1 SENZORI I TRADUCTOARE NOTE DE CURS Pentru consultarea i aprofundarea materiei recomand consultarea BIBLIOGRAFIEI de la sfritul acestui document. Mrimi neelectrice i clasificarea traductoarelor Naturafoartediferitaamrimilordemsurat(carepotfitermice, mecanice,radiaiis.a.)aimpusunificareasemnalelorpurttoarede informaiisialegereamrimilorelectricepentruacestscop,deoarece electronicasitehnicadecalculofercelernaimariposibilitide valorificareainformaiilorprimitesubformaelectrica(precizie, sensibilitate,consummicdeputere,vitezamarederspuns,prelucrare operaionala a mai multor semnale, stocare etc). Elementelecarerealizeazconvertireauneimrimideintrareneelectrica ntr-omrimedeieiredenaturaelectrica(tensiune,curent,sarcina electrica, rezistenta) se numesc traductoare. Tipurile existente de traductoare sunt extrem de numeroase, clasificarea lor putndu-se face dup urmtoarele criterii: 1. Dup forma semnalului electric obinut, traductoarele se pot grupa n: traductoareanalogice,lacaresemnalulprodusdepindecontinuude mrimea de intrare: traductoarenumerice,lacaresemnaluldeieirevariazdiscontinuu, dup un anumit cod (operaie de codificare). 2.Dupmoduldetransformriefectuatesimoduldeinterconectare, traductoarele se mpart n: traductoare directe care realizeaz o singura transformare; traductoarecomplexecarenglobeazmaimultetipuridetraductoare directe si uneori chiar elemente de aparte. 3.Dupdomeniuldeutilizare,traductoareleavnddenumireamrimii msuratepotfi:pepresiune,dedebit,detemperatura,deumiditate,de deplasare etc. 4.Dup natura mrimii de ieire, traductoarele electrice directe se mpart: traductoarepasive,lacarecamrimedeieireesterezistenta, inductantasaucapacitateasicarenecesitaosursadeenergie auxiliara; CARACTERISTICILE SI PERFORMANELE TRADUCTOARELOR Caracteristici i performane n regimstaionar Caracteristicilefuncionalealetraductoarelorreflect(nesen)moduln care se realizeaz relaia de dependen intrare-ieire (I-E). Performaneletraductoarelorsuntindicatoricarepermitsseaprecieze 2 msurancarecaracteristicilerealecorespundcuceleidealeicecondiiisunt necesare pentru o bun concordan ntre acestea. Caracteristicileiperformanelederegimstaionarsereferlasituaian caremrimiledeintrareideieiredintraductornuvariaz,adicparametrii purttori de informaie specifici celor dou mrimisunt invariani. Caracteristica static a traductorului este reprezentat prin relaia intrare ieire (I-E): y = f(x) (1.1) n care y i x ndeplinesc cerinele unei msurri statice. Relaia(1.1)poatefiexprimatanaliticsaupoatefidatgraficprintr-o curb trasat cu perechile de valori (x , y). Caracteristicay=f(x)reddependenaI-Esubformaidealdeoarece,n realitate, n timpul funcionrii traductorului, simultan cu mrimea de msurat x, se exercit att efectele mrimilor perturbatoare externe n 3 2 1..., , , , ct iacelorinterne r 3 2 1..., , , , caredeterminmodificrinedoriteale caracteristicii statice ideale. nafaraacestorperturbaii(nedorite),asupratraductoruluiintervini mrimiledereglaj,notateprin q 3 2 1C ..., , C , C , C .Acestereglajeservescla obinereaunorcaracteristiciadecvatedomeniuluidevariaiealmrimiide msuratncondiiirealedefuncionareatraductorului.inndseamadetoate mrimile care pot condiiona funcionarea traductorului, acesta se poate reprezenta printr-o schem funcional restrns, ilustrat n figura 1.1. Reglajele q 3 2 1C ..., , C , C , Cnu provoac provoac modificri nedorite ale caracteristicii statice ideale i sunt necesare pentru: -alegerea domeniului de msurare; -prescrierea sensibilitii traductorului, -calibrarea intern i reglarea zeroului. 3 Fig. 1.1 Mrimile perturbatoare externe 1 , 2 , 3 , , n cele mai importante sunt de natura unor factori de mediu: presiunea, umiditatea, temperatura , cmpuri electricesaumagneticeetc.Acesteperturbaii(nedorite)potacionaattasupra mrimii de msurat, ct i asupra elementelor constructive ale traductorului. Mrimileperturbatoareinternesedatoreazzgomotelorgeneratede rezistoare, de semiconductoare, frecri n lagre, mbtrnirea materialelor care-i schimb proprietile, variaii ale parametrilor surselor de alimentare etc. Datorit mrimilor perturbatoare, traductorul va funciona dup o relaie de dependen (I-E) real, descris de funcia: ) ..., , , , , ..., , , , , x ( f yr 3 2 1 n 3 2 1 = ;(1.2) Este important de observat c erorile sunt generate de variaiile mrimilor perturbatoare i nu de valorile lor absolute, care dac ar rmne constante ar putea fi luate n considerare ca atare n expresia caracteristicii. Modulncaremrimileperturbatoareinflueneazieirea,admindc variaiilelorsuntmici,sepunenevidenprindezvoltareanserieTaylora funciei (2.1) cu neglijarea termenilor corespunztori derivatelor de ordin superior. Se obine:

4 rr11nn11f...f f...fxxfy + + + + + + =(1.3) Derivatele de ordinul I au semnificaia unor sensibiliti: xf - este sensibilitatea util a traductorului if i if sunt sensibiliti parazite Cuctsensibilitateautilvafimaimare,iarsensibilitileparazitevorfi maimici,cuattcaracteristicarealatraductoruluivafimaiapropiatdecea ideal (1.1) Dac sensibilitile parazite au valori ridicate se impune introducerea unor dispozitive de compensare automat. Princoncepie(proiectare)iconstrucie,traductoareleserealizeazastfel nct mrimile de influen (perturbatoare) s determine efecte minime si deci , s sepoatconsideravalabilcaracteristicstaticidealy=f(x)nlimiteleunei erori tolerate. nipoteza de liniaritate i admind c influenele mrimilor perturbatoare nudepesceroareatolerat,formauzualpentrucaracteristicastatica traductoarelor analogice este:

0 0y ) x x ( k y + = ; (1.4) n care x0 i y0 pot lua diverse valori pozitive sau negative, inclusiv zero. Caracteristicile statice liniare sunt tipice pentru traductoare, dar pot aprea, nanumitecazuriparticulare,(cerutedeunS.R.A.-sistemdereglareautomat), caracteristicineliniare.nceleceurmeazseprezintctevaexemplede caracteristici statice pentru traductoare: a)liniar unidirecional (figura 1.2), defint prin funcia: 5 0 0y ) x x ( k y + = ;x x0 k = tg (panta caracteristicii) Fig. 1.2Fig. 1.3 b) proporional liniar bidirecional (figura 1.3), definit prin funcia: x k y = ;k= tg liniar pe poriuni cu zon de insensibilitate i saturaie (figura 1.4) liniarpeporiunicuzondeinsensibilitate, saturaieihisterezis(figura1.5), Fig. 1.4Fig. 1.5 Pentrutraductoarelecuieirinumericecaracteristicastaticeste 6 cvasiliniar avnd forma din figura 1.6. Reprezentarea este pur convenional, graficul corespunznd echivalentului nsistemuldenumeraiezecimalalcoduluiredatdesemnalulYNdelaieirea traductorului, pentru diverse valori ale mrimii de intrare, considernd un interval de cuantificare x. Prinunireapunctelorcorespunztoarevalorilormediialenivelelorde cuantificareseobineodreapt(reprezentatprintr-oliniediscontinu)ce reprezint caracteristica static a traductorului numeric. Exceptnddiscontinuitiledatorateoperaieidecuantificare,aceast caracteristicseconsiderliniar.Estimareamrimiideieireatraductorului (YN) este cu att mai precis, cu ct intervalul de cuantificare x este mai mic. Fig. 1.6Fig. 1.7 7 Erorile de neliniaritate i histerezis Caracteristicilestaticesuntdeterminatedelegilefizicepe caresebazeaz funcionareaelementelorcomponentedinstructuratraductorului.Aceste caracteristici se deduc prin calcul sau experimental. Raportate la un domeniu larg de variaie a mrimii de intrare, caracteristicile statice se obin neliniare. Datorit avantajelor pe care le au caracteristicile liniare se procedeaz fie la limitareafuncionriitraductoruluipeanumitezonealecaracteristicii(unde neliniaritatea este redus), fie se liniarizeaz pe poriuni caracteristica cu ajutorul unor dispozitive special introduse n structura traductorului. Astfel, caracteristicile staticeliniareconstituieoaproximareacaracteristicilorrealeneliniare, aproximare acceptabil pentru condiiile de utilizare a traductorului. O msur a aproximrii o reprezint abaterea de la liniaritate sau eroarea de neliniaritate, ilustrat n figura 1.7. ndomeniul(xmin ,xmax),ncareneintereseazdeterminareaeroride neliniarizaresetraseazdreaptaAB(liniecontinu),careaproximeazctmai bine caracteristica real. Paralel cu AB se traseaz dreptele AB i AB care s ncadreze ntre ele, caracteristica real. Cea mai mare dintre diferenele y i y reprezint abaterea absolut de la liniaritate, notat prin ymax. Abaterea relativ de la liniaritate se definete prin relaia: [ ] % 100y yymin maxmaxr= ; unde: ymax este abaterea absolut de la liniaritate, definit prin relaia: ymax = y-y; Alt tip de eroare, care poate fi estimat pe caracteristicile statice esteeroarea de histerezis. Din figura 1.5 se observ c fenomenul de histerezis se manifest prin aceea cse obin dou nivele diferite ale semnalului de ieire (y) pentru aceeai valoare a mrimii de intrare, n raport cu sensul cresctor ( ) sau descresctor ( ) de variaie prin care acesta atinge valoarea respectiv. Eroareadehisterezisestedatdediferenadintreceledouniveleale semnalului de ieire (y). Pentru a asigura univocitatea valorii msurate, eroarea de histerezis trebuie s se ncadreze, ca i cea de neliniaritate, sub o limit admisibil. Domeniuldemsuraresesitueazpecaracteristicastaticnzonan careaceastaesteliniar.Domeniuldemsurareseexprimprinintervalul [xminxmax]ncadrulcruiatraductorulpermiteefectuareacorectamsurrii. Valorilelimitminimeattpentruintrareaxmin ,ctipentruieireayminpotfi zerosaudiferitedezero,deaceeaipolaritatesaudepolaritateopuslimitei maxime.Pentru traductoarele cu semnal unificat se ntlnesc cazuri n care ymin0 8 pentru xmin=0, precum i invers: ymin=0 cnd xmin0. Motivaiacare justificexistena acestor situaii se va explica ulterior. De regul domeniul de msurare se definete pentru intervalul n care eroarea rmne n limitele admisibile. Observaie.Latraductoarelecusemnalunificat,limitelesemnalelorde ieire ymin i ymax rmn constante indiferent de limitele xmin i xmax ale semnalelor de intrare. Sensibilitatea(S) Sensibilitateatraductoruluisedefinetenraportcumrimeadeintrare, neglijndsensibilitileparaziteintrodusedemrimileperturbatoare.Pentru variaii mici x i y sensibilitatea se definete prin raportul dintre variaia ieirii ivariaiaintrrii.ncazuluneicaracteristicistaticeliniaresensibilitateaeste reprezentat de coeficientul unghiular al dreptei. S = dy/dx y/x = k = tg (1.10) Oaltexprimareasensibilitii,ceineseamadedomeniuldemsurare, este dat de relaia:

min maxmin maxx xy yS=(1.11) Din relaia (1.11)rezult c sensibilitatea este constant pentru ntregul domeniu de msurare. n cazul unor caracteristici statice neliniare se pot defini numai valori locale ale sensibilitii sub forma: i iix xx yx xdx dy S= == ; (1.12) unde x i y sunt variaii mici n jurul punctului de coordonate (xi, yi). SensibilitateaSisenumeteisensibilitatediferenial.Dinrelaiile(1.10)i (1.11) se observc sensibilitatea esteo mrime ale crei dimensiuni depind de dimensiunile mrimilor de intrare i de ieire, iarvaloarea sa depinde de unitile de msur utilizate pentru mrimile respective. ncazurilecaracteristicilorliniare,lacarenaturamrimilorxiyeste aceeai,sensibilitatea(S)sevanumifactordeamplificare,daceste supraunitar (S > 1), iar dac S < 1 sensibilitatea se va numi factor de atenuare. Acetifactorisuntadimensionaliisuntfrecventutilizaipentru caracterizarea traductoarelor. Cnddomeniulmrimiideintrareestefoarteextins,amplificareasau atenuarea se exprim n decibeli [db] prin relaia: A=20 log (y/x); [db](1.13) 9 Uneori se utilizeaznoiunea de sensibilitate relativ exprimat prin: x / xy / ySr= (1.14) unde y/y este variaia relativ a ieirii, iar x/x este variaia relativ a intrrii. Sensibilitatearelativ(Sr)seexprimprintr-unnumradimensional,iar valoareasanudepindedesistemuldeunitiicaurmareSresteutilla compararea traductoarelor atunci cnd acestea au domenii de msurare diferite. Rezoluia Sunt traductoare care au caracteristici statice ce nu sunt perfect netede. Ca urmare,lavariaiicontinuealemrimiideintrare(x)ndomeniuldemsurare, semnaluldeieire(y)semodificprinsalturiavndvaloribineprecizate(deoarece are variaii discrete). Intervalulmaximdevariaiealmrimiideintrarenecesarpentrua determina apariia unui salt la semnalul de ieire, se numete rezoluie. Rezoluiaesteutilizat,maiales,latraductoarecusemnaledeieire numerice,acrorcaracteristicstaticestedatprintr-osuccesiunedetrepte (figura1.6).nacestcazrezoluiaestedatdeintervaluldecuantificarexal mrimii de intrare, iar pentru un domeniu de msurare fixat prin x se stabilete numrul de nivele analogice ce pot fi reprezentate de ctre semnalul de ieire. Rezoluiareprezintunindicatordeperformanincazulunor traductoareconsiderate(deobicei)analogice,cumsunttraductoarelepentru deplasriliniaresauunghiularebobinate,lacarevariaiilederezisten(saude tensiune - la montajele poteniometrice) prezint un salt la trecerea cursorului de pe o spir pe alta. Pragul de sensibilitate Cea mai mic variaie a mrimii de intrare care poate determina o variaie sesizabil(msurabil)asemnaluluideieire,senumetepragde sensibilitate. Praguldesensibilitateesteimportant,ntructcondiioneazvariaiile minime la intrare care pot fi msurate prin intermediul semnalului de ieire. Factoriicaredeterminpraguldesensibilitatesuntfluctuaiiledatorate perturbaiilor interne i externe: zgomotul n circuitele electrice, frecrile statice i jocurile n angrenaje pentru dispozitive mecanice.Calitatea traductoarelor este cu attmaibuncuctsensibilitateaSestemaimare,iarrezoluiaipragulde sensibilitate sunt mai reduse. Precizia(eroare de msurare) Scopul fundamental al oricrei msurri, acela de a determinarea i exprima numeric valoarea mrimii de msurat, poate fi realizat numai cu un anumit grad 10 de incertitudine.Orict de perfecionate ar fi metodele i aparatele utilizate i orict de atent ar fi controlat procesul de msurare, rezultatul msurrii va fi ntotdeauna diferit de valoarea realsau adevrata msurandului. Eroareademsurarereprezintdiferenadintrerezultatulmsurriii valoareareal.Esteevidentc,dinpunctdevederecalitativmsurrilesuntcu attmaibunecucterorilerespectivesuntmaimici.Problematicaerorilorde msurare este complex i pentru detalii se recomand lucrruile [1] i [4]. n cele ce urmeaz se prezint succint noiunile necesare pentru nelegerea semnificaiei precizieitraductoarelor.Cauzeleerorilordemsuraresuntmultipleisepot evidenia printr-o analiz atent a operaoiei de msurare. Acestea sunt:- Eroarea de interaciune este provocat de faptul c ES al traductorului exercit oaciuneasupravaloriireale amrimiidemsurat, astfelnctvaloareaefectiv convertit difer de cea real. Erorile de interaciune pot aprea i ntre diversele componente din structura traductorului. -Eroareademodelestedeterminatde faptulcseidealizeazcaracteristicile statice,ignorndu-seanumiifactoricarelepotinfluena.Determinarea experimentalacaracteristicilorstaticeprinutilizareaunoretaloanecuprecizie limitat, genereaz eroarea de model. -Erorideinfluencareaparatuncicndmrimileperturbatoareau variaii mari i nu pot fi compensate (prin mijloace tehnice). nraportcuproprietilelorgenerales-austabiliturmtoarelecriteriide clasificare a erorilor : a)Caracterul variaiilor i valorilor pe care le pot lua: erori sistematice; erori aleatoare; erori grosiere. Erorile sistematice se produc n acelai sens n condiii neschimbate de repetare a msurrii i au valori constante sau variabile, dup o lege determinat n raport cu sursele care le genereaz. Erorile aleatoare (ntmpltoare sau accidentale) variaz imprevizibil la repetarea msurtorii, putnd lua valori diferite att ca sens ct i ca valoare. Erorilegrosiere(inadmisibile)afecteazpreagravrezultatele msurtorii, nct rezultatele nu pot fi luaten considerare. Aceste eroriaudou cauze: funcionarea incorect a aparatelor; utilizarea unei metode incorecte de msurare. b) Modul de exprimare valoric prin care se face deosebirea ntre erorile absolute i erorile relative. Erorile absolute sunt: xi, vi pozitive (sau negative) exprimate n aceleai uniti de msur cu vi. 11 Eroarea relativ (real sau convenional) a unei msurri individuale se definete prin relaiile: ;vv vvvv ;xx vxxxi iiri iir== == (1.19) Erorile relative sunt exprimate prin numere fr dimensiune. Acestea pot estima preciziademsurare,deoarecenglobeaziinformaiacuprivirelavaloarea mrimii msurate. c) Mrimea de referin n funcie de care se deosebesc erorile reale fa de erorile convenionale. Eroareareal(auneimsurriindividuale)estenotatxiiexprim diferena dintre valoarea msurat vi i valoarea real (adevrat) x: xi = vi-x;(1.20) Eroarea convenional (a unei msuri individuale) este diferena vi = vi-v; (1.21) unde:v valoarea de referin (admis); vi valoarea msurat. Eroarea admisibil (sau tolerat) reprezint valoarea limit a erorii ce nu poate fi depit n condiii corecte de utilizare a aparatului. Cunoscnd valoarea admisibil absolut xad, intervalul n care se afl valoarea real (x) a mrimii de msurat este determinat cu probabilitatea 1, conform relaiei: x[vi - xad , vi + xad]; care poate fi exprimat i n formele: vi - xad x vi + xad ;

(1.23) sau: x = vi xad ; (1.24) ncazultraductoarelor,ngeneral,seprevddispozitivepentrucompensarea automataerorilorsuplimentare,astfelnctpreciziamsurrilorsfie determinatnumaideeroareaintrinsec,chiarlavariaiimarialefactorilorde mediu. nfinaleroareatoleratdeaparat,subformabsolut,princaresepoate exprimacorectpreciziamsurriiefectuatencondiiirealedefuncionare,este 12 dat de relaia: xtot = xb xs ; (1.25) unde:xb este eroarea tolerat intrinsec (de baz) determinat n primul rnd de clasa de precizie ; xsesteeroareatoleratsuplimentar,calculatcorespunztor intervalelor n care se afl mrimile de influen. Observaie:celemenionatecuprivirelaprecizieiindicatorii corespunztorisuntspecificetraductoareloranalogice,darinndseamade particularitileconversieianalog-numericeacestenoiunisepotextindeila traductoarele cu ieiri numerice. La traductoarele cu ieiri numerice, datorit faptului c adaptorul conine un convertor analog-numeric (CAN), apare o eroare inerent de metod, numit eroare de cuantificare, egal cu 1/2 din intervalul de cuantificare x, adic 1/2 din bitulcelmaipuinsemnificativ(LSB).Reducereaacestorerorilavalori acceptabile se face prin micorarea lui x. Erorii de cuantificare i se poate aduga eroarea de zero, ilustrat n figura 1.11-a, i/sau eroarea de domeniu prezentat n figura 1.11-b. a) Eroare de zero b) Eroare de domeniu Fig. 1.11 1.2 Caracteristici i performane n regim dinamicRegimuldinamicalunuitraductorcorespundefuncionriiacestuian situaia n care mrimea de msurat (x) i implicit semnalul de ieire (y) variaz n timp. Variaiile mrimii de intrare nu pot fi urmrite instantaneu la ieire , datorit ineriilor care pot fi de natur: mecanic , electromagnetic , termic etc. Funcionareatraductoruluinregimdinamicestedescrisdeoecuaie diferenial de tipul: 13 ( ) ( ) ===mqtqxqbnktkyka0) (0) ( unde ) q (x , ) k (ysunt derivatele n raport cu timpul de ordinul q i k ale intrrii x(t) i respectiv ieirii y(t); ka i qb sunt coeficieni (de regul invariani). Ecuaiacaracterizeazcompletregimuldinamicaltraductoruluidac suntprevzute:condiiileiniiale,valorilemrimilorx(t),y(t)ivalorile derivatelor la momentul iniial t0. Pentrucatraductorul(caelementfizic)spoatfirealizatpracticeste necesarcondiia:n>m,deciseimpuneordinulecuaieidifereniale.Pentru determinareasoluieiecuaiei(1.26)seutilizeaztehnicileuzualederezolvare a ecuaiilor difereniale liniare cu coeficieni constani. Dup rezolvarea ecuaiei difereniale (1.26) se obine soluia ecuaiei pentru condiiiiniialedateimrimeadeintrarecunoscutsubformauneianumite funcii de timp:y(t) = ytl (t) + ytf (t) + ysf (t) (1.27) Cei trei termeni ai soluiei (1.27) au semnificaiile: -ytl (t)componentatranzitorieliber,carenudepindedeintrare,dar depinde de dinamica traductorului, ct i de condiiile iniiale nenule de la ieire ; -ytf (t)componentatranzitorieforat,caredepindeattdedinamica traductorului ct i de intrare (x) ; -ysf (t)componentaforatnregimstabilizat(saupermanent),ncare, datorit neliniaritii, se regsete forma de variaie a intrrii. Traductorul ideal, din punct de vedere al comportrii dinamice, ar fi acela la care s existe numai ultima component n (1.27), fr componente tranzitorii. Analizacomportriidinamiceatraductoarelorutilizndrezolvriale ecuaiei(1.26)reprezintoperaiicomplicate(deiposibile).Dinacestmotivse utilizeazmetodemaisimplecaresasiguresuficientprecizie,daraprecieri i comparaii mai rapide referitor laperformanele dinamice ale traductoarelor. Adoptndipotezelesimplificatoare:condiiiiniialenule,intrri(x) standard(impulssautreapt)sepoateaplicatransformareadirectLaplace ecuaiei difereniale i rezult funcia de transfer a traductorului: ()()()=== =n0 iisiam0 jsjbs Xs Ys H;(1.28) Funciadetransferpermite(f.d.t.)determinarearspunsului(traductorului)n 14 form explicit pentru orice tip de variaie a intrrii (x). De asemenea, funcia de transferpermiteocorelarentreanalizateoreticaregimuluidinamici determinrile experimentale. Analiza performanelor n regim dinamic (pentru traductoare) utiliznd H(s) se poate face astfel: 1)ndomeniultimpuluiutilizndfunciaindicial(rspunsla treapt) sau funcia pondere (rspunsul la impuls); 2)ndomeniulfrecvenei,pebazarspunsuluipermanentarmonicla variaia sinusoidal a intrrii (x). Analizanregimdinamicestesimilarcuceadelacircuiteleelectronice (sau din teoria SRA) cu precizarea c valoarea benzii de stabilizare nu trebuie s depeasc valoarea de 2% din semnalul de la ieire n regim staionar (stabilizat) ys. Fig.1.12Funcia indicial a unui traductor analogic echivalentcu un element de ordinul II (oscilant - amortizat). Principalii indicatori de regim dinamic pentru traductoarele analogice sunt : a) M abaterea dinamic maxim (influenat de factorul de amortizare al traductorului); b) Suprareglarea (supracreterea) definit prin relaia: [ ] 100 % =syM(1.29) 15 c) Abaterea (eroarea) dinamic curent definit prin relaia D = y(t)-ys ;(1.30) d)Timpultranzitoriu(timpderspuns)tt.Criteriuldedelimitarea timpului tranzitoriu (tt) este stabilit prin relaia: t s Dt t pentru , B ) t ( (1.31) Msurarea turaiei i deplasrilor Marimi neelectrice si clasificarea traductoarelor Natura foarte diferita a marimilor de masurat (care pot fi termice, mecanice, radiatiis.a.)aimpusunificareasemnalelorpurtatoaredeinformatiisialegerea marimilorelectricepentruacestscop,deoareceelectronicasitehnicadecalcul oferacelemaimariposibilitatidevalorificareainformatiilorprimitesubforma electrica(precizie,sensibilitate,consummicdeputere,vitezamarederaspuns, prelucrareoperationalaamaimultorsemnale,stocareetc).Elementelecare realizeaza convertirea unei marimi de intrare neelectrica ntr-o marime de iesire de naturaelectrica(tensiune,curent,sarcinaelectrica,rezistenta)senumesc traductoare.Tipurileexistentedetraductoaresuntextremdenumeroase, clasificarea lor putndu-se face dupa urmatoarele criterii: 1. Dupa forma semnalului electric obtinut, traductoarele se pot grupa n: traductoareanalogice,lacaresemnalulprodusdepindecontinuude marimea de intrare; traductoarenumerice,lacaresemnaluldeiesirevariazadiscontinuu, dupa un anumit cod (operatie de codificare). 2.Dupamoduldetransformariefectuatesimoduldeinterconectare, traductoarele se mpart n: traductoare directe care realizeaza o singura transformare; traductoarecomplexecarenglobeazamaimultetipuridetraductoare directe si uneori chiar elemente de aparte. 3.Dupadomeniuldeutilizare,traductoareleavnddenumireamarimii masuratepotfi:pepresiune,dedebit,detemperatura,deumiditate,de deplasare etc. 4. Dupa natura marimii de iesire, traductoarele electrice directe se mpart: traductoarepasive,lacarecamarimedeiesireesterezistenta, inductantasaucapacitateasicarenecesitaosursadeenergie auxiliara; traductoaregeneratoarelacarecamarimedeiesireesteot.e.m. termoelectrica,piezoelectrica,fotoelectrica,electrochimicasaude inductie. 16 Senzori i traductoare pentru mrimi mecanice Masurarea turaiei Traductoare de vitez i turaie Noiuni fundamentale : Viteza, prin definiie, este o mrime vectorial. Dac direcia (suportul) de deplasare a corpului n micare este dat, atunci traductoarele de vitez furnizeaz un semnal care reprezint modulul vitezei i uneori sensul acesteia.Viteza liniara unui punct material n micare pe o dreapt la momentul t este dat de relaia : ] s / m [ ;dt) t ( dx) t ( v =(7.1) Pentruunintervaldetimp t,suficientdemic(astfelnctvitezaspoatfi considerat constant) viteza liniar se poate exprima prin : ;txv=(7.2) unde : x este distana parcurs pe dreapt de punctul material n intervalul de timp t , considernd micarea uniform. n cazul unui punct material n micare circular, viteza unghiular la momentult va fi : [ ] s / rad ;dt) t ( d) t (= (7.3) unde : ) t ( este poziia unghiularapunctului material la momentultfa de origine. Pentru intervalul de timpt suficient de mic, astfel nct viteza unghiular s poat fi considarat constant, aceasta se exprim prinrelaia : ;t = (7.4) - msura unghiului parcurs (" mturat ") de raza vectoaren timpul t. Observaie: De obicei, n loc de viteza unghiular se folosete mrimea denumit turaie sau vitez de rotaie, exprimat n [rot/min] sau[rot/s]. 7.1Principiiimetodeutilizaten msurarea vitezei Principiiledemsurareavitezeiderivdinrelaiile(7.2)i(7.4).Uneori principiileimetodeledemsurarepotficonsecinealeunorlegifizicecade exemplu: legea induciei electromagnetice, efectul Doppler etc.a) Msurarea vitezei (liniare sau unghiulare) prin intermediul distaneiparcurse ntr-un interval de timp dat. - Se marcheaz pe traiectoria mobilului, repere situate la o distan constant 17 i relativ mic ntre ele, notate cu xrespectiv . Considerndunintervaldetimp 0T cunoscut,suficientdemare,astfelnctmobiluls treacprindreptul maimultorrepere(i)-distanaparcursde mobiln acest timp va fi : x i x = ,(7.5) respectiv, unghiul parcurs n cazul micrii circulare va fi : = i ; (7.6)Viteza liniar a mobilului se exprim prin: i KTx ivx0 = =(7.7) unde constant,TXK0x==iar i este numrul de repere. Viteza unghiular se exprim prin : i KTi0 = =

(7.8) unde. ctTK0= = Rezult c operaia de msurare a vitezei const n determinara numrului i. nsubcapitolul7.2seprezintunexempludetraductorpentrumsurarea vitezei liniare, care utilizeaz principiul menionat mai nainte. b) Cronometrarea timpului de parcurgere a unei distane date.Considernd pe dreapta ( pe suportul) pe care se deplaseaz mobilul, dou repere fixesituateladistanaL0(cunoscut),vitezamobiluluisepoatedeterminaprin msurareaintervalului detimpt n care mobilulparcurgedistanaL0 dintre cele dourepere.Se obine :;tLv0=(7.9) Analog se detrmin viteza unghiular, considernd cele dou repere pe circumferina pe care se deplaseaz un punct material solidar cu mobilul aflat n micare de rotaie: t10 = ;(7.10) unde 0 -esteunghiul la centru determinat de cele dou repere, iar t- timpuln care mobilul parcurge arcul dintre cele dou repere. Unexempludetraductorpentrumsurareavitezeiliniare,bazatpe principiul menionat anterior, este prezentat n cele ce urmeaz. c) Legea induciei electromagnetice. Tensiuneaelectromotoareinduspeocurbnchis(C)nedeformabil, din material conductor, este egal i de semn contrar cu viteza de variaie n timp a 18 fluxului magnetic cprintr-o suprafaoarecare,Sc, care se sprijin pe curba c : ; A d Bdtddt) t ( d) t ( ecScc = =(7.11) unde:Beste inducia magnetic, iarA d- elementul de arie. n cazul unei bobine cu N spire, fluxul total prin bobin va fide N ori mai mare dect fluxul printr-o spir: cN = , (7.12) iartensiunea electromotoare indus n bobin va fi: ; dtd-N ) t( ec =(7.13) n aplicaiile industriale, micarea de translaie se obine dintr-o micare derotaie.Cunoscnd viteza unghiular , a unui disc de raz r, viteza liniar (pe direcia tangentei) la periferia discului va fi : r v = (7.14)Aceasta relaie arat proporionalitateavitezei liniare cu cea unghiular. ntruct traductoarele de turaie sunt mai uor de realizatdect traductoarele de vitezliniar,naplicaiileindustriale,celemaiutilizatesunttraductoarelede turaie. Excepie fac cazurile n care msurrile de vitez liniar sunt obligatorii (n cazul benzi transportoare, laminoare etc). Traductoare de vitezliniar Traductor de vitez liniar bazat pe msurarea distanei parcurse ntr-un interval de timp dat. Mobilul se mic solidar cu rigla gradat (R).Reperele sunt fante echidistante cu x. Rigla se afl ntre sursa de lumin (SL) i elementul sensibil fotoelectric (ES). Schemadeprincipiuatraductoruluidevitezliniarutilizeazprincipiul traductorului de deplasare incremental i este prezentat n figura 7.1 Fig. 7.1 Traductor numeric de vitez liniar ImpulsuldeduratTesteobinutdelaungeneratordetact(GT)prin intermediul generatorului monoimpuls (GMI) la comanda Start. Poarta logic P 19 (care reprezint un circuit I) este deschis pe durata T, iar impulsurile generate de elementul sensibil i formate prin circuitul formator de semnal (FS) sunt numrate de numrtorul N. n acest numrtor (pe durata T) se nscrie numrul : n=fT. (7.15) unde : f este frecvena impulsurilor date de elementul sensibil ES. Dac pe durata T mobilul parcurge distana X, atunci : ; T xXf =(7.16) Deci;xTTxn =(7.17) ntructKxT==constant,rezult:. v k n =(7.18) Decinumruldeimpulsuri(n)nscrisnnumrtorulN,estedirect proporional cu viteza liniar (v). 7.2.2. Traductor de vitez liniar bazat pe cronometrarea timpului de parcurgere a unei distane cunoscute. Se monteaz, paralel cu traiectoria mobilului(M)dou sondefotoelectrice 1SFi 2SF(formate din emitor i receptor de flux luminos) n dreptul punctelor fixe x1 i x2 situate pe traiectoria mobilului. Distanadintre punctele (fixe) x1 i x2 esteL0 . Pe mobilulM ,ce se deplaseaz ,se aplic o bandreflectorizant (BR) , figura 7.2. CndmobilulajungecuBRndreptulreperului 1x sonda 1SF dun impuls care pune bistabilul B n starea " 1" logic (iniial B se afl n starea " 0 " logic), iar cnd ajunge cu BRn dreptul reperului 2x , sonda2SF d un impuls care determin trecereabistabilului nstarea " 0 " logic. 20 Fig.7.2Schemadeprincipiuaunuitraductornumericdevitez liniar, bazat pe msurarea timpului de parcurge a unei distane cunoscute Notnd cutdurata impulsului dat de bistabil (timp ce reprezint durata n care mobilul parcurge distana L) iraportnd distana L la timpul t rezult viteza liniar : v=L/t; (7.19) Observaie: raportul tL se calculeaz cu ajutorul unei scheme utilizat la adaptorulnumericdeturaiecuinversareaperioadei,prezentatn subcapitolul 7.4. 7.3. Traductoarele de turaie Acestetraductoareconvertescturaiantr-unsemnalelectriccalibrat, utiliznd principiile de msurare menionate.O prim clasificare a traductoarelor de turaie trebuie fcut dup destinaia acestora n sistemele de reglareaturaiei.Astfel, traductoarele de turaie pot fi: a) Traductoareanalogice de turaie, cnd acestea au semnalul de ieire unificat (curent continuu sau tensiune continu) fiind utilizate n cadrul sistemelor de reglare analogic a turaiei. b) Traductoarenumerice de turaie, cnd acestea genereaz la ieire semnale numerice(ntr-unanumitcod)fiindutilizatencadrulsistemelordereglare numeric a turaiei. Oaltclasificareatraductoarelordeturaiesepoatefaceduptipul (natura) elementelor sensibile.Din acest punct de vedere, traductoarele de turaie sunt: a)Traductoare cu elemente sensibile generatoare, la care semnalul de ieire esteotensiuneelectricdependentdeturaie,obinutpebazalegiiinduciei electromagnetice. Din aceast categorie, cele mai utilizate sunt tahogeneratoarele decurentcontinuusaudecurentalternativielementesensibilecureluctan variabil. b)Traductoarecuelementesensibileparametrice,lacarevariaiaturaiei modific un parametru de circuit electric (R,L, C ), care moduleaz o tensiune sau un curent generat de o surs auxiliar.Cele mai utilizate elemente sensibile nconstruciatraductoarelordeturaiesuntcelefotoelectricesaudetipsenzori integrai de proximitate, descrii n capitolul 5. 7.3.1. Tahogeneratoare de curent continuu Acesteasuntmicromainielectrice(microgeneratoare)dec.c.care furnizeaz la borne o tensiune continu proporional cu turaia avnd nivele i puteri suficient de mari, nct pot fi folosite direct n SRA. Excitaia poate fi separat sau cu magnei permaneni (cea mai rspndit). Rotorul poate fi de tipcilindric, de tip disc sau de tip pahar. -Rotorulcilindricesterealizatdintoledeoelelectrotehnic,iarnfurareaeste plasat n crestturi nclinate n raport cu generatoarea.Constantele de timp ale tahogeneratoarelor de c.c. sunt sub 10 ms ( ms 10 TTg ).21 Pentru constante de timp mai mici se cer utilizatetahogeneratoare cu rotor disc sau pahar.-Rotoruldiscesterealizatdinfibredesticlsaurinepoxidic,pecaresunt lipite nfurrile (utilizndtehnica circuitelor imprimate) i care se rotete n faa magneilor permaneni - plasai paralel cu axa.- Rotorul pahar are nfurrile lipite pe un pahar realizat din fibre de sticl sau rin epoxidic, iar magneii permaneni sunt plasai la felca latahogeneratorul cu rotorcilindric.Prinacestesoluiiconstructiveultimeledoutipuriderotoareofer constante de timp mult mai mici. Astfel,constantelede timp mecanice se reduc sub o milisecund, iarconstantele de timp electrice sunt mai mici dect 0,05 ms.Schema de principiu unuitahogenerator de curent continuu cu magnei permaneni i rotor cilindric este datn figura 7.3. Fig.7.3- Schema constructiva unui tahogeneratorde curent continuu Fig. 7.4 Form22 a tensiunii de la ieirea tahogen23 eratorului de curent continuu Semnificaianotaiilordinfigura7.3este:MP-magneipermaneni;SM-unt magnetic; P - perii ; R - rotor ; C-colector;K-carcas;ALNICO -aliaj care asigurstabilitate n timp i cu temperatura. Magneiipermaneni(MP)suntrealizaidinaliajedetipALNICO, 24 careauobunstabilitatentimpcutemperatura.Totpentrustabilitate cu temperatura se prevd unturile magnetice de compensare (SM). Colectorul (C)arelameleledincupru,iarperiilesuntrealizatedingrafit.ncazul tensiunilormici(sub1V),corespunztoareturaiilormici,colectorulse realizeazdinaliajemetalicececoninargint,iarperiilesuntdinargint grafitat.Ansamblulcolectorperiifiindunredresormecanic,tensiunea ) t ( uedelaieireatahogeneratoruluinuestestrictcontinu,ciprezint ondulaii(figura7.4.),datoritfenomenuluidecomutaientrelamelele colectoare i perii. Aceste ondulaii devin mai mici, dac numrul lamelelor colectoareestemare.Secautosoluiedecompromisdeoarececreterea numrului de lamele duce la creterea inacceptabil a gabaritului. n acelai scop de reducere a ondulaiilor se pot folosi filtre trece joslaieireatahogeneratorului,carensconduclacretereatimpuluide rspuns(creteconstantadetimpatahogeneratorului). Tahogeneratoarele de c.causensibilitateredusdatoritlegiiinducieielectromagneticeinupotfunciona corect la turaiimici (cresc erorile deneliniaritate i de ondulaie). De regul, gama de turaii acoperit de tahogeneratoarele de curent continuu este de 50 rot/min 5000 rot/min . Observaie: Tahogeneratoarele de curent continuu pot fi utilizate i n acionrile reversibile. Funcionarea tahogeneratorului se analizeaz n dou regimuri: a) la funcionarea n gol - caracteristica static este liniar , exprimat prin relaia : ; n K ETg 0 = (7.20) unde: 0E estetensiuneelectromotoare,n-turaia[ minrot],iar gTK - sensibilitateatahogeneratorului,numiticonstantatahogeneratoruluicare depindede:numrulperechilordepoli (p);numrulcilorde curentdin rotor(2a);numruldeconductoare(N);fluxuldatdemagneiipermaneni (0 ).

60 aN pK0Tg =(7.21) Uzual sensibilitatea (gTK )are valori cuprinse ntre1 i 10.minrotmV b) la funcionarea n sarcin - tensiunea la borne este exprimat prin relaia :

p A i 0 eU I R I n K E U = (7.22) unde:I n Ki estecdereadetensiunecereprezintreaciaindusului,fiindproporionalcuturaia(n)icurentulrotoric(I);RAI-cdereadetensiunepe circuitul rotoric,iar UP - cderea de tensiune la perii. 25 Eroarearelativ(r ) de conversieaturaiei n tensiune lamersulnsarcineste dat de relaia: 1n K RR1n K R Rn K Ri ASi A Si Ar+ += + + += (7.23) Dinultimarelaieseobservcpentruareduceeroarea(r )trebuiescndeplinite condiiile SRs fiemare, AR sfie micireacia indusului ( n Ki ) s fiemic. Principalelecaracteristicitehnicofuncionalealetahogeneratoruluidec.c. sunt: a)Tensiuneaelectromotoarela1000rot/min(KE )careestedat n((((

minrot 1000Vi reflect sensibilitateatahogeneratorului; b)Rezistenaelectric(intern)laborne AR (necesarpentru dimensionarea rezistenei de sarcin);se adopt : A SR R >> c) Turaia maximmaxn . d) Curentul nominal IN (necesar pentru dimensionarea rezistenei de sarcin). e) Eroarea maximde neliniaritate definit prin relaia: [%] 100EE EmaxCC Mn|||

\| = (7.24) undeEMestetensiuneaelectromotoaremsuratladiferiteturaii(n),iar: ] V [1000nK EE C= . f) eroarea de reversibilitate la 1000 minrot, definit prin relaia:

( )[%] 100K , K minK - KEst . EdrEst. Edrrev= ; (7.25) unde EdrK i EstK reprezintvaloareaKElarotireaspredreapta, respectiv spre stnga, cu n= 1000 minrot; g)-ondulaiamaxim(pediferitedomeniideturaie)exprimatprin raportul: [%] 100UUBmaxemax R|||

\|= ;26 (7.26) unde: max RU- este valoarea maxim a tensiunii de ondulaie iar eUeste valoarea medie a tensiunii de ieire. Observaie:Tahogeneratoareledecurentcontinuuseconstruiescastfel nct B s nu depeasc 3%. 7.3.2.Tahogeneratoare de curent alternativ Acestetahogeneratoare potfidetip sincron sau asincron. Cele maiutilizate sunt tahogeneratoarele sincrone (datorit simplitii constructive) i se prezintn cele ce urmeaz. Tahogeneratoarele sincrone de curent alternativ genereaz o tensiune sinusoidal monofazatacrei,valoareefectivifrecvensuntdependentedeturaie. Constructiv,acesttahogenerator,esteformatdin:statorrealizatdintoledeoel electrotehnic pe care se afl bobine, iar rotorul este construit din magneipermaneni - ce formeaz mai multe perechi de poli (figura 7.5). Domeniulturaiilordelucruestede100 minrot5000 minrot.Funcionarealaturaiimiciestelimitatdefaptulcvitezadevariaiea fluxului magnetic nu este suficient pentru ncadrarea n limitele de eroare. Fig. 7.5. Schema constructiv a tahogeneratorului sincron de curent alternativ ndomeniuldefuncionare(precizatanterior)tensiuneaelectromotoaregenerat este sinusoidal fiind dat de relaia :

||

\|= t n602sin K W60n 2) t ( e0 w 0;(7.27) unde: n este turaia n [ rot/min ]; W - numrul de spire(pentru un pol); Kw- o constantcedepindedetipulnfurrii;0 -amplitudineafluxuluimagnetic (rotoric). Amplitudinea tensiunii din (7.27) poate fi ordinul sutelor de voli. Valoarea efectiv a tensiunii electromotoare induse este proporional cuturaiafiind exprimat prin relaia : 27 n K n K w602E0 W 0 = = (7.28) Observaie : Deoarece frecvena tensiunii) t ( e0 depinde de turaie, la funcionare pe impedan de sarcin (SZ ) finit, liniaritatea poate fi afectat ajungndu-se laeroriinadmisibile.Caurmare,nloculvaloriitensiuniiefectivesauavalorii maximeatensiuniiseutilizeaz(pentruconversiaturaiei)frecvenatensiunii) t ( e0, conform cu relaia (7.27), datderelaia : 60nf= ;(7.29) Principalele caracteristici tehnico funcionale sunt : - valoarea efectivatensiunii E0 , la 1000 rot/min. - turaia maxim; curentul nominal (la turaia maxim); - rezistena nfurrii statorice; - frecvena tensiunii electromotoare la 1000 rot/min. Adaptoarele pentru tahogeneratoarele de c.a. sunt simple, fiind formate dintr-unredresoriunfiltrudacpentrumsurareaturaieiestefolositamplitudinea tensiunii) t ( e0. Dac este folosit frecvena(f) pentru msurarea turaiei, tahogeneratorul se conecteaz la un adaptor numeric, similar cu cele prezentate n subcapitolul 7.4. 7.3.3. Traductoare de turaie cu reluctan variabil Elementulsensibillaacestetraductoareestecompusdintr-unmagnet permanent - prelungit cu un miez de fier (pe care este nfurat o bobin) aflat la micdistandeperiferiaunuidiscdinmaterialferomagneticfigura7.6.Discul poate fi danturatsau prevzut cufante echidistante. Acesta este montat pe axul a crui turaie se msoar a) Element sensibil care genereaz mai multe impulsuri la o rotaie b) Element sensibil care genereaz un singur implus la o rotaie 28 a) Forma tensiunii Ue(t) b) Forma tensiunii Ue(t) Fig. 7.6. Modaliti de realizare a elementului sensibil cu reluctan variabil iforma tensiunii Ue(t) Magnetul,miezuldefieridisculformeazuncircuitmagneticacrui reluctanvariaznfunciedepoziiadinilordisculuifademiezul magnetic.Cndundintealdisculuiseaflnprelungireamiezului, reluctanaesteminim,iarcndnprelungireamiezuluiseaflunspaiu liberaldiscului,reluctanaestemaxim.Variaiadereluctanducela variaia de flux magnetic prin bobin, ceea ce va induce o tensiune) t ( ue n bobin conform legii induciei electromagnetice:

dtd) t ( ue = ; (7.30) La o rotirea discului(cu o vitez suficient de mare nct derivata fluxului s poat crea o tensiuneelectromotoare sesizabil) se obine un numr de impulsuri egal cu numrul de dini (z) de pe circumferina discului, figura 7.6. Frecvena(f) atensiunii electromotoareindusern bobin este : Z n f = (7.31) unde : Z estenumrul de dini (fante), iar n turaia n rot/ s. Elementele sensibile cu reluctana variabil nu se pot utiliza la turaii joase ifoartejoase,deoarecenacestecazuriamplitudineaimplusurilorfiind dependentdeturaie,poatesscadsubpraguldesensibilitatealadaptorului. Creterea sensibilitii la turaii mici este posibil prin utilizarea unor discuri cu un numr mare de dini. Pentru obinerea unui semnal unificat la ieirea traductorului, proporional cu turaia, elementul sensibil trebiue conectat la un adaptor analogic. Schemablocatraductoruluianalogicdeturaie(ES+ADAPTOR)cu reluctan variabileste prezentat n figura 7.7. 29 Fig.7.7-Schemablocatraductoruluianalogicdeturaiecureluctan variabil Semnificaianotaiiloreste:ES-elementsensibil;A+R-amplificator+ redresor;F.S.-formatordesemnal;Mmonostabil;DM-dispozitivde mediere; EE - etaj de ieire. Funcionarea traductorului se explic cu ajutorul diagramei de semnale dat nfigura7.8.SemnalulUES,avndperioadaT,furnizatdeelementul sensibil(ES)esteamplificatiredresatmonoalternandectreblocul amplifcatorredresor(A+R).DupceesteformatdectrebloculFS, semnalulpurttordeinformaiereferitorlaturaieesteaplicat monostabilului M care genereaz impulsuri dreptunghiulare de amplitudine constant(U0)iduratfixat(0t ),avndaceeaiperioadT.Tensiunea UMdelaieireamonostabiluluiestemediatprindispozitivuldemediere DMpeoduratT T0>> ,rezultndotensiunecontinuUDM proporional cu turaia:

n K60nt UT1U tU tT iidt ) t ( UT i1dt ) t ( UT1U0 0 0 0T i00 0 MT0M0DM0 = == = = (7.32) n condiia:T ) 1 i ( T T i0 + < , unde i este numrul de impulsuri. 30 Fig. 7.8 Diagrama de semnale pentru traductorul analogic de turaie cu reluctan variabil Etajul de ieire (EE) furnizeaz un semnal unificat de tensiune (UE) saude curent(IE)proporionalcuturaia(n).Acesttraductorpoatefiutilizatla msurarea turaiilor ntr-un domeniu larg (100 rot/min300.000 rot/min).Observaie: Elementul sensibil cu reluctanvariabil poate fi conectat la un adaptor numeric, crescnd astfel precizia i timpul de rspuns. 7.3.4. Traductoare de turaie cu elemente fotoelectrice Acestetraductoareutilizeazelementesensibiledetipfotoelectriccaredetecteazvariaiile unui flux luminos, dependente de viteza de rotaie, folosind n acest scop un dispozitiv modulator acionat de axul a crui turaie se msoar (figura 7.9). Dup modul n care se obin variaiile fluxului luminos, dispozitivele modulatoare sunt de dou tipuri: a cu ntreruperea fluxului luminos b cu reflexia fluxului luminos. ncazulntreruperiifluxuluiluminos,elementulsensibilestede forma celui din figura 7.9-a fiind alctuit dintr-o surs de radiaii luminoase (SL)nspectrulvizibilsauinfrarouiunelementfotoelectric(EF),ntre care se afl un disc opac (D) prevzut cu orificii (fante) echidistante aezate peuncercconcentricdiscului.UneoridisculDestetransparentifantele sunt opace. Elementulfotoelectric(fotodiodsaufototranzistor)isursade radiaii luminoase (SL) sunt aliniate pe o dreapt paralel cu axul discului i careintersecteazcerculcuorificiidepedisc.Cndunorificiusegsete pedreaptaceuneteSLcuEF,radiaialuminoasproducedeblocarea elementuluifotoelectric,iarcndntreEFiSLsegseteparteaopaca discului, elementul fotoelectric este blocat. AttSL ct i EF sunt prevzute cu lentile de focalizare (L1 i L2). Cnd discul se rotete, orificiile sale trec succesivprincaleadelumindintreSLiEF,obinndu-seimpulsuri luminoase,care,ajungndpeEF,suntconvertitecuajutorulunorcircuite electronice,nimpulsuridreptunghiularedetensiunecompatibile (compatibileTTL).Frecvenaacestorimpulsuriesteegalcuvitezade rotaieadiscului(nrot/s)multiplicatcunumruldeorificiidepedisc. Rezult o relaie de dependen de tipul (7.31), n care z reprezint numrul de orificii: f=n.z. 31 a) - Element sensibil fotoelectric cu ntreruperea fluxului luminos b)- Element sensibil fotoelectric cu reflexia fluxului luminos Fig. 7.9 Principii de funcionare ale elementelor sensibile fotoelectrice Observatii: -Constructiv, sursa SL, lentilele L1 i L2 ct i elementul fotoelectric (FF) sunt ncapsulate ntr-o sond sau cap de citire. -Cretereasensibilitiielementuluisensibilpresupuneutilizarea unui fototranzistor ca element fotoelectric (EF). -Pentrueliminareaerorilordemsurare,cauzate deluminanatural seutilizeazoptocuploarecu funcionarendomeniulinfrarou.Astfel,SL este nlocuit de un LED cu emisie n infrarou, iar EF este un fototranzistor pentru domeniul de infrarou. nfigura7.10-aesteprezentatschemacircuituluideformarea impulsurilor pentru un element sensibil cu fotodiod, iar n figura 7.10-b se prezint forma tensiunii de ieire, furnizat de circuitul de formare. Valorile UH(nivelnalt)iUL(nivelsczut)corespundnivelelordetensiuni specifice circuitelor integrate TTL. Variantarealizriielementuluisensibilfotoelectricprinreflexia fluxuluiluminosesteprezentatnfigura7.9-b.nacestcazturaiaunui disc sau a unei piese aflate n micare de rotaie este convertit ntr-un tren de impulsuri fr a necesita un disc auxiliar montat pe ax. Pe axul sau piesa careserotetesemarcheazunreper(saumaimulterepereechidistante) sub forma unui dreptunghi, cu vopsea reflectorizant sau se lipete o band reflectorizant (figura 7.9-b). Reperelereflectorizantetrebuiesalternezecuzonennegritecare absorbradiaialuminoas.SursaSLielementulfotoelectricEFsedispun naafelnct,radiaialuminoasemisdeSLireflectatdereperul reflectorizantscadpeEF,caredevenindactivsemitunimpulsde tensiune. Formatorul de impulsuri poate fi de acelai tip cu cel prezentat n figura 7.10-a, iar frecvena impulsurilor este dat de aceeai relaie (7.31), n care z reprezint numrul derepere reflectorizante de pe ax sau de pe piesa n micare de rotaie. 32 Fig. 7.10a) circuit electronic de formare a impulsurilor; b) forma tensiunii deieire Domeniuldeutilizarealelementelorsensibilefotoelectriceestecuprins ntre1rot/m ini107rot/min,dacdisculsau axulnrotaie esteprevzut cuunsingurreper,darlimitasuperioarpoatefimicoratlaturaiimai mici, folosind mai multe repere pe disc (sau ax). Traductoareledeturaiecuelementefotoelectricesuntfoarterspndite datoriturmtoareloravantaje:gamlargdeturaii(inclusivturaiifoarte joase); construcie simpl; ncrcare a axului cu un cuplu neglijabil sau nul (ncazulEScureflexie)ilipsauzuriimecanice.Dezavantajuleseniall reprezintapariiaerorilordemsurarenmediicupraf,fumsaulumini exterioare puternice. Schemeleadaptoarelornumericepentruelementesensibiledetip fotoelectric sunt date n 7.4 Elementelesensibilemagneticpentru traductoarele de turaie Frecventutilizatcaelementsensibilmagneticnconstrucia traductoarelor de turaie este senzorul magnetic comutator, integrat, bazat pe efectul Hall, care a fost prezentat n cap.5 (seriile SM 230 i SM 240). n figura7.12-as-aprezentatundetectordeturaiecusenzormagnetic comutator (SMC) cu ecranarea cmpului magnetic, iar n figura 7.12-b este prezentatdetectoruldeturaiecusenzormagneticcomutatorce funcioneaz prin concentrarea cmpului magnetic. a) Detector de turaie cu senzor magnetic comutator prin ecranarea cmpului magnetic b) Detector de turaie cu senzor magnetic comutator prin concentrarea cmpului 33 magnetic Fig. 7.11 Principii de realizarea a detectorului de turaie cu senzor magnetic

Seobservcnfigura7.11-a,ecranareacmpuluimagneticse obineaezndsenzorul(SMC)imagnetulMdeoparteidealtaa discului feromagnetic D, fixat pe axul a crui turaie se determin. Discul D este prevzut cu o decupare mai mare dect suprafaa activ a senzorului, iar SMCimagnetulMsuntsituaipeoaxcomunparalelcuaxulA. Distana dintre SMC i M se alege astfel nct atunci cnd centrul decuprii se afl pe axa comun a celor dou elemente (SMC i M) s fie atins pragul dedeschidere(activare)asenzorului,iarcndsenzorulesteecranatde discul D, senzorul s se blocheze. Pentruoecranaresauconcentraresiguracmpuluimagnetic, grosimea discului trebuie s fie mai mare de 1 mm. ncazuldetectoruluidinfigura7.11-b,peaxulAacruituraiese msoar,estefixattamburulTdinmaterialferomagneticacruigrosime trebuiesasigureprindecupareofantcusuprafaamaimaredect suprafaaactivasenzoruluimagneticcomutator(SMC).Funcionarea acestuidetectorsebazeazpeconcentrarealiniilorcmpuluimagneticde ctretamburulT,atuncicndsenzorulesteplasatntr-uncmpmagnetic insificient de intens pentru a realiza comutarea (deschiderea) lui. Astfel,cndtamburulTseaflndreptulsenzoruluisedepete pragulmagneticdedeschidere asenzorului,iarcnddecupareatamburului estendreptulsenzoruluiarelocblocareaacestuia,datoritdispersiei liniilor de cmp magnetic. Fig. 7.12- Forma tensiunii de ieire pentru detectorul de turaie cu senzor magnetic comutator: a) prin ecranarea cmpului (fig. 7.11 - a); b) prin concentrarea cmpului (fig.7.11-b) NotndcuUetensiuneadeieireaSMCimenionndcpentru senzordeschisUeestedenivellogic0,iarpentrusenzornchisUe este de nivel logic 1, formele de variaie a tensiunii Ue pentru detectoarele de turaie din figura 7.11-a i b sunt prezentate n figura 7.12 (a i b). Moduldeconectareasenzoruluimagneticcuadaptoruleste prezentat n figura 7.13, unde Rp este rezistena de polarizare a colectorului tranzistorului din etajul de ieire al senzorului integrat. Fig. 7.13 - Conectarea senzorului magnetic comutator (detector de turaie) cu adaptorul 34 Domeniuldeturaiincarepoatefiutilizatsenzorulmagnetic comutator este larg: 1 107 rot/min. Un avantaj importantl constituie structuraintegrat, miniaturizat a SMC. Dezavantaje:Necesitateaatariiunuidiscferomagneticpeaxul aflat n micare de rotaie. Senzorul magnetic comutator, ca oricare detector deturaiecufuncionarenimpulsuri,poatefiintrodusntr-oschemde traductor analogic pentru turaie, ca cea din figura 7.7. Masurarea deplasarii liniare sauunghiulare Traductoarele electrice utilizate pentrumasurareadeplasariiliniarepermit masurarea deplasarii ntr-un intervalcuprins de la ctiva microni pnala deplasari de ordinul metrilor, iar cele pentru deplasari unghiulare ntr-un interval de la cteva secunde la 360. Pentruconversiadeplasariintr-omarimeelectricatraductoarelede deplasare pot cuprinde senzori rezistivi, capacitivi, inductivi, optici sau digitali. 8.3.1. Utilizarea senzorilor rezistivi Traductoarele rezistive de deplasare sunt constituite dintr-un senzor potentiometric acaruirezistentasemodificadatoritaunuicursorcesedeplaseazasubactiunea marimii de masurat, deplasarea putnd fi liniara sau circulara. Prindeplasareacursoruluiarelocomodificarealungimiildinsenzor,careeste inclusa n circuitul de masurare, ceea ce conduce la relatia: R= f ( x)(8.4) unde: R este rezistenta senzorului; x marimea neelectrica ce produce deplasarea cursorului. Traductoarele potentiometrice se realizeaza sub forma liniara (figura 3, a) sau circulara (figura 3, b). Caracteristica de conversie a traductorului potentiometric liniar este data de relatia: ttllR R =n care: Rt este rezistenta totala a senzorului; R rezistenta ntre cursor si un capat;ltlungimeatotala;llungimeacorespunzatoaredeplasarii cursorului, a=l/lt deplasarea relativa. 35 Fig. 3. Traductoare potentiometrice: a) traductor potentiometric liniar; b) traductor potentiometric circular; c) schema electrica; d) caracteristica de conversie; e) variatia discontinua a senzorului bobinat.Pentru traductorul potentiometric circular se poate scrie n mod similar: ttR R = testeunghiulderotatieacursorului; -unghiulderotatiea cursorului fata de un capat; a = t - rotirea relativa. Pentruambeletipuridetraductoarepotentiometricecaracteristicade conversie este liniara (figura 3, d). Deoarece senzorul potentiometric se executa prin bobinarea unui fir rezistivpeunsuportizolantrezultacavariatiarezistenteinuseproducen modcontinuucintreptecarecorespundcursoruluidepeospirapealta (figura3,e).RezultacavaloarearezistenteiResteafectatadeoeroarede discontinuitate si deci: 2nRaR Rtt =unde n reprezinta numarul total de spire. Eroarea de discontinuitate este: e) 36

2nRRtd =iar eroarea relativa de discontinuitate este:

n 2a1RRdd = = Rezistenta totala a traductorului este de 10-100.000 iar eroarearelativadeneliniaritateestecuprinsantre0,025%si0,5%. Reactanta inductiva si capacitiva a traductoarelor potentiometrice este foarte mica putnd fi neglijata pna la frecvente de ordinul zecilor de kHz. Traductoarelepotentiometriceseutilizeazapentrumasurareadeplasarilor liniarepentrulungimipnala50cmsaupentrudeplasariunghiulare. Deasemenisenzoriipotentiometricipotfintlnitinstructuratraductoarelor complexe pentru masurarea nivelelor, presiunilor, fortelor etc. Traductoarele potentiometrice pot fi conectate n orice circuit de masurare a rezistentelor electrice. De exemplu n figura 4 se utilizeaz o surs de curent continuu U0. n acest caz tensiunea de ieire este:

tORRU U =Daca se masoara aceasta tensiune cu un voltmetru de rezistenta interna Rv el va indica o tensiune:VRR)tR(RtRROUVU+=si schema de masurare introduce o abatere de la liniaritate care se reduce daca Rv >>Rt. Fig. 4. Alimentare n curent continuu. Utilizarea senzorilor capacitivi Traductoarelecapacitiveutilizatepentrumasurareaelectricaadeplasarii liniaresauunghiularesebazeazapemodificareaarieidesuprapunerea 37 electrozilor. Traductoarelecapacitivededeplasareunghiularasuntconstruitedindoi senzori capacitivi cu un electrod comun. Cei trei electrozi sunt formati din placideformadreptunghiularaculaturiledeordinula20-30mmsi grosime de 1-2 mm (figura 5). Electrozii inferiori sunt ficsi si sunt separati cu o mica distanta (1 mm). U0Traductor capacitiv de deplasare liniara. Electrodul superior este electrodul comun si sub actiunea marimii de masurat sepoatedeplasaparalelcuelectroziificsipastrndodistantaconstanta (d=1mm). Prin aceasta se modifica aria comuna dintre electrozii cu:A = a x . Ceidoielectrozificsisuntalimentatiprinintermediulunuitransformatorcu priza mediana. Cnd electrodul mobil este situat simetric n raport cu cei doi electrozi ficsi tensiunea rezultanta U este nula si capacitatile celor doi senzori sunt egale C1=C2=C. Pentru o deplasare Dx a electrodului superior cele doua capacitati devin: C1=C +CsiC2=C- C Traductoarelecapacitiveseutilizeazapentrumasurareadeplasarilorliniare pentru lungimi pna la 20mm (egale cu lungimea electrozilor). Utilizarea senzorilor inductivi Senzorii inductivi utilizati pentru realizarea traductoarelor de deplasare potfi clasificate n: senzori inductivi la care este influentata o singura inductivitate; senzori inductivi la care sunt influentate doua inductivitati; senzori inductivi la care sunt influentate inductivitati mutuale. 38 Senzoriinductivilacareesteinfluentataosingurainductivitate. Formele cele mai raspndite de astfel de traductoare de deplasare au senzorul construitdintr-osingurabobinaacareiinductivitateestemodificataprin deplasarea unui miez sau a unei armaturi. Deexemplu,pentrumasurareadeplasarilorseutilizeazatraductorulinductiv cu o singura inductivitate si miez mobil. Traductorul inductiv cu miez mobil este format dintr-o bobina cilindrica lunga,fixa, n interiorul careia se poate deplasa axial un miez mobil din material feromagnetic, de aceeasi lungime cu bobina,solitarcupiesaacareideplasaresemasoar.Inductivitateabobinei variaz n functie de poziia miezului ntre valorile L0 si Lmax corespunzatoare miezului scos din bobina, respectiv complet introdus n bobin. DependenainductivittiiLabobineinfunciededeplasareaxamiezului feromagneticfaadepoziiadeinductivitatemaximsepoateexprimaprin relaia: OLlxk)eOLmax(L L + =CaracteristicadeconversieL=f(x)exprimatadeecuaieireprezentat grafic n figura b este neliniar. Caracteristica de conversie se poate liniariza peunintervallarg,realizndu-seodistributieneuniformaaspirelorpe lungimea bobinei. Traductorul este robust, simplu si se utilizeaza la msurarea deplasrilor medii imaripentruintervaledela0-100mmpnala0-2000m.39 Din punct de vedere constructiv, aceste traductoare snt prevzute cu elemente sensibile de dou tipuri : cu modificarea inductanelor proprii sau mutuale prin deplasarea unui miez mobil i cu modificarea ntrefierului.Elemente sensibile inductive eu miez mobil. n varianta de baz (fig.7.1)-elementul sensibil este constituit dintr-o bobin B de lungime /, n interioiul creia se deplaseaz un miez feromagnetic M, sub aciunea mrimii de msurat x ; aceast deplasare provoac o variaie a inductanei proprii a bobinei L, de forma celei din figura 7.2. Se constat c se obine o caracteristic static pronunat neliniar, datorit cmpului magnetic neomogen creat n bobin. In plus, apar fore Fig.7.1. Element sensibil inductiv cu miez mobil. Fig. 7.2. Variaia inductanei la un element sensibil inductiv. Fig.7.3Elementsensibilinductiv in variant 40 diferenial. Fig. 7.4. Caracteristic static la ele-mentul sensibil inductiv diferenial. parazite de atracie ce influeneaz asupra miezului n deplasare, care pot fi eliminate n varianta diferenial (fig. 7.3). la care se utilizeaz dou bobine, n interiorul crora se deplaseaz miezul mobil (la poziia 0 de referin miezul fiind introdus n mod egal n cele dou bobine). Varianta diferenial permite ameliorri i n ce privete sensibilitatea, iar caracteristica static este mult mai liniar (fig.7.4). Principiul de funcionare se bazeaz pe modificarea reluctanelor circui-telor de nchidere a fluxurilor i respectiv pe modificarea inductanelor proprii ale celor dou bobine : (7.1) aproximarea datorndu-se faptului c reluctana variaz neliniar cu x. Dac cele dou bobine sunt alimentate de la o surs de tensiune sinusoidal, relaiile (7.1) permit s se exprime variaiile impedanelor Z1 i Z2. In concluzie, deplasarea miezului mobil fa de poziia de echilibru are ca efect final apariia unei diferenede impedane: Punerea n eviden a variaieiZ se poate face prin conectarea bobinelor n braele adiacente ale unei puni de impedane (fig. 7.5) alimentat n ca. de la o surs avnd tensiunea efectiv Ua i pulsaia cunoscute i constante. Celelalte dou brae sunt constituite din dou rezistene, de asemenea de valoare fixat(7.2) 41 Fig. 7.5. Adaptorpentrutraductor inductiv diferenial. TRADUCTOARE DE PROXIMITATE n general (n sens larg) proximitatea exprim gradul de apropiere dintre dou obiecte, dintre care unul reprezint sistemul de referin. Se poate realiza controlul poziiei unui obiect care se deplaseaz, fr contact ntre acesta i referin. n categoria msurrilor de proximitate intr : -sesizarea capetelor de curs ; -sesizarea interstiiului dintre suprafee ; -sesizarea prezenei unui obiect n cmpul de lucru etc.Traductoareledeproximitateauderegulocaracteristicdetipreleu, mrimeadeieireavndvariaiidiscrete("totsaunimic")discernentredou valori care reprezint (convenional) prezena sau absena corpului controlat. Aceastparticularitateconducelarealizareacompactatraductorului, elementulsensibiliadaptorul(ES+AD)fiindplasatenaceeaiunitate constructiv. Traductoare inductive de proximitateSchemadeprincipiuaacestuitraductorestedatnfigura1.Detectorulare rolul de a converti informaia asupra poziiei unui obiect metalic (n raport cu faa sensibil)nsemnalelectric.Bloculadaptorprelucreazsemnalulelectricdela ieirea detectorului i comand un etaj final cu ieire pe sarcin de tip releu. Blocul de alimentare furnizeaz tensiunea necesar circuitelor electronice. Fig. 1 - Schema bloc a traductorului inductiv de proximitate. Oscilatoruldinblocul-detectorntreine,princmpulmagneticalternativ,oscilaiile n jurul bobinei ce formeaz (mpreun cu miezul de ferit) faa sensibil a detectorului. Cndunobiectmetalic(cuproprietiferomagnetice)intrncmpul magnetic al detectorului, n masa metalului apar cureni Foucault care genereaz, la rndul lor, un cmp magnetic de sens opus cmpului principal pe care l atenueaz 42 puternic i ca urmare blocheaz oscilaiile. Caracteristiciledefuncionare aletraductoruluipotfi apreciaten funcie de valorilecotelorutile,notatenfigura2prin:egrosimeaecranuluimetalic (grosimeaobiectuluidetectat);-limeaecranului;Llungimeaecranului;x distanadelamargineaecranuluilacentruluifeeisensibile;yacoperireafeei sensibiledectreecranulmetalic;zdistanadelaecranlafaasensibil;zN distana nominal de detecie (sesizare). Fig.2 - Dimensiunile de gabarit ale traductorului inductiv de proximitate. Principalele caracteristici funcionale: a)Zonadeaciune,[2]delimitatdevalorile[340]mm,estecuprins ntrecurbadeanclanare(oprireaoscilaiilor)icurbadedeclanare(pornirea oscilaiilor); b)Distanautildedetecie uZ ,influenatputernicdenaturai dimensiunileobiectului(ecranului),ctidevariaiatemperaturii,atensiuniide alimentare i de dispersiile cmpului magnetic (din fabricaie). c) Fidelitatea reprezint tolerana preciziei de reperare a punctelor de oprire ipornireaoscilaiilor,cndsemeninconstaniurmtoriiparametri:distana, sensul i viteza de deplasare, temperatura i tensiunea de alimentare. d)Histerezisulreprezintcursa(distana)dintrepuncteledeoprireide pornire a oscilaiilor n aceleai condiii (figura 3). e)Durataimpulsuluideieire,determinatdevitezadeplasriiecranului (obiectului) i dimensiunile acestuia. Constructiv traductoarele inductive de proximitate se realizeaz n dou variante: 1)cu faa sensibil inclus frontal sau lateral n corpul propriu-zis al traductorului ; 2)cufaasensibilseparatilegatprincabluflexibildecorpul traductorului. 43 Fig.3Histerezisulunuitraductorde proximitate Fig. 4 Traductor magnetic de proximitate Traductoare magnetice de proximitate Acestetraductoareauoconstruciesimplisuntformatedintr-uncontact ntreruptor (releu de tip Reed) plasat pe un bra al unei carcase sub form de " U " iunmagnetpermanent fixatpe cellaltbra.Trecereaunuiobiectmetalicprintre braeledetectorului(carcasei)modificliniiledeforalemagnetului(le ecraneaz)icaurmarecontactulreleuluiischimbstareafigura4.Exist variante constructive la care obiectele magnetice pot aciona direct asupra releului. Observaie:Cndvitezadedeplasareamagnetuluimobildepete10[m/s]- distananominaldeacionaresereducecuuncoeficient(0,7...0,9)nfunciede viteza de lucru. Elemente sensibile capacitive pentru traductoare de proximitate ncazultraductoarelorcapacitivedeproximitateelementulsensibileste formatdintr-un condensator care face parte dintr-uncircuit oscilant. Prezena unui material conductor sau dielectric cu permitivitatea r >1, la o distan uz n raport cufaasensibiladetectorului,modificcapacitateadecuplajiamorseaz oscilaiile, figura 5. Funcionarea este diferitn raport cu natura obiectului controlat. a)Ladeteciamaterialelorconductoare,obiectulacruipoziieestecontrolat formeazcufaasensibiluncondensatoracruicapacitatecreteodatcu micorarea distaneix dintre obiect i faa sensibil. b)Ladeteciamaterialelorizolante,faasensibilesteuncondensatoracrui capacitatecrete,cuattmaimult,cuctpremitivitateadielectric(r )a obiectului controlat este mai mare. Principalele surse de erori le reprezint variaiile de temperatur. Observaie:Pentruevitareaperturbaiilor,ncazuldetectriiobiectelor metalice, acestea se leag la pmnt. 44 Fig. 5 Element sensibil capacitiv pentru traducoare de proximitate Elemente sensibilefotoelectrice pentru traductoare de proximitate Funcionareaacestorasebazeazpemodificareafluxuluideradiaiicarese stabiletentreosurs(emitor)iunreceptor,datoritprezeneiobiectului controlat. Se disting dou variante constructive : a) Element sensibil de tip barier, la care emitorul i receptorul sunt de o parte i de alta a obiectului controlat, figura 5.6. Fig. 6 Element sensibil de tip barier b)Elementsensibildetipreflectorlacarefascicululderadiaiiemisde sursa (E) este transmis spre receptor, situat de aceeai parte cu emitorul, n raport cu obiectul controlat, prin intermediul unui paravan reflectorizant (reflector). Prezenaobiectuluicontrolatmodificintensitateafluxuluiluminosreceptat dup reflexie. Dacobiectul controlatareproprietireflectorizante,atuncielpoate jucai rolul de paravan reflectorizant, (figura 7). Sursele emitoare (E) pot fi realizate cu diode electroluminiscente (LED) cu fasciculvizibilsauinfrarou(celmaiutilizat)dariculmpispecialecareau lentildefocalizare.Receptoarele(R)utilizeazfotodiodesaufototranzistoaren domeniulvizibilsauinfrarou,darpotutilizaicelulefotovoltaicendomeniul vizibil.Variaiadesemnalelectricfurnizatdeelementulsensibil,datorit modificriipoziieiobiectuluidetectatesteprelucratdeadaptorultraductorului (careconineunformatordeimpulsuriiunamplificator)apoitransmis 45 elementului de ieire de tip releu sau contactor static (tiristor sau triac). Fig. 7 Element sensibil fotoelectric de tip reflector. Observaie:Seevit mediileumedecarepotaburilentilelectiobiectele strlucitoare(oglinzi)dinapropiereazoneidelucrutraductoruluispreaevita erorile n funcionarea acestor traductoare. Traductoare integrate de proximitate. Traductoareledeproximitaterealizatecucircuiteintegratereprezinto tendinactualideviitor,datoritavantajelorpecareleofer:gabaritredus, performane ridicate, pre de cost mai mic i fiabilitate mare. Noiunea de traductor integratestejustificatnumaidacsemnaluldelaieireaacestuiaesteunsemnal unificat,naccepiuneadefiniieidinautomatizrileindustriale.Cndaceast condiienuestendeplinitsepoateutilizadenumireadesenzorintegrat.Pentrufamiliarizarea cu schemele bloc obinuite se vor prezenta dou exemple de senzori integraideproximitaterealizainRomnia(lafostantreprinderedestatIPRS Bneasa ,actualmente desfiinat). Senzorul inductiv integrat de proximitate AcestaesterealizatcucircuitulintegratTCA-105Nacruischemde principiu (bloc) este dat n figura 13. Acestaeste capsulat ntr-ocarcastip MP 48 - cu 8 terminale. 46 Fig. 14 Schema bloc a senzorului integrat TCA 105 N Bornele2,3i4reprezintbaza,emitorul,respectivcolectorulunui tranzistorcarepremiterealizareaunuioscilatorcelucreazpefrecvenade 1...5MHz, dac n exterior se monteaz un circuit adecvat de tip L, C. Schema mai conineunstabilizatordetensiunecarealimenteazoscilatorulOSC,blocul comparator cu histerezis, ct i etajul de amplificare (ieire). EtajuldeieireoferdoutensiuninantifazcompatibileTTL(detip tranzistor avnd colectorul n gol). n funcie de amplitudinea oscilaiilor, unul din tranzistoare este saturat, iar cellalt blocat. Schema tipic de cuplare a senzorului TCA 105-N la circuitul oscilant L, C i la o rezisten de sarcina (SR )este dat n figura 14. n funcionarea senzorului, din aceast figur, se disting dou situaii: a)Cndseaproprieunobiectferomagneticdebobinaoscilatorului (simbolizatcuL),ocilaiileseamortizeaz,iarrezistenadesarcin (SR ) este conectat la mas. b)Dupndeprtareaobiectuluiferomagnetic, circuituldeintrarencepes oscileze din nou, iar ieirea decupleaz sarcina SRn gol. Fig. 14 - Conectarea senzoruluiTCA 105 N la circuitul LC Fig. 15 Senzorul de proximitate cu fant. CaracteristicileprincipalealecircuituluiintegratTCA105-N,conform datelor de catalog, sunt date prin urmtoarele valori limit : -Tensiunea de alimentare = +20V ; curent absorbit la ieire = 75mA ; curent de alimentare = 5mA ; frecvena maxim la oscilator = 5MHz. Schema senzorului inductiv de proximitate cu fant (realizat cu TCA 105-N) esteprezentatnfigura15.Circuituldeintrareareconfiguraiedeoscilator. OscilaiilesuntntreinutedecuplajulinductivdintreceledoubobineL1iL2 47 plasatepemiezurideferitipoziionateastfelnctbobinele(avndaxade simetrie comun) s aib ntre ele o distan(fant) de 37 [mm]. n funcionarea senzorului se disting dou situaii: a)n lipsa obiectului (feromagnetic) oscilaiile, cu frecvena de aproximativ 1 MHz, din etajul de intrare menin ieirile circuitului n starea " acionat ". b)Laapariiaobiectuluimetalicnfantcuplajulmagneticdintrebobinese ntrerupe, oscilaiile se amortizeaz iar ieirile trec n starea "blocat ". Observaii: a)Valorileparametrilorconstructiviaicircuituluioscilant(dimensiunea miezurilor de ferit, numrul de spire al bobinelor, valoarea capacitii C etc) sunt date n documentaie i depind de mrimea fantei dintre bobine. Senzorul magnetic integrat de proximitate Termenul "magnetic" deriv de la faptul c acest senzor utilizeaz un detector detipelementHall,caresesizeazprezenacmpurilormagneticedeintensiti relativ mici (aproximativ 50 mT) i produce semnale de tensiune de ordinul (1...10) mV.Unexempludesenzorutilizeazcircuiteintegratespecializatedefabricaie romneasc din seria SM 23X (X = 1, 2, 3, 4) sauSM 24X (X = 1,2) ( produs de fosta fabrica IPRS Bneasa). Aceste circuite integrate, conin n acelai cristal de siliciu att senzorul Hall, ct i blocurile de prelucrare a semnalelor oferite de acesta. Denumirea comercial aacestorcircuiteestesenzorimagneticicomutatori.Schemablocaunuisenzor magnetic de tip SM23X; (24X) este prezentat n figura 16. Din punct de vedere calitativ circuitul SM24X este superior circuitului SM23X prin doi parametri electrici:a)curentuldealimentare(laoinduciede50mT)estede2mAncazul circuitului SM 24X, fa de 4,3 mA (7mA) n cazul circuitului SM23X.b) tensiunea de alimentare: 7V la SM 24X, fa de 10V (25V) la SM23X. 48 Fig. 16 Schema bloc a senzorului magnetic comutator de tip SM 23X. Observaie: La circuitul SM 24X nu mai exist stabilizatorul tensiunii de alimentare, n rest schema este aceeai, ca i la SM 23X. n funcionarea acestui senzor se disting dou situaii: a)DacestesesizatuncmpmagneticdeinducieB,senzorulHall furnizeazotensiunediferenial,proporionalcuB.Aceasttensiuneeste preluat de amplificatorul diferenial care o aplic unui comparator cu histerezis, ce lucreaz ca un comutator. Dac circuitul este plasatntr-un cmp magnetic a crui induciedepetevaloareacorespunztoarepraguluidedeschidere,comparatorul comandprinintermediulunuiamplificator-injeciaunuicurentnbaza tranzistorului de ieire, care este adusn saturaie, deci colectorul su absoarbe un curent important (curentul prin sarcina conectat la borna 3). b)DacinduciaBscadesubvaloareapraguluideblocare,ieirea comutatoruluirevinenstareainiial,iartranzistoruldeieireesteblocat.ntre pragul de dechidere i cel de blocare (nchidere) exist un histerezis, necesar pentru aasiguraimunizareacircuituluifadezgomote.Principalelecidebascularea senzorului magnetic comutator, legate direct de aplicaiile industriale, sunt: Deplasareamagnetuluipermanent,caresepoatefacefrontalsautransversal. Pentrufuncionareacorectasenzorului,cursamagnetuluitrebuiesdepeasc (datorithisterezisului)doudistanedeprag:unalacarearelocdeschiderea,iar cealalt la care are loc blocarea. Ecranareacmpuluiunuimagnetcaresepoaterealizaprintr-ofolie feromagnetic plasat ntre sursa de cmp magnetic i senzor. Concentrareacmpuluiunuimagnetcesepoatefaceprinapropiereaunui materialferomagneticnspatelesenzorului,careseaflntr-uncmpmagnetic insuficientdeintenspentruaproducebascularea.Astfelinduciamagneticva crete la o valoare capabil s basculeze senzorul.Observaii:n afar de soluiile menionate, prin care circuitele SM23X sau SM24X sunt utilizate ca senzori de proximitate (limitator de curs la maini-unelte, roboi industriali,perifericedecalculatoareetc),existiaplicaiinconstruciaunor traductoare: - traductor de orizontalitate (sau verticalitate), utiliznd un pendul cu magnet; - traductor de nivel avnd magnetul introdus ntr-un flotor ce se poate deplasa ghidat prin dreptul senzorului magnetic comutator. -traductor numeric rotativ incremental pentru vitez sau poziie unghiular; -traductordecurent(releudecurentpentruprotecie),cndsenzorul magnetic sesizeaz depirea valorii limit a curentului printr-o nfurare. Diferite firmeproduc traductoare de proximitate care dau la ieire o tensiune continuliniarvariabilcuvariaiainducieimagneticeBnintervalul(-50mT... +50mT). 49 SENZORUL TENSOR REZISTIV (marc tensometric) FieunelementrezistivmetalicdeseciuneconstantSilungimel; rezistenaelementuluieste Sl = R .Supunemelementulrezistivlantinderesau compresiune n domeniul elastic al deformrii i-n urma efecturii se vor modifica parametrii,l,iS.Modificrilerelativealeacesteiafiindfoartemici,putem folosicalculecudiferenefinite(similarcudeterminareaerorii),adic logaritmizarea relaiei anterioar SSllS ln- l ln ln R ln += + =RR Darpebazacelorcunoscutenrezistenpentrudeformareandomeniul elastic ntre SS ill exist relaia :ll = 2SS; este coificientul lui Poisson ( ) 2 1++ =llRR Definim ca sensibilitate respectiv factor de conversie al elementului rezistiv raportul llRRK=adic raportul dintre variaia rezistenei elementului supus la efort i alungirea acestuia i gsim llK|||

\| + = 2 1: Pentrumajoritatea metalelorsau aliajelor valorile coeficienilor lui Poisson este0,3ladeformareandomeniulelastici0,5ladeformareandomeniul plastic.Dacelementulrezistivsupusefectelormecanicenui-armodificai rezistivitateaatuncifactoruldeconversie,ntoatecazurile,lametaleialiajear trebui s fie : K=1+20,3 = 1,6 n domeniul elastic i K = 1+ 20,5 =2,0 n domeniul plastic.nrealitate,dintabelulanteriorseobservcpentrumajoritatea materialelor factorii de conversie posed alte valori i atunci cu siguran c efectul mecanicmodificirezistivitateamaterial.nprezentesteacceptat proporionalitateadintrevariaiarelativarezistivitiiivariaiarelativa valorilor elementului supusla efect, adic este acceptat relaia:VVm= . Dar V=lSSSllVV +=;( )llmSSllSS = = = 2 1 2 2i atunci factorii de conversieK=1+2+m(1-2). Se observ c pentru m =1 =>K2 idin expresia lui K dispare coeficientul lui Poisson rezult elementul are acelai factor de conversie K att n domeniul elastic cnd = 0,3 ct in domeniul plastic cnd =0,5iatuncidintabelesuntpreferatematerialelecareaufactordeconversie apropiate de 2, dintre care cel mai indicat fiind constantarul K = 2,15. Acesta este nprezentmaterialuldebazpentruconstruciasenzorilortensorezistivi.Singura problemaconstantanuluioconstituiet.e.m.decontactridicatfadecupru. 50 Aceastaaraveaimportannumaidacselucreazncurentcontinuu.nplus,la constantandependena fRR=nuarehisterezis.nafaraconstantantului,multe aliajeauvalorimaimaripentruKdeciconducilasensibilitimairidicatede msurare(platin,nicheletc.).nsutilizareaacestoraestelimitatdatorit necesitiicompensriiefectuluitermicalelementuluitensorezistiv(compensarea dependenei rezistenei elementului de temperatur). Valori mult mai mari pentru K le au elementele tensorezistive realizate din semiconductori ( Si i Ge etc.).Observaie:PlecnddelalegeacunoscutaluiHooke ||

\|= ==SF ;SFE1ll;E; = efort mecanic unitar n material i E = modulul de elasticitate,cunoscndpentruunmaterialdatsupuslaefortvaloarealui llKRRllRRK== ,supunnd elementulrezistivla efortmecanic,printr-o msurderezisten(fricuefort)sededuceraportul:RR .SecunoateK=> ll ,iardinrelaia E= sededuce EllE= = ,decisemsoarefortul mecanicsaucuS = = FSF,Festeforacareacioneazasupra elementului supus la effort; S este seciunea. Cu ajutorul unui astfel de element pot fi determinate mrimea mecanic F respectiv efortulmecanicnumaiprinmsurareaderezisten.Darefortuldemsurareseaplic pieselormecanice,nu elementuluirezistivfiguratiniial.Pentruca elementulrezistivs fiesupuslaacelaiefortselipetecuunadezivspecialpesuprafaapieseimecanice supuslaefortidinaceastcauzelementultensorezistivsemainumeteimarc tensometric. Construcia senzorilor termorezistivi 51 n figura de mai sus, firul metalic cu seciunea de 30 50 este lipit pe o folie sintetic ns poziionat sub form de grtar i n acest fel, cea mai mare parte dinlungimeatotalafiruluirezistivesteorientatpeosingurdirecieceaa efortuluimecanicdemsurat.Totpesuprafaafolieiseprevdcontactepentru legturile cu exteriorul. Sunt cazuri cnd efortul de msurat nu are o direcie strict cunoscutiatuncipentrumsuraresefolosescrozetetensorezistiveadicfigura (3):peacelaisuportsefixeaz,evidentizolatelectrictotprinlipire,doumrci tensometricen formdegrtarorientatenspe direcia1.Senzorulse lipetepe structura supus la efort. Se fac msurtori de rezisten i se deduc valori efortului nmaterialpeceledoudireciiperpendiculare,apoiprincompunerevectoriala efortului se gsete direcia efortului principal. Rozetele se pot realiza i cu 3 mrci identice orientate la 120, i cu 4, etc. nfiguradindreaptasedoseciuneprintr-omarctensometriccufir metalic lipit pe o structur n care: 5= pies mecanic supus efortului; 4= strat de adeziv;3=foliesinteticsuportfixatpestructuracu adeziv;2=conductoarelen seciunecareformeazmarcatensometric;1=foliesinteticfixatprinlipirecu adeziv i care protejeaz conductoarele 2 de aciunile exterioare. Observaie:Aceasttehnologiecufirlipitesteceamaivechedarse conteazpedeformarea priidingrtarorientatepediferite eforturi;concomitent nssedeformeaziporiuniletransversaledentoarcereafiruluirezistiv. Rezistenaacesteiporiunisemodificnsenscontrarmodificriirezistenei poriunilor orientate n paralel n grtar pe direcia efortului i aceastaconstituie o transmisie cu greutate a cldurii spre piesa supus la efort. Tehnologia cu strat metalicic subire Peunsuportelectroizolantsedepuneiniialunstratmetalicsubire(50) reprezentndmaterialulsenzoruluirezistiv;apoiprincorodarechimicserealizeaz structurangrtar.Structuraesteprevzutcubobinepentruconectareaelectriccu exteriorul. Deasupra se lipete o alt folie sintetic de protecie i se obine astfel o marc tensometric. Avantaje: Procedeul de fabricare se preteaz perfect pentru automatizare i majoritateamrcilortensometriceactualesuntrealizatecuaceasttehnologie. Contactul fizico-mecanic cu structur de ncercat prin lipire se realizeaz mult mai bine deci se poate transfera mai mult cldur de la marca tensometric la structur deci marca poate fi ncrcat electric mai mult dect poriunile orientate pe direcie nforturi.Variaiaderezistendeterminatdedeformareaacestorporiunisunt nesemnificative, nu eroneaz rezultatul. 52 Tehnologia cu senzori semiconductori Unfilamentsemiconductorobinutprintieredintr-uncristalestelipitpe unsuportizolant.Elseorienteazpedireciaefortuluiilaextremitiseprevd contactepentruexterior.Oaltvariantutilizeazdirectoplcudesiliciucuo grosime de circa 25 care se lipete pe structura de ncercat. La suprafaa foiei de siliciucareesteiniialpur,sepotintroduceimpuritisauelemente impurificatoare.Lacapeteseprevdcontacteis-aobinutastfelomarc tensometric semiconductoare. Rezistene normalizate pentru ST n prezent rezistenele elementelor tensorezistive sunt normalizate i anume potavea120,300sau600.Eleseconecteazdeobiceintr-opunteide exemplu, pentru mrci tensometrice de 120 puntea se alimenteaz la 5V i atunci cureniinominaliprinmrciletensometricede120sereducpebazarelaiei I=5/(120+120)20mA(deoarece npuntesursaeste conectatla capeteleadou tensorezistene.Pentrumrcilede300i600sepoatelucracutensiunide alimentare mai mari pentru punte. Compensarea efectului termic la mrcile tensometrice Considerndomarctensometriclipitpeostructursupuslaefort. Temperatura mediului variaz cu cantitatea . Se ntmpl urmtoarele fenomene: semodificrezistivitateamrciitensometricesauaST,sedilatsause comprim marcatensometricisedilatsausecomprimstructurasupuslaefort.FieR coeficientuldetemperaturalrezistivitiimrciitensometrice.Lavariaia temperaturiicu,variaiarelativarezisteneimrciitensometricevafi 53 : R1 =RR. Apoi fie T coeficientul de dilatare termic a mrcii tensometrice iScoeficientuldedilataretermicastructurii,decidacarelocvariaia temperaturiicu,variaiarelativalungiriiprindilatarepentrumarca tensometriclibervafi T =llsaudacmarcaestelipitpestructur ) - (T R =ll.FieKfactoruldeconversiesausensibilitateamrcii tensometriceiavemrelaia llRRK= decilavariaiarelativalungimii, variaia corespunztoare a rezistenei mrcii va fi: ) (T S2 = =KllKRR i atuncivariaiacumulatarezisteneidatoritcelordoufenomene,modificarea rezistivitii i dilatarea termic va fi: ) ( T S R2 1 + =+=KRRRRRR

Lavariaiatemperaturiisemodificsuplimentarrezistenamrcii tensometrice.Prinintermediulrezisteneimsurmefortulmecaniciatunci variaia suplimentar de rezisten este perceput ca o deformare suplimentar care nuaparenrealitatedecireprezintosursdeerorisistematice,eroricaretrebuie diminuate sau nlturate. n prezent pentru compensarea efectului termic al mrcilor tensometrice sunt practicate trei procedee: se folosesc mrci compensate individual; se folosesc mrci autocompensate; serealizeazcompensareaefectuluitermicprinconectarea corespunztoare ntr-o punte a dou sau patru mrci tensometrice. 1. Mrcile compensate individual nseriesaunparalelcumarcatensometricderezistenRicoeficient globaldetemperaturseconecteazunelementdecircuitcuuncoeficientde temperaturastfelalesnctrezistenaansambluluimarctensometricelement decompensaresrmnneschimbatlavariaiatemperaturii.Observatii:n acelaitimpansamblulmarctensometricelementdecompensaretrebuies aiborezistenapropiatderezistenainiialamarciitensometrice.Dinacest motivrezistenasuplimentaraelementelordecompensare,deexemplulaserie trebuiesaibovaloareredusinschimbcoeficientuldetemperaturaacestei rezistene trebuie s aib o valoare ridicat i atunci, pentru compensare se folosesc termistoricareaucoeficientuldetemperaturcucelpuinunordindemrime superior mrcilor tensometrice obinuite. 2.MrciautocompensatePlecnddelaexpresiacoeficientuluiglobalde temperatur=R +K(S T),serealizeazcondiiilepentrucaacestasdevin nul.Decipentruunsenzordat,selucreaznumaicu anumitestructuri astfelnct sdevinposibilcompensarealui.Evidentacestemrcitensometriceauun domeniu ngust de aplicabilitate. 3.Compensareaefectuluitermicprinconectareacorespunztoarentr-o punteadousaupatrumrcitensometriceVariaiilederezistendatorit 54 eforturilorlacareestesupusimarcatensometricsuntngeneralmici,nu depesc n uniti relative 5 10 i atunci variaiile de rezisten se msoar de obicei folosindpuntea Wheatstone. Domeniul temperaturilor de lucru pentru mrcile tensometrice.Duplipireamrciitensometricepestructuradencercatseconteazpe proprietileelasticeidealealeadezivului.Aceastanseamncdeformarea corpului supus la efort se transmite n totalitate mrcii tensometrice. n practic ns nusentmplaaianumedupoduratrelativscurtdetimp,adezivulrevine lentlastareainiial,netensionat.Acestasenumetepost-efectidincauzalui, msurrilecumrcitensometricelipitepestructurinusuntreproductibilentr-un timpndelungat.Totuis-auimaginatprocedee cuajutorul crorassepoat face msurtori tensometrice i reproductibile chiar i ntr-o perioad de timp de ordinul anilordarnloculmrcilorlipitecuadezivi,tensorezisteneles-aurealizatdin conductor metalic rezistiv ntins ntre supori electroizolani.Simularea n laborator a deformrii Odatlipitepestructurmrcilenumaipotfirefolositentru-ctprin dezlipiresedistrug.Dinacestmotivfirmeleproductoarencearccteva exemplaredemrcidintr-unlotdefabricaieivaloareamedieafactoruluide conversieKesteatribuitntreguluilot.Dar,supuslaefortmecanic,marcai modific rezistena proprie. Variaiilemiciderezistencarearfiprodusedeefortulmecanicpotfi simulatenlaboratorconectndnparalelcumarcatensometricorezistenfix multmaimarecaaceasta.Deexemplu,nparalelcumarcaderezistenR0este conectatrezistenaRp.AnsamblulR0Rparerezistena Rp RRp RR+=00.Variaia relativarezistenei 000000RRp RRp RRRR RRR +== KRp RRRR=+=00 ntructfactoruldeconversie llRRK= .Dardeformaiarelativsemai noteaz cu i apoi se deduce Rp R0= RoK + RpK => Rp= R0(1/ K 1). Dar are o valoare foarte mic 4 5 maxim i atunci1/ K >> 1=> Rp= R0 / K . Deci, pentru o deformare dat , se gsete imediatrezistenaconectatnparalelcarearsimuladeformaiadatoratefortului mecanic. Puntea tensometric Servetemsurriideformaieiiefortuluimecanicprinintermediul mrcilor tensometrice. Puntea propriuzis este realizat de exemplu cu dou mrci tensometrice R1 iR2icudourezisteneR3iR4caresuntvariabile.Acesteasuntconectaten paralelcudoicondensatorivariabiliC3iC4.Decidupfixareamrcilorpe structuradencercatserealizeazechilibrulperfectiniialalpuniinabsena efortului. Pentru aceasta se regleaz ca la o punte de curent alternativ elementele de 55 circuitR3iR4,respectivC3iC4. Capacitilesuntnecesarepentru compensarea capacitiiparaziteexistentenpunte,aparinndmrcilortensometricesaudintre acestea i mas. Dup finalizarea echilibrului iniial, structura se supune la efort i deformareesteindicatdirectdeinstrumentuldeieire.Acestapoatefianalogic (cu ac indicator ) sau numeric. Dimensionarea mrcilor Lungimile mrcilor tensometrice iau valori ntre 3 i 150 mm, limile ntre 1i60mm;mrcilelungisefolosesclancercareastructurilorneomogenede exempluagrinzilordebeton,delemn,etc.mrcileculungimipnla20mmse folosesc pentru ncercarea structurilor omogene cum sunt metalele. Exist i mrci miniatur care au lungimea de 1 mm. Utilizri: au numeroase aplicaii n special n construcii de maini, robotic, etc... TRADUCTOARE DE FOR Pentrumsurareaforelorserealizeazconvertoaredemsuraresubformde capsule (capsule dinamometrice) care se monteaz n serie cu corpul de msurat i trebuiessuportentreagafor,prezentndnacelaitimpovariaiedelungime ctmaimic.nfunciedesenzoriifolosiicapsuleledinamometricepotfi: 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 , 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). 56 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 ;R2 = R3 = R+ R Introducnd relaiile n ecuaia de mai sus se obine tensiunea de dezechilibru :RRU U= Rezult c puntea cu 4 senzori tensometrici rezistivi activi este liniar. Efortul unitar este proporional cu tensiunea de dezechilibruU . U k =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 . n acest caz rezistenele ce formeaz puntea sunt exprimate prin relaiile : TR R R R R + = =4 1 ;TR R R R R + + = =3 2 Introducnd relaiile de mai sus n expresia tensiunii de dezechilibru rezult: ||

\| = RRRRU UT1 raportul RRT