Senzori si traductoare - Indrumar de laborator

Click here to load reader

  • date post

    28-Jun-2015
  • Category

    Documents

  • view

    683
  • download

    17

Embed Size (px)

Transcript of Senzori si traductoare - Indrumar de laborator

1 TRADUCTOARE PENTRU TEMPERATURA Traductorul pentru msurarea temperaturii poate folosi ca detector o gam larg de dispozitive ca:termometrecumercur,bimetal,termocupluri,termorezistene,pirometre,termistoare, dispozitive semiconductoare cu jonciuni etc Dintreacesteaamalespentruafiprezentatsenzoruldetiptermistoricelpebazde dispozitive semiconductoare, celelalte fiind discutate la Laboratorul de termodinamic. Termistorul Termistoarelesuntsemiconductoareacrorrezistenelectricvariazcutemperatura.Ele sunt de dou tipuri: termistoare cu coeficient de temperatur negativ , (NTC)itermistoarecucoeficientdetemperaturpozitiv(PTC).Celmaiutilizateste termistorulNTC,avndproprietateacrezistenasaelectricscadeexponenialatuncicnd temperatura crete i invers.Fabricarea lor lor se bazeaz pe amestecul unor pulberi de oxizi cu liani, uscate i apoi sinterizate la temperaturi ridicate.Cele mai comune materiale includ oxid de fier, cobalt, nichel, cupru, zinc i titan. Prin varierea tipurilor de oxizi, proporiile acestora, atmosfera i temperatura de sinterizare se pot obine termistoare cu diferite valori de rezisten i coeficieni de temperatur. Constructiv,termistoarelepotfirealizatendiferiteforme(fig.1) :disc,perl,detippapuc nchispentrumsurridecontactpesuprafa,capsulemetalicecuurubdemontatpe suprafee,montatencapsulestandarddediode.Celemaiprecise,stabileicarepermiti msurarea unor temperaturi ridicate sunt cele ncapsulate ermetic n sticl. Figura 1.Figura 2. In fig.2 se pot vedea 2 tipuri de termistoare ncapsulate n sticl, unul filiform, cilindric i altul nformdepicturidimensiunealorcomparativcuodiod1N4148.ncomparaiecu termorezistenelecu platin, termistoarele au timpi de rspunsmaimici, dar suntneliniare i auundomeniudelucrumultmailimitat.Deinoiuneadetermistoresteadeseaasociatcu neliniaritatea iimpreciziese pot realiza termistoare cu sensibilitate ridicat i cu precizii de +/- 0,05 oC.+/- 0,01 oC pe domenii de temperatur de 50-75 oC.Combinnd precizia ridicat cuposibilitileactualedemsurare(printehnicinumericeliniarizareapoatefirealizatcu tabele de echivalen stocatenmemorianevolatil a adaptoruluin timpulcalibrrii )se pot construi termometre bune i ieftine. 2 100 * ] / [%2TBK = (1)- coeficient de temperatur -B coeficient furnizat de fabricant[ K] -T temperatura n Kelvin necuaia(1)searatcumsepoatedeterminacoeficientuldetemperaturaltermistorului, atunci cand se cunoaste constanta de material B. Aceasta constanta este furnizata de fabricant fiindspecificafiecaruitipdetermistor.Inplus,chiarpentrutermistoareledeacelasitip, constanta B variaza usor in finctie de rezistenta nominala a termistorului. 3 2) ( [ln 3 ) ( [ln 2 ) ( ln 1 01T R a T R a T R a aT+ + +=(2) R(T) rezistenta termistorului la temperatura T. Pentrutermistoareledeprecizie,variatiarezistenteicutemperaturasepoateaflacuformula din ecuatia (2), numita si ecuatia Steinhart Hart. Pentru a o aplica , coeficientii a0, a1, a2, a3 trebuie furnizati de fabricantul termistorului sau determinati experimental. )*) (exp( ) ( ) (OOOT TT T BT R T R=(3) R(T)- rezistenta termistorului la temperatura T[ K] R( T0) rezistenta termistorului la temperatura de referin T0 In mod obisnuit, pentru aplicatiile cu o precizie mai redusa se poate folosi ecuatia (3) prin care sepoatedeterminarezistentalaotemperaturadata,cunoscandrezistentanominalaa termistorului(adicalatemperaturastandardpentru termistoride25C)siconstantaB.Toate relatiile sunt valabile daca termistorul este parcurs de un curent suficient de mic astfel incat saconsideramneglijabilaautoincalzireaacestuia.Sepoateconsideraputereadisipatacafiind neglijabiladaca,oscadereincontinuareaputeriidisipate,nuconducelaomodificarede rezistentamaimarede0,1%.Ecuatia(3)estevalabilapentrudomeniimicidetemperatura, pentru care variatia rezistentei termistorului este cvasi-logaritmica. Marimi caracteristice pentru termistori -In cataloage, valoarea rezistentei electrice a termistorului se da pentru temperatura standard de25C.UzualseconstruiesctermistoarecuR(25C)=2O..1MOsiavanddomeniul temperaturilor de lucru cuprins intre 100 C la max.+350 C. -Coeficientuldetemperatura ,denumitsifactordeproportionalitate.Acesta indica cu cat se modifica rezistenta electrica a termistorului cand temperatura mediului ambiant variaza cu 1 0C.Coeficientul alfa se exprimain % /1 0C si poate avea valori cuprinse intre 3-15 % / 1 0C. -Inertiatermicasauconstantadetimp (tau)atermistorului,reprezinta timpulpentrucarerezistentaelectricaaacestuia,semodificacu63,2%din valoareainitiala,inurmaunuisaltdetemperatura.Cavaloriuzuale = 160s. -Constantadedisiparearatacucatsesupraincalzesteuntermistordeun anumit tip, atunci cand este parcurs de un curent de masura dat.Constanta de disiparearataputereanecesaraafidisipataintermistorpentruaicreste temperaturacu1gradCelsius.Dacaavemuntermistorde2kO,parcursde 3 uncurentde1ma,inelsevadisipaoputereegalacuR*I2,adica2mW. Cumtermistorularedeex.oconstantadedisipareinaerde7,5mW/K, termistorul se va autoincalzi cu 2mW/ 7,5 mW/ K = 0,26 0C. Constantele de disipare in alte medii (apa, ulei) sunt diferite, de obicei mai mari cu un ordin demarime.Pentrumasuratorise pot utiliza curenti cuprinsiintre 10mAsi 1 mA, in funcie de precizia dorit i de rezistena nominal a termistorului. Temperatura mediuluincare estefolosit termistorul este preluat de acestafie direct dinaerulnconjurtor,fieprinfixareatermistoruluicuunadezivdepiesa controlat.Conectareatermistoruluincircuituladaptorului,carevatransforma modificaraerezisteneielectricentr-unsemnaldeieire,reprezentndotensiunesau un curent, se poate face n mai multe moduri : -termistorulpoatefiunelementalunuidivizordepolarizareabazeiunui tranzistor -element de comand al unei diode varicap -fie ca rezisten de comand a unei reacii n circuite operaionale -termistorulsepoateintroducecabraaluneipuniWheatstone,urmndca tensiunea de dezechilibru sa fie folosit ca semnal de ieire Aplicaiepractic 1 Se consider o schem n care termistorul comand deschiderea unui circuit basculant bistabil ( CBB) prin modificarea tensiunii de polarizare. Schema prezint 2 stri; unancare temperatura mediuluin care se afl termistorul este sub valoareadecontrol(supraveghere)iadouastarecndtemperaturaestedeasupraacestei valori.Termistorulvafimontatnincintaacreitemperaturtrebuiesupravegheat, conectarea la restul schemei fcndu-se cu un circuit bifilar. Tensiunea de ieire se culege de labornelerezistoruluiR5.Spresupunemcmontajultrebuiesasiguremeninereaunei temperaturiconstantet=+40 0C+/-1 0C.Pnlaatingereavaloriide+40 0Ctermistorul prezintorezistenelectricpecareonotmcuR1(Th).naceastsituaievalorile rezistoarelor trebuie astfel calculate nct tranzistorul T1 s fie deschis, respectiv ntre baza i emitorullui s existe o tensiune deminim0,65V.aceast tensiune este asigurat de divizorul 4 formatdinR1iR1(Th)inndcontidecdereadetensiunepeR4.ExistenacurentuluiI1 printranzistorulT1facecantrecolectoruliemiterulsusexisteotensiunemaimicde 0,2V.Cum aceast tensiune este aplicat tranzistorului T 2 drept tensiune de polarizare, rezult c T2va fi blocat, iar prin rezistorul R5 nu va circula nici un curent, deci semnalul de ieire este nul. Pe msur ce temperatura crete, rezistena electric a termistorului scade.n momentul ncaretemperaturaaajunsla+40 0C,termistorulprezintvaloareaR2(Th)unde R2(Th) < R1(Th), iar tensiunea n baza lui T1 scade ca urmareamodificriiraportuluidintreR1iR(Th).tranzistorulT1seblocheaz. InstantaneuarelocdeblocarealuiT2,acestaprimindtensiuneadepolarizarepebaz prin R2 i R3. Curentul de colector din T2 strbtnd i rezistorul de sarcin R5, face ca la bornele acestuia s apar o tensiune continu, tensiune care constitue semnalul de ieire ce va pune n funciune elementele de reglaj , avertizare ale instalaiei. Lascdereadinnouatemperaturiisub+40 0CvaloarealuiR(Th)crete,T1se deschide din nou i procesul se reia, schema acionnd cu o eroare admis mai bun de+/- 10C. Termometru digital de control: Interval de msur: - 50....+ 150 0C. Gradaii: 0.1C Precizie de msur: 0.1C Mod de lucru -Se introduce sonda cu termistorul n cutia termostatat. -Se introducetermometrul digital de control n cutia termostat. -Se regleazfin reostatul astfelnct termometrulde control sse stabilizeze la o valoare ct mai apropiat de + 40 0C. -SeregleazfinsemireglabilulR1pnnmomentulproduceriibasculrii, lucru constatat prin msurarea tensiunilor . -Sentrerupealimentarearezisteneidenclzirepentruaserci(fra schimba pozitia reostatului de mclzire -Dupcetemperaturaasczutsensibilcca.4-5grade,sepornetedinnou nclzirea , observndu-se dac procesul este repetabil n aceleasi condiii. Se va calcula eroarea cu care acioneaz schema . Aplicatie practica 2 Montajulindiscutieprezintamodulcumpoateunamplificatorsacomandeunreleu, fiind actionat de catre o temperatura joasa (situata sub un anumit prag). 5 Amplificatoruloperational741esteconectatinbucladeschisa,fiindutilizatcaun comparator de tensiune. Cele 2 intrari ale sale sunt conectate la o punte rezistiva de tip Wheatstone,formatadintreirezistentesiuntermistor.Intrareaneinversoare(+)aAO este conectata la o tensiunefixa,egala cujumatatea tensiunii de alimentare, furnizata dedivizorulrezistivR2-R3.IncelalaltbratalpuntiiR1-R(Th),carealimenteaza intrareainversoare(-)aAO,datfiindfaptulcaseutilizeazauntermistorNTC, tensiuneaestefunctiedetemperaturamediului.DinsemireglabilulR1seasiguraun echilibrualpuntii,atuncicandtemperaturaambiantaseaflainimediataapropierea pragului fixat,ceea ce inseamna ca diferenta de potential intre cele doua intrari ale AO (pinii 2 si 3) este nula. Atattimpcattemperaturadepasesteunanumitpragfixat,punteaesteastfel dezechilibrataincattensiuneadelaintrareainversoare(-)aAOestemaimicadecat ceadelaintrareaneinversoare(+).Inacesteconditii,amplificatoruloperationaleste basculat in starea cu iesirea (pinul 6) SUS - H Adicaaceastatensiuneareovaloaremarepozitiva(apropiatadeceaasurseide 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. Dacatemperaturacoboarasubunanumitprag(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.Acestabasculeazacuiesirea (pinul 6)in stareaJOS-L, tensiunea fiind apropiata de masa.Acest lucru conduce la deblocarea tranzistorului T,princareincepesacirculecurent.Curentulsaudecolector(carereprezintasi curentul care parcurge bobina relelui) determina actionarea releului. Observatii -punctuldeechilibrualpuntiiesteindependentdetensiuneadealimentare, precizia acestui comutator termic nu este afectata de variatiile alimentarii. -basculareaAOdintr-ostareinalta(SUS,JOS)esteprodusadeovariatiea tensiuniideintraredenumaicatevazecimidevolt.Acestevariatiipotfi provocateatatdemodificarearezistenteirezistorilordinpunte,darmaiales devariatiavaloriitermistoruluipentruvariatiiextremdemiciale temperaturii. Precizia este mai buna de 0,5 0C. 6 Modul de lucru -SerealizareasimulareaschemeicuprogramulElectronicsWorkbench.Se verifica prin simulare bascularea AO, se citesc tensiunile afisate de aparatele virtuale. -Serealizeazafizicmontajulpeplacadeproba.Sealimenteazarezistorulde incalzire,reglandu-setemperaturainjurulvaloriide40 0C.Severifica functionareamontajului,semasoaratensiunileinpuncteledeinteres, anclansarea sau declansarea releului. 1.Cum trebuie modificat montajul daca se doreste ca actionarea releului sa se faca nu lacoborareatemperaturiisubunanumitnivel,ciladepasireaunuipragfixat anterior? Aplicatie practica Montajulcontineuntermistorcaelementdecomandaaluneidiodevaricap.Acestmodde utilizareatermistoruluiarenumeroaseaplicaiinbioinstrumentaie,msurareatemperaturii n telemetrie, n general la msurarea temperaturii la corpuri aflate n micare, aproape sau la distan. Schemaprincipial conine un oscilator cu priz inductv ( Hartley), a crui frecven este modificat de ctre dioda varicap, cuplat prin condensatorul de cuplaj de 20 pf cu 7 circuituloscilant.CunoscndrelaialuiThomson LCf 21= ,seobservcvariaia frecvenei nu este liniar cu capacitatea. Trasarea caracteristicii temperatur frecven Se faceipoteza simplificatoare c singurul element de circuit care afecteazfrecvena de lucru a oscilatorului este doar variaia de capacitate a diodei varicap. n realitate, frecvena de oscilaie este afectat n primul rnd de variaia tensiunii de alimentare. De aceea montajul trebuie alimentat cu o tensiune relativ sczut( 5V), foarte bine stabilizat. Toate elementele dincircuitsuntafectatetermic,celemaiafectatefiindelementeleLiCcarefacpartedin circuitul oscilant. Din aceast cauz, se alege o frecven de oscilaie sub 3 MHz, pentru care acest tip de oscilator prezint o stabilitate acceptabil. Modul de lucru Ca o msur suplimentar se introduce oscilatorul ntr-o incint foarte bine izolat termic, fr posibiltatearealizriidecurenideaeriselasoscilatorulsfuncionezecelpuin30min. pentru a ajunge la stabilitate termic i deriva minim a frecvenei generate ( +/- 10..15 Hz). Termistorul este ataat mpreun cu termometrulde control pe rezistena denclzire. Sencepenclzireatreptatarezistenei,notndtemperaturatermometruluidigitali frecvena afiat de frecvenmetrul digital. Se traseaz graficul n coordonate frecven temperatur. Pentru oscilatorul studiat i condiiile de lucru date, acest grafic poate fi folosit pentru msurarea temperaturii fr contact cu un frecvenmetru, prin telemetrie. Sepornetereceptorulradio,seaducenapropiereafrecveneide3MHz.Serepet procedura de mai sus, frecvena citindu-se pe scala digital a receptorului. Se traseaz graficul n coordonate frecven temperatur. Cele 2 grafice trebuie s fie apropiate ca aspect. Aplicaie practic Utilizareatermistoarelormpreuncuamplificatoareoperaionalepentrurealizarea convertoarelor temperatur frecven 1 k 5 kVo+5V1 kThermistor5 k Modul de lucru 8 SesimuleazfuncionareamontajuluicuprogramulElectronicsWorkbench.Se simuleazvariaiiderezistenisemsoarpevoltmerulvirtualvaloriletensiuniideieire V0. Se traseazgrafic dependena rezisten- tensiune. Se ataeaz termistorul i termometrul digital de control pe rezistena de nclzire.Se alimenteaz amplificatorul operational cu tensiune simetric +/- 15 V i tensiunea de + 5V pentru intrarea divizorului de tensiune format din rezistena de 5K i termistor. Se conecteaz ieireaamplificatoruluilaunosciloscop(realsauvirtualfolosindprogrameledeosciloscop virtual pe PC) sau un voltmwetru digital cu impedan mare. Determinarea constantei de timp Permiteapreciereatimpuluidereacieatermistoruluilaschimbriledetemperatur. Introduceti termometrul de control i termistorul ntr-un vas cu ap fierbinte la cca. 70-80 0C. Senoteaztimpulitensiuneadeiesirepnlatemperaturacamerei,apoisereprezint grafic.Curba are un aspect exponenial iar constanta de timp se determin prin calcul folosind definiia acestei mrimi. 9 Dioda semiconductoare Dac un curent de cca. 1 ma parcurge o diod cu siliciu, la bornele sale apare o tensiune directdeaproximativ600mV.Aceastatensiunedirectvariazcutemperatura, jonciuneaprezentnduncoeficientnegativdetemperaturdecca.2mV/ 0C.Puterea disipatpediodestenumaide600microWlauncurentde1mA,nclzireaacesteia este practic neglijabil, ceea ce reprezint un avantaj fa de utilizarea termistoarelor , la aplicaiile de temperatur joas. Aplicaie practic LabornelediodeiZener(Dz)polarizateprinintermediulrezistoruluiR1,segasesteo tensiunestabilizatade5,6V.Aceastatensiuneesteutilizatapedeoparte,pentru producera unui curent constant prin dioda D cu siliciu,prinintermediullui R4, pe de alta parteauneitensiunistabilizatelaborneleluiR3,prinintermediulluiR2.Laborna neinversoare (+) a AO se aplica o tensiune care depinde de temperatura, iar la intrarea sa inversoare(-)seaplicaotensiunedereferintafixa.Valoareatensiuniidereferintase poate regla din R 3, echilibrnd astfel tensiunea de repaus a diodei, aplicndu-se n acest mod, ntre cele dou intrri ale AO o diferen de potenial care depinde de temperatur. Presupunem c semireglabilul R3 este astfel reglat pentru ca diferena de tensiune sfienullatemperaturadedeclanare.Dactemperaturadepeteacestprag, tensiuneadirectdepediodacusiliciu(utilizatcaSENZOR)vascdea,astfelnct tensiuneadelabornaneinversoareaAOdevinemaimicdectceadelabornasa inversoare, ceea ce determin bascularea amplificatorului n starea cu iesirea(pinul6)JOSsauLOW=L.Acestlucrudeterminintrareanconduciea tranzistoruluiianclanareareleului.nschimb,dactemperaturascadesubunanumit prag, tensiunea direct pe diod va crete, determinnd u+ >u- i bascularea AO n starea cuieireaSUSsauHIGH=H,blocndtranzistorulireleuldeclanareareleului. 10 Releul nu va fi anclanat dect atunci cnd temperatura ambiant va depi un prag fixat anterior. Precizia acestui tip de ntreruptor este mai bun de 0,5 0C ( simularea arata un prag de 0,02 0 C)ntr-un domeniu de temperatur cuprins ntre 50 0C i +120 0C. Aplicaie practic Termometrulelectronicreprezintoaplicaieaamplificatoarelordiferenialei folosete ca traductor de temperatur o diod, de tip 1N4148 care prezint un coeficient termic al cderii de tensiune la borne de cca. 2mV/ 0C. Modul de lucru Duprealizareamontajului,termometrultrebuieetalonatprinfixareacelordou extremitialescaleiinstrumentuluilatemperaturilede0 0C(seaduceacul instrumentuluilazeroprinmanevrareasemireglabiluluiP1)irespectiv100 0 C. Aducerea indicaiei miliampermetrului la cap scal ( 1mA) se face prin manevrarea lui P 2. Scara va fi liniar n domeniul 0 100 0C. Pentru etalonare, traductorul va fi plasat n exterior, n contact cu un pahar cu ap cu ghea pentru 0 0C i ap la fierbere pentru 100 0C. Sevaverificaliniaritateascaleicomparndindicaiiletermometruluirealizatcu celealeunuitermometruconsideratetalon,celedou termometrefiindncontactcu o pies nclzit la diferite temperaturi.Se va trasa grafic indicaiile celor 2 aparate. Senzori de temperatur integrai 11 Traductoarele integrate pentru msurarea temperaturii sunt primele traductoare integrate aprute. Dei intervalul lor de msurare nu este prea extins ( - 50, +1500C), ele i gsesc o serie de aplicaii la msurarea temperaturii ambientale, dar i la msurarea altor mrimi prin intermediul variaiilor de temperatur produse de aceste mrimi. Sunt larg rspndite dou tipuri de traductoare integrate pentru msurarea temperaturii: -traductoare la care curentul de ieire variaz direct proporional cu temperatura absolut; -traductoare la care tensiunea de ieire variaz direct proporional cu temperatura absolut. Pentru prima categorie este reprezentativ circuitul AD590 ( Analog Devices SUA) a crui schem de principiu este prezentat mai jos. Acest circuit integrat reprezint o surs de curent cu 2 terminale ce furnizeaz un curent nA - numeric egal cu temperatura absolut n K- n gama de temperatur cuprins ntre 50 i +150 0C, pentru tensiuni de alimentare UAB cuprinse ntre 4 i 30 V.Eroarea absolut maxim la capetele intervalului de msurare este de ordinul +/_ 2 0C. Cu circuite de corecie, ea poate fi cobort la +/- 0,2 0C. Din cea de-a doua categorie se prezint circuitul integrat LM135 ( National Semiconductor SUA). Caracteristica curent-tensiune a jonciunii p-n este influenat de temperatura mediului, conform relaiei :

|.|

\|= 1 expmkTqUI IO Folosind aceast dependen s-au realizat senzori de temperatur tip semiconductor, utilizabile cu mare precizie n domeniul de temperatur -50C +150C. Senzorii din seria LM135, LM235, LM335 sunt senzori de temperatur integrate de precizie i uor de calibrat. Circuitul integrat simuleaz funcionarea unei diode zener avnd tensiunea de tiere proporional cu temperatura, coeficientul de temperatur fiind 10mV/K. Rezistena dinamic este de 1 i lucreaz ntr-un domeniu de curent de 400A i 5mA. Caracteristica de ieire este liniar i prezint o eroare tipic mai mic dect 1C pe domeniul de variaie a temperaturii de 100C. Tipul LM335 lucreaz n domeniul de temperatur de la - 40C pn la 100C. n figura de mai jos se arat configuraia de baz a senzorului i modul de calibrare folosind pinul ADJ. 12 Expresia tensiunii de ieire este : OT TTTV VO* =unde OTVeste tensiunea de ie;ire la temperatura T0.integreaz pe acelai cip blocul de condiionare a semnalului, liniarizare, conversia analog digital. Aplicaie practic Senzor de temperatur LM75 Acest senzor de temperatur complex integreaz pe acelai cip blocul de condiionare a semnalului, liniarizare, conversia analog digital. Senzorul conine un convertor AD de 9 bii care convertete valoarea analogic corespunztoare temperaturii ntr-o valoare digital utilizabil de PC. Comunicaia serial folosit este I2CAcesta este un protocol folosit pentru comunicaii seriale prin 2 fire cu diferite tipuri de dispozitive configurate similar. I2C const fizic n 2 linii active i o conexiune de mpmntare. Liniile active sunt denumite SDA i SCL. Ambele linii suntbidirecionale. 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 s iniieze transferuri de date. Protocolul I2C specific c integratul care iniializeaz conexiunea este considerat Bus Master . n consecin restul circuitelor conectate la I2C sunt privite ca Bus Slaves. Dac Bus Master sunt microcontrolere (MCU) iat cum arat o secven de comunicaie pe I2C. 1.MCU trimite secvena START . n acest moment toate circuitele de pe bus trec n modul recepie.2.MCU trimite ADRESA circuitului cu care vrea s comunice impreun cu flagul operaiei ( READ / WRITE ) .3.Circuitele compar ADRESA cu adresa proprie i dac nu i este destinat mesajul asteapta condiia de STOP . 4.Dac un circuit are ADRESA dorit de MCU atunci cipul va produce un mesaj ACKNOWLEDGE 13 5.Apoi se trece la transferul datelor. Cnd s-au terminat de transferat datele se trimite secvena de STOP. LM75 este desemnat ca un dispozitiv slave i poate fi configurat prin interfaa I2C pentru a alerta sistemul PC asupra unor condiii de maxim i minim ale temperaturii. Figura de mai sus reprezint schema electronic preluat mpreun cu programul freeware ds75v11.zip de pe pagina web menionat . Pe portul serial al PC sunt semnale conform protocolului RS232, cu nivele teoretice ntre -12 V i + 12V. Rolul interfeei realizate cu circuitul CD4081 este compatibilizarea tensiunilor cu nivelul 0V/ 5V, caracteristic protocolului I2C. 14 Funciile utile accesibile pe bara de jos ( de la stnga la dreapta) : -selectarea intervalului la care se pot face citirile -numrul de zecimale afiate dup virgul -ncepe msurarea -nregistrarea datelor in fisier cu extensia .txt -stergere nregistrri -configurarea senzorului n modul de lucru comparator ( stabilirea ferestrei de temperaturii maxime/ minime, etc) -ON / OFF comenzi ce permit deschiderea sau nchiderea magistralei (bus) I2C. -Posibilitatea reglrii unei temperaturi de offset, dac e cazul. Modul de lucru -se introduce interfaa n portul serial al PC. -se lanseaz n execuie programul ds75v11.zip -se seteaz intrarea senzorului activ din cei 8 disponibili-se alege intervalul la care se dorete efectuarea nregistrrii -se calibreaz senzorul integrat cu ajutorul unui termometru de control -se aeaz senzorul pe un corp nclzit -se lanseaz comanda de efectuare a msurtorilor , se salveaz cca 20 30 valori pe fisierul text, apoise traseaz graficul ( de ex. n EXCCEL). 15 TRADUCTOARE FOTOELECTRICE Traductoareleopticesuntfolositeninstalaiideautomatizareoridecteori informaia este prezent sub forma intensitii fluxului luminos. Ca exemple de utilizare sepotenumeralectorulopticdeband,aprindereaautomataluminii,nlocuri periculoase,lalsareantunericului,receptoaredecablucufibreoptice,numrarea obiectelor care se deplaseaz pe o band rulant, traductoare de turaie sau referin de faz pentru dispozitive aflate n micare de rotaie, etc. Traductoarelederadiaiiluminoasefolosescdreptsenzorundispozitiv semiconductor,carepoatefiocelulfotoelectric,ofotodiodsauun fototranzistor.Semnalulobinutdelaunasemeneasenzor,totdeaunaunsemnal electric, este introdus n etajul adaptor al traductorului unde, de regul, este amplificat sau transformat n oscilaii electrice. Dup modul n care este iluminat detectorul de lumin, traductoarele de radiaie luminoas pot fi de tip activ ide tip pasiv.La cele de tip activ raza delumin cade permanentpedetector,traductorulurmndsgenerezesemnaluldecontrolatunci cndrazadeluminestentrerupt.Latraductoruldetippasiv,stareadelucru obinuit estefriluminarea senzorului, urmnd cala apariia razei delumin sfie generatisemnaluldelucru.Suntsituaiinscndacelaitraductorlucreazoparte dintimpcatraductoractiv,iarapoicatraductorpasiv.Estecazuldispozitivelor automate de stingere i aprindere a luminilor la lsarea nopii sau nceputul zilei. n cazurilen caresemnalul delaieire este proporional cuiluminarea( cazul fotodiodelor),seobintraductoarecapabilesconducdirectifrdificultate procesele tehnologice n circuitul crora sunt introduse. Cndsemnaluldelaieireadetectoruluifotoelectricnuesteproporionalcu iluminarea(cazulfototranzistoarelor),atuncisefolosescschemedetipultotsau nimic.Constructiv, fototranzistorul este un tranzistor prevzut cu o fereastr de acces aluminii ila carenlocul semnalului electric aplicat de regul pe baz, sefolosete caelementdecomandlumina.Majoritateafototranzistoarelornuauprevzut terminalul de baz, ci numai terminalul corespunztor emitorului i colectorului. Printr-unfototranzistor,cubazaliberinabsenaluminiivacirculantre emitor i colector aa- numitul curent de ntuneric: CBO DI I =- factorul de amplificare al tranzistorului; - ICBOfotocurentul generat de jonciunea baz- colector pentru iluminareaE = 0 Cndfotojonciuneabaz-colectoresteiluminat,prinaceastaianatereun curent de iluminare Il , cu att mai mare cu ct iluminarea este mai mare, iar curentul de colector va deveni: 16 ) (l CBO LI I I + = CaracteristicilenplanulICUCaleunuifototranzistorsunt asemntoare cu cele ale unui tranzistor, cu deosebirea c la fototranzistor, rolul curentului de baz (polarizarea) l are iluminarea. Aplicaie practic Fototranzistorul este conectat n circutul de polarizare al tranzistorului BC107, acesta fiind montat n regim de repetor pe emiter.Cnd fototranzistorul nu este iluminat, rezistena sa intern este foarte mare, ceea ce nu permite ca tensiunea sursei de alimentare s ajung la baza tranzistorului.n aceste condiii T1 este blocat, ceea ce nsemn c prin rezistornu circul nici un curent i tensiunea de ieire este nul.La apariia luminii pe fereastra de acces a fototranzistorului, acesta devine conductor, prin el ncepe s circule curent de colector care va trece prin rezistorul din emiter. La bornele rezistorului apare o tensiune continu de ieire, care reprezint rspunsul traductorului la apariia luminii. 17 Pentru a realiza un montaj de tip pasiv, adic semnalul s dispar la apariia luminii, locul fototranzistorului va fi schimbat si schema va fi completat cu rezistorul de 33k O. n lipsa luminii rezistorul va asigura deblocarea lui T1 i deci existena unei tensiuni permanente la bornele de ieire. La apariia luminii, rezistena mic a fototranzistorului deschis face ca potenialul la baza lui T1 s fie apropiat de zero i semnalul la ieire s dispar. Varianta de mai sus este realizat ca amplificator, semnalul de ieire culegndu-se de la bornele rezistorului de sarcin. Semnalele obinute de la aceste tipuri de traductoare pot fi folosite pentru a pune n funciune, sau de a opri, funcionarea unor dispozitive de automatizare. Montajul din figura de mai jos asigur o oscilaie la bornele de ieire atunci cnd fototranzistorul este iluminat, ns acest semnal are forma unor impulsuri dreptunghiulare, avnd o frecven de repetiie dat de relaia : ] [2 * 16 , 0HzC Rf = unde R1 i C2 se exprim n ohmi, respectiv n farazi. Circuitul realizat cu T1 i T2 reprezint un circuit basculant astabil cu cuplaj pe emitor.Fototranzistorul atunci cnd este iluminat i deci este deschis, lucreaz ca rezisten ce asigur tensiunea de polarizare a bazei lui T1.Semnalul de ieire se vizualizeaz pe osciloscop. 18 Aplicaie practic Montajul anterior care acioneaz declanat de ctre un termistor poate fi transformat n ntreruptor declanat de lumin, prin nlocuirea termistorului cu o foto rezisten. Fotorezistena este un rezistor realizat dintr+un material semiconductor, a crui reuisten depinde de valoarea intensitii fluxului luminos incident. Mod de lucru ntreruptorul va declana la scderea iluminrii sub un anumit prag. -se realizeaz simularea funcionrii cu EWB. -se realizeaz pe placa de test montajul real. La acoperirea fotorezistorului se va observa declanarea releului. Utilizarea senzorilor fotoelectrici la transmiterea semnalelor Lumina poate fi modulat pentru a purta informaii de tip analogic sau digital. Astfel se pot transmite semnale analogice audio, video i semnale digitale.Un sistem de comunicaie folosind lumina conine un emitor i un receptor.Emitorul emite o raz de lumin modulat.Receptorul detecteaz raza de lumin, extrage i proceseaz informaia din lumina modulat.Comunicaiile folosind lumina pot fi realizate fr fir sau folosind o fibr optic.n comunicaiile fr fir nu exist legtur sau conexiune ntre emitor i receptor. Emitorul emite o lumin modulat ce cltorete prin spaiu i ajunge la receptor. Emitor Receptor Diod luminescent Fototranzistor 19 Comunicaiile folosind o fibr optic conecteaz emitorul cu receptorul prin intermediul acelui fir.Fibra optic acioneaz ca un ghid de und pentru lumin. Tipuri de modulaie utilizate Se utilizeaz trei tipuri importante de modulaie a luminii: modulatie de amplitudine, modulaia n impulsuri de amplitudine i modulaia n impulsuri de frecven. Modulaia de amplitudine ( AM) La modulaia de amplitudine, semnalul modulator controleaz intensitatea luminii. n figura (a) se folosete pentru modulaia n amplitudine a luminii semnal audio sinusoidal. Intensitatea luminii urmrete variaiile de tensiune a semnalului audio. ( a) ( b)( c) Modulaie n impulsuri de amplitudine Modulaia impulsurilor n amplitudine este o modulaie n amplitudine n care purttoarea, n loc s fie armonic, este format din impulsuri. Forma acestor impulsuri poate s fie oarecare, dar cel mai des folosite sunt impulsurile dreptunghiulare.Figura (b) arat forma semnalelor modulatoare si modulate. Ca semnal modulator se folosete acelai semnal audio sinusoidal, semnalul purttor este o succesiune de impulsuri luminoase. Semnalul modulat conine un ir de impulsuri dreptunghiulare , intensitatea impulsurilor luminoase urmrete variaia tensiunii semnalului audio. Modulaia de impulsuri n frecven Emitor Receptor Fibr optic 20 n cazul acestei modulaii, semnalul modulator controleaz frecvena impulsurilor de lumin emise de emitor.n figura (c) se vede semnalul audio sinusoidal utilizat pentru a modula frecvena impulsurilor de lumin. Intensitatea impulsurilor este ntotdeauna aceeai n timp ce frecvena lor urmeaz variaia tensiunii semnalului audio. Aplicaie practic : Receptor optoelectronic Fototranzistorul Q1 convertete fascicolul de lumin modulat ntr-un curent electric variabil. Acest curent este trimis prin condensatorul C1 la intrarea unui amplificator audio. Rezistorul R1 polarizeaz corespunztor colectorul fototranzistorului. Circuitul integrat IC1 amplific semnalul primit de la Q1 iar audiia se face in difuzorulalimentat prin C4. Condensatorul C3 conectat ntre pinul 1 i 6 a amplificatorului determin amplificarea total a circuitului integrat. Acest circuit va fi capabil s extrag semnalul audio (informaia) ce moduleaz n amplitudine raza de lumin ce atinge fototranzistorul, s-l amplifice i s l reproduc n difuzor. Modul de lucru : Pe placa de test se lipescurmtoarele piese , dup schema de conexiuni : R124k C147F C2100 F C3 10F C4100F Q1fototranzistor transparentIC1LM 386 Emitor optoelectronic Acest montaj electronic emite o raz de lumin modulat n amplitudine cu ajutorul semnalului audio muzical produs de un receptor de radiodifuziune, un CD player sau alt surs asemntoare. Modul de lucru Pe placa de test se lipescurmtoarele piese , dup schema de conexiuni : R110k R24,7k R3220O R41k R5100O P150 kO C14,7F Q1tranzistor npn de audio frecven 21 Semnalul audio se aplic la bornele rezistenei de sarcinR1, prin condensatorul C1 i rezistorul R2 bazei tranzistorului Q1. Rezistoarele R3, R4 i poteniometrul P1 sunt folosite pentru stabilirea unui punct de funcionare optim pentru tranzistor.Tranzistorul Q1 mplific semnalul din baz producnd un curent emiter-colector important, proporional cu semnalul audio. Trecereaacelui curent prin dioda luminescent LED creeaz raza de lumin care variaz n amplitudine urmrind variaiile sursei de semnal audio. Datorit frecvenei relativ ridicate a semnalului audio 50 Hz 8000Hz aprox., ochiul nu va sesiza variaiile de intensitate ale razei de lumin . Rezistorul R5 limiteaz curentul prin diod la o valoare admisibil. 1.Conectai sursa de semnal audio la intrarea emitorului, pe rezistorul R1. 2.Aliniai optic dioda LED cu fototranzistorul Q1 din montajul receptorului fotoelectric. Cele 2 plci se vor aeza la distan de 5- 10 cm. 3.Din acest moment trebuie s se aud zgomote n difuzor. Se regleaz poteniometrul P1 din emitor astfel nct semnalul audio s se aud clar, fr distorsiuni. 4.Prin intercalarea unui obiect opac se observ dispariia transmisiei. Deprtarea fototranzistorului de dioda luminescent determin slbirea semnalui pn la dispariie. Traductor magnetic Traductoarele magnetice pot fi folosite pentru a detecta variaiile de cmp magnetic, pentru citirea cu ajutorul unui cap magnetic a informaiei memorat digital pe un suport magnetic (de exemplu cartelele acces ), ca detectoare de poziie sau pentru determinarea turaiei sau referinei de faz pentru dispozitive aflate n micare de rotaie, pe care s-a montat un magnet permanent. n unele aplicaii magnetul permanent nu este montat pe obiectul aflat n micare de rotaie, el fiind amplasat lng elementul sensibil, variaia de cmp magnetic fiind generat de neuniformitile obiectului aflat n micare, dac acesta este realizat din material feromagnetic (de exemplu pentru determinarea turaiei unei roi dinate prin determinarea numrului de dini ce trec prin faa traductorului ntr-un interval de timp dat). n figur este prezentat schema electric a unui traductor magnetic. 22 Elementul sensibil este bobina cu miez magnetic L1. Amplificatorul operaional lucreaz ntr-o schem de comparator inversor cu histerezis, reacia pozitiv fiind asigurat de R9 care determin valoarea histerezisului pentru R7, R8, R10 i VCC date. Deoarece aceast categorie de montaje lucreaz cu valori foarte mici ale histerezisului, de ordinul mV, este ndeplinit condiia R9 >> R10 , deci n calcule se poate neglija R10. De obicei rezistenele R7 i R8 au valori egale pentru a se lucra cu praguri simetrice fa de jumtatea tensiunii de alimentare. Modul de lucru 1 Cu ajutorul unui magnet permanent se induce n L1 o tensiune electromotoare i se vizualizeaz pe osciloscop semnalul generat la ieire. 2 Se msoar tensiunile Upj i Ups pe intrarea neinversoare a lui IC1-C (ieirea comparatorului trebuie s fie "sus" pentru Upj i "jos" pentru Ups ). 23 TRADUCTOARE DE PROXIMITATE INDUCTIVE I CAPACITIVE 1.Scopul lucrrii Lucrarea are drept scop prezentarea constructiv a traductoarelor de proximitate inductive i determinarea caracteristicilor de lucru ale acestora. 2.Consideraii teoretice a) Traductoare de proximitate inductive Traductoarele de proximitate fac parte din categoria traductoarelor fr contact, proximitatea nsemnnd apropierea dintre dou elemente : unul de referin fix, iar al doilea aflat n micare. Cadomeniudeaplicabilitatesepotenumera:sesizareacapetelordecurs,sesizareaunei distanentredousuprafee,sesizareaprezeneiunuiobiectncmpuldelucru.Schemabloca unui astfel de traductor este prezentat n figura 1. Oscilatorul din cadrul traductorului ntreine un cmp electromagnetic de nalt frecven, n jurul bobinajului. Fig.1 Schema bloc a traductorului de proximitate inductive Apropiereaunuicorpmetalicdefaaactivaatraductoruluiconducelaamortizarea oscilaiilor(fig.2).Etajulelectronicdebasculareprelucreazsemnalulrezultaticomand,prin intermediulamplificatorului,sarcinadetipreleu.Alimentareablocurilorcomponenteale traductorului, se realizeaz din exterior prin bloc separat. Fig.2. Principiul de funcionare al traductorului de proximitate inductiv Cotelefuncionalenecesare pentru definirea caracteristicilor defuncionare sunt (fig.3): e - grosimeaecranuluimetalic;l-limeaecranului;L-lungimeaecranului;X,Y-poziiaecranului fa de axa de simetrie a feei sensibile; s - distana de la ecran la faa sensibil. Fig.3. Cote funcionale ale traductorului 24 Principalele caracteristici funcionale sunt : a) Zona de aciune, delimitat de curbele limit: curba de anclanare (amortizarea oscilaiilor) i curba de declanare (reluarea oscilaiilor) (fig.4); b) Distana util de detecie, care este puternic influenat de natura i dimensiunile ecranului (fig.5). c) Histereza, definit ca i distana dintre punctele de pornire i cele de oprire ale oscilaiilor, n aceleai condiii (fig.4). d) Durata impulsului de ieire, determinat n principal de viteza i dimensiunile ecranului metalic. Fig.4. Fenomenul de histerez al traductorului de proximitate inductive Fig.5. Influena ecranului asupra caracteristicilor traductorului Dinpunctdevedereconstructiv,acestetraductoareseexecutsubdiversevariante funcionale (cufaa sensibilinclus,frontalsaulateral,n corpul propriu-zis al traductorului, sau cu faa sensibil separat prin cablu flexibil de corpul traductorului) sau constructive. b) Traductoare de proximitate capacitive Reamintim relaia de calcul a capacitii unui condensator plan: dSC* =Capacitateaacestuicondensatordevinevariabilprinmodificareadistaneidintrearmturisau modificareadielectriculuidintreacestea(variaiasuprafeeinuamluat-onconsiderare).Dac acestcondensatorseidentificcuceldincircuituldemsurnseamncprinapropiereaunui elementmobil(conductorsaudielectric)defaasensibilatraductoruluicapacitateaelectricse modific. Forma unui traductor capacitiv de proximitate este prezentat n figura 6. 25 Fig.6. Traductor capacitiv de proximitate Traductorulesterealizatdintr-ocarcasecranninteriorulcreiasegseteoarmtur izolat.Fucionareadifernfunciedenaturacorpuluicontrolat.Varianteleconstructivepentru detectareamaterialelorconductiveelectricsebazeazperealizareaunuicondensatordintr-o armtur faa sensibil a traductorului a doua armtur fiind chiar corpul controlat. La detectarea materialelor dielectrice acestea modific permitivitatea relativ a condensatorului format. 3.Instalaia experimental Instalaiaexperimentalfolositpentruridicareacaracteristicilortraductoruluieste prezentat n figura 6 i este compus din urmtoarele : masa de poziionare (1) n coordonate x,y; comparatoare(2),(2')pentrucontroluldeplasrilorpedireciilex,y(ncazulncarecontroluldin uruburilemesei(1)nuestemulumitor);traductoruldeproximitate(3);aparatdemsur(4),al semnaluluiobinutdelatraductor;piesametalic(5),acreipoziiesecontroleaz;sursade tensiunestabilizat(6)pentrualimentareatraductoruluicutensiuneaUi=12V.nfunciede tranzistorul intern al traductorului (npn sau pnp), schema de alimentare n funcie de tranzistorul intern al traductorului (npn sau pnp), schema de alimentarea traductorului este urmtoarea : 4.Modul de lucru 26 4.1. Se fixeaz piesa (5), pe masa n coordonate, prin intermediul urubului (7); 4.2. Se fixeaz traductorul (3) n suportul (8); 4.3. Se regleaz poziia de zero a comparatoarelor (2), (2') pe cele dou direcii, asigurndu-se coincidena axei piesei (5) cu cea a traductorului; 4.4. Se conecteaz sursa de tensiune (6) pe treapta Ui = 12 V i un curent I = 0.2 A; 4.5. Se nregistreaz, la aparatul (4), semnalul obinut de la traductorul (3) pentru poziii diferite xi ; nregistrrile se realizeaz n ambele sensuri de micare ale piesei (5)(Tabelul 1); 4.6. Se regleaz masa n coordonate pe o poziie xi, nregistrndu-se semnalul traductorului la diferite poziii yi (Tabelul 2); 4.7. Se schimb piesa (5) cu o alta din alt material, relundu-se operaiile de la punctele anterioare [(4.3);(4.5);(4.6)]; 5.Prelucrarea datelor experimentale 5.1. Pe baza valorilor obinute la punctele (4.5) si (4.6) se ridic graficul zonei de aciune delimitat e curbele limit (curba de anclanare i cea de declanare); 5.2. Se determin, pe baza valorilor obinute la pct.(4.5) , (4.6) i (5.1), valoarea histerezei; 5.3. Se traseaz curbele de variaie ale semnalului traductorului funcie de poziia piesei; 5.4.Pe baza graficelor trasate, se emit concluzii privind funcionarea traductorului i influena materialului piesei (5) asupra acestuia. 27 Traductor ultrasonor pentru distan Principiu de funcionare se bazeaz pe generarea unor unde acustice i detectarea lor ca urmare a reflexiei lor pe un obiect.Aerul atmosferic este mediul purttor al undelor ultrasonice. Un emitor ultrasonor emite un tren de impulsuri ultrasonore. Acestea nu pot fi detectate de urechea uman.Dup emisie, pulsul ultrasonic este reflectat de ctre unobiect aflat n zona de sesizare a senzorului i trimis napoi la receptor. Prin msurarea timpului ntre impulsul emis i ecoul detectat se poate determina distana pn la obiect. Viteza sunetului este de 343 m/s la temperatura obinuit a camerei. Sunetul parcurge aceeasi distan d dus- ntors, deci vom avea relaia : 2d = vsT A ntrziereaT Antre cele dou semale este evaluat electronic.ntre anumite limite, semnalul de ieire din traductor este proporional cu distana pn la obiect. Obiectele detectate pot fi din materiale diferite.Forma, culoarea, starea solid sau lichid, pulverulent are o influen minim asupra Corp identificat prin ecolocaie ultrasonor EmitorReceptor

d d 28 deteciei.n cazul suprafeelor netede, acestea trebuie aliniate perpendicular pe raza ultrasonor. Schema bloc a senzorului ultrasonic

1. Oscilator2. Amplificator 3. Etaj de evaluare4.Adaptor de msur5. Alimentare exterioar 6. Stabilizare intern de tensiune7. Converter ultrasonic cu zon activ8. Ieire de curent 4-20 mA Caracteristici tehnice: -Tensiune de alimentare 24 V cc. -Curent de ieire 4- 20 mA -Rezisten de sarcin : < 400 Ohm -Distan msurat: 150 500 mm -Distana minim ntre senzor si un perete lateral reflectorizant : > 75 mm -1 mm -Eroarea de liniaritate : 0,2 % pe ntreg domeniu -Unghiul de apertur a conului de unde sonore: aprox. 50 Senzorul ultrasonic poate fi folosit i pentru msurarea nivelului unui lichid ( nivelmetru ultrasonic). Pentru exemplificare se prezint o curb caracteristic ,determinat n urmtoarele condiii: -Senzorul a fost folosit pentru un traductor de nivel, distana ntre fundul vasului i senzor fiind aleas de 330mm. -Micile oscilaiide la nceputul i de la sfritul dreptei sunt inerente i apar datorit construciei senzorului. 29

Modul de lucru - Se monteaz senzorul pe suportul su. - Se poziioneaz un corp metalic reflectorizant coaxial cu senzorul. - Se noteaz distana iniial. Se alimentez cu tensiune senzorul i se pune drept sarcin o rezisten mai mic de 400 Ohm ( 350 Ohm ) n serie cu un ampermetru digital.Comutatorul instrumentului digital se fixeaz pe indicaia 20 mA curent continuu. - Se alimenteaz senzorul cu tensiunea de 24V cc. respectnd codul culorilor pentru fire ( rou > +, negru > - ) . - Se ndeprteaz sau se apropie corpul reflector n cel puin 10 puncte, notnd n fiecare punct valoarea curentului afiat de ampermetru.Se ine cont s nu se depeasc valorile extreme pentru posibilitile senzorului ( 150-500 mm). - Se traseaz graficul curent deplasare folosind un program de calcul cunoscut ( EXCEL). SENZORI I TRADUCTOARE TENSOMETRICE REZISTIVE Senzorii tensometrici rezistivi reprezint senzorii rezistivi la care variaia rezistenei electrice se produce prin variaia lungimii conductorului, ca efect al alungirii sau contraciei. Dac senzorul tensometric este fixat pe o poriune dintr-o pies care se deformeaz din cauza unei solicitri, el se va deforma la fel cu piesa. 30 . Alungirea sau contracia unui senzor tensometric rezistiv. Msurnd prin metode electrice variaia de rezisten a senzorului tensometric, care este proporional ca alungirea sa, se poate determinape baza unei etalonri prealabile, deformatia n poriunea de pies studiat i n final mrimea neelectric ce a produs aceast deformaie. Dup modul de realizare i de montare a senzorului rezistiv se disting urmtoarele tipuri de traductoare: -traductoare tensometrice simple Pentru aceste traductoare, senzorul rezistiv se monteaz direct pe pies i el urmrete deformaiile piesei. Deoarece firul rezistiv are grosimea de ordinul sutimilor de milimetru, montarea acestor senzori este o operaie dificil fi de aceea ele se utilizeaz numai pentru msurarea temperaturilor pieselor ce funcioneaz la temperaturi ridicate. -Traductoare tensometrice cu suport de hrtie Penau a se elimina dificultile montrii directe a senzorului rezistiv pe pies acesta este lipit, n prealabil, cu un adeziv pe un suport de hrtie. ntruct rezistena electric a senzorului trebuie s fie destul de mare, pentru ca traductorul s aib o sensibilitate corespunztoare, lungimea total a firului este de ordinul a 10 cm. Pentru a se reduce suprafaa de aezare a traductorului, firul este dispus sub forma unui grilaj Senzorul tensometric rezistiv cu suport de hrtie: - Grilajul de fir se lipete pe suportul de hrtie sau alt material izolator, iar la capetele sale sunt lipite dou terminale de cupru, de seciune mai mare, prin intermediul crora se conecteaz traductorul n circuitul de msurare. Senzorul rezistiv al .traductorului este protejat printr-o foi subire de hrtie care se lipete pe deasupra. Pentru utilizare, suportul traductorului se lipete pe piesa de msurat cu un adeziv cu proprieti speciale. Acest tip de traductor, care este cel mai rspndit, prezint o serie de avantaje: se instaleaz relativ uor, traductoarele produse ntr-un lot sunt unifome din punct de vedere al calitii, se pot face traductoare de diverse forme i configuraii. -Traductoare tensometrice rezistive cu folie 31 Aceste traductoare rmn n principiu identice cu cele precedente deosebirea constnd n faptul c senzorul nu mal este o srm subire, ci o folie din material rezistiv de grosime ntre 2 i 20 m , aplicat pe suport i decupat prin mijloace fotochimice. Traductoare tensometrice rezistive cu folie ( variante constructive).. Traductorul cu folie are avantajul unui contact mecanic i termic mai bun cu piesa cercetat, ceea ce permite funionarea cu un curent de msurare mai mare. Totodat se pot obine dimensiuni mai mici i se simplific producia de mare serie - Traductoare tensometrice rezistive cu semiconductor Aceste tipuri de traductoare au aprut n ultimii ani datorit dezvoltrii fizicii semiconductoarelor obinndu-se traductoare la care senzorul este un semiconductor (siliciu sau germaniu). Avantajul principal , fa de tipurile de traductoare menionate este marea lor sensibilitate la deformaii (de 50...60 ori mai sensibile dect traductoarele eu srm sau folie). Din cauza procesului de fabricaie mai dificil acest tip de traductor este mai scump dect cele cu fir sau folie. n general dimensiunile traductoarelor tensometrice sunt cuprinse ntre 3 i 150 mm ca lungime; lungimile sub 20 mm sunt pentru msurare deformaiilor materialelor omogene (de exemplu oel) iar lungimile mai mari pentru materiale neomogene (de exemplu beton sau lemn). Ele au 1...60 mm ca lime. Pentru msurarea deformaiilor care au loc n lungul unei direcii cunoscute de exercitarea efortului este suficient folosirea unui singur traductor. Cnd direcia efortului nu este cunoscut dinainte se folosete o reea multipl de senzori (rozet) care permite calculul ulterior ai direciilor i valoril deformaiilor. 32 Rozetele tensometrice sunt realizate din 3-4 senzori tensometrici situai la 450 sau 600, 900, dup cum se vede n figura de mai sus. ntre variaia de rezisten a senzorului i alungirea sa specific ll A= exist relaia liniar: * kRR=Ak fiind sensibilitatea senzorului cu valoarea k=2 Pentru obinerea unei sensibiliti mrite i pentru compensarea erorii de temperatur se utilizeaz puni n regim neechilibrat cu 1,2 sau 4 senzori activi alimentate cu tensiuni continue sau alternative. Puntea n regim neechilibrat Pentru demonstrarea relaiilor privind tensiunea de dezechilibru vom considera alimentarea punii cu tensiune continu. Tensiunea de dezechilibru= AU U2 U1 este dat de relaia : ) )( (4 2 3 14 1 3 2R R R RR R R RU U+ += A TRADUCTOARE DE FOR Pentrumsurareaforelorserealizeazconvertoaredemsuraresubformdecapsule(capsule dinamometrice) care se monteaz n serie cu corpul de msurat i trebuie s suporte ntreaga for, prezentndnacelaitimpovariaiedelungimectmaimic.nfunciedesenzoriifolosii capsulele dinamometrice pot fi: rezistive, capacitive, inductive, magnetoelastice, piezoelectrice. De exemplu, capsula dinamometric pentru solicitri de compresiune realizat cu senzori tensometriciprezint un corp elastic(3) pe suprafaa cruia sunt aplicai patru senzori tensometrici, doi n direcie vertical (4), adic n direcia forei i ei vor fi comprimai, ceilali doi n direcie orizontal (5) care vor fi ntini. Dilatarea sau comprimarea la care este supus acest corp sunt convertite de senzori n variaii de rezisten R A , iar aceste variaii sunt convertite n tensiune electric prin intermediul unei puni n regim neechilibrat. n cazul alimentrii n cc. se obine schema funcional din schema bloc care evideniaz c deviaia instrumentului magnetoeleetric este proporional cu fora msurat, iar mrimile de influen ce pot afecta exactitatea msurrii sunt: modulul de elasticitate E al materialului din care este executat corpul elastic i tensiunea de alimentarea punii. Pentru a asigura preluarea forei axiale, contactul se realizeaz prin intermediul unei bile din oel de rulment (1). 33 Exist i variante constructive realizate pentru solicitri de traciune.Un domeniu de utilizare pentru aceast variant poate fi cntrirea unor maini grele, agabaritice. n acest caz, se aga corpul de crligul unei macarale iar ntre crlig i cablul de ridicare se intercaleaz o capsul dinamometric pentru solicitri la traciune. Pentru puntea cu 4 senzori tensometrici rezult relaiile : R1= R4= R-R A;R2 = R3 = R+ R A Introducnd relaiile n ecuaia de mai sus se obine tensiunea de dezechilibru :RRU UA= ARezult c puntea cu 4 senzori tensometrici rezistivi activi este liniar. Efortul unitareste proporional cu tensiunea de dezechilibruU A . U k A =4unde SUEk=4 Sensibilitatea punii este: Sp=1deci o sensibilitate de dou ori mai mare dect n cazul punii cu 2 senzori activi i de patru ori mai mare dect n cazul punii cu un senzor activ. Pentru a determina influena variaiei temperaturii la locul de msurare asupra tensiunii de dezechilibru se consider puntea cu variaiile de rezisten datorate efortului mecanic i temperaturii. Fiecare rezisten va fi afectat suplimentar i de o variaie TR A . n acest caz rezistenele ce formeaz puntea sunt exprimate prin relaiile : TR R R R R A + A = =4 1 ;TR R R R R A + A + = =3 2 Introducnd relaiile de mai sus n expresia tensiunii de dezechilibru rezult: |.|

\| AA= ARRRRU UT1 raportul RRTA