste subaplicaţii sunt prezente numai prin intermediul unor iconuri a căror

grafică este sugestivă pentru acţiunea care o generează. Grafica poate fi editată de către

utilizator cu ajutorul unor instrumente care se află pe bara de sus.

Fiecare icon are terminale de intrare şi de ieşire, unele opţionale altele obligatorii

care trebuie cablate pentru ca aplicaţia din spatele lor să poată funcţiona.

Figura 3.9. Structura ierarhizată a aplicaţiilor în LabVIEW.

43

CAPITOLUL IV

DESCRIEREA APLICAŢIEI.

4.1. Schema bloc a sistemului.

4.1.1. Senzorul şi circuitul de condiţionare.

În cazul nostru, semnalul care va fi măsurat de către un senzor montat în cadrul

unui circuit de adaptare, este o temperatură. În acest fel temperatura dintr-o încăpere va fi

transformată în tensiune pentru ca mai apoi prin placa de achiziţie semnalul să poată fi

prelucrat de către calculator. Circuitul de adaptare are următoarea schemă:

Fig.4.1. Circuitul de condiţionare a senzorului LM335

44

Senzorul este legat într-o configuraţie de punte, iar amplificatorul operaţional

lucrează în conexiune diferenţială. Din rezistenţa R6 se reglează referinţa, iar din R7

amplificarea, astfel că se utilizează toata plaja de variaţie a tensiunii de intrare în

convertorul analog – digital.

În construcţia acestui circuit s-a ţinut cont de faptul că senzorul LM 335 are o

impedanţă dinamică mai mică de 1Ω (ohm) şi funcţionează normal într-un domeniu de

curent cuprins între 450µA şi 5mA. Intervalul său de temperatură este cuprins între (− 40 oC) şi (+100 oC). Calibrate la 25 oC, circuitele LM 335 au erori mai mici de 1 oC pe un

interval mai mare de 100 oC. Marele avantaj al acestui senzor îl prezintă ieşirea liniară.

LM335 funcţionează ca o diodă Zener a cărei tensiune inversă de deschidere este

direct proporţională cu temperatura absolută (exprimată in Kelvin), sensibilitatea fiind de

10 mV/K. De exemplu la o temperatură de 0 oC valoarea tensiunii este de 2,7315 V.

Circuitul LM335 se calibrează din exterior foarte uşor cu ajutorul unui divizor de

rezistenţe astfel încât să se obţină la ieşire următoarele valori ale tensiunii, în funcţie de

temperatura de referinţă:

2,7315 00 C

2,9315 200 C

Avantajul major al acestui tip de senzor este ieşirea liniară. Ieşirea circuitului

(calibrat sau nu) poate fi dată prin ecuaţia:

VOT = VOTO·

unde:

T este temperatura necunoscută;

TO este temperatura de referinţă (in 0K).

În modul de alegere al componentelor acestui circuit s-a ţinut cont şi de faptul că

placa de achiziţie poate achiziţiona un semnal în tensiune cuprins intre −/+5V sau

(0÷5)V. Astfel alimentăm întreg circuitul de la o sursă de tensiune de 12V.

Dioda Zener în cazul nostru este elementul variabil (LM 335). La

echilibru,eroarea pe diagonala de măsură este zero (0).

45

Prin modificarea temperaturii senzorului LM335, acesta introduce o variaţie de

tensiune de 10 mV/oK, realizând un dezechilibru al punţii.

Seria de amplificatoare LM 7800 cu 3 terminale şi ieşirea în tensiune este

disponibilă cu câteva ieşiri standard şi de aceea ea este folosită într-o gamă largă de

aplicaţii. Aceste regulatoare folosesc un curent intern care crează o arie de compensare

din punct de vedere termic. Dacă temperatura corespunzătoare este depăşită ele pot

furniza la ieşire un curent de peste 1 A. Principala lor destinaţie este aceea de

stabilizatoare. Pe lângă acest lucru ele mai sunt folosite împreună cu alte componente

pentru a obţine la ieşire curenţi sau tensiuni reglabile sau ca şi elemente de putere în

regulatoarele de precizie (pentru mai multe detalii vezi ANEXA III).

Tensiunea de ieşire este preluată ca tensiune de intrare de amplificatorul

operaţional LM301. Acesta este utilizat în conexiune diferenţială. Amplificatorul

diferenţial este un circuit liniar special, la care se aplică semnal şi pe intrarea inversoare

şi pe cea neinversoare. Numele de “diferenţial” provine de la faptul că circuitul amplifică

diferenţa tensiunilor aplicate la intrări. Pentru mai multe detalii vezi anexa (ANEXA

VIII).

Deoarece variaţiile de temperatură sunt mici şi în consecinţă valorile tensiunii

amplificatorului LM 301 sunt mici,utilizăm un etaj de amplificare ca cel din figura 4.2.

Semnalul amplificat de LM 301, este un semnal proporţional în gama 0 – 4 V.

Fig. 4.2. Circuitul de amplificare

46

Folosind aşadar circuitul de condiţionare prezent mai sus, vom avea la ieşire o

tensiune proporţională cu temperatura dintr-o încăpere ale cărei valori se vor încadra în

intervalul admis de placa de achiziţie pe intrarea analogică.

Pentru a determina, detecta şi măsura mărimile fizice variabile (cum ar fi

temperatura, presiunea, deplasarea, etc.) se folosesc traductoare care convertesc mărimea

fizică într-un semnal electric, care îl transmit fie unui circuit de adaptare, fie direct plăcii

de achiziţie de date.

Marea majoritate a semnalelor electrice provenite de la traductoare nu au

caracteristicile necesare pentru a fi conectate direct la convertoarele analog – digitale.

Dispozitivele de adaptare a semnalului amplifică şi filtrează semnalul provenit de la

traductoare astfel încât el sa poată fi utilizat de placa de achiziţie. Pentru a obţine cele

mai bune rezultate este necesar ca intervalul în care să varieze amplitudinea semnalului

de intrare să fie identic cu intervalul de intrare al plăcii de achiziţie.

Multe tipuri de traductoare au nevoie de circuite speciale de adaptare. De exemplu

termocuplele cer compensarea joncţiunii reci, iar mărcile tensiometrice au nevoie de

surse speciale de excitaţie. Toate aceste condiţii trebuie satisfăcute de sistemul de

achiziţie de date.

Semnalul digital de comandă a rezistentei şi ventilatorului se face, atunci când la

ieşirea digitală a plăcii de achiziţie avem 1 logic. Acest semnal se aplică în baza

tranzistorului compus Darlington (2N222), aducându-l după caz în starea blocat sau

saturat şi astfel determinând starea de comutaţie sau repaus a releului. Prin contactele

normal deschise ale acestuia, se realizează alimentarea cu tensiune alternativa de 220V, a

rezistenţei şi ventilatorului, (vezi ANEXA IV).

4.2. Releul electromagnetic.

Releele sunt componente electronice de circuit utilizate pentru realizarea unor

funcţiuni logice; pe măsura dezvoltării şi perfecţionării circuitelor semiconductoarele

logice, şi a dispozitivelor optoelectrice, există tendinţa înlocuirii lor; ele continuă însă să

fie folosite mai ales la separarea unor blocuri care funcţionează la tensiuni şi puteri mult

diferite, şi care în circuitele în care condiţiile de circuit închis sau deschis sunt severe.

47

Cel mai folosit tip de releu este releul electromagnetic. Există mai multe tipuri de

relee electromagnetice, utilizate pentru comanda unor puteri variind între zecimi de volt-

amperi şi sute de volt-amperi.

Releul electromagnetic, destinat pentru comutarea circuitelor electrice în

echipamente electronice, aparatură de automatizare etc., constă din trei parţi principale:

electromagnetul, armătura şi contactele electrice.

Curentul care trece prin contactul releului este limitat pentru fiecare tensiune de

lucru, pentru a proteja contactele împotriva arderii sau îmbătrânirii premature. Deoarece

în intervalul de comutaţie se produc variaţii bruşte ale curentului prin contacte, pentru ca

acestea să nu se deterioreze, între contacte se leagă un condensator de aproximativ 0.1 μF

în serie, cu un rezistor de aproximativ 100Ω.

4.2.1. Clasificare.

Releele (electromagnetice) se clasifică:

după felul curentului de comandă, deosebim relee de curent continuu

(polarizate şi nepolarizate) şi relee de curent alternativ. Funcţionarea releelor

nepolarizate (sau neutre) nu depinde de sensul curentului în bobina de comandă,

în timp ce la cele polarizate depinde;

după mărimea puterii consumate, se împart în relee foarte sensibile (pana la

1/100W), în relee sensibile (pana la 1/10W) şi în relee normale (peste 1/10W);

în funcţie de timpul de acţionare (timpul de atragere şi eliberare al armăturii) se

deosebesc relee foarte rapide (pana la 5 msec), relee rapide pana la 500msec),

relee normale (pana la 150msec) şi relee lente (pana la 1.2 sec);

după mărimea puterii pe care o comută, releele sunt de mică putere (pana la

50VA în curent continuu sau 120VA în curent alternativ) de putere medie (peste

150 VA în curent continuu sau 500 VA în curent alternativ) şi de putere, numite şi

contactoare (comută puteri peste 500VA)

48

4.2.2. Tipuri constructive.

4.2.2.1. Releul electromagnetic de curent continuu. Schema sa de principiu este

dată în figura 4.3.a. La trecerea curentului I prin bobina 1 se creează fluxul magnetic Ф,

care se închide prin miezul 2, circuitul magnetic 3, armatura 5 şi prin întrefierul δ.

Deoarece forţa de atragere a armăturii este proporţională cu pătratul curentului, care trece

prin bobina releului, ea nu depinde de sensul curentului. Sub acţiunea forţei de atracţie,

armătura 5 este atrasă şi contactele 4 se închid.

4.2.2.2. Releul electromagnetic de curent alternativ. In figura 4.3.b. este

prezentată schema de principiu a acestui releu. Pentru micşorarea pierderilor în circuitul

magnetic 3, în armătura 5 şi în miezul 2, acestea se execută din tole de oţel electrotehnic.

Pe miezul 2 către capătul dinspre întrefier se realizează o crestătura (aşa cum se arată în

figură) în care se introduce o spiră în scurt-circuit. Fluxul electromagnetic care trece prin

miez produce în spiră aceasta o tensiune electromotoare ce nu permite eliberarea

armăturii în momentul când curentul trece prin bobina prin zero.

Figura 4.3. Releu electromagnetic : a – de curent continuu ; b – de curent alternativ

49

4.3. Amplificatoare operaţionale (A.O.).

4.3.1. Consideraţii generale. Parametri.

Cea mai importanta categorie de circuite integrate liniare o constituie

amplificatoarele operaţionale.

Amplificatoarele operaţionale sunt amplificatoare de curent continuu, realizate pe

baza unor scheme electrice complexe, constituite din mai multe etaje elementare, dintre

care primul etaj este de obicei de tip diferenţial. Datorită acestui fapt, amplificatoarele

operaţionale beneficiază de proprietăţile amplificatoarelor diferenţiale:

factor de rejecţie şi impedanţe de intrare pe modul comun de excitaţie foarte mari;

impedanţa de intrare pe modul diferenţial de excitaţie mare (limitate de curenţii

minimi de polarizare ai etajului de intrare).

Etajele de ieşire ale amplificatoarelor operaţionale sunt, în general, de tip repetor

pe emitor, adesea în configuraţia amplificator de putere în contratimp în clasa B, etaj care

asigură o impedanţă mică de ieşire şi posibilitatea de a debita un curent relativ mare prin

sarcină (uzual 10 – 20 mA).

Un număr oarecare de etaje intermediare, cu reacţii negative locale, împreuna cu

etajul de intrare, asigură o amplificare foarte mare. Amplificatoarele operaţionale sunt

concepute să lucreze, necondiţionat stabil, într-o buclă de reacţie negativă. Amplificarea

menţionată mai sus constituie aşa numita amplificare în buclă deschisă a

amplificatoarelor operaţionale.

Reacţiile negative interioare asigură o funcţionare mai stabilă, reduc influenţa

variaţiilor de temperatură şi ale tensiunilor de alimentare, contribuie la creşterea

factorului de rejecţie pe modul comun de excitaţie.

Deoarece tensiunile de intrare şi ieşire pot lua atât valori pozitive cât şi negative,

amplificatoarele operaţionale necesită două surse de alimentare.

Un amplificator operaţional este prevăzut cu două intrări şi o ieşire. Aplicând pe

una dintre intrări un semnal, cealaltă fiind conectată la un potenţial fix, se obţine la ieşire

un semnal în fază cu cel de la intrare. Această intrare se numeşte neinversoare. Dacă se

aplică semnal pe cealaltă bornă de intrare, se obţine la ieşire un semnal în antifază.

50

Această bornă de intrare se numeşte inversoare. Se menţionează că există şi

amplificatoare operaţionale cu o singură intrare (inversoare) şi, de asemenea,

amplificatoare operaţionale cu două ieşiri, care oferă semnale în antifază.

Amplificatoarele operaţionale moderne sunt circuite integrate monolitice liniare,

de obicei cu două intrări şi o ieşire.

La început termenul de operaţional se aplica amplificatoarelor încorporate în

circuite de calcul pentru a efectua operaţii ca: adunare, derivare, integrare, obţinerea

funcţiilor logaritmice, pătratice, funcţie sinus etc. . Astăzi, domeniul lor de utilizare s-a

extins foarte mult. Prevăzute în bucla de reacţie cu reţele complexe, amplificatoarele

operaţionale actuale pot realiza cele mai diverse funcţii, cu performanţe ridicate şi perfect

controlabile.

4.3.2. Parametrii amplificatoarelor operaţionale, Un amplificator operaţional

se reprezintă prin simbolul din figura 4.4. , borna inversoare fiind notata cu „ − ”, iar cea

neinversoare cu „+” .

Figura 4.4. Simbolul amplificatorului operaţional

Tensiunea de ieşire dintr-un amplificator operaţional este dată de expresia:

V0 = A0Vd + AMCVMC + VD (1)

în care:

A0 reprezintă amplificarea diferenţială în bucla deschisă;

AMC reprezintă amplificarea pe mod comun în bucla deschisă;

51

Vd = reprezintă tensiunea de excitaţie pe modul diferenţial (şi simetric)

de excitaţie;

VMC = reprezintă tensiunea de excitaţie pe modul comun de excitaţie;

VD reprezintă o tensiune de decalaj, care apare la ieşire când tensiunile

de intrare sunt nule.

Tensiunea care ar trebui aplicată pe una dintre intrări, cealaltă fiind conectată la

masă, pentru a anula tensiunea VD, se notează prin VDI şi se numeşte tensiune de decalaj

(offset) de la intrare. Tensiunea de decalaj, relativ constantă, depinde totuşi de

temperatură. Tensiunea de decalaj este echivalentă cu un generator de tensiune, cu semn

arbitrar, în serie cu una dintre bornele de intrare ale amplificatorului operaţional, aşa cum

se arată în figura 4.5. .

Figura 4.5. Circuit pentru definirea curentului de polarizare, IB =

, curentul de decalaj, IDI = sau IDI = si

a tensiunii de decalaj VDI.

Un amplificator operaţional ideal prezintă VDI = 0 (deci VD = 0).

În cazul unui amplificator operaţional, pe cele două intrări, pentru polarizarea

etajului de intrare, se absorb curenţii de polarizare si (figura 4.5.). Valoarea medie

a acestor curenţi se numeşte curent de polarizare de intrare şi se notează cu IB. Diferenţa

acestor curenţi se numeşte curent de decalaj de la intrare şi se notează cu IDI. În cazul

amplificatorului ideal, aceşti curenţi sunt nuli. Pentru amplificatorul real este de dorit ca

cei doi curenţi de polarizare să fie cât mai mici şi egali , respectiv curentul de

decalaj să fie nul.

52

Curenţii de polarizare pot fi convergenţi sau divergenţi.

Ca şi în cazul unui amplificator diferenţial, raportul dintre amplificarea

diferenţială în bucla deschisă (A0) şi amplificarea pe mod comun în bucla deschisă (AMC)

se numeşte factor de rejecţie pe mod comun, respectiv:

CMR = (2)

Amplificatorul operaţional ideal prezintă AMC = 0 şi implicit, factor de rejecţie pe

mod comun infinit.

Acceptând aceste idealizări (VDI = 0, AMC = 0,) şi A0 finit rezultă:

V0 = A0Vd = A0( ) (3)

Deoarece nu poate depăşi tensiunile de alimentare (finite), tensiunea de ieşire este

o mărime finită. Se deduce că în cazul unui amplificator ideal, pentru care A0 tinde către

infinit (A0→ ), tensiunea necesară pentru excitaţia diferenţială tinde către zero (Vd → 0).

La limită, pentru A0 = ∞, tensiunea Vd este nulă (Vd = 0), ceea ce antrenează .

În cazul unui amplificator operaţional real, variaţii ale tensiunilor de alimentare

(V+ si ) antrenează variaţii ale tensiunii de ieşire V0. Evident, variaţiile surselor de

alimentare nu trebuie să pătrundă la ieşire. Pentru aprecierea acestui fenomen nedorit se

introduce parametrul denumit factor de rejecţie al tensiunilor de alimentare (SVR,

Supply voltage rejection – rejecţia sursei de alimentare).Factorul de rejecţie al tensiunilor

de alimentare reprezintă raportul dintre variaţia tensiunii de decalaj de la intrare şi

variaţia surselor de alimentare care antrenează aceeaşi variaţie a tensiunii de ieşire. Acest

factor mai poate fi exprimat şi ca raportul dintre variaţia tensiunii de decalaj necesară

pentru a compensa (anula) variaţia tensiunii de ieşire provocată de variaţia tensiunilor de

alimentare, respectiv pentru menţinerea constantă a tensiunii de ieşire.

53

Figura 4.6. Circuit pentru determinarea factorilor de rejecţie ai surselor de

alimentare.

Luând în considerare efectul fiecărei surse de alimentare, se definesc SVR+ şi

. Influenţa variaţiilor tensiunilor de alimentare poate fi apreciată şi prin efectul

global, cumulând cele două cauze.

Ţinând seama de cele de mai sus şi de figura 4.6. se definesc:

SVR+ = ; (4.a)

(4.b)

Amplificatorul operaţional ideal prezintă SVR nul.

Un alt parametru semnificativ pentru un amplificator operaţional îl constituie

viteza de variaţie a semnalului de ieşire (SR, Slew rate – viteza de variaţie.). Aceasta este

viteza maximă de variaţie a semnalului de ieşire pentru un semnal treaptă la intrare.

54

Figura 4.7. Circuitul echivalent al unui amplificator operaţional (impedanţele si

sunt elemente interioare).

Circuitul echivalent al unui amplificator operaţional este reprezentat în figura

4.7.De menţionat faptul că impedanţele de intrare pe modul comun de excitaţie si

, impedanţa de intrare pe modul diferenţial de excitaţie Zd şi impedanţa de ieşire Z0 se

consideră în general pur rezistive ( , ).

Din consideraţiile precedente rezultă că un amplificator operaţional reprezintă un

amplificator de curent continuu, cu o schemă electrică relativ complexă, capabil să

asigure:

amplificarea diferenţială foarte mare (A0 > 104 … 106);

impedanţa de intrare (diferenţială) foarte mare (zeci, sute de kilo-ohmi);

impedanţa de ieşire foarte mică (nu mai mare de o sută/două sute de ohmi);

banda de trecere cât mai mare;

factor de rejecţie pe mod comun foarte mare;

funcţionare stabilă în bucla de reacţie negativă.

4.4. Amplificatorul diferenţial.

Amplificatorul operaţional diferenţial este un circuit liniar special, la care se

aplică semnal şi pe intrarea inversoare şi pe cea neinversoare (fig.4.8).

Figura 4.8. Schema circuitului diferenţial.

55

Numele de „diferenţial” provine de la faptul că circuitul amplifică diferenţa

tensiunilor aplicate la intrări. Pe scurt acest circuit este capabil să combine semnalele u1

şi u2 pentru a da la ieşire un semnal de forma:

U0 =

4.5. Amplificatoare neinversoare.

Un circuit echipat cu un amplificator operaţional, frecvent utilizat, este cel

denumit amplificator neinversor, a cărui schemă electrică este reprezentată în figura 4.9.

a.

În figurile 4.9. b, c, d sunt redaţi cuadripolii corespunzători tehnicii de calcul prin

metoda desfacerii buclei de reacţie. Amplificatorul-buclă de reacţie este acelaşi atât

pentru amplificatorul inversor, cât şi pentru cel neinversor. Ca atare, relaţiile (1— 4) sunt

valabile şi în cazul amplificatorului neinversor.

Urmând procedura de calcul corespunzătoare metodei desfacerii buclei de reacţie,

întocmai ca în cazul amplificatorului inversor, rezultă :

Figura 4.9. Amplificator neinversor

56

a – schema electrica (şi de principiu); b – amplificatorul cu bucla de reacţie desfăcută; c – amplificatorul buclă de reacţie; d – cuadripolul intrare de semnal-intrare de

reacţie.

Amplificarea montajului neinversor se poate determina cu relaţia:

(1)

cu aceeaşi eroare ca şi în cazul amplificatorului inversor, respectiv cea data de relaţia (2):

(2)

Pentru A0 → ∞, adică în cazul amplificatorului ideal (în ceea ce priveşte

amplificarea), relaţia (1) rezultă direct din relaţia:

A= (3)

Impedanţa de ieşire,fiind condiţionată doar de amplificatorul buclă de reacţie,va

rezulta din relaţia (4):

(4)

Din figurile 1.b, si 1.d rezultă:

(5)

(6)

Impedanţa de intrare se determină din relaţia:

(7)

57

Se constată că amplificatorul neinversor oferă o foarte mare impedanţă de intrare,

funcţie liniară de câştigul în buclă (β'A0). Această impedanţă, devine atât de mare încât

nu mai poate fi neglijată impedanţa de intrare pe mod comun de excitaţie proprie bornei

neinversoare. Influenţa impedanţelor de intrare pe mod comun se poate aprecia pe baza

figurii 4.10..

Figura 4.10. Detalii referitoare la impedanţa de intrare a amplificatorului neinversor (impedanţele si sunt elemente interioare).

Din această figură se observă că impedanţa este şuntată de impedanţa Z1 (R1).

Impedanţa însă, constituie o componentă a impedanţei de intrare, componentă care nu

mai poate fi neglijată. Adesea cea care contează este tocmai . Prin urmare, impedanţa

efectivă de intrare în amplificatorul inversor este dată de relaţia:

(8)

fiind impedanţa calculată anterior (vezi rel. (7)).

În cadrul acestui montaj trebuie să se ţină seamă de faptul că apare o excitaţie pe

mod comun (aproximativ egală cu Vl bornele de intrare fiind practic la acelaşi potenţial).

Acest fapt antrenează o eroare asupra tensiunii de ieşire, eroare dependentă de factorul de

rejecţie pe mod comun (CMR) al amplificatorului operaţional.

O altă sursă de erori o constituie rezistenţa internă Rg a sursei de excitaţie. Într-

adevăr, prin această rezistenţă se închide curentul de polarizare , care provoacă la

bornele sale o cădere de tensiune Rg amplificată de (R1 + R2)/R1 ori de către montaj. De

58

aceea, deşi amplificatorul inversor prezintă impedanţa mare de intrare, rezistenţa internă

a sursei de excitaţie rămâne totuşi limitată.

Circuitul repetor.

Un montaj foarte des folosit, caz particular al amplificatorului neinversor, îl

constituie circuitul repetor. Schema sa este redată, în figura 4.11.

Observând că această schemă se obţine din cea a amplificatorului neinversor

pentru Z2 = 0 şi Zx = ∞, din relaţiile (1), (7) şi (8) se deduce :

(9)

(10 )

Aşadar, repetorul cu A.O. prezintă amplificare practic egală cu unitatea (diferă de

unitate prin 1/A0) şi impedanţă de intrare foarte mare. Acest circuit este utilizat frecvent

ca adaptor de impedanţă şi pentru amplificarea semnalelor care provin de la surse cu

impedanţă internă mare.

Figura 4.11. Circuitul repetor (repetorul cu A.O.)

4.6. Stabilizatoare de tensiune continuă.

Tensiunea sau curentul de alimentare, pentru numeroase instalaţii şi aparate

industriale sau de laborator, trebuie menţinute constante cu o precizie (foarte) mare,

deoarece eventualele abateri de la valoarea nominală pot introduce erori de funcţionare

sau măsurare.

59

Pentru menţinerea constantă a tensiunilor sau curenţilor de alimentare în practică

se utilizează stabilizatoare de tensiune sau de curent.

Tehnica actuală cunoaşte un număr mare de dispozitive destinate stabilizării

tensiunii sau curentului, continuu sau alternativ. Clasificarea acestor dispozitive se poate

face după puterea care o controlează, tipul schemei, tipul elementelor utilizate pentru

stabilizare, gradul de stabilizare sau natura sarcinii.

Spre deosebire de acumulatoare sau baterii uscate, sursele stabilizate prezintă

avantajul unui reglaj comod al mărimii de ieşire precum şi performanţe tehnice ridicate.

Cu ajutorul redresoarelor se pot obţine tensiuni continue sau curenţi continui.

Aceste mărimi depind însă atât de tensiunea alternativă de alimentare, care poate varia,

cât şi de sarcina care, de asemenea se poate modifica. Din această cauză redresoarele nu

pot constitui surse directe de alimentare cu energie de curent continuu pentru numeroase

echipamente.

În principiu, stabilizarea unei surse continue poate fi făcută fie înainte de

redresor, menţinând constantă tensiunea alternativă de alimentare a acestuia, fie după

redresor, intercalând între acesta şi sarcină un element capabil să preia variaţiile de

tensiune. Dacă prima variantă preia numai variaţiile tensiunii de reţea, cea de-a doua are

avantajul de a menţine constantă tensiunea de sarcină, indiferent de cauzele care tind să o

modifice. Acesta este motivul pentru care dispozitivele din a doua categorie sunt

preferate în practică şi au căpătat o răspândire mai mare.

Stabilizatorul de tensiune este un aparat conectat între sursă şi consumatorul de

energie electrică şi serveşte la micşorarea variaţiilor tensiunii de alimentare până la

limitele impuse de performantele consumatorului. Utilizarea stabilizatorului presupune

faptul că funcţionarea aparatului consumator nu este posibilă în condiţii normale, dacă

acesta s-ar conecta direct la sursa de energie.

Stabilizatorul de curent se defineşte în mod analog cu stabilizatorul de tensiune,

cu deosebirea că variaţiile curentului sunt acelea care trebuie micşorate până la anumite

limite.

În general, acţiunea de stabilizare se bazează pe neliniaritatea caracteristicilor

termorezistentelor, tuburilor electrice, tuburilor ionice, diodelor semiconductoare,

tranzistoarelor sau a curbei de magnetizare a oţelului.

60

După metoda de stabilizare există următoarele tipuri principale de stabilizatoare:

regulatoare electromagnetice, utilizate de obicei pentru reglarea tensiunii

alternative şi continue în instalaţiile de mare putere. În acest caz se folosesc, în

general transformatoare cu prize;

stabilizatoare electromagnetice, la care acţiunea de stabilizare se bazează pe

proprietăţile miezurilor magnetice saturate;

stabilizatoare parametrice, care folosesc o impedanţă neliniară, în serie sau în

paralel cu sarcina, capabilă să compenseze variaţiile parametrului de ieşire;

stabilizatoare electronice prin compensaţie, la care elementul neliniar preia

variaţiile de tensiune sau curent ale sarcinii, ca urmare a unei comenzi primite

prin intermediul unei bucle de reacţie. Schemele lor se bazează pe principiul

reglării automate. Aceste, stabilizatoare sunt denumite adesea prescurtat

„stabilizatoare electronice”. Se menţionează că stabilizatoarele parametrice sunt,

de asemenea , stabilizatoare electrice.

Schema bloc de conectare a unui stabilizator de tensiune, reprezentată în figura

4.12., arată că stabilizatorul de tensiune propriu-zis (2) se intercalează între sursa de

tensiune nestabilizată (1) şi consumatorul de energie (3).

Indiferent de grupa din care face parte, un stabilizator de tensiune continuă poate

fi reprezentat sub forma unui cuadripol, ca în figura 4.13.. Consumatorul de energie

electrică de la ieşirea stabilizatorului se reprezintă sub forma unei rezistenţe echivalente

de sarcină Rs . Tensiunea Us de la ieşirea stabilizatorului, care trebuie menţinută

constantă, depinde de tensiunea de intrare Ur (provenită de la redresor) şi de rezistenţa de

sarcină Rs. Considerând

Us = f(Ur, Rs) (1)

variaţiile tensiunii de ieşire, provocate de variaţiile tensiunii redresate şi ale rezistenţei de

sarcină, se obţin prin diferenţierea acestei relaţii:

(2)

61

Figura 4.12. Schema bloc de conectare a unui stabilizator de tensiune.

Figura 4.13. Reprezentarea stabilizatorului de tensiune sub forma unui cuadripol.

Făcând să apară variaţiile relative ale diverselor mărimi se obţine:

(3)

Mărimile

(4.a)

(4.b)se numesc factor de stabilizare în raport cu tensiunea, respectiv factor de stabilizare în

raport cu rezistenţa de sarcină.

Trecând de la variaţii infinitezimale la variaţii finite se obţine:

; (5.a,b).

Performantele unui stabilizator pot fi apreciate cantitativ cu ajutorul acestor

factori de stabilizare.

62

Într-adevăr, factorul de stabilitate reprezintă raportul dintre variaţia relativă a

mărimii care provoacă nestabilitatea şi variaţia relativă a mărimii de ieşire. La un

stabilizator ideal, factorii de stabilitate sunt infiniţi.

Făcând uz de aceşti parametri relaţia (3) devine:

(6)

Considerând Us funcţie de Ur şi Is,

(7)

lucru posibil deoarece Rs şi Is sunt mărimi independente, prin diferenţiere se obţine:

(8)

Pe baza acestei relaţii, eficienţa unui stabilizator de tensiune mai poate fi apreciată

şi prin intermediul altor doi parametri şi anume coeficientul de stabilizare S0 şi rezistenţa

de ieşire (internă) a stabilizatorului Ries, definiţi conform relaţiilor:

; (9.a,b)

Făcând uz de aceşti parametri, relaţia (8) devine:

(10)

(11)

Aşadar dacă se cunosc parametrii S0 şi se poate calcula variaţia absolută a

tensiunii de sarcină, provocată de variaţiile tensiunii de intrare (redresate) şi ale

curentului de sarcină.

Din relaţiile (9.a,b), trecând la variaţii finite, rezultă:

= ; (12.a,b).

Un stabilizator eficace prezintă S0 mare şi Ries mic.

Pentru o rezistenţă de sarcină constantă rezultă . Din relaţia (11) se

deduce:

63

(13)

Expresia de la numitor,

(14)

se numeşte, ca şi S0, tot coeficient de stabilizare şi permite să se aprecieze eficienţa unui

stabilizator la variaţiile tensiunii de intrare în cazul Rs = ct.. Intre FU si K0 există relaţia:

În cazul unui stabilizator eficace este îndeplinită condiţia Rleş << Rs, Din relaţia

(14) rezultă atunci K0 S0, ceea ce justifică, în parte, denumirea lui K0.

Pentru a stabiliza o tensiune există două tehnici de reglaj, reglarea derivaţie şi

reglarea serie.

Reglarea derivaţie comportă plasarea elementului de reglaj (ER) în paralel cu

sarcina, ca în figura 4.14.. Acţiunea de stabilizare se bazează pe faptul că elementul de

reglaj prezintă rezistenţă dinamică foarte mică.

Datorită acestui fapt, variaţiile curentului Ir provocate de variaţiile tensiunii Ur

sunt preluate de ER, variaţia tensiunii la bornele acestuia — respectiv ale sarcinii —

rezultând foarte mică. Rezistenţa R, numită rezistenţă de balast, este cea care preia

variaţiile tensiunii de intrare. Această rezistenţă mai îndeplineşte şi rolul de a limita

curentul maxim prin ER.

Schema stabilizează şi la variaţiile curentului de sarcină. În acest caz, la o creştere

a curentului prin sarcină are loc o reducere a curentului prin ER şi invers.

Figura 4.14. Schema-bloc corespunzătoare tehnicii de reglaj derivaţie.

64

Figura 4.15. Schema-bloc corespunzătoare tehnicii de reglaj serie.

Reglarea serie comportă plasarea elementului de reglaj în serie cu rezistenţa de

sarcină, ca în figura 4.15. . Elementul de reglaj are trei borne, între bornele 1 — 2

comportându-se ca o rezistenţă variabilă a cărei mărime este controlată (comandată) de

tensiunea dintre bornele 2 — 3, respectiv de tensiunea de ieşire Us. Creşterea tensiunii U23

antrenează creşterea rezistenţei dintre bornele 1 — 2 şi a tensiunii U12 şi viceversa.

Creşterea tensiunii de intrare, Ur, care antrenează creşterea tensiunii de ieşire Us(şi

U23) este compensată de căderea de tensiune suplimentară dintre bornele 2 — 2,

provocată de comanda primită în acest sens între bornele 2 – 3. Scăderea tensiunii de sarcină

Us, respectiv a tensiunii U23, comandă reducerea rezistenţei dintre bornele 1 — 2 şi a căderii

de tensiune U12, tendinţa de scădere fiind astfel compensată.

Schema stabilizează atât la variaţiile tensiunii redresate cât şi la variaţiile

rezistenţei (curentului) de sarcină.

Reglarea derivaţie conduce la scheme mai simple.

Reglarea serie conduce la scheme mai complexe, dar asigură o stabilizare mai

bună şi un randament mai bun. Spre deosebire de reglarea derivaţie, în cazul unui

scurtcircuit la ieşire elementul de reglaj se poate distruge. Din această cauză

stabilizatoarele realizate pe acest principiu se prevăd cu circuite de protecţie la

scurtcircuit şi suprasarcină. In cazul reglării derivaţie, un scurtcircuit la ieşire antrenează

doar o putere mai mare debitată de redresor şi disipată de rezistenţa de balast.

65

CAPITOLUL V

CONCLUZII

5.1. LOCUINŢA INTELIGENTĂ.

1. Acesta este visul casei digitale, în parte îndeplinit în locuinţele de lux chiar şi

din România: toate echipamentele, fie ele utilităţi sau de divertisment, de securitate sau

de business, să fie interconectate şi, în caz de nevoie, să poată fi accesate şi controlate de

la distanţă, prin Internet.

2. Conceptul de casă inteligentă a căpătat consistenţă la începutul acestui secol,

când, pentru a combate inerentul val de scepticism - prioritatea tehnologiei a fost să

demonstreze întâi de toate că este „prietenoasă“ cu utilizatorul şi, mai ales, absolut utilă.

Mai marii industriei IT&C, de la hardware - Intel, HP, IBM, software - Microsoft,

telefonie - Orange şi alţii, au investit masiv şi au lansat astfel de proiecte pentru a

demonstra că acest vis este perfect realizabil.

3. Cum s-a ajuns la ideea „casei deştepte“? Producătorii de computere, dar şi

jucătorii din domeniul software au început să promoveze PC-ul drept centru al

divertismentului în familie. Computerul, al cărui ecran rivaliza deja cu televizorul ca şi

dimensiuni, era văzut de vizionarii lumii IT ca următorul pas în tehnologia muzicii şi a

filmelor. Următorul pas: interconectarea computerului cu sistemul de sunet Hi-Fi, pentru

ca filmele şi muzica de pe calculator să aibă o sonorizare pe măsura. Apoi a venit moda

camerelor digitale şi a playerelor de muzică. Încet-încet, toata industria electronicelor a

devenit dependentă de PC. Iar acesta este numai începutul.

4. Adăugaţi faptul că totul începe să se învârtă în jurul Internetului, inclusiv

telefonia, iar majoritatea posesorilor de PC-uri au acasă şi o conexiune la reţeaua

globală. Pe lângă cei din industria divertismentului digital, au intrat în joc mai nou şi

marii producători de electrocasnice. Electrolux, liderul acestei pieţe, a lansat mai multe

66

produse „multifuncţionale“, iar LG a prezentat la rândul său câteva echipamente cu

funcţionalităţi de gen: maşina de spălat sau frigiderul care pot fi controlate pe Internet.

Alţi producători de electronice pentru bucătărie au prezentat şi ei astfel de produse.

5. Continuitatea aplicaţiei practice realizate, de monitorizare şi control a

temperaturii dintr-o locuinţa inteligentă, ar consta în realizarea fizică a reglării

temperaturii printr-un sistem adecvat de ventilaţie şi încălzire, având drept suport

simularea realizată. Soluţiile existente pe piaţă din acest punct de vedere: sisteme de aer

condiţionat sau sisteme de încălzire tradiţionale, precum şi alternativele la acestea oferite

de firmele din domeniu, trebuie optimizate atât din punct de vedere al costului cât şi al

integrării elementelor de inteligenţă artificială la nivelul lor.

6. În concluzie supravegherea şi/sau reglarea temperaturii pot fi întâlnite practic

în toate ramurile industriale, principalele scopuri fiind optimizarea fluxurilor termice în

procesele tehnologice, întocmirea bilanţurilor de energie termică, evaluarea şi reducerea

pierderilor prin transfer de căldură, asigurarea şi menţinerea anumitor condiţii climatice

în fazele de producţie, depozitare sau transport, etc.. În prezentul proiect am tratat doar

problema supravegherii şi reglării temperaturii în casa inteligentă, dar după cele

menţionate mai sus problema temperaturii este una universală, de care ne lovim cam în

toate domeniile, mai ales în cel industrial.

5.2. Software-ul LabVIEW:

1. LabVIEW scade puţin viteza de achiziţie de date şi a analizării lor, dar avantajele

pe care le oferă surclasează acest aspect;

2. un alt avantaj oferit de LabVIEW este că permite aplicaţiilor să fie conduse de

evenimente, eliminând necesitatea de a efectua operaţiuni de interogare ciclică.

Aceasta creşte eficienţa programării şi îi asigură programatorului mai multă

67

flexibilitate în ceea ce priveşte exploatarea posibilităţilor de multitasking din

LabVIEW;

3. echipamentele hard pentru achiziţie de date tind să devină din ce în ce mai mult

bunuri de consum. Această tendinţă determină transformarea softului în factor

major de diferenţiere a sistemelor de achiziţie de date;

4. marea majoritate a aplicaţiilor pentru achiziţie de date utilizează driver soft. Un

driver ales corect poate să asigure o combinaţie optimă între flexibilitate şi viteză,

permiţând în acelaşi timp, reducerea substanţială a timpului necesar dezvoltării

unui sistem de achiziţie de date;

5. atunci când evaluăm un soft trebuie să ţinem cont de anumiţi factori printre care

amintim:

funcţiile pentru controlarea hardului de achiziţie;

este bine să verificăm dacă driver-ul în discuţie poate face ceva mai mult

decât să preia date sau să trimită date;

6. posibilitatea de a avea acces din soft la funcţiile hard adeseori, atunci când hardul

şi softul pentru achiziţie de date provin de la firme diferite, poate să apară un mic

necaz: unele funcţii ale hardului nu pot fi exploatate de către driver.

5.3 Achiziţia şi monitorizarea cu placa de achiziţie USB 6008.

1. Atunci când folosim placa de achiziţie în aplicaţii trebuie să ţinem cont de o serie

de reguli pentru a elimina pe cât posibil sursele de erori, maximizarea acurateţei

măsurătorilor şi minimizarea zgomotului. Acestea sunt:

Utilizarea conexiunii diferenţiale a intrărilor analogice dacă semnalele

achiziţionate traversează suprafeţe cu câmpuri magnetice mari sau cu

interferenţe electromagnetice mari, semnalul de intrare este mic (sub 1V)

şi legăturile sunt mai mari de 3 metri. Acest tip de conexiune va rejecta

zgomotul de mod comun şi va permite semnalului să varieze între anumite

limite admise;

Utilizările intrărilor de tip referenced single ended (RSE, adică intrările

care achiziţionează semnalul pe o singură linie de intrare, cea pozitivă, cea

68

negativă fiind legată intern la pământ) dacă semnalul de intrare este mai

mare de 1 V, iar conexiunile sunt mai mici de 3 m. În acest caz semnalul

de intrare poate partaja referinţa comună cu alte semnale, dar va apărea un

zgomot electrostatic şi magnetic mai mare decât în cazul intrărilor

diferenţiale. Zgomotul magnetic va fi proporţional cu ariile celor două

conductoare de semnal, iar cel electric va fi dat de diferenţele de câmp

electric dintre cele două conductoare;

Utilizarea intrărilor de tip de tip nonreferenced single ended (NRSE, adică

avem o singură intrare, cea pozitivă, iar cea negativă va fi legată intern la

AI SENSE) dacă împământarea plăcii şi cea a semnalului achiziţionat sunt

diferite. Şi în acest caz vor apărea semnale de mod comun, dar diferenţa

dintre ele va fi rejectată de amplificatorul plăcii.

2. Precizia măsurătorilor este afectată şi de erorile de calibrare ale plăcii, fapt

observat printr-un larg offset al măsurătorilor, câştig necorespunzător sau o

neliniaritate a semnalelor măsurate. Calibrarea se face prin modificarea unor

constante aflate în memoria EEPROM a plăcii. Este de recomandat ca să lăsăm

placa să se calibreze sigură atunci când o instalăm în mediul în care o vom utiliza,

lucru pe care îl realizează NI – DAQ automat.

3. Nivelul de bază la care se află senzorul şi circuitul de adaptare a semnalului

induce o serie de erori de măsurare nivelului superior al achiziţiei deoarece:

montajul folosit nu este realizat cu o atât de mare precizie;

valorile indicate pe rezistenţe nu corespund cu cele măsurate;

modul de realizare al referinţei fixe depinde de precizia de reglare a

rezistenţelor variabile utilizate.

4. Avantajele oferite de nivelul de bază al aplicaţiei constau în:

precizia de măsurare a senzorului de temperatură folosit (LM 335) precum

şi ieşirea sa liniară;

posibilitatea optimizării aplicaţiei din punct de vedere al costului având

în vedere faptul că aplicaţia nu se bazează pe elemente de mare putere, şi

anume rezistenţele, care ar fi modificat considerabil costul.

69

5. Nivelul superior al aplicaţiei realizează monitorizarea şi prelucrarea valorilor

temperaturii şi controlul acesteia.

BIBLIOGRAFIE

1. DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE:

Th. Danila, N. Reus, V. Boiciu – Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1982;

2. ECHIPAMENTE ELECTRICE SI ELECTRONICE DE

AUTOMATIZARE:

70

C. Nitu, I. Matlac, C. Festila – Editura didactica si pedagogica Bucuresti 1983;

3. TRADUCTOARE PENTRU AUTOMATIZARI INDUSTRIALE:

Gabriel Ionescu – Editura tehnica 1996;

4. National Instruments Corporation – www.ni.com:

DAQ – AT Series User Manual;

Data Acquisition and signal conditioning;

LabVIEW – software for Measurement and Automation;

USB 6008/6009 User Guide and Specifications;

5. SGS THOMPSON MICROELECTRONICS;

6. NATIONAL SEMICONDUCTOR – www.national.com;

7. FAIRCILD SEMICONDUCTOR - www.fairchildsemi.com;

8. PHILIPS SEMICONDUCTORS – www.semiconductors.philips.com.

ANEXA IUSB – 6008

Placa de achiziţie USB 6008

71

INTRĂRI ANALOGICE

CARACTERISTICILE INTRĂRILOR

Tipul de conversie……………………aproximaţii succesive

Numărul intrărilor……………………8 single ended sau 4 diferenţiale

selectabile software

Rezoluţia de intrare………………… 12 biţi

Rata de eşantionare…………………..10kS/s

AI FIFO………………………………512 bytes

Rezoluţia de calcul……………………41,67 ns

Acurateţea calculului………………….100 ppm

Ordinea intrarilor1

Single ended………………………………± 10 V

Diferenţial ………………………………±20 V, ± 10 V, ± 5 V, ± 4 V

± 2.5 V, ± 2 V, ± 1.25 V, ± 1V

Tensiune de lucru…………………………± 10 V

Impedanţa de intrare ……………….….…144 kΩ

Protecţie la suprasarcină………………… ±35 V

IEŞIRI ANALOGICE

Tipul de conversie………………………...aproximaţii succesive1 National Instruments Corporation – www.ni.com

72

Ieşiri analogice…………………………….2

Rezoluţia de ieşire………………………….12 biţi

Rata maximă de împrospătare………………150 Hz

Ieşirea ………………………………………0 la 5 V

Curentul de ieşire…………………………….5 mA

Viteza de salt…………………………………1V/µs

Curentul de scurtcircuit………………………50mA

Precizia absolută………………………………7mV (tipic)

I/O digitale

PO.<0…7>……………………………………8 linii

PI.<0…3>……………………………………..4 linii

Controlul……………………………………...fiecare canal individual,

Programat ca intrare sau ieşire

Tipul ieşirii

USB 6008……………………………………..open collector

Compatibilitate………………………………TTL, LVTTL, CMOS

Tensiunea maximă……………………………−0.5 …5.8 V

Pull-up rezistor………………………………..4.7kΩ la 5 V

Nivele logice digitale

Nivelul Min Max UM.

Tensiune de intrare low

Tensiune de intrare high

Pierderea de curent la intrare

−0.3

2.0

−

0.8

5.8

50

V

V

µA

Tensiune de ieşire low (I=8.5 A)

Tensiune de ieşire high

− 0.8 V

73

Tensiunea externă

+ 5 V ieşire (200 mA max)…………………+ 5 V tipic, + 4.85 minim

+ 2.5 V ieşirea (1 mA max)………………...+2.5 V tipic

+ 2.5 v acurateţea……………………………0.25 % max

Coeficientul de temperatură…………………50 ppm/0C max

Contorul

Numărul de contoare………………………….1

Rezoluţia ……………………………………..32 biti

Modul de măsurare……………………………edge counting

Pull-up rezistor………………………………..4.7 kΩ la 5 V

Frecvenţa max. de intrare………………………5 MHz

Tensiune de intrare high……………………….2.0 V

Tensiune de intrare low………………………...0.8 V

Conectarea

USB …………………………………………….USB 2.0 full-speed

Viteza USB……………………………………...12 Mb/s

Cerinţe de alimentare

USB

4.10 la 5.25 VDC…………………………..80 mA tipic, 500 mA max

USB întrerupt………………………………300 µA tipic, 500 µA max

Caracteristici fizice

Dimensiuni

Fără conectori……………………………6.35cm 8.51ca 2.31cm

74

Cu conectori…………………………….8.18cm 8.51cm 2.31cm

Greutate

Cu conectori…………………………….84 g

Fără conectori………………………….54 g

Mediul în care este instalată placa

Temperatura…………………………………0o la 55oC

Umiditatea relative………………………….5% la 90% fără condens

ANEXA II

CIRCUITUL LM 3353

LM 335 operează ca o diodă Zener a cărei tensiune inversă de deschidere este

direct proporţională cu temperatura absolută (exprimată în grade Kelvin), sensibilitatea

fiind 10 mV/K, chiar dacă curentul prin circuitul integrat variază în domeniul 450 µA şi 5

mA. De exemplu, la temperatura de 00C valoarea tensiunii este de 2,7315 V.2

2 SGS THOMPSON MICROELECTRONICS

75

Circuitul LM 335 are o impedanţă dinamică mai mică de 1 Ω si funcţionează

normal într-un domeniu de curent cuprins între 450 µA şi 5 mA. Funcţionează în

intervalul de temperaturi cuprins între −40 0C si +100 0C. Calibrate la +25 0C, circuitele

LM335 au erori mai mici de 1 0C pe un interval mai mare de 100 0C.

Conexiunile Modul de calibrare a circuitului LM 335

Circuitului LM 335

Senzor de temperatură cu senzibilitatea de 10mV/k

76

Achiziţia datelor analogice:

ANEXA IIILM 7800

Seria de amplificatoare LM 7800 cu 3 terminale şi ieşirea în tensiune este

disponibilă cu câteva ieşiri standard şi de aceea ea este folosită într-o gamă largă de

aplicaţii. Aceste regulatoare folosesc un curent intern care crează o arie de compensare

din punct de vedere termic. Dacă temperatura corespunzătoare este depăşită ele pot

furniza la ieşire un curent de peste 1 A.

77

Principala lor destinaţie este aceea de stabilizatoare. Pe lângă acest lucru ele mai

sunt folosite împreună cu alte componente pentru a obţine la ieşire curenţi sau tensiuni

reglabile sau ca şi elemente de putere în regulatoarele de precizie.

Caracteristicile acestor regulatoare sunt:

PARAMETRUL U.M. INTERVALELE ADMISE

Temperatura oC −25…+125

Temperatura maximă oC Max. +125

Temperatura joncţiune carcasă oC Max. 4 oC/W

Temperatura joncţiune mediu ambiant

oC Max. 50 oC/W

Ieşirea V 5,6,8,9,12,15,18,24

Intrarea V 5V…18 V (max. 35V)

Curentul de iesire A Mai mare de 1 A

Protecţia la supraîncălzire − Protecţie internă la supraîncălzire

Schema de dispunere a pinilor:

1- INTRARE

2- GROUND

3- IESIRE

3

Aplicaţii tipice ale acestor regulatoare sunt:

1) Stabilizator2) Regulator cu ieşire reglabilă3) Regulator de curent.

3 NATIONAL SEMICONDUCTOR – www.national.com5 FAIRCILD SEMICONDUCTOR – www.faircildsemi.com

78

1)

3)

Ajustarea ieşirii regulatorului intre (7 … 30V)

79

ANEXA IVTRANZISTORUL DE COMUTAŢIE 2N222

Detalii de funcţionare:

Curentul maxim (800mA); Tensiunea (max 40 V).

Aplicaţii în care este folosit:

Amplificatoare liniare şi de comutaţie.

Configuraţia pinilor:

NR. PINULUI DESCRIERE1 Emitor2 Baza3 Colector

Schema pinilor şi simbolul

Date de referinţă:

Simbolul Parametrii Condiţia Min Max. UM.

VCB0 Tensiunea pe colector bază

Emitorul sa fie deschis - 60 V

VCE0 Tensiunea pe colector emitor

Baza sa fie deschisă - 30 V

IC Curentul pe colector (DC)

- 800 mA

80

Ptot Puterea totală disipată

Tamb<25 0C - 500 mV

hFE Curentul de câştig (DC)

IC=10mA; VCE=10 V 75 -

fT Frecvenţa de trecere

IC=20mA; VCE =20V; f=100MHz 250 - MHz

toff Timpul de oprire

ICon=150mA; IBon=15 mA;IBoff=-15 mA

- 250 ns

ANEXA VAMPLIFICATORUL OPERAŢIONAL LM 741

81

Amplificatoarele operaţionale constituie principala clasă de circuite integrate

liniare cu câştig mare în tensiune.

Amplificatorul operaţional este un circuit electronic care întruneşte următoarele

proprietăţi :

- câştig în tensiune foarte mare ; de ordinul sutelor de mii;

- rezistenţa de ieşire foarte mică; de ordinul zecilor de ohmi ;

- rezistenţa de intrare foarte mare ; de ordinul megohmilor ;

- banda de frecvenţe transmise fără distorsiuni de la curent continuu până la

o frecvenţă cât mai ridicată.

Valori limite absolute:

Tensiune de alimentare ±22V

Putere disipată 500mW

Tensiune de intrare diferenţială ±30V

Tensiune de intrare ±15V

Temperatura de lucru 0 – 70 oC

Caracteristici electrice

Parametrul Condiţii de măsură

Valori U.M.

Min. Tip. Max.

Tensiunea de decalaj la intrare RL < 10 KΩ 1 5 mV

Curent de decalaj la intrare 20 200 nA

82

Curent de polarizare la intrare 200 500 nA

Amplificarea de tensiune RL > 2 KΩ 50000 200000

Curentul de ieşire in scurtcircuit 25 mA

Curent de alimentare 1.7 mA

Viteza critică de creştere RL > 2 KΩ 0.5 V/μs

Rejecţia pe mod comun RL < 10 KΩ 90 dB

Rejecţia tensiunii de alimentare RL < 10 KΩ 30 100 μV/V

CONFIGURAŢIA PINILOR

ANEXA VI

BD 243C

83

BD 243B şi BD 243C sunt tranzistoare cu baza epitaxială din siliciu, construite în

carcase de plastic.

Ele sunt folosite în mediul puterilor liniare şi aplicaţiilor de comutaţie.

Valori maxime de funcţionare:

Simbolul Parametrul Valoarea U.M.

BD 243C

84

VCBO Tensiune baza colector (IE=0) 100 V

VCEO Tensiune emitor colector (IB = 0)

100 V

VEBO Tensiune emitor baza (IC = 0)

5 V

IC Curentul pe colector 6 A

ICM Curentul de absorbţie pe colector

10 A

IB Curentul pe baza 2 A

Ptot Puterea disipată la Tc 25oC

65 W

Tstg Temperatura de stocare −65 … 150 oC

Tj Temperatura maximă a joncţiunii

150 oC

Caracteristici electrice (Tcase =25oC)

Simbol Parametru Condiţiile de test Min Tip Max. U.M

ICES Curentul de taiere pe colector (VBE =

0)

VCE = ≈ VCEO 0.4 mA

ICEO Curentul de taiere pe colector (IB=0)

VCE=60 V 0.7 mA

IEBO Curentul de taiere pe emitor (IC=0)

VEB = 5 V 1 mA

VBE* Tensiunea bază-

emitorIC = 6A; VCE= 4V 2 V

hFE* DC curentul de

saturaţieIC=0.3A; VCE = 4 VIC = 3A VCE = 4 V

3015

hfe Curentul de saturaţie mic

IC = 0.5 A; VCE=10V; f=1MHz IC = 0.5 A; VCE=10V

320

* durata pulsului = 300µs

ANEXA VII

AMPLIFICATORUL OPERAŢIONAL LM 301

85

LM 301 este un amplificator monolitic cu performanţe ridicate. Este bine protejat

la suprasarcini de intrare sau de ieşire şi nu prezintă fenomenul de agăţare atunci când

domeniul de mod comun este depăşit. Compensându-l din exterior cu un condensator de

30µF, stabilitatea este asemănătoare cu cea a amplificatorului LM 741, compensarea în

frecvenţă putând fi optimizată în funcţie de aplicaţie. Se pot obţine în unele cazuri viteze

de cca. 10 ori mai mari faţă de LM 741.

Performanţe:

tensiunea de offset maximă de 3 mV pe tot domeniul de temperatură;

curent de polarizare de maxim 100nA pe tot domeniul de temperatură;

curent de offset de max. 20nA pe tot domeniul de temperatură;

temperatura de funcţionare 0oC … + 70oC.

Performante electrice:

Parametru Condiţii LM 301 U.M.

Min. Tip Max.

Tensiune de offset TA = 25 oC, RG<50kΩ 2 7.5 mV

86

Curentul de polarizare TA = 25 oC 70 250 nA

Curentul de offset TA = 25 oC, VALIM=±20V 3 50 nA

Curentul de alimentare TA = 25 oC, VALIM = ±15V 1,8 3 mA

Câştigul în bucla deschisă TA=25 oC, VALIM = ±15V

VIES = ±10V, RS>2kΩ

25 160 mA

Tensiunea de offset RG<50 kΩ 10 V/mV

Curentul de polarizare 300 mV

Curentul de offset 70 nA

Coeficientul termic de

variaţie a tensiunii de offset

RG<50kΩ 6 30 µF/ oC

Coeficientul termic de

variaţie a curentului de

offset

25 oC<TA<TMAX

25 oC<TA<TMIN

0.01 0.3 µA/ oC

0.02 0.6 nA/ oC

Câştigul în bucla deschisă VALIM=±15V, VIES=±10V

RS>2kΩ

15 mV/V

Excursia tensiunii la ieşire VALIM=±15V, RS=10kΩ

VALIM=±15V, RS = 2kΩ

±12V ±14V V

±10V ±13V V

Domeniul permis al

tensiunii de intrare

VALIM=±15V, VALIM=±20V ±12V V

±15V V

Raportul rejecţiei de mod

comun

RG<50kΩ 70 90 dB

Raportul rejecţiei alimentării RG<50KΩ 70 96 dB

Amplificator operational 3 – 18V/ 1MHz

87

Fig. 1. LM 308N

CONFIGURAŢIA PINILOR

ANEXA VIII

EXEMPLU DE LOCUINŢĂ INTELIGENTĂ

88

V-aţi întrebat vreodată cum va arăta locuinţa voastră peste 20 sau 30 de ani? Sau

care vor fi cele mai mari modificări în aspectul şi funcţiile unei case obişnuite, cauzate de

avansul tehnologic extraordinar al societăţii umane? Cred că, până la urmă, absolut

oricine şi-a pus această întrebare măcar o dată, atunci când a văzut sau a citit despre cine

ştie ce nouă tehnologie sau nou produs destinat în special locuinţei.

În primul şi în primul rând, cred că locuinţele viitorului (mai mult sau mai puţin

îndepărtat) vor fi ecologice, deoarece până atunci omenirea va realizat că planeta noastră

nu mai suportă nivelul îngrozitor de poluare la care o supunem. Astfel, ele vor reduce

foarte mult sau chiar elimina toate produsele deversate în mediu, dispunând de sisteme

proprii de reciclare a deşeurilor. De asemenea, cele mai multe vor fi dotate şi cu sisteme

proprii de generare a energiei termice şi electrice (panouri solare, sisteme eoliene, etc.),

astfel incât să dispună de un nivel de autonomie cât mai ridicat.

Având în vedere faptul că sistemele de control automat al locuinţelor încep să fie

din ce în ce mai dezvoltate, casele viitorului vor fi mai mult ca sigur case “inteligente”,

dotate cu un sistem de control central şi o multitudine de senzori, care să detecteze

instantaneu orice fel de modificare a parametrilor normali. Acest sistem va interconecta

89

toate dispozitivele din casă, de la frigider până la cada de baie şi de la ceasul de birou

până la calculatorul de bord al automobilului personal, cu care va fi perfect compatibil, şi

va fi cât se poate de uşor de folosit, prin intermediul comenzilor vocale sau, în cel mai

“rău” caz, prin intermediul panourilor de control holografice.

În plus, sistemul va controla permanent condiţiile de lumină, temperatură şi

umiditate interioare, corelându-le cu cele exterioare şi cu preferinţele locatarilor, şi va fi

conectat direct la Internet, ceea ce îi va permite să preia toate comenzile efectuate de la

distanţă de către cei care locuiesc în casă, precum şi să-i informeze foarte rapid pe aceştia

în cazul apariţiei unor probleme.

În continuare, în locul unei enumerări a funcţiilor şi dispozitivelor prezente în

fiecare cameră în parte, vă propun să vedem cam cum ar arăta o zi obişnuita dintr-o astfel

de casă a viitorului, locuită de o familie de 4 persoane, din “perspectiva” sistemului de

control central mai sus menţionat.

Ora 6 dimineaţa. Sistemul de control “citeşte” din memoria ceasului deşteptător

faptul că trebuie sa-i trezească pe ocupanţii casei, aşa ca trage automat jaluzelele,

porneşte melodia setată pentru trezire de către fiecare membru al familiei în parte, şi

activează în acelaşi timp sistemul de încălzire al apei pentru duş. Pe măsură ce fiecare

membru al familie foloseşte duşul, “creierul” casei modifică setările acestuia, astfel incât

să furnizeze apa la temperatura preferată de fiecare.

Urmează îmbrăcatul. Fiecare dintre membrii familiei dispune de un mic ecran pe uşa

dulapului, pe care este afişată prognoza meteo pentru ziua respectivă, astfel încât alegerea

90

ţinutei pentru o anumită zi devine mult mai uşoară. În continuare, în momentul în care

membrii familiei se reunesc în bucătărie pentru micul dejun, cafeaua şi ceaiul sunt deja

gata, iar tabloul-televizor din bucătărie afişează programul de ştiri al dimineţii.

După terminarea etapei mic-dejun, fiecare se îndreaptă spre o altă destinaţie

(serviciu, şcoală, etc.), iar sistemul de control central intră în modul administrativ.

Porneşte funcţia de curăţenie, efectuată evident de mini-roboti, apoi evaluează starea

rezervei de alimente şi, în cazul în care detectează unele lipsuri, comandă produsele

necesare prin intermediul Internet-ului de la supermarket-ul din apropiere. În paralel, el

înregistrează programele TV favorite ale fiecărui membru al familiei, pentru ca aceştia să

le poată viziona în momentul în care se întorc acasă.

După terminarea etapei administrative, sistemul de control trece casa în modul

economic, pentru a minimiza consumul de resurse.

În momentul în care detectează apropierea membrilor familiei (prin intermediul

sistemului GPS), “casa inteligentă” se reactivează, fiind gata să răspundă tuturor

comenzilor acestora. Pe măsură ce se apropie seara, sistemul de iluminare este activat,

intensitatea luminii crescând pe măsură ce afară se lasă întunericul.

Evident, ceea ce aţi citit mai sus este doar o ipoteză, un mod de a privi lucrurile.

Este foarte posibil ca locuinţa viitorului să arate cu totul altfel, şi să ofere funcţii cu mult

superioare celor enumerate pana acum. Voi ce credeti? Cum va arata casa voastră în 20

de ani?

91