Senzori Si Sisteme Senzoriale Indrumar

UNIVERSITATEA “ TEFAN CEL MAREȘ ” SUCEAVA

SENZORI I ȘSISTEME SENZORIALEÎndrumar pentru laborator

An universitar: 2015-2016

Senzori şi sisteme senzoriale Îndrumar de laborator

CUPRINS

CUPRINS....................................................................................................................................1

INSTRUCŢIUNI PENTRU PROTECŢIA MUNCII ÎN LABORATORUL DE MECATRONICĂ.......................................................................................................................5

1.1 DISPOZIŢII GENERALE................................................................................................5

1.2 INSTRUCŢIUNI DE PROTECŢIA MUNCII..................................................................5

I.3 REGULI PRIVIND AMENAJAREA LOCULUI DE MUNCĂ.......................................7

1.4 DISPOZITIVE ŞI MATERIALE DE PROTECŢIE.........................................................8

1.6 REGULI PENTRU PREVENIREA ACCIDENTELOR..................................................8

PROCES VERBAL DE PROTECŢIA MUNCII.......................................................................9

LABORATOR 1.......................................................................................................................11

TRADUCTOARE PENTRU TEMPERATURĂ......................................................................11

TERMISTORUL.......................................................................................................................11

Aplicaţie practică 1................................................................................................................13

Mod de lucru.........................................................................................................................13


Modul de lucru......................................................................................................................15

DIODA SEMICONDUCTOARE.............................................................................................15


Modul de lucru......................................................................................................................16

SENZORI DE TEMPERATURĂ INTEGRAȚI......................................................................16


Modul de lucru......................................................................................................................18


Modul de lucru......................................................................................................................19

Bibliografie selectivă.............................................................................................................20

LABORATOR 2.......................................................................................................................21

TRADUCTOARE FOTOELECTRICE....................................................................................21

FOTOTRANZISTORUL..........................................................................................................21


Modul de lucru......................................................................................................................23

FOTOREZISTENȚA................................................................................................................23


-1-


Modul de lucru......................................................................................................................24

UTILIZAREA SENZORILOR FOTOELECTRICI LA TRANSMITEREA SEMNALELOR....................................................................................................................24


Modul de lucru......................................................................................................................26

SENZORI FOTOSENSIBILI UTILIZAȚI ÎN SISTEMELE DAQ.........................................27


Modul de lucru......................................................................................................................27

LABORATOR 3.......................................................................................................................29

SENZORI ŞI TRADUCTOARE TENSOMETRICE REZISTIVE..........................................29

TRADUCTOARE DE FORŢĂ.............................................................................................31


Modul de lucru......................................................................................................................34


Modul de lucru......................................................................................................................35


LABORATOR 4.......................................................................................................................37

TRADUCTOARE PENTRU MĂSURAREA VITEZEI ȘI PRESIUNII FLUIDELOR..........37

Aplicaţie practică...................................................................................................................39

Modul de lucru......................................................................................................................40


LABORATOR 5.......................................................................................................................43

TRADUCTOARE DE TURAȚIE............................................................................................43

Tahogeneratorul....................................................................................................................43

Traductoare cu reluctanţă variabilă.......................................................................................43

Traductoare fotoelectrice.......................................................................................................44

Traductoare inductive............................................................................................................45

Aplicație practică 1................................................................................................................45

Modul de lucru......................................................................................................................46


Modul de lucru......................................................................................................................47


LABORATOR 6.......................................................................................................................48

-2-


TRADUCTOARE DE PROXIMITATE INDUCTIVE, CAPACITIVE ŞI ULTRASONORE...................................................................................................................................................48

Traductoare de proximitate inductive...................................................................................48

Traductoare de proximitate capacitive..................................................................................50


Modul de lucru......................................................................................................................51

Traductor ultrasonor pentru distanţă.....................................................................................52


Modul de lucru......................................................................................................................54



LABORATOR 7.......................................................................................................................57

TRADUCTOARE DE ACCELERAȚIE..................................................................................57

Noţiuni teoretice....................................................................................................................57

Aplicație practică...................................................................................................................59

Modul de lucru......................................................................................................................61


LABORATOR 8.......................................................................................................................63

TRADUCTOARE CAPACITIVE............................................................................................63

Noţiuni teoretice....................................................................................................................63

Aplicație practică...................................................................................................................64

Modul de lucru......................................................................................................................65

-3-

INSTRUCŢIUNI PENTRU PROTECŢIA MUNCII ÎN LABORATORUL DE MECATRONICĂ

1.1 DISPOZIŢII GENERALE

1. În prima şedinta de lucrări de laborator cu studenții, conducătorul lucrării va face instructajul de protecţia muncii. Instructajul va fi consemnat într-un proces verbal semnat de profesor şi de către toţi studenții care efectuează lucrări practice în laborator.

2. Se interzice efectuarea lucrărilor de laborator cu aparate şi instrumente sau alte accesorii ale acestora, defecte sau degradate. În acest sens se va organiza revizia periodica a tuturor instalaţiilor, iar de la caz la caz se vor repara cele defecte.

3. Studenții nu vor pune sub tensiune instalaţia, înainte de a fi verificată de cadrele didactice.

4. Pentru evitarea distrugerii de instrumente şi aparate diverse, studenții au obligaţia de a ţine cont de următoarele:

- Cunoaşterea caracteristicilor electrice ale aparatelor folosite în montaj.

- Condiţiile în care funcţionează instalaţia sau aparatul.

5. În cazul când se constată o funcţionare anormală, care indică prezenţa unui deranjament, se va întrerupe imediat sursa de alimentare. Punerea în funcţiune se va face numai dupa identificarea şi înlăturarea deranjamentului.

6. Se interzice cu desăvârşire orice alt fel de activitate a elevilor cu instalaţia sau aparatele din laborator, în lipsa cadrelor didactice sau a unei persoane special calificată pentru supravegherea lucrării.

1.2 INSTRUCŢIUNI DE PROTECŢIA MUNCII

a) Înainte de începerea experienţelor 1. Experimentele la care se utilizează curent electric, la tensiuni ce pot fi periculoase, vor fi efectuate numai de către profesorul de specialitate.

2. Planul de desfăşurare a experimentelor va fi dinainte stabilit iar studențiiii vor fi instruiţi în prealabil.

3. De pe locul unde se desfăşoară experimentele se vor îndepărta toate obiectele care nu sunt necesare.

4. Pardoseala din jurul locului unde se desfăşoară experimentele trebuie să fie uscată sau acoperită cu un covor izolant.

5. Masa de lucru trebuie să fie suficient de mare pentru a permite plasarea în bune condiţii a întregului aparataj.

6. Alimentarea de la reţea se va face de la un tablou cu siguranţe fuzibile calibrate sau întrerupătoare automate; în cazul când se foloseşte o priză, aceasta va fi în prealabil verificată şi asigurată prin siguranţe fuzibile.

7. Părţile metalice ale aparatelor care ar putea intra accidental sub tensiune vor fi legate la pământ.

8. Racordurile dintre părţile componente ale montajului se vor face, în mod obligatoriu, prin cordoane în bună stare, perfect izolate şi corespunzătoare tensiunilor folosite în experienţa respectivă.

9. Uneltele de lucru (şurubelniţă, cleşte etc.) vor fi prevăzute cu mânere izolante, rezistente la tensiunile care se află în instalaţie.

10. Pentru controlul tensiunii şi intensităţii, se vor introduce în circuite aparate de măsurat.

11. Realizarea montajului sau a oricărei modificări a montajului existent precum şi introducerea sau scoaterea instrumentelor de măsurat din circuit se va face cu întregul aparataj scos de sub tensiune.

12. Înainte de conectarea instalaţiei la sursa de curent electric, se va face o ultimă verificare generală a aparatelor, legăturilor, izolaţiei etc.sub supravegherea profesorului coordonator.

13. Pentru alimentarea cu energie electrică se va utiliza de preferinţă un întrerupător special al montajului, plasat pe masa de lucru; scoaterea montajului de sub tensiune trebuie să poată fi efectuată cu uşurinţă printr-o singură manevră.

b) In timpul desfăşurării experimentelor:

1. Studenții intraţi în laborator vor ramâne tot timpul la masa lor de lucru.

2. În timpul experimentelor, pe masa de lucru nu se va găsi, în afara părţilor componente ale montajului, nici un obiect care ar putea, accidental, antrena legăturile montajului sau ar putea stabili contactul cu părţile aflate sub tensiune.

3. Studenții nu vor face legături la priză fără controlul profesorului.

4. Studenții nu vor atinge prizele după ce au fost puse sub tensiune.

5. Orice modificare în montajul electric se va face numai după ce a fost întreruptă alimentarea electrică a montajului.

6. Nu vor conecta montajele decât după ce au fost verificate.

7. Este interzisă schimbarea legăturilor în montajele aflate sub tensiune. Pentru înlăturarea greşelilor se deconectează de la sursa de alimentare.

8. Nu se pune mâna pe părţile metalice ale montajelor când acestea sunt sub tensiune.

9. Montajele se conectează la reţeaua de alimentare numai prin intermediul prizelor indicate de profesor.

10. Nu se vor utiliza în montaje conductori cu izolaţie deteriorată şi legături de proastă calitate.

11. Nu se schimbă tensiunile surselor de alimentare cu montajul în funcţiune.

12. Este interzisă părăsirea unui montaj aflat sub tensiune.

13. În timpul funcţionării montajului, este interzisă atingerea părţilor neizolate (schimbarea legăturilor, atingerea becurilor, intercalarea aparatelor de măsură).

14. Pentru prevenirea accidentelor după terminarea experienţelor, montajul va fi scos obligatoriu de sub tensiune. Activitatea este coordonată de profesor.

16. La manevrarea aparatelor de încălzire (sursele de căldură)

• la plecarea din laborator, chiar şi pentru scurt timp, este interzis să se lase aprinse becuri de gaz, lămpi cu spirt sau alte aparate de încălzire.

• se înlătură din prajma surselor de foc obiectele confecţionate din materiale care pot să se aprindă uşor.

I.3 REGULI PRIVIND AMENAJAREA LOCULUI DE MUNCĂ

1. Pe linie de protecţia muncii se recomandă ca în timpul efectuării unei lucrări de laborator să nu se mănânce sau bea diferite lichide.

2. Îmbrăcămintea elevului să fie adecvată muncii în laborator:

- părul strâns

- mânecile să nu fie largi

- îmbrăcăminte uscată

3. Pentru asigurarea condiţiilor de igienă a muncii se va păstra curaţenia la locul de muncă, iar la începutul şi sfârşitul orei de laborator se va aerisi bine laboratorul.

4. Pentru a putea urmări uşor sau verifica schemele de montaj electrice, se recomandă ca toate elementele din montaj să fie aşezate într-o ordine corespunzătoare spre a avea acces la nevoie, de exemplu:

- Acces la manipularea întrerupătoarelor.

- Acces la manipularea şi citirea instrumentelor electrice şi electronice.

- Se va evita pe cât posibil încrucişarea dezordonată a firelor de legatură.

- Nu se recomandă legături improvizate.

1.4 DISPOZITIVE ŞI MATERIALE DE PROTECŢIE

1. Pentru a putea face posibilă acordarea primului ajutor în caz de accidente, laboratorul va fi înzestrat cu o trusă sanitară cu medicamente.

2. În caz de accident, datorită spargerii unui dispozitiv din sticlă, se anunţă imediat profesorul care va lua măsuri de înlăturare a cioburilor. Studenții accidentaţi sunt trimişi la cabinetul medical.

3. Instrucţiunile de prim ajutor, se vor prelucra cu fiecare clasă de studenți, spre luare la cunoştinţă şi se vor afişa vizibil în laborator.

4. Pentru a se putea interveni în caz de incendiu, se va întrerupe curentul electric şi se va acţiona conform normelor P.C.I. afişate în fiecare laborator.

1.6 REGULI PENTRU PREVENIREA ACCIDENTELOR

1. Toate legăturile electrice la reţeaua de curent alternativ (220 V) se vor face numai cu prelungitoare prevăzute cu prize SHUKO - prevăzute cu borne de nul.

2. Schemele de montaj electric nu se vor pune sub tensiune decât după ce au fost verificate de cadrul didactic şi numai în prezenţa acestuia.

3. În timpul lucrării se va respecta disciplina în muncă şi se va păstra liniştea, interzicându-se convorbiri străine de lucrare. Se interzice deplasarea de la o masă de lucru la alta pentru a evita evenimentele nedorite.

4. La terminarea lucrării, se va întrerupe curentul electric verificând lipsa de tensiune, iar toate materialele utilizate se se vor aşeza la locul lor, asigurând ordinea în laborator.

După prelucrarea şi însuşirea Normelor pentru Protecţia Muncii şi pentru Prevenirea acidentelor, Studenții vor completa şi semna un Proces Verbal

PROCES VERBAL DE PROTECŢIA MUNCII

Încheiat azi, ____/ ____/ ________ , ora _________ , cu ocazia prelucrării Instructajului de Protecţia Muncii şi a Normelor de Prevenirea şi Stingerea Incendiilor, specifice activităţii din cadrul laboratorului de BAZELE SISTEMELOR MECATRONICE. Prelucrarea normelor respective a fost efectuată conform anexelor, de către Dr. ing. ROMĂNU Ionuț Cristian, în calitate de responsabil cu activitatea de laborator, în cadrul primei şedinţe de laborator cu studenții grupei_____________.

Au aprticipat la instructaj:

Nr. Nume Prenume Semnatura12345678910111213141516171819202122232425

LABORATOR 1

TRADUCTOARE PENTRU TEMPERATURĂ

Traductorul pentru măsurarea temperaturii poate folosi ca detector o gamă largă de dispozitive cum ar fi: termometre cu mercur, bimetal, termocupluri, termorezistenţe, pirometre, termistoare, dispozitive semiconductoare cu joncţiuni etc. Dintre acestea am ales pentru a fi prezentat senzorul de tip termistor şi cel pe bază de dispozitive semiconductoare, celelalte fiind discutate la Laboratorul de termodinamică.

TERMISTORUL

Termistoarele sunt semiconductoare a căror rezistenţă electrică variază cu temperatura. Ele sunt de două tipuri: termistoare cu coeficient de temperatură negativ, (NTC) şi termistoare cu coeficient de temperatură pozitiv, (PTC). Cel mai utilizat este termistorul NTC, având proprietatea că rezistenţa sa electrică scade exponenţial atunci când temperatura creşte şi invers. Fabricarea lor lor se bazează pe amestecul unor pulberi de oxizi cu lianţi, uscate şi apoi sinterizate la temperaturi ridicate. Cele mai comune materiale includ: oxid de fier, cobalt, nichel, cupru, zinc şi titan. Prin varierea tipurilor de oxizi, proporţiile acestora, atmosfera şi temperatura de sinterizare se pot obţine termistoare cu diferite valori de rezistenţă şi coeficienţi de temperatură.

Figura 1. Simbolizarea termistoarelor

Constructiv, termistoarele pot fi realizate în diferite forme (Figura 2.a): disc, perlă, de tip papuc închis (pentru măsurări de contact pe suprafaţă), capsule metalice cu şurub de montat pe suprafeţe, montate în capsule standard de diode. Cele mai precise, stabile şi care permit şi măsurarea unor temperaturi ridicate sunt cele încapsulate ermetic în sticlă (Figura 2.b).

Figura 2.a Figura 2.bÎn Figura 2.b se pot vedea 2 tipuri de termistoare încapsulate în sticlă, unul filiform,

cilindric şi altul în formă de picătură şi dimensiunea lor comparativ cu o diodă 1N4148. În comparaţie cu termorezistenţele cu platină, termistoarele au timpi de răspuns mai mici, dar sunt neliniare şi au un domeniu de lucru mult mai limitat. Deşi noţiunea de termistor este adesea asociată cu neliniaritatea şi imprecizie, se pot realiza termistoare cu sensibilitate ridicată şi cu precizii de +/- 0,05 oC….+/- 0,01 oC pe domenii de temperatură de 50-75 oC. Combinând precizia ridicată cu posibilităţile actuale de măsurare (prin tehnici numerice liniarizarea poate fi realizată cu tabele de echivalenţă stocate în memoria nevolatilă a adaptorului în timpul calibrării) se pot construi termometre bune şi ieftine.

De obicei, in cataloage se prezintă următorii parametri pentru termistoare:-Rezistenţa nominală, , valoarea rezistenţei termistorului la temperatura de ;-Constanta de material B;-Coeficientul de variaţie cu temperatura, de obicei la temperatura de :

. (1)

-Coeficientul de disipaţie termică D[W/K] (notat şi cu δ) este numeric egal cu puterea disipată în termistor (P) la o diferenţă de 10C (1K) între temperatura corpului termistorului şi temperatura ambiantă:

. (2)

-Constanta de timp termică, notată cu τ, reprezintă timpul după care temperatura corpului termistorului ajunge la 63,2 % din diferenţa dintre temperatura finală Tf şi cea iniţială Ti la aplicarea unui salt de temperatură egal cu ΔT=Tf - Ti.

Termometru digital de control

Se utilizează ca termometru de control, un instrument de măsurare a temperaturii digital a cărui parametrii sunt prezentați în continuare:-Interval de măsură: - 50....+ 150 0C.-Gradaţii: 0.1°C;- Precizie de măsură: ± 0.1°C;

Figura 3. Termometru digital de control

Aplicaţie practică 1

Se consideră o schemă în care termistorul comandă deschiderea unui circuit basculant bistabil (CBB) prin modificarea tensiunii de polarizare. Schema prezintă 2 stări; una în care temperatura mediului în care se află termistorul este sub valoarea de control (supraveghere) şi a doua stare când temperatura este deasupra acestei valori. Termistorul va fi montat în incinta a cărei temperatură trebuie supravegheată, conectarea la restul schemei făcându-se cu un circuit bifilar. Tensiunea de ieşire se culege de la bornele rezistorului R5. Să presupunem că montajul trebuie să asigure menţinerea unei temperaturi constante T = +40 0C +/- 1 0C. Până la atingerea valoriide +40 0C termistorul prezintă o rezistenţă electrică pe care o notăm cu R1(Th). În această situaţie valorile rezistoarelor trebuie astfel calculate încât tranzistorul T1 să fie deschis, respectiv între baza şi emitorul lui să existe o tensiune de minim 0,65V. Această tensiune este asigurată de divizorul format din R1 şi R1(Th) ţinând cont şi de căderea de tensiune pe R4. Existenţa curentului I1 prin tranzistorul T1 face ca între colectorul şi emitorul său să existe o tensiune mai mică de 0,2V. Cum această tensiune este aplicată tranzistorului T 2 drept tensiune de polarizare, rezultă că T2 va fi blocat, iar prin rezistorul R5 nu va circula nici un curent, deci semnalul de ieşire este nul. Pe măsură ce temperatura creşte, rezistenţa electrică a termistorului scade. În momentul în care temperatura a ajuns la + 40 0C, termistorul prezintă valoarea R2 (Th) unde R2(Th) < R1(Th), iar tensiunea în baza lui T1 scade ca urmare a modificării raportului dintre R1 şi R(Th). Tranzistorul T1 se blochează. Instantaneu are loc deblocarea lui T2, acesta primind tensiunea de polarizare pe bază prin R2 şi R3. Curentul de colector din T2 străbătând şi rezistorul de sarcină R5, face ca la bornele acestuia să apară o tensiune continuă, tensiune care constitue semnalul de ieşire ce va pune în funcţiune elementele de reglaj, avertizare ale instalaţiei.

La scăderea din nou a temperaturii sub +40 0C valoarea lui R(Th) creşte, T1 se deschide din nou şi procesul se reia, schema acţionând cu o eroare admisă mai bună de +/- 10C.

Figura 4. Circuit bistabil pentru controlul temperaturii

Mod de lucru

-Se introduce sonda cu termistorul în cutia termostatată.

-Se introduce termometrul digital de control în cutia termostată.-Se reglează fin reostatul astfel încât termometrul de control să se stabilizeze la o valoare cât mai apropiată de + 40 0C.-Se reglează fin semireglabilul R1 până în momentul producerii basculării, lucru constatat prin măsurarea tensiunilor.-Se întrerupe alimentarea rezistenţei de încălzire pentru a se răci (fără a schimba pozitia reostatului de îmcălzire).-După ce temperatura a scăzut sensibil cca. 4-5 grade, se porneşte din nou încălzirea, observându-se dacă procesul este repetabil în aceleasi condiţii.-Se va calcula eroarea cu care acţionează schema.


Montajul în discuţie prezintă modul cum poate un amplificator sa comande un releu, fiind acţionat de către o temperatură joasă (situată sub un anumit prag).

Figura 5. Circuit basculant pentru controlul temperaturii cu AO

Amplificatorul operational 741, (AO), este conectat în buclă deschisă, fiind utilizat ca un comparator de tensiune. Cele 2 intrări ale sale sunt conectate la o punte rezistivă de tip Wheatstone, formată din trei rezistente și un termistor. Intrarea neinversoare (+) a AO este conectată la o tensiune fixă, egală cu jumătatea tensiunii de alimentare, furnizată de divizorul rezistiv R2-R3. În celălalt braț al puntii R1- R(Th), care alimentează intrarea inversoare (-) a AO, dat fiind faptul că se utilizeaza un termistor NTC, tensiunea este funcție de temperatura mediului. Din semireglabilul R1 se asigură un echilibru al puntii atunci cand temperatura ambianta se afla in imediata apropiere a pragului fixat, ceea ce inseamna ca diferenta de potential intre cele doua intrari ale AO (pinii 2 si 3) este nula.

Atat timp cat temperatura depaseste un anumit prag fixat, puntea este astfel dezechilibrata incat tensiunea de la intrarea inversoare (-) a AO este mai mica decat cea de la intrarea neinversoare (+). In aceste conditii, amplificatorul operational este basculat in starea cu iesirea (pinul 6) „SUS - H”. Adica aceasta tensiune are o valoare mare pozitiva (apropiata de cea a sursei de alimentare). Aceasta tensiune polarizeaza baza tranzistorului pnp, pe care il blocheaza. Prin tranzistor necirculand curent, rezulta ca nici bobina releului REL nu este parcursa de curent, releul fiind neanclansat.

Daca temperatura coboara sub un anumit prag (determinat), rezistenta termistorului creste, ca si „caderea” de tensiune de pe el, deci tensiunea de pe intrarea inversoare (pinul 2)

depaseste valoarea tensiunii de pe intrarea neinversoarea (pinul 3) a amplificatorului operational. Acesta basculeaza cu iesirea (pinul 6) in starea „JOS -L”, tensiunea fiind apropiata de masa. Acest lucru conduce la deblocarea tranzistorului T, prin care incepe sa circule curent. Curentul sau de colector (care reprezinta si curentul care parcurge bobina relelui) determina actionarea releului.

Observații- punctul de echilibru al puntii este independent de tensiunea de alimentare, precizia acestui comutator termic nu este afectata de variatiile alimentarii.- bascularea AO dintr-o stare in alta (SUS, JOS) este produsa de o variatie a tensiunii de

intrare de numai cateva zecimi de volt.Aceste variatii pot fi provocate atat de modificarea rezistentei rezistorilor din punte, dar mai ales de variatia valorii termistorului pentru variatii extrem de mici ale temperaturii. Precizia este mai buna de 0,5 0C.

Modul de lucru

-Se realizarea simularea schemei cu programul „Electronics Workbench”. Se verifica prin simulare bascularea AO, se citesc tensiunile afisate de aparatele virtuale.

-Se realizeaza fizic montajul pe placa de proba. Se alimenteaza rezistorul de incalzire , reglandu-se temperatura in jurul valorii de 40 0C. Se verifica functionarea montajului, se masoara tensiunile in punctele de interes, anclansarea sau declansarea releului.

DIODA SEMICONDUCTOARE

Dacă un curent de cca. 1 mA parcurge o diodă cu siliciu, la bornele sale apare o tensiune directă de aproximativ 600 mV. Aceasta tensiune directă variază cu temperatura, joncţiunea prezentând un coeficient negativ de temperatură de cca. 2 mV/ 0C. Puterea disipată pe diodă este numai de 600 microW la un curent de 1 mA, încălzirea acesteia este practic neglijabilă, ceea ce reprezintă un avantaj faţă de utilizarea termistoarelor, la aplicaţiile de temperatură joasă.


Figura 6. Termometrul electronic de tip amplificatoar diferenţial cu diodă

Termometrul electronic reprezintă o aplicaţie a amplificatoarelor diferenţiale şi foloseşte ca traductor de temperatură o diodă, de tip 1N4148 care prezintă un coeficient termic al căderii de tensiune la borne de cca. – 2mV/ 0C.

Modul de lucru

După realizarea montajului, termometrul trebuie etalonat prin fixarea celor două extremităţi ale scalei instrumentului la temperaturile de 0 0C (se aduce acul instrumentului la zero prin manevrarea semireglabilului P1) şi respectiv 100 0 C. Aducerea indicaţiei miliampermetrului la cap scală (1mA) se face prin manevrarea lui P 2. Scara va fi liniară în domeniul 0 – 100 0C. Pentru etalonare, traductorul va fi plasat în exterior, în contact cu un pahar cu apă cu gheaţă pentru 0 0C şi apă la fierbere pentru 100 0C.

Se va verifica liniaritatea scalei comparând indicaţiile termometrului realizat cu cele ale unui termometru considerat etalon, cele două termometre fiind în contact cu o piesă încălzită la diferite temperaturi. Se va trasa grafic indicaţiile celor 2 aparate.

SENZORI DE TEMPERATURĂ INTEGRAȚI

Traductoarele integrate pentru măsurarea temperaturii sunt primele traductoare integrate apărute. Deşi intervalul lor de măsurare nu este prea extins (- 50, +1500C), ele îşi găsesc o serie de aplicaţii la măsurarea temperaturii ambientale, dar şi la măsurarea altor mărimi prin intermediul variaţiilor de temperatură produse de aceste mărimi. Sunt larg răspândite două tipuri de traductoare integrate pentru măsurarea temperaturii:

-traductoare la care curentul de ieşire variază direct proporţional cu temperatura absolută;

-traductoare la care tensiunea de ieşire variază direct proporţional cu temperatura absolută.

Pentru prima categorie este reprezentativ circuitul AD590 ( Analog Devices – SUA) a cărui schemă de principiu este prezentată mai jos. Acest circuit integrat reprezintă o sursă de curent cu 2 terminale ce furnizează un curent – în - numeric egal cu temperatura absolută –în K- în gama de temperatură cuprinsă între – 50 şi +150 0C, pentru tensiuni de alimentare UAB cuprinse între 4 şi 30 V. Eroarea absolută maximă la capetele intervalului de măsurare este de ordinul +/_ 2 0C. Cu circuite de corecţie, ea poate fi coborâtă la +/- 0,2 0C.

Din cea de-a doua categorie se prezintă circuitul integrat LM135 ( National Semiconductor – SUA). Caracteristica curent-tensiune a joncţiunii p-n este influenţată de temperatura mediului, conform relaţiei:

. (3)

Folosind această dependenţă s-au realizat senzori de temperatură tip semiconductor, utilizabile cu mare precizie în domeniul de temperatură -50°C +150°C.

Senzorii din seria LM135, LM235, LM335 sunt senzori de temperatură integrați de precizie şi uşor de calibrat. Circuitul integrat simulează funcţionarea unei diode zener având tensiunea de tăiere proporţional cu temperatura, coeficientul de temperatură fiind 10mV/°K. Rezistenţa dinamică este de 1Ω şi lucrează într-un domeniu de curent de 400μA şi 5mA. Caracteristica de ieşire este liniară şi prezintă o eroare tipică mai

mică decât 1°C pe domeniul de variaţie a temperaturii de 100°C. Tipul LM335 lucrează în domeniul de temperatură de la - 40°C până la 100°C. În figura de mai jos se arată configuraţia de bază a senzorului şi modul de calibrare folosind pinul ADJ.

Figura 7. Configuraţia de bază a senzorului şi modul de calibrare folosind pinul ADJ

Expresia tensiunii de ieşire este:

, (4)

unde, este tensiunea de ieșire la temperatura T0.


Senzorul de temperatură LM75 integrează pe acelaşi cip blocul de condiţionare a semnalului, liniarizare, conversia analog digitală. Senzorul conţine un convertor AD de 9 biţi care converteşte valoarea analogică corespunzătoare temperaturii într-o valoare digitală utilizabilă de PC. Comunicaţia serială folosită este I2C. Acesta este un protocol folosit pentru comunicaţii seriale prin 2 fire cu diferite tipuri de dispozitive configurate similar. I2C constă fizic în 2 linii active şi o conexiune de împământare. Liniile active sunt denumite SDA şi SCL. Ambele linii sunt bidirecţionale. SDA este Serial Date Line iar SCL este Serial Clock Line. I2C este un bus (magistrala de transfer date) multi-master. Astfel prin I2C bus pot fi conectate mai multe circuite integrate capabile să iniţieze transferuri de date. Protocolul I2C specifică că integratul care iniţializează conexiunea este considerat Bus Master. În consecinţă restul circuitelor conectate la I2C sunt privite ca Bus Slaves.

Figura 8. Circuitul de conectare a senzorului integrat LM 75 cu PC-ul

LM75 este desemnat ca un dispozitiv “slave” şi poate fi configurat prin interfaţa I2C pentru a alerta sistemul PC asupra unor condiţii de maxim şi minim ale temperaturii.

Figura de mai sus reprezintă schema electronică preluată împreună cu programul freeware ds75v11.zip de pe pagina web menţionată. Pe portul serial al PC-ului sunt semnale conform protocolului RS232, cu nivele teoretice între -12 V şi + 12V. Rolul interfeţei realizate cu circuitul CD4081 este compatibilizarea tensiunilor cu nivelul 0V/ 5V, caracteristic protocolului I2C.

Figura 9. Interfața programului freeware ds75v11

Funcţiile utile accesibile pe bara de jos (de la stânga la dreapta) in programul freeware ds75v11:

-selectarea intervalului la care se pot face citirile;-numărul de zecimale afişate după virgulă;- începe măsurarea;-înregistrarea datelor in fisier cu extensia .txt;-stergere înregistrări;-configurarea senzorului în modul de lucru comparator (stabilirea ferestrei de

temperaturii maxime/ minime, etc…)-ON / OFF comenzi ce permit deschiderea sau închiderea magistralei (bus) I2C;-posibilitatea reglării unei temperaturi de offset, dacă e cazul.

Modul de lucru

Se introduce interfaţa în portul serial al PC.Se lansează în execuţie programul ds75v11.zipSe setează intrarea senzorului activ din cei 8 disponibili Se alege intervalul la care se doreşte efectuarea înregistrăriiSe calibrează senzorul integrat cu ajutorul unui termometru de controlSe aşează senzorul pe un corp încălzitSe lansează comanda de efectuare a măsurătorilor , se salvează cca 20 – 30 valori pe fisierul text, apoi se trasează graficul ( de ex. în EXCEL).

SENZORI DE TEMPERATURĂ UTILIZAȚI ÎN SISTEMELE DAQÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Senzorii prezentati anterior pot fi integrati in sisteme de achizitii de date. Un astfel de exemplu este prezentat in continuare.


Se utilizeaza ca element senzitiv de temperatura un termistor NTC de 10k . Sistemul DAQ se bazeaza pe placa de dezvoltare Arduino Uno. Se foloseste unul din cei cinci pini analogici ai acesteia.

Vizualizarea datelor se face in programul LABVIEW dezvoltat de National Instruments.

Modul de lucru

-Se realizeaza conexiunile dintre placa Arduino Uno si termistor ca in figura

Figura 10. Modul de conectare a termistorului la placa Arduino Uno

-Se conecteaza placa Arduino Uno la portul Usb al PC-ului si la alimentatorul cu energie;-Se initializeaza programul Labview;-Se deschide fisierul “Senzori de temperatura”;-Se introduce termistorul in camera termostatata si sonda termometrului digital de control;-Se incalzeste camera termostatata si se citesc valorile indicate in programul Labview si valorile indicate de termometrul de control. Se variaza temperatura camerei si se face citirea dupa aproximativ 120 secunde.-Se noteaza valorile obtinute experimental utilizand circuitele prezentate mai sus in urmatorul tabel;

Nr. crt

Termometrul digital de control





-Se reprezinta grafic valorile obtinute;-Se compara valorile experimentale;

Bibliografie selectivă

Senzori traductoare si actuatoare, Note de curs;http://romania.ni.com/labview;http://www.arduino.ccSenzori si traductoare, Lucian CIOBANU, Matrix Rom, Bucuresti, 2006, ISBN (10) 973-755-125-7.

http://www.arduino.cc/

http://romania.ni.com/labview

LABORATOR 2

TRADUCTOARE FOTOELECTRICE

Traductoarele optice sunt folosite în instalaţii de automatizare ori de câte ori informaţia este prezentă sub forma intensităţii fluxului luminos. Ca exemple de utilizare se pot enumera lectorul optic de bandă, aprinderea automată a luminii, în locuri periculoase, la lăsarea întunericului, receptoare de cablu cu fibre optice, numărarea obiectelor care se deplasează pe o bandă rulantă, traductoare de turaţie sau referinţă de fază pentru dispozitive aflate în mişcare de rotaţie, etc.

Traductoarele de radiaţii luminoase folosesc drept senzor un dispozitiv semiconductor, care poate fi o celulă fotoelectrică, o fotodiodă sau un fototranzistor. Semnalul obţinut de la un asemenea senzor, totdeauna un semnal electric, este introdus în etajul adaptor al traductorului unde, de regulă, este amplificat sau transformat în oscilaţii electrice.

După modul în care este iluminat detectorul de lumină, traductoarele de radiaţie luminoasă pot fi de tip activ şi de tip pasiv. La cele de tip activ raza de lumină cade permanent pe detector, traductorul urmând să genereze semnalul de control atunci când raza de lumină este întreruptă. La traductorul de tip pasiv, starea de lucru obişnuită este fără iluminarea senzorului, urmând ca la apariţia razei de lumină să fie generat şi semnalul de lucru. Sunt situaţii însă când acelaşi traductor lucrează o parte din timp ca traductor activ, iar apoi ca traductor pasiv. Este cazul dispozitivelor automate de stingere şi aprindere a luminilor la lăsarea nopţii sau începutul zilei.

În cazurile în care semnalul de la ieşire este proporţional cu iluminarea (cazul fotodiodelor), se obţin traductoare capabile să conducă direct şi fără dificultate procesele tehnologice în circuitul cârora sunt introduse.

FOTOTRANZISTORUL

Când semnalul de la ieşirea detectorului fotoelectric nu este proporţional cu iluminarea (cazul fototranzistoarelor), atunci se folosesc scheme de tipul “tot sau nimic”. Constructiv, fototranzistorul este un tranzistor prevăzut cu o fereastră de acces a luminii şi la care în locul semnalului electric aplicat de regulă pe bază, se foloseşte ca element de comandă lumina. Majoritatea fototranzistoarelor nu au prevăzut terminalul de bază, ci numai terminalul corespunzător emitorului şi colectorului.

Printr- un fototranzistor, cu baza liberă şi în absenţa luminii va circula între emitor şi colector aşa- numitul curent de întuneric:

, (1)

unde,- factorul de amplificare al tranzistorului;- ICBO fotocurentul generat de joncţiunea bază- colector pentru iluminarea E = 0.

Când fotojoncţiunea bază- colector este iluminată, prin aceasta ia naştere un curent de iluminare Il , cu atât mai mare cu cât iluminarea este mai mare, iar curentul de colector va deveni:

(2)

Caracteristicile în planul IC – UC ale unui fototranzistor sunt asemănătoare cu cele ale unui tranzistor, cu deosebirea că la fototranzistor, rolul curentului de bază (polarizarea) îl are iluminarea.


Fototranzistorul este conectat în circutul de polarizare al tranzistorului BC107, acesta fiind montat în regim de repetor pe emitor. Când fototranzistorul nu este iluminat, rezistenţa sa internă este foarte mare, ceea ce nu permite ca tensiunea sursei de alimentare să ajungă la baza tranzistorului. În aceste condiţii T1 este blocat, ceea ce însemnă că prin tranzistor nu circulă nici un curent şi tensiunea de ieşire este nulă.

Figura 1. Circuit activ cu fototranzistor

La apariţia luminii pe fereastra de acces a fototranzistorului, acesta devine conductor, prin el începe să circule curent de colector care va trece prin rezistorul din emitor. La bornele rezistorului apare o tensiune continuă de ieşire, care reprezintă răspunsul traductorului la apariţia luminii.

Figura 2. Circuit pasiv cu fototranzistor

Pentru a realiza un montaj de tip pasiv, adică semnalul să dispară la apariţia luminii, locul fototranzistorului va fi schimbat si schema va fi completată cu rezistorul de 33k . În lipsa luminii rezistorul va asigura deblocarea lui T1 şi deci existenţa unei tensiuni permanente la bornele de ieşire. La apariţia luminii, rezistenţa mică a fototranzistorului deschis face ca potenţialul la baza lui T1 să fie apropiat de zero şi semnalul la ieşire să dispară.

Varianta de mai sus este realizată ca amplificator, semnalul de ieşire culegându-se de la bornele rezistorului de sarcină. Semnalele obţinute de la aceste tipuri de traductoare pot fi folosite pentru a pune în funcţiune, sau de a opri, funcţionarea unor dispozitive de automatizare.

Montajul din figura de mai jos asigură o oscilaţie la bornele de ieşire atunci când fototranzistorul este iluminat, însă acest semnal are forma unor impulsuri dreptunghiulare, având o frecvenţă de repetiţie dată de relaţia :

unde R1 şi C2 se exprimă în ohmi, respectiv în farazi.

Figura 3. Circuit basculant astabil

Circuitul realizat cu T1 şi T2 reprezintă un circuit basculant astabil cu cuplaj pe emitor. Fototranzistorul atunci când este iluminat şi deci este deschis, lucrează ca rezistenţă ce asigură tensiunea de polarizare a bazei lui T1. Semnalul de ieşire se vizualizează pe osciloscop.

Modul de lucru

-Se alimenteaza circuitul prezentat in figura 1 cu energie electrica;-Se variaza intensitatea luminoasa incidenta pe elementul fotosensibil.-Se observa modul de variatie a marimii de iesire.

FOTOREZISTENȚA


Montajul anterior care acţionează declanşat de către un termistor poate fi transformat în întrerupător declanşat de lumină, prin înlocuirea termistorului cu o fotorezistenţă.

Fotorezistenţa este un rezistor realizat dintr-un material semiconductor a cărui reuistenţă depinde de valoarea intensităţii fluxului luminos incident.

Figura 4. Circuit basculant cu fotorezistenta

Modul de lucru

-Se realizează simularea funcţionării cu EWB.-Se variaza valoarea rezistentei elementului fotosensibil;-Se determina prin incercari succesive valoarea rezistentei elementului fotosensibil la care are loc bascularea releului.

UTILIZAREA SENZORILOR FOTOELECTRICI LA TRANSMITEREA SEMNALELOR

Lumina poate fi modulată pentru a purta informaţii de tip analogic sau digital. Astfel se pot transmite semnale analogice audio, video şi semnale digitale.Un sistem de comunicaţie folosind lumina conţine un emiţător şi un receptor.Emiţătorul emite o rază de lumină modulată.Receptorul detectează raza de lumină, extrage şi procesează informaţia din lumina modulată.Comunicaţiile folosind lumina pot fi realizate fără fir sau folosind o fibră optică.În comunicaţiile fără fir nu există legătură sau conexiune între emiţător şi receptor.

Figura 5. Schema functionala a unui circuit pentru transmiterea semnalelor fotoelectrici

Emiţătorul emite o lumină modulată ce călătoreşte prin spaţiu şi ajunge la receptor. Comunicaţiile folosind o fibră optică conectează emiţătorul cu receptorul prin intermediul acelui fir. Fibra optică acţionează ca un ghid de undă pentru lumină.

Tipuri de modulaţie utilizate

Emiţător Receptor

Diodă luminescentă

Fototranzistor

Se utilizează trei tipuri importante de modulaţie a luminii: modulatie de amplitudine, modulaţia în impulsuri de amplitudine şi modulaţia în impulsuri de frecvenţă.

a. Modulaţia de amplitudine (AM)La modulaţia de amplitudine, semnalul modulator controlează intensitatea luminii. În

figura (a) se foloseşte pentru modulaţia în amplitudine a luminii semnal audio sinusoidal. Intensitatea luminii urmăreşte variaţiile de tensiune a semnalului audio.

( a) ( b) ( c)

Figura 6. Tipuri de modulatie

b. Modulaţie în impulsuri de amplitudineModulaţia impulsurilor în amplitudine este o modulaţie în amplitudine în care

purtătoarea, în loc să fie armonică, este formată din impulsuri. Forma acestor impulsuri poate să fie oarecare, dar cel mai des folosite sunt impulsurile dreptunghiulare. Figura (b) arată forma semnalelor modulatoare si modulate. Ca semnal modulator se foloseşte acelaşi semnal audio sinusoidal, semnalul purtător este o succesiune de impulsuri luminoase. Semnalul modulat conţine un şir de impulsuri dreptunghiulare, intensitatea impulsurilor luminoase urmăreşte variaţia tensiunii semnalului audio.

c. Modulaţia de impulsuri în frecvenţăÎn cazul acestei modulaţii, semnalul modulator controlează frecvenţa impulsurilor de

lumină emise de emiţător. În figura (c) se vede semnalul audio sinusoidal utilizat pentru a modula frecvenţa impulsurilor de lumină. Intensitatea impulsurilor este întotdeauna aceeaşi în timp ce frecvenţa lor urmează variaţia tensiunii semnalului audio.


Fototranzistorul Q1 converteşte fascicolul de lumină modulată într-un curent electric variabil. Acest curent este trimis prin condensatorul C1 la intrarea unui amplificator audio. Rezistorul R1 polarizează corespunzător colectorul fototranzistorului. Circuitul integrat IC1 amplifică semnalul primit de la Q1 iar audiţia se face in difuzorul alimentat prin C4. Condensatorul C3 conectat între pinul 1 şi 6 a amplificatorului determină amplificarea totală a circuitului integrat. Acest circuit va fi capabil să extragă semnalul audio (informaţia) ce modulează în amplitudine raza de lumină ce atinge fototranzistorul, să-l amplifice şi să-l reproducă în difuzor.

Figura 7. Circuitul demodulator

Emiţătorul optoelectronic emite o rază de lumină modulată în amplitudine cu ajutorul semnalului audio muzical produs de un receptor de radiodifuziune, un CD player sau altă sursă asemănătoare.

Figura 8. Circuitul modulator

Semnalul audio se aplică la bornele rezistenţei de sarcină R1, prin condensatorul C1 şi rezistorul R2 bazei tranzistorului Q1. Rezistoarele R3, R4 şi potenţiometrul P1 sunt folosite pentru stabilirea unui punct de funcţionare optim pentru tranzistor. Tranzistorul Q1 mplifică semnalul din bază producând un curent emitor-colector important, proporţional cu semnalul audio. Trecerea acelui curent prin dioda luminescentă LED creează raza de lumină care variază în amplitudine urmărind variaţiile sursei de semnal audio. Datorită frecvenţei relativ ridicate a semnalului audio 50 Hz – 8000Hz aprox., ochiul nu va sesiza variaţiile de intensitate ale razei de lumină. Rezistorul R5 limitează curentul prin diodă la o valoare admisibilă.

Modul de lucru

-Conectaţi sursa de semnal audio la intrarea emiţătorului, pe rezistorul R1;-Aliniaţi optic dioda LED cu fototranzistorul Q1 din montajul receptorului fotoelectric. Cele 2 plăci se vor aşeza la distanţă de 5- 10 cm;-Din acest moment trebuie să se audă zgomote în difuzor. Se reglează potenţiometrul P1 din emiţător astfel încât semnalul audio să se audă clar, fără distorsiuni;

-Prin intercalarea unui obiect opac se observă dispariţia transmisiei. Depărtarea fototranzistorului de dioda luminescentă determină slăbirea semnalui până la dispariţie.

SENZORI FOTOSENSIBILI UTILIZAȚI ÎN SISTEMELE DAQ

Senzorii prezentati anterior pot fi integrati in sisteme de achizitii de date. Un astfel de exemplu este prezentat in continuare.


Se utilizeaza ca element senzitiv de lumina o fotorezistență de 1k . Sistemul DAQ se bazeaza pe placa de dezvoltare Arduino Uno. Se foloseste unul din cei cinci pini analogici ai acesteia.

Vizualizarea datelor se face in programul LABVIEW dezvoltat de National Instruments.

Modul de lucru

-Se realizeaza conexiunile dintre placa Arduino Uno si fotorezistență ca in figura

Figura 10. Modul de conectare a termistorului la placa Arduino Uno

-Se conecteaza placa Arduino Uno la portul Usb al PC-ului si la alimentatorul cu energie;-Se initializeaza programul Labview;-Se deschide fisierul “Senzori fotorezistivi”;-Se variaza intensitatea luminoasa incidenta pe elementul fotosensibil;-Se noteaza valorile obtinute experimental in urmatorul tabel:

Nr. crt Aplicaţie practică 4



Senzori traductoare si actuatoare, Note de curs ;http://romania.ni.com/labview;http://www.arduino.cc.Senzori si traductoare, Lucian CIOBANU, Matrix Rom, Bucuresti, 2006, ISBN (10) 973-755-125-7.

http://www.arduino.cc/

http://romania.ni.com/labview

LABORATOR 3

SENZORI ŞI TRADUCTOARE TENSOMETRICE REZISTIVE

Senzorii tensometrici rezistivi reprezintă senzorii rezistivi la care variaţia rezistenţei electrice se produce prin variaţia lungimii conductorului, ca efect al alungirii sau contracţiei.Dacă senzorul tensometric este fixat pe o porţiune dintr-o piesă care se deformează din cauza unei solicitări, el se va deforma la fel cu piesa.

Figura 1. Alungirea sau contracţia unui senzor tensometric rezistiv.

Măsurând prin metode electrice variaţia de rezistenţă a senzorului tensometric, care este proporţională ca alungirea sa, se poate determina pe baza unei etalonări prealabile, deformatia în porţiunea de piesă studiată şi în final mărimea neelectrică ce a produs această deformaţie. După modul de realizare şi de montare a senzorului rezistiv se disting următoarele tipuri de traductoare:

Traductoare tensometrice simple. Pentru aceste traductoare, senzorul rezistiv se montează direct pe piesă şi el urmăreşte deformaţiile piesei. Deoarece firul rezistiv are grosimea de ordinul sutimilor de milimetru, montarea acestor senzori este o operaţie dificilă fi de aceea ele se utilizează numai pentru măsurarea temperaturilor pieselor ce funcţionează la temperaturi ridicate.

Traductoare tensometrice cu suport de hârtie. Pentru a se elimina dificultăţile montării directe a senzorului rezistiv pe piesă acesta este lipit, în prealabil, cu un adeziv pe un suport de hârtie. Întrucât rezistenţa electrică a senzorului trebuie să fie destul de mare, pentru ca traductorul să aibă o sensibilitate corespunzătoare, lungimea totală a firului este de ordinul a 10 cm. Pentru a se reduce suprafaţa de aşezare a traductorului, firul este dispus sub forma unui grilaj

Figura 2. Senzorul tensometric rezistiv cu suport de hârtie:

Grilajul de fir se lipeşte pe suportul de hârtie sau alt material izolator, iar la capetele sale sunt lipite două terminale de cupru, de secţiune mai mare, prin intermediul cărora se

conectează traductorul în circuitul de măsurare. Senzorul rezistiv al .traductorului este protejat printr-o foiţă subţire de hârtie care se lipeşte pe deasupra. Pentru utilizare, suportul traductorului se lipeşte pe piesa de măsurat cu un adeziv cu proprietăţi speciale. Acest tip de traductor, care este cel mai răspândit, prezintă o serie de avantaje: se instalează relativ uşor, traductoarele produse într-un lot sunt unifome din punct de vedere al calităţii, se pot face traductoare de diverse forme şi configuraţii.

Traductoare tensometrice rezistive cu folie. Aceste traductoare rămân în principiu identice cu cele precedente deosebirea constând în faptul că senzorul nu mal este o sârmă subţire, ci o folie din material rezistiv de grosime între 2 şi 20 , aplicată pe suport şi decupată prin mijloace fotochimice.

Figura 3. Traductoare tensometrice rezistive cu folie (variante constructive)

Traductorul cu folie are avantajul unui contact mecanic şi termic mai bun cu piesa cercetată, ceea ce permite funţionarea cu un curent de măsurare mai mare. Totodată se pot obţine dimensiuni mai mici şi se simplifică producţia de mare serie.

Traductoare tensometrice rezistive cu semiconductor. Aceste tipuri de traductoare au apărut în ultimii ani datorită dezvoltării fizicii semiconductoarelor obţinându-se traductoare la care senzorul este un semiconductor (siliciu sau germaniu). Avantajul principal , faţă de tipurile de traductoare menţionate este marea lor sensibilitate la deformaţii (de 50...60 ori mai sensibile decât traductoarele eu sârmă sau folie). Din cauza procesului de fabricaţie mai dificil acest tip de traductor este mai scump decât cele cu fir sau folie.

În general dimensiunile traductoarelor tensometrice sunt cuprinse între 3 şi 150 mm ca lungime; lungimile sub 20 mm sunt pentru măsurare deformaţiilor materialelor omogene (de exemplu oţel) iar lungimile mai mari pentru materiale neomogene (de exemplu beton sau lemn). Ele au 1...60 mm ca lăţime.

Pentru măsurarea deformaţiilor care au loc în lungul unei direcţii cunoscute de exercitarea efortului este suficientă folosirea unui singur traductor. Când direcţia efortului nu este cunoscută dinainte se foloseşte o reţea multiplă de senzori (rozetă) care permite calculul ulterior ai direcţiilor şi valorile deformaţiilor. Rozetele tensometrice sunt realizate din 3-4 senzori tensometrici situaţi la 450 sau 600, 900, după cum se vede în figura de mai sus.

Între variaţia de rezistenţă a senzorului şi alungirea sa specifică

există relaţia

liniară: , unde k fiind sensibilitatea senzorului cu valoarea k=2.

Pentru obţinerea unei sensibilităţi mărite şi pentru compensarea erorii de temperatură se utilizează punţi în regim neechilibrat cu 1, 2 sau 4 senzori activi alimentate cu tensiuni continue sau alternative.

Puntea în regim neechilibrat

Pentru demonstrarea relaţiilor privind tensiunea de dezechilibru vom considera alimentarea punţii cu tensiune continuă.

Figura 4. Puntea de rezistențe

Tensiunea de dezechilibru este dată de relaţia:

(1)

TRADUCTOARE DE FORŢĂ

Pentru măsurarea forţelor se realizează convertoare de măsurare sub formă de capsule (capsule dinamometrice) care se montează în serie cu corpul de măsurat şi trebuie să suporte întreaga forţă, prezentând în acelaşi timp o variaţie de lungime cât mai mică. În funcţie de senzorii folosiţi capsulele dinamometrice pot fi: rezistive, capacitive, inductive, magnetoelastice, piezoelectrice.

De exemplu, capsula dinamometrică pentru solicitări de compresiune realizată cu senzori tensometrici prezintă un corp elastic(3) pe suprafaţa căruia sunt aplicaţi patru senzori tensometrici, doi în direcţie verticală (4), adică în direcţia forţei şi ei vor fi comprimaţi, ceilalţi doi în direcţie orizontală (5) care vor fi întinşi. Dilatarea sau comprimarea la care este supus acest corp sunt convertite de senzori în variaţii de rezistenţă , iar aceste variaţii sunt convertite în tensiune electrică prin intermediul unei punţi în regim neechilibrat. În cazul alimentării în cc. se obţine schema funcţională din schema bloc care evidenţiază că deviaţia

instrumentului magnetoeleetric este proporţională cu forţa măsurată, iar mărimile de influenţă ce pot afecta exactitatea măsurării sunt: modulul de elasticitate E al materialului din care este executat corpul elastic şi tensiunea de alimentarea punţii. Pentru a asigura preluarea forţei axiale, contactul se realizează prin intermediul unei bile din oţel de rulment (1).

Figura 5. Structura traductoarelor de forță

Figura 6. Exemplu de traductor de forță

Există şi variante constructive realizate pentru solicitări de tracţiune.Un domeniu de utilizare pentru această variantă poate fi cântărirea unor maşini grele, agabaritice. În acest caz, se agaţă corpul de cârligul unei macarale iar între cârlig şi cablul de ridicare se intercalează o capsulă dinamometrică pentru solicitări la tracţiune.

Pentru puntea cu 4 senzori tensometrici rezultă relaţiile:

(2)

Introducând relaţiile în ecuaţia de mai sus se obţine tensiunea de dezechilibru:

(3)

Rezultă că puntea cu 4 senzori tensometrici rezistivi activi este liniară. Efortul unitar este proporţional cu tensiunea de dezechilibru .

(4)

unde, .

Sensibilitatea punţii este: Sp=1 deci o sensibilitate de două ori mai mare decât în cazul punţii cu 2 senzori activi şi de patru ori mai mare decât în cazul punţii cu un senzor activ.

Pentru a determina influenţa variaţiei temperaturii la locul de măsurare asupra tensiunii de dezechilibru se consideră puntea cu variaţiile de rezistenţă datorate efortului mecanic şi temperaturii. Fiecare rezistenţă va fi afectată suplimentar şi de o variaţie . În acest caz rezistenţele ce formează puntea sunt exprimate prin relaţiile :

.(5)

Introducând relaţiile de mai sus în expresia tensiunii de dezechilibru rezultă:

(6)

Raportul pentru variaţii de temperatură de 10 0C și materiale uzuale pentru

senzori astfel că:

(6)

Rezultă că puntea cu 4 senzori activi este liniară şi eroarea de temperatură este compensată în limite largi de temperatură.


Puntea de măsură este alimentată cu tensiunea continuă + 24Vcc., conţinând în interior un stabilizator la 5V, tensiune necesară pentru alimentarea punţii tensometrice. Semnalele de nivel mic corespunzătoare tensiunii de dezechilibru sunt amplificate cu un amplificator operaţional a cărui offset (derivă) poate fi reglată cu butonul de pe panoul frontal. Semnalul de măsură poate fi afişat sau evaluat cu ajutorul unui multimetru digital sau echipament de achiziţii date.

Figura 7. Cutia amplificatorului în care se realizează conexiunile

Figura 8. Modul de conectare

Tensiunea de ieşire poate atinge variaţia de 5V.

Modul de lucru

Se conectează puntea la sursa de alimentare. După aprox. 5 minute, puntea se stabilizează iar deriva este nulă.

Se conectează capsula dinamometrică (neîncărcată) cu bananele la puntea tensometrică.

Se fac legăturile dintre puntea tensometrică şi amplificatorul de instrumentaţie. Se conectează la ieşirea amplificatorului (bornele OUT) un voltmetru digital comutat

pe poziţia 20Vcc. Se corectează cu butonul potenţiometrului de pe panou eventuala derivă.

Se efectuează calibrarea sistemului cu ajutorul unei mase metalice cu greutate cunoscută.

Figura 9. Modul de așezare a masei cunoscute pe celula de forță

Conform celor de mai sus , indicaţiile punţii sunt liniare astfel ca: , unde G este greutatea cunoscută a masei metalice iar este valoarea citită pe voltmetrul digital.

Se calculează constanta punţii tensometrice KP care se notează, putând fi folosită la orice măsurătoare.

Se refac măsurătorile pentru mase suplimentare adăugate : 2G, 3G, 4G, 5G, sau alte forţe cu valoare cunoscută cu observaţia că forţa totală nu trebuie să depăşească 200 N. Rezultatele se notează în tabelul:

Nr. crt. Greutatea corpului așezat pe celulă Valoarea tensiunii la ieșire

Se verifică liniaritatea punţii prin trasarea graficului Forţă [N] – tensiune [V] afişată. Se pune pe masa metalică cilindrică o masă arbitrară, se citeşte tensiunea si se

determină prin calcul greutatea masei suplimentare adăugate. Se compară rezultatul obţinut prin calcul cu cel obţinut prin cântărirea masei

suplimentare.


Utilizand standul experimental prezentat in figura de mai jos, se reiau masuratorile utilizand circuitul prezentat la aplicatia practica 1. In acest caz se va determina masa diferitelor corpuri utilizand elemente senzitive rezistive de forta lipite de o lamela elastica. Prin masurarea deformatiei de incovoiere a lamelei se determina masa corpurilor asezate pe un suport care deformeaza prin incovoiere lamela elastica.

Figura 10. Schema de incarcare

Modul de lucru

Se conectează puntea la sursa de alimentare. După aprox. 5 minute, puntea se stabilizează iar deriva este nulă.

Se conectează capsula dinamometrică (neîncărcată) cu bananele la puntea tensometrică.

Se fac legăturile dintre puntea tensometrică şi amplificatorul de instrumentaţie.

Se conectează la ieşirea amplificatorului (bornele OUT) un voltmetru digital comutat pe poziţia 20Vcc. Se corectează cu butonul potenţiometrului de pe panou eventuala derivă.

Se efectuează calibrarea sistemului cu ajutorul unei mase metalice cu greutate cunoscută.

Conform celor de mai sus , indicaţiile punţii sunt liniare astfel ca: , unde G este greutatea cunoscută a masei metalice iar este valoarea citită pe voltmetrul digital.

Se calculează constanta punţii tensometrice KP care se notează, putând fi folosită la orice măsurătoare.

Se refac măsurătorile pentru mase suplimentare adăugate : 2G, 3G, 4G, 5G, sau alte forţe cu valoare cunoscută cu observaţia că forţa totală nu trebuie să depăşească 200 N. Rezultatele se notează în tabelul:

Nr. crt. Greutatea corpului așezat pe celulă Valoarea tensiunii la ieșire

Se verifică liniaritatea punţii prin trasarea graficului Forţă [N] – tensiune [V] afişată. Se pune pe masa metalică cilindrică o masă arbitrară, se citeşte tensiunea si se

determină prin calcul greutatea masei suplimentare adăugate. Se compară rezultatul obţinut prin calcul cu cel obţinut prin cântărirea masei

suplimentare.


Senzori traductoare si actuatoare, Note de curs ;Senzori si traductoare, Lucian CIOBANU, Matrix Rom, Bucuresti, 2006, ISBN (10) 973-755-125-7.

LABORATOR 4

TRADUCTOARE PENTRU MĂSURAREA VITEZEI ȘI PRESIUNII FLUIDELOR

Lucrarea are ca scop masurarea vitezei unui gaz (aer) la trecerea printr-un tunel aerodinamic, precum si evidențierea fenomenelor aerodinamice care au loc in interiorul acestuia. Standul, reprezintă de fapt, un tunel aerodinamic simplificat, care împreună cu aparatura de măsură și control aferentă, evidențiază parametrii funcționali ai acestuia pentru experimente și determinări aerodinamice. Testele ce se pot face pe acest stand pot fi cuprinse în aria curgerii de fluide și pot fi ca o aplicație pentru: studiul curgerii de fluide răcite prin tubulatura instalațiile de aer condiționat s-au pentru comportamentul aerodinamic al diferitelor obiecte.

Măsurarea vitezei gazelor se poate face cu ajutorul unor dispozitive numite anemometre. Acestea sunt dispozitive cu ajutorul cărora se măsoara viteza vântului și au diverse forme constructive: - cu cupe, - cu palete, - cu efect Doppler, - cu fir cald.

Anemometrul cu cupe, este format dintr-un ansamblu de 4 cupe semisferice montate pe un ax. Cupele sunt acționate de curentul de aer transmițând miscarea axului. Prin înregistrarea numarului de rotații al axului intr-un interval de timp se poate calcula viteza medie.

Anemometrul cu pale sau elice: elementul senzorial este format dintr-o elice a cărei rotație se poate citi astfel calculând viteza aerului. Anemometrul cu efect Doppler care folosește o undă lase ce este divizată in două. O undă este folosită ca senzor de măsurare și este comparată cu cea de a doua care este luată drept etalon.

Anemometrul cu fir cald are in componența sa un senzorul format dintr-un element incălzit electric și expus mediului pe care il măsoară. Se realizeaza un transfer termic intre mediu și elementul senzorial modificând rezistența.

Pentru elementul sensibil se folosesc tungsten, platină și aliaj de platină-iridiu, dar în cele mai frecvente aparate întâlnim firul de tungsten placat cu un strat subțire de platină pentru o legatură mai bună cu acele de suport. Pentru experimentele ce vor fi efectuate in tunelul aerodinamic s-a ales pentru măsurarea vitezei aerului un anemometrul cu fir cald cu microprocesor pentru o măsurare a parametrilor cu precizie și prelucrarea rezultatelor mult mai rapidă.

Tuneluri aerodinamiceFuncționarea acestor instalații are la bază aspirația fluidului de lucru printr-o

secțiune(camera) de testare ce poate fi prevăzută cu o vizetă pentru observarea fenomenelor aerodinamice, în același timp tunelul fiind prevăzut și cu instrumente de măsură specifice.

În cazul tunelurilor aerodinamice cu dimensiuni de excuție foarte mari, unde au loc teste pentru obiecte în mărime naturală, pentru deplasarea cu viteze mari a fluidului în care va lucra (deplasa) obiectul, se folosesc mai multe ventilatoare acționate în paralel. Întrucât, pentru învârtirea rotoarelor de ventilator de mari dimensiuni, este nevoie de puteri instalate mari, lucrul mecanic necesar poate fi obținut cu turbopropulsoare. Tunelurile aerodinamice

oferă marele avantaj că un obiect supus testării aerodinamice poate fi studiat la o scară de mărime inferioară apoi prin similitudine se poate obține rezultate pentru obiectele la scară reală. În aceste instalații se mai poate testa influența curenților de aer asupra stucturilor de rezistență a cladirilor, podurilor, viaductelor dar și a randamentului oferit de elicele turbinelor eoliene.

Clasificarea tunelurilor aerodinamice după forma constructivaTunelurile aerodinamice sunt clasificate dupa forma contructivă în tuneluri cu circuit

închis de tip Eiffel cu cameră de testare închisă sau deschis de tip Prandtl. Aceste tuneluri aerodinamice pot avea camera de testare închisă sau deshisă. Tunelurile aerodinamicce construite cu cameră de testare închisă, au avantajul unui consum mai mic de energie față de cele construite cu cameră de testare deschisă.

Figura 1. Tunel aerodinamic cu cameră de test deschisă

Figura 2. Tunel aerodinamic cu cameră de test închisă

Tunelul aerodinamic are în componența sa mai multe părți componente: - conul de contracție, - camera de testare, - camera de liniștire, - difuzorul, - ventilatorul.

Aplicaţie practică

Utilizand standul experimental prezentat in figura de mai jos, se studiază modul de măsurare a vitezei gazelor la trecerea printr-un tunel aerodinamic precum si a fenomenelor care apar.

Pentru a efectua măsurătorile în regim variabil de viteză și debit este necesară variația turației motorului ventilatorului montat pe tunelul aerodinamic. Motorul ce acționează ventilatorul tunelului aerodinamic este un motor asincron, cu rotorul în scurt circuit, monofazic, alimentat cu tensiunea alternativă de 220V. Reglarea turației motoarelor asincrone se poate face in 3 moduri: - prin variația frecvenței, - prin schimbarea numarului de poli, - prin variația tensiunii de alimentare.

Reglarea turației prin variația frecvenței se face prin intercalarea unor convertizoare de frecvență între motor si sursa de alimentare.

Reglarea turației prin schimbarea numarului de poli se face prin introducerea unor înfășurări independente în stator sau printr-o singură înfăsurare a cărei configurație se poate modifica prin modificarea conexiunilor la borne.

Pentru reglarea turației motorului ce acționează ventilatorul tunelului aerodinamic s-a ales varianta modificării tensiunii de alimentare.

S-a construit un variator de tensiune realizat cu un triac comandat pe poarta cu ajutorul unui diac și a unui potențiometru din care se variază tensiunea de deschidere pe poartă, implicit tensiunea dintre anod și catod. Dispozitivul de reglaj a tensiunii de alimentare este prezentat in Figura de mai jos.

Figura 3. Schema electrica a variatorului de tensiune utilizat

Determinarea turației de lucru a ventilatorului tunelului aerodinamic

Pentru a putea stabili turația ventilatorului s-a folosit un tahometru digital cu laser, UT372. Masurarea turației se realizează prin montarea unui element reflectorizant pe axul motorului ventilatorului. Fascicolul cu laser emis de tahometrul digital se îndreaptă spre segmentul reflectorizant și prin reflexie acesta este intors spre tahometru. Frecvența cu care se întoarce fascicolul este amplificat și convertit în turație. Acest tahometru are o precizie de 0.001rot/min cu o plajă largă de măsurare a turației.

Figura 4 Tahometru digital “UT372”

Caracteristicile tahometrului digital UT327: - Domeniu de măsurare: 10 - 99,999 RPM, - Gama de selecție : 10 - 99 RPM,100 - 999 RPM, - Precizie: 0.04% ± 2dgt, - Display: 99999 counts, - Distanța minimă: 50mm to 200mm.

Determinarea vitezei de curgere a gazului prin tunelul aerodinamicPentru experimentele ce vor fi efectuate in tunelul aerodinamic s-a ales pentru

măsurarea vitezei aerului un anemometrul cu fir cald cu microprocesor pentru o măsurare a parametrilor cu precizie și prelucrarea rezultatelor mult mai rapidă. Acest aparat intră în sfera aparatelor profesionale pentru măsurarea cu precizie a vitezei și temperaturii aerului.

Figura 5 Anemometru cu fir cald “TROTEC-TA300”

Parametri tehnici anemometru: - Viteza curentului de aer (m/s): - Domeniul de măsurare: 0,1 - 25,0 - Precizie: ± 5% valoare de măsurare - Rezoluție: 0,01 - Principiul de măsurare: fir cald

Modul de lucru- Se alimenteaza cu tensiune electrica ventilatorul;

- Se porneste ventilatorul si se regleaza turatia turbinei acestuia la diferite turatii. Reglajul se face din potentionetrul regulatorului de turatie;- Se introduce sonda anemometrului cu fir cald in tunel;

Figura 6. Modul de măsurare a vitezei aerului cu anemometrul cu fir cald

- Se citeste valoarea indicata de anemometru pentru viteza si temperatura;- Se citeste valoarea turatiei ventilatorului. Valorile experimentale se noteaza in tabelul urmator:

Tabel nr 1N1 N2 N3 N4 N5 N6

Viteza aer

- Se repeta masuratorile pentru alte doua adancimi ale sondei in interiorul tunelului. Valorile se noteaza si apoi se compara;- Se reprezinta grafic dependenta turatie ventilator/viteza de curgere aer prin tunelul aerodinamic.


Senzori traductoare si actuatoare, Note de curs;Senzori si traductoare, Lucian CIOBANU, Matrix Rom, Bucuresti, 2006, ISBN (10) 973-755-125-7.

LABORATOR 5

TRADUCTOARE DE TURAȚIE

Tahogeneratorul

Un generator electromecanic este un dispozitiv capabil să genereze putere electrică folosind energie mecanică, de obicei prin intermediul unui ax. Atunci când nu sunt conectate la o sarcină (rezistenţă), generatoarele vor produce o tensiune electrică aproximativ proporţională cu viteza axului. Caracteristica statică a tahogeneratorului de c.c., la mersul în gol, este liniară, fiind reprezentată de relaţia: E = K n ,unde E este tensiunea electromotoare, n este turaţia (în rot/min), iar K este sensibilitatea tahogeneratorului, dependentă de mai mulţi parametri (numărul de perechi de poli, fluxul etc). Sensibilitatea este cuprinsă între 1mV/rot/min şi 10 mV / rot/min. Cu un design şi construcţie precisă, aceste dispozitive pot fi construite asfel încât să genereze tensiuni exacte pentru anumite viteze ale axului; din această cauză pot fi folosite ca şi instrumente de măsură în cadrul echipamentelor mecanice. Un generator special construit pentru această utilizare se numeşte tahometru sau tahogenerator.

Figura 1. Schematizarea modului de măsurare a turației cu tahogeneratorul

Măsurând tensiunea produsă de un tahogenerator putem determina vieteza de rotaţia a dispozitivului conectat la bornele acestuia. Tahogeneratoarele pot fi folosite şi pentru a indica direcţie de rotaţie prin intermediul polarităţii („+” sau „-”) tensiunii de ieşire. În sisteme de măsură şi control undirecţide rotaţie este importantă, tahogeneratorul este o metodă uşoară de determinare a acestui lucru. Tahogeneratoarele sunt frecvent utilizate pentru determinarea vitezei motoarelor electrice.

Traductoare cu reluctanţă variabilă

O roată dinţată din material feromagnetic se roteşte în faţa unei bobine cu miez din oţel fixat în prelungirea unui magnet permanent. La trecerea dinţilor prin dreptul miezului bobinei se modificăreluctanţa circuitului magnetic, ceea ce duce la o variaţie a fluxului magnetic produs de magnetul permanent.Conform legii inducţiei electromagnetice, la fiecare trecere a unui dinte al roţii dinţate prin dreptul miezului se va produce variaţie de flux magnetic, iar în bobină se va induce un impuls de tensiune cu amplitudinea proporţională cu viteza de rotaţie.

Figura 2. Schematizarea modului de măsurare a turației cu traductoare cu reluctanţă variabilă

Frecvenţa semnalului dat de traductor este : , unde :

- f este frecvenţa semnalului la ieşirea traductorului [Hz];- z este numărul de dinţi a roţii dinţate;- n este viteza de rotaţie a roţii dinţate [ rot / min].

Măsurând frecvenţa f a semnalului se poate determina turaţia. Tensiunea rezultantă U se prelucrează într-un circuit formator de semnal, astfel ca semnalul rezultant să poată fi afişat corect de un frecvenţmetru. Completănd schema formatorului cu etaje electronice se poate obţine afişarea pe frecvenţmetru a unei valori numeric egală cu turaţia exprimată în rot / min sau rot /s.

Traductoare fotoelectrice

Aceste traductoare se prezintă în două variante constructive: cu întreruperea sau cu reflexia fluxului optic. În prima variantă, radiaţia optică provenită de la o sursă optică (bec cu incandescenţă, diodă LED cu limină vizibilă, diodă în infraroşu IRED), este proiectată de sistemul optic, constituit din lentile asupra fotodetectorului. Între lentile este montat pe axul a cărui turaţie se măsoară, un disc prevăzut cu fante (orificii, dinţi) care la fiecare rotaţie, permite trecerea luminii pentru un interval scurt de timp. Detectorul va da, la fiecare rotaţie a arborelui, un număr de impulsuri egal cu numărul de fante de pe disc. Detectorul conţine un fotodetector (fotodiodă, fototranzistor, fotorezistenţă), o sursă de alimentare şi un circuit electronic formator de semnal.

Figura 3. Schema principială a turometrului cu întreruperea fluxului luminos

Figura 4. Exemplu de schemă electronică folosită pentru formarea semnalului de ieşire.

Traductoare inductive

Acest tip de traductoare utilizează un oscilator electronic în apropierea căruia se roteşte o roată dinţată ce produce perturbaţii ale câmpului magnetic. O parte din energia oscilaţiilor este disipată sub formă de căldură, datorită apariţiei curenţilor Foucault în piesa metalică. Acest fenomen se manifestă în creşterea pierderilor în bobina oscilatorului, adică o amortizare suplimentară a bobinei, ceea ce duce la dispariţia oscilaţiilor. Această schimbare a stării oscilatorului are ca efect schimbarea nivelului semnalului furnizat de etajul de ieşire a traductorului.Traductorul dă astfel impulsuri a căror frecvenţă este proporţională cu turaţia roţii metalice. Schema bloc conține: 1. oscilator ; 2. demodulator; 3. comparator cu fereastră ( trigher) 4. indicator al stării de funcţionare; 5. etaj de ieşire cu circuit de protecţie; 6. sursă de alimentare exterioară; 7. etaj de stabilizare internă; 8. bobină în zona activă; 9. ieşire semnal dreptunghiular ( spre frecvenţmetru).

Figura 5 Structura bloc a traductoarelor inductive de turație

Aplicație practică 1

Standul conţine un motor electric de curent continuu cu rotor disc cuplat cu un tahogenerator de cc. Pe axul motorului este montată roata metalică cu fante .În dreptul roţii sunt montaţi trei tipuri de traductoare de turaţie descrise mai sus. Standul este completat cu

partea electronică ce permite măsurarea turaţiei formată dintr-o placă de achiziţie simplă conectată la calculator.

Motorul de cc este alimentat de la o sursă stabilizată de cc, cu posibilitatea reglajului tensiunii de alimentare în trepte de 0,1 V. Tensiunea maximă de alimentare a motorului de cc nu va depăşi 13V.

Modul de lucru

1. Se efectuează toate conexiunile electrice si legătura dintre placa de achiziţie si PC.2. Se fixează tensiunea de alimentare a motorului la 5 V, făra a alimenta motorul.3. După verificarea tuturor conexiunilor se alimentează motorul si blocul electronic.4. Se variază în trepte, în sens crescător tensiunea de alimentare a motorului ( trepte de

0,5 V -1 V) astfel încât să avem cel puţin 10-12 puncte de măsură.5. Pentru fiecare valoare a tensiunii de alimentare se măsoară frecvenţa (turaţia) afişată

de cele 3 traductoare şi valoarea tensiunii continue la bornele tahogeneratorului. Tensiunea tahogeneratorului se măsoară cu un voltmetru digital, astfel încât să fie îndeplinită condiţia unei sarcini apropiate de zero.

6. Se înregistrează valorile citite şi se trasează graficele turaţie funcţie de tensiunea de alimentare pentru cele 3 traductoare.

7. Se trasează şi curba de variaţie a tensiunii generate de tahogenerator funcţie de tensiunea de alimentare a motorului.

8. Folosind unul dintre traductoare drept etalon, se determină corespondenţa între tensiunea generată de tahogenerator şi turaţie.

Tensiune alimentare motor [V] 5 V .. ... ... 13 VTuraţia trad. inductiv [rot/s], [Hz]Turaţia trad. fotoelectric [rot/s], [Hz]Turaţia trad. cu reluctanţă variabilă [rot/s], [Hz]Tensiunea generată de tahogenerator [V]

9. Se calculează sensibilitatea tahogeratorului S [mV/rot/min].10. Se fac comentarii asupra formei caracteristicii în cazul celor trei traductori.


Traductoarele magnetice pot fi folosite pentru a detecta variaţiile de câmp magnetic, pentru citirea cu ajutorul unui cap magnetic a informaţiei memorată digital pe un suport magnetic (de exemplu cartelele acces), ca detectoare de poziţie sau pentru determinarea turaţiei sau referinţei de fază pentru dispozitive aflate în mişcare de rotaţie, pe care s-a montat un magnet permanent. În unele aplicaţii magnetul permanent nu este montat pe obiectul aflat în mişcare de rotaţie, el fiind amplasat lângă elementul sensibil, variaţia de câmp magnetic fiind generată de neuniformităţile obiectului aflat în mişcare, dacă acesta este realizat din material feromagnetic (de exemplu pentru determinarea turaţiei unei roţi dinţate prin determinarea numărului de dinţi ce trec prin faţa traductorului într-un interval de timp dat). În figură este prezentată schema electrică a unui traductor magnetic.

Figura 1. Schema electrică a unui traductor magnetic cu AO

Elementul sensibil este bobina cu miez magnetic L1. Amplificatorul operaţional lucrează într-o schemă de comparator inversor cu histerezis, reacţia pozitivă fiind asigurată de R9 care determină valoarea histerezisului pentru R7, R8, R10 şi VCC date. Deoarece această categorie de montaje lucrează cu valori foarte mici ale histerezisului, de ordinul mV, este îndeplinită condiţia R9 >> R10 , deci în calcule se poate neglija R10. De obicei rezistenţele R7 şi R8 au valori egale pentru a se lucra cu praguri simetrice faţă de jumătatea tensiunii de alimentare.

Modul de lucru

1 Cu ajutorul unui magnet permanent se induce în L1 o tensiune electromotoare şi se vizualizează pe osciloscop semnalul generat la ieşire.2 Se măsoară tensiunile Upj şi Ups pe intrarea neinversoare a lui IC1-C (ieşirea comparatorului trebuie să fie "sus" pentru Upj şi "jos" pentru Ups ).



LABORATOR 6

TRADUCTOARE DE PROXIMITATE INDUCTIVE, CAPACITIVE ŞI ULTRASONORE

Scopul lucrării

Lucrarea are drept scop prezentarea constructivă a traductoarelor de proximitate inductive și ultrasonore precum și determinarea caracteristicilor de lucru ale acestora.

Traductoare de proximitate inductive

Traductoarele de proximitate fac parte din categoria traductoarelor fără contact, proximitatea însemnând apropierea dintre două elemente: unul de referinţă fix, iar al doilea aflat în mişcare.

Ca domeniu de aplicabilitate se pot enumera: sesizarea capetelor de cursă, sesizarea unei distanţe între două suprafeţe, sesizarea prezenţei unui obiect în câmpul de lucru. Schema bloc a unui astfel de traductor este prezentată în Figura 1. Oscilatorul din cadrul traductorului întreţine un câmp electromagnetic de înaltă frecvenţă, în jurul bobinajului.

Figura.1 Schema bloc a traductorului de proximitate inductiv

Apropierea unui corp metalic de faţa activa a traductorului conduce la amortizarea oscilaţiilor (Figura.2). Etajul electronic de basculare prelucrează semnalul rezultat şi comandă, prin intermediul amplificatorului, sarcina de tip releu. Alimentarea blocurilor componente ale traductorului, se realizează din exterior prin bloc separat.

Figura.2. Principiul de funcţionare al traductorului de proximitate inductiv

Cotele funcţionale necesare pentru definirea caracteristicilor de funcţionare sunt (fig.3): e - grosimea ecranului metalic; l - lăţimea ecranului; L - lungimea ecranului; X,Y-

poziţia ecranului faţă de axa de simetrie a feţei sensibile; s - distanţa de la ecran la faţa sensibilă.

Figura.3. Cote funcţionale ale traductorului

Principalele caracteristici funcţionale sunt :a) Zona de acţiune, delimitată de curbele limită: curba de anclanşare (amortizarea

oscilaţiilor) şi curba de declanşare (reluarea oscilaţiilor) (Figura.4);b) Distanţa utilă de detecţie, care este puternic influenţată de natura şi dimensiunile

ecranului (Figura.5);c) Histereza, definită ca şi distanţa dintre punctele de pornire şi cele de oprire ale

oscilaţiilor, în aceleaşi condiţii (Figura.4);d) Durata impulsului de ieşire, determinată în principal de viteza şi dimensiunile

ecranului metalic.

Figura.4. Fenomenul de histereză al traductorului de proximitate inductive

Figura.5. Influenţa ecranului asupra caracteristicilor traductorului

Din punct de vedere constructiv, aceste traductoare se execută sub diverse variante funcţionale (cu faţa sensibilă inclusă, frontal sau lateral, în corpul propriu-zis al traductorului, sau cu faţa sensibilă separată prin cablu flexibil de corpul traductorului) sau constructive.

Traductoare de proximitate capacitive

Reamintim relaţia de calcul a capacităţii unui condensator plan:

(1)

Capacitatea acestui condensator devine variabilă prin modificarea distanţei dintre armături sau modificarea dielectricului dintre acestea (variaţia suprafeţei nu am luat-o în considerare). Dacă acest condensator se identifică cu cel din circuitul de măsură înseamnă că prin apropierea unui element mobil (conductor sau dielectric) de faţa sensibilă a traductorului capacitatea electrică se modifică. Forma unui traductor capacitiv de proximitate este prezentată în Figura 6.

Figura 6. Structura unui traductor capacitiv de proximitate

Traductorul este realizat dintr-o carcasă – ecran în interiorul căreia se găseşte o armătură izolată. Funcţionarea diferă în funcţie de natura corpului controlat. Variantele constructive pentru detectarea materialelor conductive electric se bazează pe realizarea unui condensator dintr-o armătură – faţa sensibilă a traductorului a doua armătură fiind chiar corpul controlat. La detectarea materialelor dielectrice acestea modifică permitivitatea relativă a condensatorului format.


Instalaţia experimentală folosită pentru ridicarea caracteristicilor traductorului este prezentată în figura 6 şi este compusă din următoarele : masa de poziţionare (1) în coordonate x,y; comparatoare (2),(2') pentru controlul deplasărilor pe direcţiile x,y (în cazul în care controlul din şuruburile mesei (1) nu este mulţumitor); traductorul de proximitate (3); aparat de măsură (4), al semnalului obţinut de la traductor; piesa metalică (5), a cărei poziţie se controlează; sursa de tensiune stabilizată (6) pentru alimentarea traductorului cu tensiunea U i

= 12 V. În funcţie de tranzistorul intern al traductorului (npn sau pnp), schema de alimentare

Figura 7. Structura standului experimental

În funcţie de tranzistorul intern al traductorului (npn sau pnp), schema de alimentare a traductorului este următoarea:

Figura 8. Schema de alimentare a traductorului

Modul de lucru

Se fixează piesa (5), pe masa în coordonate, prin intermediul şurubului (7);Se fixează traductorul (3) în suportul (8);Se reglează poziţia de zero a comparatoarelor (2), (2') pe cele două direcţii, asigurându-se coincidenţa axei piesei (5) cu cea a traductorului;Se conectează sursa de tensiune (6) pe treapta Ui = 12 V şi un curent I = 0.2 A;Se înregistrează, la aparatul (4), semnalul obţinut de la traductorul (3) pentru poziţii diferite xi; înregistrările se realizează în ambele sensuri de mişcare ale piesei (5)(Tabelul 1);Se reglează masa în coordonate pe o poziţie xi, înregistrându-se semnalul traductorului la diferite poziţii yi (Tabelul 2);Se schimbă piesa (5) cu o alta din alt material, reluându-se operaţiile de la punctele anterioare;Pe baza valorilor obţinute se ridică graficul zonei de acţiune delimitată de curbele limită (curba de anclanşare şi cea de declanşare);Se determină, pe baza valorilor obţinute valoarea histerezei;Se trasează curbele de variaţie ale semnalului traductorului funcţie de poziţia piesei;Pe baza graficelor trasate, se emit concluzii privind funcţionarea traductorului şi influenţa materialului piesei (5) asupra acestuia.

Partea a-II-a

Traductor ultrasonor pentru distanţă

Principiu de funcţionare se bazează pe generarea unor unde acustice şi detectarea lor ca urmare a reflexiei lor pe un obiect. Aerul atmosferic este mediul purtător al undelor ultrasonice.

Un emiţător ultrasonor emite un tren de impulsuri ultrasonore. Acestea nu pot fi detectate de urechea umană.După emisie, pulsul ultrasonic este reflectat de către un obiect aflat în zona de sesizare a senzorului şi trimis înapoi la receptor.

Figura 9. Principiul de măsurare al traductorului

Prin măsurarea timpului între impulsul emis şi ecoul detectat se poate determina distanţa până la obiect. Viteza sunetului este de 343 m/s la temperatura obişnuită a camerei. Sunetul parcurge aceeasşi distanţă d dus- întors, deci vom avea relaţia :

(2)

Întărzierea între cele două semale este evaluată electronic. Între anumite limite, semnalul de ieşire din traductor este proporţional cu distanţa până la obiect. Obiectele detectate pot fi din materiale diferite. Forma, culoarea, starea solidă sau lichidă, pulverulentă are o influenţă minimă asupra detecţiei.În cazul suprafeţelor netede, acestea trebuie aliniate perpendicular pe raza ultrasonoră.

Schema bloc a senzorului ultrasonic este prezentata in figura urmatoare:

Corp identificat prin ecolocaţie ultrasonoră

Emiţător Receptor

d d

Figura 10. Schema bloc a senzorului ultrasonic

Unde:1. Oscilator2. Amplificator3. Etaj de evaluare4.Adaptor de măsură5. Alimentare exterioară 6. Stabilizare internă de tensiune 7. Converter ultrasonic cu zonă activă 8. Ieşire de curent 4-20 mA


Senzorul ultrasonic poate fi folosit şi pentru măsurarea nivelului unui lichid (nivelmetru ultrasonic). Pentru exemplificare se prezintă o curbă caracteristică ,determinată în următoarele condiţii:

Senzorul a fost folosit pentru un traductor de nivel, distanţa între fundul vasului şi senzor fiind aleasă de 330mm. Micile oscilaţiide la începutul şi de la sfârşitul dreptei sunt inerente şi apar datorită construcţiei senzorului.

Figura 11. Dependența inaltime coloana de lichid-curent

Figura 11. Forma fizica a traductorului ultrasonor Festo

Caracteristici tehnice ale senzorului folosit: Tensiune de alimentare 24 V cc. Curent de ieşire 4- 20 mA Rezistenţă de sarcină : < 400 Ohm Distanţă măsurată: 150 – 500 mm Distanţa minimă între senzor si un perete lateral reflectorizant : > 75 mm Eroarea de liniaritate : 0,2 % pe întreg domeniu Unghiul de apertură a conului de unde sonore: aprox. 50

Modul de lucru- Se montează senzorul pe suportul său.- Se poziţionează un corp metalic reflectorizant coaxial cu senzorul. - Se notează distanţa iniţială. Se alimenteză cu tensiune senzorul şi se pune drept sarcină o rezistenţă mai mică de 400 Ohm ( 350 Ohm ) în serie cu un ampermetru digital. Comutatorul instrumentului digital se fixează pe indicaţia 20 mA curent continuu.- Se alimentează senzorul cu tensiunea de 24V cc. respectând codul culorilor pentru fire ( roşu > +, negru > - ) .- Se îndepărtează sau se apropie corpul reflector în cel puţin 10 puncte, notând în fiecare punct valoarea curentului afişat de ampermetru.Se ţine cont să nu se depăşească valorile extreme pentru posibilităţile senzorului ( 150-500 mm).- Se trasează graficul curent – deplasare folosind un program de calcul cunoscut ( EXCEL).



LABORATOR 7

TRADUCTOARE DE ACCELERAȚIE

Scopul lucrării

Lucrarea are drept scop prezentarea constructivă a traductoarelor de accelerație și de viteze precum și determinarea caracteristicilor de lucru ale acestora.

Noţiuni teoretice

Un accelerometru piezoelectric este o masa seismica, folosind un cristal piezoelectric pentru a converti forta masei datorita acceleratiei intr-un semnal electric de iesire. Cristalul nu actioneaza numai ca traductor, dar si ca suspensie arcuita a masei. Imaginea arata un accelerometru tipic sau un senzor de lovire folosit la vehicule. Cristalul este inglobat intre corpul senzorului si masa seismica si este compresat de un pivot.

Figura 1 Accelerometru piezoelectric

Fortele de acceleratie ce actioneaza pe masa seismica cauzeaza variatii in volumul cristalului si care apoi genereaza tensiune piezoelectrica. Oscilatiile masei nu sunt amortizate, cu exceptia rigiditatii cristalului. Aceasta inseamna ca senzorul va avea o frecventa foarte mare de rezonanta (50 kHz). Frecventa naturala sau rezonanta a unei ramuri a sistemului masei este data de relația:

(1)

unde, f – frecventa rezonantă.k – ramura constanta (foarte mare in acest caz).m – masa masei seismice (foarte joasa in acest caz).

Sensibilitatea unui senzor de accelerație piezoelectric este de aproape 20 mV/g (g=9,81 m/s).

https://newpartsauto.files.wordpress.com/2013/03/piezo.jpg

Figura 1 Exemplu de accelerometru piezoelectric

Accelerometre au mai multe aplicații în industrie și știință. Fac parte din componentele sistemelor de navigație inerțiale pentru avioane si rachete. Accelerometre sunt folosite pentru a detecta și monitoriza vibrațiile în mașini rotative. Accelerometre sunt utilizate în calculatoare, tablete și aparate foto digitale, astfel încât imaginile de pe ecranele sunt afișate întotdeauna în poziție verticală. Accelerometre sunt folosite în drone pentru stabilizarea zborului. Perechi de accelerometre pot fi folosite pentru a detecta diferențele în accelerațiile unor cadre, poduri rulante.

Conceptual, un accelerometru se comportă ca o masă amortizată pe un arc. Când accelerometrul sesizează o accelerare, masa este deplasată la punctul în care arcul este capabil să mute masa la aceeași scală ca și carcasa. Deplasarea este apoi măsurata pentru a se obține accelerația.

La dispozitivele comerciale, piezoelectric, piezorezistive și capacitive, componente sunt de obicei folosite pentru a transforma mișcarea mecanică într-un semnal electric. Accelerometre piezoelectrice se bazează pe pastile piezoceramice (de exemplu, plumbul zirconat de titanat) sau cristale unice (de exemplu cuarț, turmalina). Ele sunt de neegalat in ceea ce priveste gama de frecvențe de sus, greutate scazuta ambalate și domeniu de temperatură ridicată. Accelerometre piezorezistive sunt preferate în aplicații de înaltă șoc. Accelerometre capacitive folosesc de obicei un siliciu micro-prelucrate de detectare elemente. Performanța lor este superior în domeniul de frecvență joasă și ele pot fi operate în mod servo pentru a atinge stabilitatea ridicată și liniaritate.

Accelerometre moderne sunt adesea sisteme micro-electro-mecanice mici (MEMS). Sub influența accelerației externe, masa probei deviază de la poziția neutră. Acest deformare este măsurată. Această metodă este simplă, fiabilă, și ieftin. Integrarea piezorezistoarelor în pentru a detecta deformațiile primăvară, și astfel deviere, este o alternativă bună, deși sunt necesare câteva etape de proces în timpul secvenței de fabricatie. Pentru sensibilități ridicate cuantic de tunel este de asemenea folosit; acest lucru necesită un proces dedicat acest site este foarte scump. Măsurare optică a fost demonstrată pe scară de laborator.

Un alt mult mai puțin frecvente, tip de accelerometru MEMS pe bază de, conține un încălzitor mic în partea de jos a unui dom foarte mic, care încălzește aerul din interiorul domului a face să crească. Un termocuplu pe cupola determină unde aerul încălzit ajunge cupola și deformarea descentrat este o măsură a accelerației aplicat la senzor.

Cele mai multe accelerometre micromecanice funcționează în plan, care este, ele sunt concepute pentru a fi sensibil doar la o direcție în planul matriței. Prin integrarea două dispozitive perpendicular pe un singur muri un accelerometru cu două axe pot fi făcute. Prin adăugarea un alt dispozitiv out-of-plan trei axe poate fi măsurată. O astfel de combinație poate avea eroare divergențelor mult mai mici decât cele trei modele discrete combinate după ambalaje.

Accelerometre micromecanice sunt disponibile intr-o varietate de domenii de măsurare, ajungând până la mii de g de. Proiectantul trebuie să facă un compromis între sensibilitate și accelerația maximă care poate fi măsurat.

Figura 2. Exemplu de accelerometru MEMS

Aplicație practică

Standul experimental contine:

Generatorul de semnal:

Dispozitivul folosit este un generator de semnal portabil realizat de firma Tektronix, capabil să genereze semnale standard sau să editeze anumite forme de semnal. Generatorul este construit în două variante:

-Cu ieşire pe un canal-AFG310;-Cu ieşire pe două canale-AFG320.

S-a folosit modelul cu un singur canal la ieşire (AFG310).Caracteristici tehnice ale generatorului de semnale:

Posibilitatea de a genera 7 tipuri de semnal standard: sinusoidal, dreptunghiular, triunghiular, rampă, puls, DC şi zgomot.

Frecvenţa maximă la care poate genera semnal este de 16MHz;Impedanţa de ieşire este de 50Ω;Posibilitatea de modulare în :FM, AM, FSK;Posibilitatea de editare a semnalelor şi memorarea a 4 semnale;Posibilitatea de a memora 20 de setări;Interfaţa GPIB, prin intermediul căreia poate importa forme de undă.

Amplificatorul:

Amplificatorul audio este un amplificator de 200W, realizat cu tranzistoare MOS-FET la ieşire. Dintre caracteristicile electrice principale ale amplificatorului , amintim:

-VIN=1.2V;-Valim.=±55V;-TDH=0.1% la 100W/8Ω sau TDH=0.2% la 196W/4Ω ;-Pout=200W/4Ω;-G=40dB;-Protecţie la scurtcircuit pe ieşire.

Schema etajului de putere a amplificatorului audio este prezentată mai jos:

Figura 3 .Schema etajului de putere al amplificatorului

Amplificatorul prezintă la ieşire 4 tranzistoare MOS-FET de putere, tranzistoare grupte câte două pe fiecare alternanţă, astfel încât sarcina să fie “suportată” de ambele. Montajul necesită o împerechere foarte bună a acestor tranzistoare. Tranzistoarele sunt prevăzute cu diode încorporate, care îi protejează de eventualele tensiuni inverse. Acest bloc lucrează doar în momentul în care impedanţa pe ieşire scade sub o anumită valoare şi implicit curentul prin rezisţentele de sarcină R1,R2,R3,R4, creşte foarte mult. În cazul în care sarcina este cu impedanţă mare, acest etaj nu lucrează. Atunci când curentul prin tranzistorii finali creşte foarte mult, tranzistorii Q3 şi Q6 intră în conducţie, fapt care duce la anularea semnalului de poartă pentru tranzistoarele finale, provenit de la drivere. Diodele D1 si D2 au rolul de a limita o semialternanţă, se mai numesc şi “diode de blocare”. Cu alte cuvinte, ele impiedică tranzistoarele Q3 şi Q6 să conducă în ambele sensuri.

Excitatorul electrodinamic

Este un dispozitiv electric care are rolul de a converti curentul electric variabil in lucru mecanic. Impedanta acestuia este de 4 ohmi.

Placa de dezvoltare Arduino Uno

Aceasta a fost prezentatata anterior.

Accelerometru MEMS ADXL 345

ADXL345 este un accelerometru mic, subțire, cu un consum redus de energie, pe 3 axe cu rezolutie mare (13 biti) pana la ±16 g. Datele de iesire digitale sunt formatate in complement fata de doi si sunt accesibile prin fie un SPI (cu 3 sau 4 fire) sau o interfata digitala I2C. ADXL345 este foarte potrivit pentru masuratori ale acceleratiei statice a gravitatiei in aplicatii care sesizeaza bascularea, ca si acceleratia dinamica rezultand din miscare sau socuri. Rezolutia sa mare (4 mg/LSB) permite masurarea schimbarilor de inclinatie mai mici de 1,0°. Mai multe functii de sesizare speciale sunt furnizate. Sesizarea activitatii si inactivitatii depisteaza prezenta sau lipsa miscarii si daca acceleratia pe oricare axa excede un nivel setat de catre utilizator. Sesizarea batailor usoare depisteaza bataile simple sau duble. Sesizarea caderii libere depisteaza daca aparatul este in cadere. Aceste functii pot fi mapate pe unul din doi pini de iesire de intrerupere. Un buffer first in, first out (FIFO) cu 32 de nivele integrat, in curs de patentare, poate fi folosit pentru a stoca datele pentru a minimiza interventia procesorului gazda. Modurile cu consum redus permit administrarea energiei inteligenta, bazata pe miscare, cu sesizare de praguri si masuratori active de acceleratie cu disipare de energie extrem de scazuta.

Modul de lucru

-Se realizeaza conexiunile dintre placa Arduino Uno si accelerometru ca in figura

Figura 10. Modul de conectare a accelerometrului la placa Arduino Uno

-Se conecteaza placa Arduino Uno la portul Usb al PC-ului si la alimentatorul cu energie;-Se initializeaza programul Labview;

-Se deschide fisierul “Senzori de accelerație”;-Se porneste generatorul de funcții;-Se va genera semnale sinusoidale cuprinse intre 1 si 50Hz cu amplitudinea de 1 V;-Se va face citirile din 5 in 5 Hz;-Se noteaza valorile obtinute experimental utilizand circuitele prezentate mai sus in urmatorul tabel;

Nr. crt Frecvență generator Amplitudine citita in LabView Valoare acceleratie [g]



Senzori, traductoare și actuatoare, Note de curs;Senzori și traductoare, Lucian CIOBANU, Matrix Rom, Bucuresti, 2006, ISBN (10) 973-755-125-7.

LABORATOR 8

TRADUCTOARE CAPACITIVE

Scopul lucrării

Lucrarea are drept scop prezentarea constructivă a traductoarelor capacitive precum și determinarea caracteristicilor de lucru ale acestora.

Noţiuni teoretice

La condensatoarele plane pentru variția capacității electrice se poate modifica:

Figura 1 Modul de variatie a capacitatii electrice cu distanța ăntre armături

a) Distanţa dintre armături.

(1)

având sensibilitatea:

(2)

si sensibilitatea relativa:

(3)

b) Suprafața armăturilor. Sensibilitatea este constanta in acest caz:

(4)

unde: -a,d sunt dimensiunile condensatorului plan;- x este deplasarea relativă a fețelor una față de alta. Aceste elemente sensibile se folosesc mai mult pentru măsurarea deplasărilor unghiulare.

c) Permitivitatea dielectricului.În varianta de bază se realizează din doi cilindri fixi, intre care se deplaseaza un

manson izolator cu o constanta dielectrica diferita de a aerului, alunecând cu frecare cât mai redusa. Se folosesc la masurarea nivelului unui lichid dielectric sau pulberi dielectrice. Daca se foloseste un condensator plan, a carui caracteristica este neliniara, elementul sensibil poate servila masurarea grosimii unor materiale dielectrice.

Aceste elemente necesita etaje de amplificare cu impedanta mare de intrare, deoarece la modificari de capacitati mici (20…200 pf), chiar la frecvente ridicate (2…20 kHz) impedantele de iesire sunt mari, impunând amplificatoare cu Zi min = 20 M . Acest fapt constituie o limitare in folosirea acestor traductoare.

Aplicație practică

Se va utiliza senzorului capacitiv bazat pe variaţia dielectricului într-un stand pentru măsurarea nivelului unui lichid.

Standul se compune din următoarele elemente :- cilindru gradat cu rol de rezervor pentru lichidul a cărui nivel se măsoară- senzorul capacitiv realizat prin lipirea pe exteriorul cilindrului de sticlă ( dielectric)

a două benzi metalice izolate între ele. Se formează astfel un condensator cu capacitatea de aprox. 200 pF (fără lichid introdus).

- Capacimetrul şi circuitele aferente pentru condiţionarea semnalului. Capacimetrul funcţionează pe principiul conversiei curent –tensiune iar funcţionarea detaliată se poate urmări pe schema anexată.

- Placa pentru achiziţia datelor (8 canale, 12 biţi).- Calculatorul care rulează programul specializat I- SEE DAQ

Figura 2. Schema bloc a capacimetrului

Principiul de funcţionare este cel al măsurării curentului care trece prin condensator:

(5)

Aplicând condensatorului un semnal triunghiular de amplitudine si frecvenţă cunoscute, în cazul nostru 5Vv-v si 20kHz:

(6)

Rezultă că intensitatea curentului este proporţională cu variaţia de capacitate C. Mai departe, variaţia de intensitate este condiţionata de blocurile ce conţin circuite de conversie curent-tensiune, detecţie, filtrare si amplificare, astfel încât la ieşirea capacimetrului se obţine o tensiune cu valoare corespunzatoare pentru a fi citită cu un voltmetru digital sau cu o placă de achizitie legată la calculator.

Modul de lucru1. Se fac conexiunile necesare după cum urmează : senzorul capacitiv se conectează

la capacimetru, ieşirea capacimetrului cu intrarea plăcii de achiziţie iar ieşirea acesteia cu portul paralel al PC.

2. Se alimentează aparatura la reţea prin cele 2 alimentatoare pentru capacimetru şi placa de achiziţie.

3. Se lansează în execuţie programul ISEE DAQ4. Din meniul “ Files” se încarcă fişierul de configurare “ My Documents”

“Laborator.SUF “ .5. Se activează “ Poll I/O “ din butonul aflat în dreapta.6. Se accesează din meniul “ View” opţiunea “ Trends”7. Cu cilindrul gol se ajustează butonul “ CAL “ de pe panoul capacimetrului până ce

valoarea citită pe garficul de pe monitor este zero (aducere la zero).8. Debifăm opţiunea “ AUTOSCALE “9. Se introduc cu ajutorul seringii gradate cantităţi de lichid10. Se observă corespondenţa între cantitatea de lichid introdus si valorile afişate pe

grafic. Atenţie ! pe ordonata sunt valoride tensiune , nu dimensiuni corespunzătoare nivelului. 11. Datele pot fi salvate într – un fişier şi reprezentate de ex. în EXCEL.12. Pentru elaborarea referatului se au în vedere: schema bloc a capacimetrului,

grafice, rezultate, concluzii.

Senzori Si Sisteme Senzoriale Indrumar

Documents

Transcript of Senzori Si Sisteme Senzoriale Indrumar