referat tr

download referat tr

of 19

Transcript of referat tr

  • 8/8/2019 referat tr

    1/19

    TRADUCTOARE

    Din prezentarea structurii sistemelor automate n cap. 1., s-a vazut ca dispozitivul de automatizare cuprindeserie de elemente specifice ca: traductoare, elemente de executie, regulatoare, elemente auxiliare (amplificatoacircuite de masura, convertoare, etc.).

    Traductoarele, cunoscute frecvent sub numele de elemente de masura sunt destinate pentru masuraremarimilor conduse si a unor marimi semnificative pe baza carora se pune n evidenta echilibrul proceselor. Printermediul lor, vom obtine informatiile necesare conducerii automate a proceselor n circuit nchis, fiind montateregula pe bucla de reactie.

    Generalitati, performante, clasificare

    Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de a masura valorile parametrureglat si de a converti acest parametru (marime) ntr-o marime fizica ce este compatibila cu marimea de intrareelementul urmator al sistemului. Traductoarele se compun dinelementul sensibil si elementul traductor , conformfigurii 3.1.

    Elementul sensibil efectueaza operatia de masurare propriu-zisa, iar elementul traductor asigura transformarea semnalului ntr-un alt semnal, ngeneral electric sau pneumatic, unificat, semnal ce e preteaza pentrutransmiterea la distanta.

    Performantele traductoarelor pot fi apreciate pe baza urmatoarelor caracteristici:

    - Sensibilitatea reprezinta limita raportului dintre variatia infinit mica a marimii de iesire si cea de intrare,cnd ultima tinde spre zero, adica:

    (3.1)

    Este necesar ca aceasta sensibilitate sa fie constanta pe tot domeniul de masura, adica elementul sa fie liniar, n ccontrar sensibilitatea putndu-se defini n jurul oricarui punct de functionare. n mod normal, elementele de masu prezinta un anumit prag de sensibilitate, adica o valoare limita i sub care nu mai apare o marime masurabila iesire.

    - Precizia se defineste ca valoarea relativa a erorii exprimata n procente:

    (3.2)

    Obisnuit elementele de masurat din sistemele automate avnd clase de precizie de 0,2 1,5 %, fiind necesar sa cu cel putin un ordin de marime superioara preciziei reglajului n ansamblu.

    - Liniaritatea se refera la aspectul caracteristicii statice a elementelor si, aceasta caracteristica nu trebuie s prezinte curburi si histerezis pe tot domeniul de variatie al marimilor de intrare si iesire.

  • 8/8/2019 referat tr

    2/19

  • 8/8/2019 referat tr

    3/19

    n cadrul lucrarii vor fi prezentate doar traductoarele cele mai uzuale, detalii suplimentare gasindu-se n, referiri la principiul lor de functionare, prezentarea schematica a acestora, variante constructive posibil de realizfara a insista prea mult asupra aspectului matematic al acestora, problema ce revine altor lucrari de specialitate.

    Traductoare pentru marimi geometrice

    Traductoarele mecanice de captare pot fi realizate n mai multe variante, adica:palpator, prghie, consola,cuplaj indirect; acestea fiind prezentate n figura 3.3. (a, b, c, d).

    Traductoare de deplasare

    Pentru masurarea deplasarilor se utilizeaza o serie de traductoare cum ar fi: traductoarele rezistiv

    (potentiometrice), inductive, capacitive, selsinele, traductoare piezoelectrice, cu radiatii, numerice, de proximitas.a.

    Traductoare rezistive

    Dupa cum se cunoaste, variatia rezistentei e data de:

    (3.3)

    unde: rezistivitatea electrica; l lungimea conductorului; S sectiunea conductorului. Modificnd lungim conductorului, practic se va modifica rezistenta electrica R.

    Pentru masurarea deplasarilor liniare se utilizeaza cu precadere potentiometrul liniar, figura 2.4. care srealizeaza prin bobinarea pe un suport izolant a unui fir rezistiv pe care se deplaseaza un cursor ce e sustinut d pista decontact. Rezistenta de iesire a potentiometrului se modifica proportional cu deplasarea cursorului.

    (2.4.)

  • 8/8/2019 referat tr

    4/19

    U

    unde: R rezistenta electrica a potentiometrului; l lungimea potentiometrului, x deplasarea cursorului.

    Deoarece masurarea rezistentei este greoaie, se alimenteaza potentiometrul cu o tensiune continua stabiliz

    U tensiunea de iesire a acestuia Ux depinznd numai de x, U si l fiind constante.Numai n cazul n care tensiunea de alimentare este stabilizata si valoarea

    curentului ce strabate potentiometrul este redusa, traductorul reproduce corectcaracteristicile.

    Pentru deplasari unghiulare seutilizeaza un potentiometru de formacirculara, obtinut prin bobinarea pe un suport izolant circular a unui fir rezistiv peste care aluneca un cursor, conform figura 3.5.

    Rezistenta la iesirea potentiometrului si tensiunea de iesire cnd acestaeste alimentat la o tensiune continua stabilizata, depind numai de unghiul duparelatia:

    si (3.6)

    Traductoare inductive

    Functionarea traductoarelor induc-tive are la baza variatia geometriei circuitului(cuplajului) magnetic n functie de masurnd, care se traduce ntr-o variatie de inductivitate proprie sau mutualaPentru cazul deplasarilor liniare mici (< 2 mm), uzual se folosesctraductoare inductive cu ntrefier variabil (cu armatura mobila). Una din aceste variante este prezentata n figura 3.6.

    Circuitul magnetic se realizeaza dintr-o oala de permaloy 1 si armatura mobila 2.Bobina 4 se fixeaza n piesa 1, tija 3 fiind fixata n armatura mobila2. Prin l 1 si l 2 s-au notat lungimile medii aleliniilor de cmp magnetic, iar d este distanta dintre armatura mobila2 si miezul magnetic1.

    La modificarea distanteid sub actiunea unei deplasari, practic se va modifica inductanta L a bobinei cedepinzde ded. Deoarece, ca si n cazul traductoarelor rezistive este dificil a se masura variatiile de inductanta practic se masoara caderea de tensiune pe rezistenta R.

    n cazul n care sectiunile circuitului magnetic se aleg ntr-un anumit mod, caderea de tensiune pe rezisten R este aproximativ egala cu marimea de iesiree si este data de relatia:

    (3.7)

    unde: U tensiune de alimentare alternativa stabilizata;

    R L- rezistenta electrica a bobinei;

  • 8/8/2019 referat tr

    5/19

    , rp permeabilitatea magnetica absoluta si relativa a permaloyului;

    N numar de spire;

    S sectiunea circuitului magnetic.

    Pentru cazul deplasarilor mai mari de 2 mm n mod obisnuit se utilizeaza traductoare inductive diferentialecunoscute si sub denumirea de transformatoare diferentiale. n cazul unor deplasari de pna la 4 mm se utilizeazatraductorul inductiv diferential cu ntrefier variabil, iar pentru deplasari de ordinul centimetrilor se utilizeazatraductoare inductive diferentiale, cu miez magnetic mobil. Acestea se realizeaza constructiv prin bobinarea a dounfasurari primare si doua secundare identice pe cele doua carcase izolante ce se monteaza pe un tub din materialnemagnetic ( plastic, textolit, alama, s.a.) n interiorul caruia se poate deplasa liber un miez magnetic ce se executobisnuit din fier moale. Practic reprezinta doua transformatoare identice montate pe aceeasi carcasa ce arataconstructiv ca n figura 3.7., unde: 1 - bobine primare; 2 - bobine secundare; 3 - miez magnetic; 4 - tija; 5 -distantier; 6 - capace.

    Pentru reducerea perturbatiilor de natura electromagnetica, ntreg ansamblul se ecraneaza.

    Functionarea traductorului prezentat se bazeaza pe principiul variatiei cuplajului magnetic ntre primarulsecundarul celor doua transformatoare identice la deplasarea miezului magnetic.

    Se recomanda ca pentru o buna reproductibilitate tensiunea de alimentare primara sa fie alternativstabilizata, iar tensiunea secundara sa fie redresata si stabilizata.

    nfasurarile primare ale celor doua transformatoare se leaga n serieaditional, iar cele secundare n opozitie, astfel ca, n pozitia centrala a miezuluimagnetic

    tensiunea de iesire este nula. Schema electrica a legaturilor arata ca n figura 3.8.a. Conform acestei legaturi,

    caracteristica statica arata ca n figura 3.8.b. Aceasta varianta are dezavantajul ca indiferent de pozitia miezuluimagnetic, fata depozitiacentrala (la dreapta sau stnga), conform caracteristici statice, valoarea marimii de iesire eaceeasi. De aceea, n practica este convenabil sa se realizeze circuitul de masura din figura 3.9.a., caracteristicastatica n acest caz fiind prezentata n figura 3.9.b.

    Comparativ cu traductoarele inductive cu armatura mobila, din cauza circuitului magnetic redus acestea un factor de calitate scazut, de ordinul unitatilor. Cu toate acestea, traductoarele inductive cu miez mobil su preferate deoarece prezinta o serie de avantaje ca:

  • 8/8/2019 referat tr

    6/19

    - ;domeniul de masurare poate fi de ordinul centimetrilor;

    - prezinta o reproductibilitate si rezolutie ridicata;

    - sunt insensibile la deplasarile radiale si au frecari reduse;

    - prezinta posibilitatea protectiei la medii corozive, presiuni si temperaturi ridicate, s.a.

    Facem mentiunea ca n afara traductoarelor inductive prezentate, n practica se mai pot utiliza traductoare dtip: transformator, inductosin liniar si circular .

    Traductoare capacitive

    Functioneaza pe principiul modificarii capacitatii unui condensator atunci cnd variaza fie distanta dintre armaturile lui, fie dimensiunilearmaturilor, fie constanta dielectrica a mediului dintre ele conformrelatiei:

    (3.8)

    Pentru deplasari mici, se utilizeaza traductoare capacitive la care se modifica distanta dintre armaturi (figu3.10), armatura 1 fiind suspendata elastic si se poate deplasa paralel cu ea nsasi sub actiunea fortei F (deplasarii).Armatura 2 este fixa si izolata electric fata de suport. ntre capacitatea traductorului si deplasarea (x) a armatumobile exista o relatie de forma:

    (3.9)

    unde:

    r - permitivitatea relativa a dielectricului dintre armaturi;

    Ss suprafata de suprapunere a celor doua armaturi;

    distanta dintre armaturi;

    x deplasarea de masurat.

    Sensibilitatea traductoarelor e data de:Pentru masurarea unor unghiuri se utilizeaza traductorul capacitiv reprezentat schematic n figura 3.11,

    care se modifica practic suprafata de suprapunere a armaturilor, una fiind fixa - 1 , cealalta -2 putndu-se roti prinfixarea acesteia pe axul3.

    n functie de unghiul de rotire a armaturii mobile se va modifica suprafata desuprapunere dintre cele doua armaturi, valoarea capacitatii fiind data de:

  • 8/8/2019 referat tr

    7/19

    (3.10)

    notatiile fiind cele anterioare, rezulta:Pentru cazul unor deplasari liniare se utilizeaza: traductoare cu armaturidreptunghiu-lare si cilindrice. Pentru traductorul cu armaturi dreptunghiulare(1fixa, 2 mobila) din figura 3.12.,capacitatea este data de:

    , iar (3.11)

    Pentru traductorul cu armaturi cilindrice din figura 3.15 (1 fixa, 2 mobila)capacitatea depinde de deplasarea axiala a cilindrului interior, fiind:

    , iar (3.12)

    unde r 1, r 2 sunt razele cilindrului interior, respectiv exterior.

    Cu mentiunea ca exista si variante de traductoare capacitive la care se modifica dielectricul (acesta nu nsensul ca se modifica pozitia dielectricului fata de cele doua armaturi), precizam ca toate traductoarele capacitivefunctioneaza n curent alternativ la frecventa de cel putin 1 kHz.

    Traductoarele capacitive prezinta o foarte buna sensibilitate fiind utilizate frecvent pentru masurari ddeplasari rapide. metoda compensarii.

    Datorita faptului ca n mare masura capacitatea traductorului depinde de dimensiunile geometrice aarmaturilor care pot varia cu temperatura mediului, ducnd la erori importante, pentru nlaturarea acestinconvenient armaturile se confectioneaza dintr-un material special numit invar. De asemenea se utilizeaza si pmontarea n punte a doua traductoare identice, numai unul dintre acestia fiind actionat de marimea neelectrmasurata sau controlata.

    Traductoare piezoelectrice

    Sunt traductoarele generatoare ce functioneaza pe principiul piezoelectric (magnetostrictiv). Acest fenomconsta n aparitia de sarcini electrice pe fetele unui cristal special n momentul n care asupra acestuia se exercforte (presiuni) mecanice, fenomen descoperit de fratii curie la sfrsitul secolului trecut.

    Initial, fenomenul a fost observat la cristalele de cuart (SiO2) dar, proprietatile pizoelectrice mai prezinta sialte cristale ca: turmalina, oxidul de zinc, niobatul de litiu, titanul de bariu, plumb si zirconiu, s.a.

    n ultima perioada se utilizeaza cu precadere titanatul de bariucare este un material ceramic cu aspectul portelanului, rezistent lasolicitari mecanice si termice care are un randament ridicat nfunctionare.

  • 8/8/2019 referat tr

    8/19

    Traductorul este alcatuit din unul din cristalele amintite, prelucrat n mod special (figura 3.14), pe fetele caruse depune un strat subtire de argint coloidal cu scopul de a culege sarcinile electrice formate cnd element piezoelectric se supune unor deformatii mecanice.

    Au avantajul unei inertii reduse, sunt fiabile, nu necesita surse de alimentare, n schimb necesiamplificatoare deoarece tensiunea generata este foarte mica. Au dezavantajul unui pret relativ ridicat.

    3.2.2. Traductoare cu radiatii

    Aceste tipuri de traductoare pot fi folosite la masurarea distantelor saudeplasarilor de regula liniare, bazndu-se pe proprietatea de propagare a radiatiilorn timp si interactiunea acestora cu mediile n care se propaga. Aceste radiatii pot fioptice, acustice, electromagnetice sau nucleare.

    Traductoarele cele mai des utilizate sunt traductoare acustice cu ultrasunetece functioneaza pe principiul efectului piezoelectric sau magnetostrictiv, cele douavariante fiind reversibile, putnd fi folosite att la emisia radiatiilor acustice-ultrasonore, ct si la receptia acestora.

    Traductorul piezoelectric cu ultrasunete, dupa schema principiala din figura 3.15. se compune din carcametalica 1, n interiorul careia se monteaza pastila piezoelectrica 2 (materiale cristaline cuart sau materiale amo titanatul de bariu, titanatul de zirconiu) pe care sunt plasate doua armaturi metalice 3. Placa izolatoare 4 protejetraductorul de mediul de contact, putnd avea si rolul de transformator acustic prin adaptarea impedantei acustictraductorului la mediul de propagare. Prin alimentarea traductorului cu o tensiune alternativa ntre conductorul 5carcasa, sub actiunea cmpului electric alternativ creat, prin efect piezoelectric, pastila se va deforma.

    Pentru obtinerea unui raspuns rapid, n spatiul 6 din interiorul carcasei se introduce un material cu impedaacustica mare (deobicei pulbere de titan n liant solidificat) cu rolul de amortizor mecanic cu precizarea amortizarea se poate face si electric, prin montarea unei rezistente electrice de valoare mare n paralel cu traducto

    Cu precizarea ca n este descris si un traductor modern cu unde acustice de suprafata (SAW Surfa

    Acustic Wave) ce permite determinarea pozitiei bidimensionale, n cadrul lucrarii pe care ne propunem a o dezvone limitam doar la cele prezentate, revenind n cap. 3. la diverse convertoare, adaptoare, circuite de masuraaparate de masura s.a.

    Traductoare pentru marimi cinematice

    n cadrul acestui paragraf vom ncerca sa redam principiul de functionare al unor traductoare frecventutilizate pentru masurarea vitezei liniare si de rotatie, acceleratiilor, precum si a traductoarelor de tip selsin, acestedin urma putnd fi utilizate att pentru masurarea si transmiterea la distanta a unor pozitii unghiulare, ct si pentrufunctionarea n regim de urmarire a rotirii unui organ greu accesibil.

    Traductoare de viteza

    Pentru masurarea vitezelor liniare n general se aplica metoda directa prin determinarea distantei ntr-uanumit interval de timp sau, cronometrarea timpului de parcurgere a unei anumite distante.

    Totusi, n [23] este indicat pentru masurarea vitezelor liniare traductorul de tipmotor liniar prezentat schematic n figura 3.16. Constructiv, este asemanator cu traductorul inductiv diferential miez mobil dar, miezul se nlocuieste cu un magnet permanent 1,iar bornele (nfasurarile) 2 se leaga nseriate, ast

    ca efectele se vor nsuma.

    Tensiunea ce se induce ntr-o nfasurare e data de:

  • 8/8/2019 referat tr

    9/19

    (3.13)

    unde: N numarul de spire; fluxul creat de magnetul care este de forma =0 f(x). Va rezulta ca:

    (3.14)

    n principiu, se poate observa ca se poate utiliza ca traductor de viteza liniara, orice traductor de deplasare prin derivarea marimii de iesire. Aceasta metoda se utilizeaza destul de rar, pe motivul ca derivarea analogicamareste nivelul perturbatiilor n cazul frecventelor ridicate.

    Traductoarele de viteza de tip motor liniar permit o deplasare maxima de 50 mm, cu o sensibilitate demv/m/s si liniaritate de 1 %.

    n practica se urmareste de obicei masurarea vitezei de rotatie (cazul actionarilor electrice), vitezele liniarefiind convertite n viteze unghiulare pe baza relatiei:

    v = R (3.15)

    unde: v viteza liniara; - viteza unghiulara; R raza de rotatie.

    Tahogeneratoarele, sunt traductoare de turatie (generatoare de curent continuu sau alternativ) care genereaun semnal de tensiune proportional cu viteza unghiulara.

    Tahogeneratoarele de curent continuu sunt minigeneratoare de curent continuu cu excitatie constanta, n moobisnuit fiind realizate dintr-un magnet permanent. Tensiunea generata si culeasa de la periile acestuia este data d

    E = k (3.16)

    unde: pulsatia; fluxul magnetic creat de magnetii permanenti; k constanta de etalonare (proportionalitate). Aceasta caracteristica este de obicei neliniara (figura 3.17.) si, n zona vitezelor de rotatie reducomportarea lor devine necorespunzatoare, datorita unui numar limitat de lamele la colector. Totodata, prezintadezavantajul prezentei zgomotelor produse de perii, fiind necesara o filtrare ulterioara.

    n cazul tahogeneratoarelor de curent continuu, tensiunea generata deacestea este de ordinul 2 10 V/ 1000 rot/min, avnd o aplicabilitate restrnsa.

    Tahogeneratoarele de curent alternativ, sunt minigeneratoare sincrone monofazate, rotorul acestora fiind

  • 8/8/2019 referat tr

    10/19

    mod obisnuit un magnet permanent. Tensiunea generata de acestea este redresata si filtrata, de obicei cu blocuri cuadripoli de care va trebui sa tinem cont la exprimarea functiilor de transfer, filtrele fiind n general cuadripoli tipul trece jos.

    Pentru cazul n care puterea (cuplul) transmisa este redusa se poate utiliza si traductorul realizat pe principmotorului bifazat, reprezentat schematic n figura 3.18. La acest traductor, una din nfasurarile statorice

    alimenteaza n curent alternativ, axul rotorului fiind antrenat de dispozitivul a carui viteza se masoara. Tensiun generata n a doua nfasuraree va fi proportionala cu , iar pentru o inertie mica se realizeaza constructiv cu rotor sub forma de pahar. Prezinta o sensibilitate de circa 1 mV/rot/min, caracteristica statica este liniara pe un domende turatii larg (0 18.500 rot/min) iar, folosind constructii speciale se pot masura turatii pna la 30.000 rot/min [1fiind realizate la frecvente de 50 Hz sau 500 Hz.

    Pentru cazul masurarii vitezelor, functiile de transfer ale tahogeneratoarelor se reduc la valoarea constantde proportionalitate, adica n raport cu pozitia unghiulara, acestea sunt de forma:

    Y(s)= Ks (3.17)

    rezultnd un element pur derivativ. Aceasta proprietate, de element pur derivativ, si gaseste aplicatii n moddeosebit la sistemele de reglare a pozitiei prin realizarea unor reactii suplimentare .

    Actual, un numar mare de traductoare de turatie se realizeaza prin impulsuri, functionnd pe principireluctantei variabile, cu curenti Foucault sau pe pincipii optice (cazul efectului stroboscopic sau cazul reflexiei ufascicol luminos).

    Principial, dupa [23] n figura 3.19.a. se prezinta un traductor de turatie cu senzorul magnetic SM 230, iarn figura 3.19.b. un traductor realizat cu senzorul de proximitate TCA 105N., pentru turatii cuprinse ntre 100 30.000 rot/min. Precizam faptul ca traductoarele optoelectronice pot fi utilizate la turatii foarte mari, atingnd chia107 rot/min

    Cu precizarea ca, circuitele de masurare pentru traductoarelor cu impulsuri sunt frecventmetre, turatia esmultiplicata cu un numar egal cu numarul fantelor sau dintilor (repere de marcare), putndu-se masura cu preci

    buna chiar si turatiile mici.

    (3.23)

    3.3.2. Traductoare de acceleratie

    n tehnica de masurare a acceleratiilor se pot utiliza accelerometre: piezoelectrice (decompresie, de forfecare, de forfecare, cu lama nconsola); piezorezistive (cu amplificator mecanic,

  • 8/8/2019 referat tr

    11/19

    cu timbre tensometrice, cu fibre optice) si cu reactie, acestea urmnd a fi prezentate foarte sumar n cele ce urme[23].

    Accelerometre piezoelectrice

    Sensibilitatea acestor traductoare poate fi exprimata prin:

    - sensibilitatea de sarcina:[pC/ms2] (3.24)

    - sensibilitatea de tensiune: [mV/ms2]sau [mV/g] (3.25)

    (g acceleratie gravitationala)

    Accelerometre piezoelectrice de compresie, figura 3.21. se realizeaza constructiv dintr-o piesa a carvibratie se masoara si o placa de baza 1 care reprezinta suportul a doua pastile piezoelectrice 2 pe care se plasemasa seismicam s. Pretensionarea sistemului este realizata cu ajutorul resortului 3, ntreg ansamblu fiind introdus carcasa 4 si prevazut cu mufa de conectare5.

    Traductoarele piezoelectrice sunt robuste, preiau undele longitudinale, au o frecventa de rezonanta ridicatdar, prezinta si o sensibilitate transversala ceea ce face ca sensibilitatea totala sa varieze n functie de unghiul orientare ntre o valoare maxima si minima. Pentru reducerea influentei sensibilitatii transversale, pe traductormarcheaza directia pe care aceasta este minima, fiind necesara respectarea acesteia la montare.

    Accelerometre piezoelectrice de forfecare sunt realizate constructiv subforma cilindrica curent alternativ n figura 3.22. sau sub forma prismaticatriunghiulara. Sunt prevazute cu o placa de baza 1, pastila piezo de forma cilindrica2 care se fixeaza cu adezivul conductor 3, masa seismica ms 4 si carcasa 5.

    La aceste traductoare, vibratiile produc unde de forfecare n pastila piezoelectrica. Comparativ cu accelerometrele de compresie, sensibilitatea acestortraductoare este redusa la variatii de temperatura si tensiuni mecanice din piesa de baza, prezentnd o anumita fragilitate.

    Accelerometre piezorezistive

    Functioneaza pe principiul modificarii rezistentei sub actiunea unei deformatii a unor timbre tensometrice.Principial, un astfel de accelerometru se realizeaza (figura 3.23.) din masa seismica 1, suspendata de lama elasticancastrata n suportul 3, deformatia acesteia fiind masurata cu timbrele tensometrice 4.

    Deoarece banda de frecvente ncepe de la zero, la masurare pot sa apara derivetermice, modulului de elasticitate si amortizarii.iar modificarea temperaturiiduce la variatia modulului de elastcitate si a amortizarii.

    Aceste accelerometre se utilizeaza ca traductoare de joasa frecventa precum si la masurarea acceleratiilor constante (n cazul vehiculelor), lafrecvente n banda 0 1000 Hz cu domeniul de masurare (1 500)g.

  • 8/8/2019 referat tr

    12/19

    Fata de accelerometrele piezoelectrice, cele piezorezistive prezinta avantajul unei impedante echivalenredusa, sunt mai putin sensibile la influentele exterioare, banda de frecvente ncepe de la zero, dar sunt mai pusensibile deoarece n circuitele de masurare s-ar putea sa apara deriva de zero de natura termica sau mecanica.

    Precizam ca exista si alte variante mbunatatite, iar circuitele de masurare sunt cele utilizate la timbreletensometrice.

    Traductoare cu fibre optice , figura 3.24, au n componenta placa de baza 1,masa seismica 2, lama elastica 3. Pe partea mobila (2,3) sunt plasate fibre opticemultimod (receptor 4, emitator 5) ultimul prelund fluxul luminos de la sursa 6.De masa seismica este legata rigid bara 7.

    Fluxul de lumina receptionat va depinde de pozitia relativa dintre cele douafibre optice, avnd o caracteristica de transfer Gaussian [46] si se constata posibilitatea obtinerii unei variante diferentiale a traductorului, obtinndsensibilitati foarte mari.

    Accelerometre cu reactie

    Un accelerometru cu reactie este reprezentat principial n figura 3.25., acesta fiind realizat dintr-un magnet permanent 1 care creeaza un cmp magnetic intens n care se plaseaza un cadru mobil bobinat 2 (cazul dispozitivemagneto-electrice). De acest cadru se leaga solidar, printr-o tija, masa seismica 3. Datorita vibratiilor, a caror directie este perpendiculara pe axul cadrului mobil, se produce o deplasare a masei seismice care roteste cadrul,rotire ce va fi sesizata de traductorul de unghi . Dupa o eventuala prelucrare, acest semnal este amplificat prin si readus n cadru sub forma unui curent de reactie ce va da nastere la un cuplu activ care aduce cadrul mobil la pozitia initiala.

    Aceste accelerometre lucreaza n banda de frecvente reduse, uzual 0 100 Hz, ntr-un domeniu de ordinul 10g, dar, prezinta o rezolutie ceatinge 10-6g.

    Se utilizeaza destul de putin, deoarece sunt foarte fragile si au un pret decost ridicat.

    Selsine

    Denumirea acestora este o prescurtare a expresiei ,,self synchronous mashine si servesc att pentrtransmiterea la distanta a unor pozitii unghiulare ct si pentru ,,telecomanda rotatiei unui organ greu accesibil executa o viteza de rotatie [21,55, 56].

    Din punct de vedere constructiv, selsinul este practic un generator sincron, adica dispune dtrei nfasurari statorice decalate la 1200 si o nfasurare rotorica monofazata. Comparativ cu generatoarele sincrone,rotorul selsinelor este alimentat n general cu tensiune alternativa de frecventa industriala (50 Hz), iar, n cazul un

    constructii speciale, la frecventa de 500 Hz.

    Datorita fluxului creat de nfasurarea rotorica (figura 3.26.) se vor induce tensiuni electromotoare n fiecaredin nfasurarile statorice, amplitudinea acestora

  • 8/8/2019 referat tr

    13/19

    depinznd de pozitia relativa ocupata de nfasurarea rotorica n raport cu pozitia nfasurarii statorice.

    Considernd ca Er este amplitudinea tensiunii rotorice si reprezinta unghiul ntre cmpul rotoric creat deaceasta cu axa nfasurarii 1, amplitudinea tensiunilor induse n cele trei nfasurari vor fi:

    E1=Er cos; E2= Er cos(+2 /3); E3= Er cos(-2 /3), (3.26)

    cu mentiunea ca aceste tensiuni vor fi alternative si de aceeasi frecventa cu a tensiunii rotorice.

    3.5. Traductoare de socuri si vibratii

    Vibratiile reprezinta miscari oscilatorii n jurul unui punct caracterizat prin amplitudine, viteza, acceleratifrecventa iar, socurile reprezinta miscari n forma de impulsuri singulare cu durata scurta fiind descrise de anumlegi de variatie n timp sau mai simplu, prin valori cinematice maxime.

    Vibratiile sunt de joasa sau nalta frecventa, libere sau ntretinute, amortizate sau neamortizatedeterministice sau aleatoare, de translatie, torsiune, ncovoiere, etc.

    n principiu, vibratiile se masoara prin cei trei parametri ai acestora, adica: amplitudine, viteza saacceleratie, prin cunoasterea carora se pot determina si ceilalti parametri (prin derivare sau integrare). n practica prefera solutia de integrare (derivarea duce de obicei la intensificarea perturbatiilor de nalta frecventa), pmasurarea acceleratiei care prezinta si avantajul ca nu este necesar un anumit sistem de referinta.

    n practica, masurarea vibratiilor se face prin forta ce actioneaza asupra unei mase seismice din componenunor traductoare seismice.

    Principial, dupa figura 3.28. traductoarele seismice sunt traductoare mecanice detip inertial compuse din: carcasa 1; placa de baza 2; resortul 3 cu constanta elastica k;masa seismica m 4; dispozitivul de amortizare 5 cu factorul de amortizare c, traductorun ansamblu fiind un sistem mecanic de ordinul II, i marimea de intrare, e marimeade iesire.

    Ecuatia de miscare a masei seismice n domeniul timp este:

    (3.28)

    Cu precizarea ca membrul drept al acestei relatii reprezinta forta inertiala, n functie de relatiile existenntre coeficientii m, c, k n [10] sunt tratate cazurile: masa

    seismica mare, resoarte slabe (vibrometre); resort rigid, masa si coeficient de amor-tizare neglijabile(accelerometre); coeficient de amortizare mare, masa si constanta elastica neglijabile.

  • 8/8/2019 referat tr

    14/19

    Traductoare pentru marimi mecanice

    Principalele marimi mecanice masurate n tehnica sunt cele specifice constructiilor mecanice din care derisi alte marimi specifice: masa, duritatea, tensiunea mecanica, alungirea relativa, modulul de elasticitate, presiuns.a. La masurarea marimilor mecanice pot fi utilizate traductoarele specifice, dar si traductoarele de deplasare cau n componenta un element elastic ce capteaza forta sau momentul si le transforma ntr-o deplasare.

    Totodata este necesar sa se acorde o atentie deosebita pentru reducerea la minim a riscurilor unor deformaaccidentale, cum ar fi flambajul, adica ndoirea structurii la o compresie axiala, precum si alegerea unor variantemasurare diferentiale.

    n cele ce urmeaza, vom prezenta foarte succint traductoarele pentru marimi mecanice de tipul: elastice (tractiune compresie; de ndoire; de taiere; cu sageata mare; de cuplu); tensometrice rezistive; magnetostrictive;forta cu masurarea deplasarii de cuplu, fara a insista asupra circuitelor de masurare, conversie sau adaptare, aces prezentndu-se separat.

    Traductoare elastice de cuplu functioneaza n general pe principiul masurarii deformatiei produse de cupasupra unor traductoare mecanice. Aceste traductoare pot avea forma de cilindru plin, tub sau bara patrareprezentate schematic n figura 3.29. a), b), c).

    Notnd cu M cuplul transmis axial, G modulul de rigiditate, unghiul de torsiune si tensiunea maximcu notatiile din figura sunt date de relatiile:

    - cilindru plin: (3.31)

    - tub: (3.32)

    - bara patrata: (3.33)

    Precizam ca, tensiunea mecanica maxima nu trebuie sa depaseasca 2/3 din tensiunea mecanica limita forfecare iar n cazul n care pe lnga forfecare mai apare si fenomenul de ndoire a axului, ceea ce duce la ersuplimentare, lungimea axului trebuie redusa, ceea ce n final duce la scaderea sensibilitatii.

    Traductoare tensometrice rezistive

    Aceste traductoare [10, 20, s. a.] functioneaza pe efectul tensorezistiv descoperit de lordul Kelvin n 185efect ce consta n modificarea rezistentei electrice n functie de tensiunea mecanica, prin modificarea lungimsectiunii si rezistivitatii electrice . Aplicatiile industriale ale efectului tensometric si fac aparitia mult mai trz abia prin anul 1920.

    Pot fi realizate n doua variante: cu filament semiconductor (figura 3.30.a.) si difuzate (figura 3.30.b.). primul caz, filamentul semiconductor , care este decupat chimic sau mecanic dintr-un monocristal semiconductorlungimi pna la un milimetru si grosimi de ordinul 10-2 mm, este conectat la doua conductoare si montat pe suport .

  • 8/8/2019 referat tr

    15/19

    Traductoare magnetostrictive

    Sub actiunea unui cmp magnetic, substantele magnetice si modifica geometria (dimensiunile) precum unele marimi de natura mecanica, mai precis, modulul de elasticitate. Acest fenomen este reversibil, ceea ce ne aca se produce o modificarea a curbei de magnetizare, implicit a permeabilitatii magnetice sau inductiei remanensub actiunea unor tensiuni mecanice. Aceasta interac-tiune dintre momentele magnetice elementare si retea

    cristalina, reprezinta proprietate de magnetostric-tiune a substantelor magnetice.Pe baza acestei proprietati s-au realizat traductoare de forta la care variaza fie permeabilitatea magnetica,

    inductia remanenta.

    Avnd la baza principiul variatiei permeabilitatii magnetice, n figura3.33. se prezinta doua traductoare magnetostrictive (a - de inductivitate proprie; b - de inductivitate mutuala; c - aspectul liniilor de cmp).

    Traductorul din figura 3.31.a. se realizeaza sub forma unei inductivitaticu circuit nchis. Proportional cu tensiunea mecanica (efortul ), apare o variatie relativa a permeabilitatii magnetice care se transforma ntr-o variatierelativa a reluctantei magnetice. n final apare o variatie relativa ainductivitatii data de:

    L/L = k (3.39)

    Ca dezavantaje ale acestor traductoare putem mentiona:

    - reproductibilitate redusa, fiind necesara reetalonarea periodica;

    - sensibilitatea scade cu cresterea frecventei, depinznd de amplitudinea curentului de excitatie fiind necesa stabili regimul optim de functionare pentru fiecare traductor n parte;

    - sensibilitatea caracteristicii scade cu cresterea temperaturii cu circa 0,1%/0C si prezinta histerezis;

    - ntrefierul reduce sensibilitatea traductorului putnd chiar sa o anuleze.

    n cazul traductoarelor cele mai utilizate, realizate din aliaje de feronichel, domeniile de masurare sunt dordinul 50106 N/m2, cu o sensibilitate de ordinul 210-9m2/N.

    Traductoare de forta cu masurarea deplasarii

    Aceste tipuri de traductoare prezinta o complexitate ridicata, functionnd pe principiul transformasuccesive a marimilor, prin transformarea fortei F ntr-o deplasare l cu ajutorul unui traductor elastic, deplasa care la rndul sau este masurata cu un traductor electric.

    Notnd u - tensiunea la iesirea circuitului de masurare avem:

    (3.42)

    unde u/ l reprezinta functia de transfer a traductorului electric cu circuitul sau de masurare.

  • 8/8/2019 referat tr

    16/19

    Dupa cum s-a aratat, traductoarele electricede deplasare pot fi rezistive, capacitive sauinductive, ultimele avnd o utilizare maifrecventa .

    Principial, n figura 3.33. se prezinta un

    traductor inductiv diferential de tip transformator: 1 - tija; 2 -arcuri spirale; 3 - nfasurari; 4 - distantier; 5 - miezmagnetic.

    n cazul traductorului de cuplu asociat cutraductorul inductiv diferential, prezentat n figura 3.34., pearborele - 1 cu diametrele diferite D si d, sunt plasate la odistanta l fata de suprafata de separare a sectiunilor, bobinele - 2 si circuitul magnetic - 3.

    Solidar cu sectiunea de diametru mai mare a arborelui se fixeaza o armatura mobila - 4, a carui pozitie este perfsimetrica n raport cu bobinele daca nu apare un cuplu. Cnd arborele este supus unui cuplu va avea loc o deplasa armaturii mobile datorita deformarii acestuia, modificndu-se cele doua inductivitati ale bobinelor. Trebu precizat faptul ca daca apare si un cuplu de ncovoiere, acesta nu influenteaza masuratorile.

    Traductoarele optoelectronice de cuplu functioneaza pe principiul schemei prezentate n figura 3.35., pe arbore fi plasate la o anumita distanta d, doua discuri perforate cu fante transparente si opace. n practica exista do posibilitati de masurare:

    - Cu modulatie de amplitudine, caz n care sursa de lumina S si fotodetectorul FD sunt plasate n afara sistemuluideoarece zonele transparente aferente celor doua discuri sunt plasate decalat cu 1/4 din perioada geometrica,rezulta, n absenta cuplului daca arborele se roteste, o succesiune de impulsuri cu durata de 1/4 din perioada. aparitia unui cuplu, datorita rasucirii arborelui, se produce o modificare a pozitiei relative a planelor celor dodiscuri si implicit a latimii impulsurilor, marimea masurata fiind data ca o valoare medie a semnalului de la iesirfotodetectorului FD. Datorita faptului ca fluxul luminos al sursei nu este constant (la becuri cu incandescenta fi

    proportional cu puterea a cincea a tensiunii de alimentare) este necesara calibrarea n amplitudine a impulsurilorfotodetector.

    Traductoare de presiune

    n functie de domeniul presiunilor de masurat, elementele sensibile ale acestor traductoare difera. Trebu precizat faptul ca presiunea poate fi absoluta, atunci cnd se masoara n raport cu vidul absolut, relativa sau efectdaca masurarea se face ca o diferenta fata de presiunea atmosferica si diferentiala, atunci cnd masurarea se faceraport cu o presiune considerata ca referinta.

    Unitatea de masura a presiunii este pascalul (1 Pa = 1 N/m2), n tehnica preferndu-sebarul ( 1 bar = 103Pa) dar, se folosesc si alte unitati derivate ca:atmosfera fizica (1 atm reprezinta presiunea hidrostatica echivalenta aunei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, cu naltimea de 760 mm, la acceleratia gravitationala g =980,666 cm/s2); milimetrii coloana de mercur ( 1 mm Hg = 1 torr presiunea hidrostatica a unei coloane de mercur cu naltimea de 1 mm , n conditiile anterioare;mm coloana apa (1 mm H2O reprezinta presiunea hidrostaticaechivalenta unei coloane de apa cu naltimea de 1 mm).

    Precizam ca, presiunea normala , luata ca referinta n tehnica presiunea exercitata de o coloana de mercur cu naltimea de 735,56 mm (echivalentul unei atmosfere tehnice) - , difera de presiunea atmosferica normala , carecorespunde presiunii hidrostatice echivalente unei coloane de mercur cu naltimea de 760 mm la 00 C si g = 980,666cm/s2.

  • 8/8/2019 referat tr

    17/19

    Domeniul presiuilor din tehnica este deosebit de vast, metodele de masurare [20, 51] fiind specifice doar pentru anumite intervale ilustrate n figura 3.39.

    Principiul de functionare al traductoarelor de presiune (elementele sensibileale acestora) consta n general, n convertirea unei presiuni ntr-o deplasare liniaracare, la rndul sau este convertita ntr-o variatie de tensiune cu ajutorul unui

    montaj potentiometric. Daca vom nota tensiunile ca n figura 3.40., tensiunea deiesire din traductorul de presiune (marimea de executie va fi data de relatiacunoscuta:

    (3.44)

    Elemente elastice

    Ca elemente sensibile, n tehnica, pentru masurarea presiunilor se utilizeaza:

    burdufurile metalice ondulate (gofrate), camerele cu membrana si tuburile Bourdon.

    Burdufurile metalice ondulate (silfoane) , realizate dintr-un material elastic cunoscut tehnic sub denumirea detombac sau din otel obisnuit, au proprietatea de a-si modifica dimensiunile sub actiunea unei presiuni, fiireprezentate n doua variante posibile de figura 3.38. In cazul n care e necesara masurarea unei presiuni absolsau diferentiale, se utilizeaza folosirea unor baterii de burdufuri montate n opozitie .Camerele cu membrana ,cunoscute si sub denumirea de membrane gofrate, se executa n general dintr-un aliaj de bronz si beriliu sau doteluri inoxidabile. Functionarea membranei (figura 3.39.) este similaru a burdufului ondulat, adica sub actiununei presiuni se va produce deformarea acesteia, ceea ce duce la convertirea unei presiuni ntr-o variatie deplasare liniara.Tuburile Bourdon se executa n general din alama arcuita, cunoscuta sub numele de tombac ,sub forma unui tub cu sectiune ovala, eliptica sau semisfera (figura 3.40.a.b.c.), cu un capat rigid la care se apl presiunea de masurat. Celalalt capat (liber) se va deforma sub actiunea presiunii, realiznd fie o deplasare liniara,una unghiulara (cazul manometrelor), putnd fi prevazute cu contacte electrice de minim si maxim (caz presostatelor). Sensibilitatea maxima a tuburilor Bourdon se obtine pentru cele cu sectiunea semisferica, pen precizari suplimentare si calcule recomand. Traductoarele de presiune prezentate au o sensibilitate relativ redu precizia lor fiind influentata de vibratii si socuri, temperatura, umiditate existenta derivei de zero, etc. Durata viata a acestor traductoare este influentata de ciclurile de functionare si suprasarcinilela care sunt supuse , fiind totusi traductoarele de presiune cele mai utilizate.

    Comportarea dinamica a acestor traductoare este n concordanta cu aelementelor de tip P1, constanta de timp fiind pna la ordinul a 5 secunde.

    Pentru cazul presiunilor foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesctraductoare de presiune speciale, una din variante fiind reprezentata principial n figura3.41. Elementul sensibil este executat de obicei din otel inoxidabil care, sub actiuneaunei presiuni este supus unei dilatari. Acest lucru va duce la variatia lungimii unui fir rezistiv bobinat, adica la variatia rezistentei electrice a acestuia.

  • 8/8/2019 referat tr

    18/19

    Cu ajutorul unui montaj potentiometric sau cu o punte de masura, variatiile de presiune sunt preluate suforma unor semnale de tensiune electrica.

    Traductoare de nivel

    Masurarea nivelului n tehnica este o problema deosebit de importanta pentru o serie de procese tehnologi precum si pentru evaluarea stocurilor existente, realizndu-se pentru granule, pulberi, suspensii, lichide, etc.

    Metodele de masurare ale nivelului pot ficontinue nd se urmareste n permanenta masurarea nivelului prinintermediul lungimii coloanei de substanta sidiscontinue cnd se urmareste masurarea nivelului ntre anumitelimite, de obicei minime si maxme.

    Metodele de masurare ale nivelului pot fidirecte , caz n care se masoara lungimea (naltimea) efectiva acoloanei de substanta siindirecte daca nivelul se determina cu ajutorul unor marimi intermediaare (presiune, masa, parametri ai circuitelor electrice, atenuarea unei radiatii, etc.).

    Din cele prezentate rezulta ca pentru masurarea nivelului se pot utiliza metode care au la baza masurareaaltor marimi, n continuare ncercnd sa prezentam doar metodele bazate pe proprietatile electrice de material. Voaminti ca cele mai simple nivelmetre utilizate sunt cele cu sticle cilindrice sau prismatice ce se monteaza peconducta n paralel cu rezervorul (recipientul) al carui nivel l masuram , sau nivelmetrele cu plutitor magnetic.

    Nivelmetre cu radiatii

    Metodele de masurare a nivelului cu ajutorul radiatiilor sunt foarte avantajoase pe motivul ca nu exista uncontact ntre material si dispozitivul de masurare. Aceste metode se pot folosi la masurarea nivelului n n buncarede alimentare din metalurgie, n conditii speciale ca: recipiente sub presiune la temperaturi ridicate, medii deosebide corosive sau toxice, medii inflamabile, etc.

    In functie de natura radiatiilor, nivelmetrele pot fi cu ultrasunete, cu microunde si cu radiatii nucleare.

    Nivelmetrele cu ultrasunete sunt asemanatoare cu traductoarele cu radiatii prezentate anterior, putnd firealizate n variantele cu unda continua (daca traductorul cu ultrasunete funtioneaza continuu) si n impuls. Ambevariante pot folosi metoda prin transmisie, cnd n mod obligatoriu se folosesc doua traductoare, sau metoda prinreflexie, caz n care acelasi traductor Indeplineste att rolul de emitator t si de receptor.

    In practica, deoarece determinarea nivelului se face cu ajutorul vitezei de propagare a ultrasunetelor cedepinde de temperatura, e necesar sa se prevada circuite de corectie a acesteia n functie de temperatura cu ajutoruunor convertoare tensiune frecventa.

    Domeniul de masurare al acestor traductoare este ntre 10 30 m, la frecvente de lucru ntre 20 40 mHz,erori de masurare sub 1%.

    Traductoare de temperatura

    Traductoarele de temperatura sunt dispozitive care functioneaza fie pe principiul generarii unei tensiunielectromotoare, fie pe principiul convertirii temperaturii ntr-o variatie a unui parametru al circuitelor electrice (deobicei rezistenta) sau, cele mai simple convertesc temperatura ntr-o deplasare sau dilatare (gaz sau metal).

    Traductoare inteligente

    Dezvoltarea ntr-un ritm galopant a ciberneticii si tehnicii de calcul a permis realizarea simultana n cazulaceluiasi CIP a traductoarelor integrate si elementelor de prelucrare, dnd n acest fel posibilitatea ca informatia

  • 8/8/2019 referat tr

    19/19

    obtinuta la iesire sa poata fi utilizata direct de calculatoare. In acest sens, s-au obtinut traductoare foarte performa pe care le vom numitraductoare inteligente. Prin introducerea unui procesor n componenta traductorului sirealizarea unei interfete de comunicare bidirectionala cu exteriorul, a devenit posibila cresterea nivelului procesarn cadrul traductoarelor inteligente care ntr-o schema bloc pot fi prezentate ca n figura 3.75.

    Elementul de baza este constituit din traductorul principal ce preia informatiile de la masurand si care poat

    fi identificat printr-un codce este stocat n memoriaa PROM. Marimile de influenta actioneaza asupra traductoaresecundare, semnalele provenite de la acesta (este inclus si traductorul principal) sunt transmise unui sistem deachizitii de date format dintr-un multiplexor, amplificatorul A, circuitul de esantionare si memorare CEM siconvertorul analogic numeric CAN. Microprocesorul P ndeplineste rolul de a gestiona achizitia datelor, corectimarimilor de influenta, influenta caracteristicii de transfer si diagnosticarea traductoarelor. In memoria PROM sunstocate programul de operare, tabele de corectii si liniarizare, etc., pe lnga codul de recunoastere al traductoruluiiar n memoria RAM sunt stocatedatele curente de operare sau acelea ce urmeaza a fitransmise.