senzori si traductoare

Click here to load reader

  • date post

    30-Oct-2014
  • Category

    Documents

  • view

    97
  • download

    2

Embed Size (px)

description

curs

Transcript of senzori si traductoare

SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Surse ale erorii Pentru a msura rezistena electric a unei termorezistene este necesar ca senzorul s fie parcurs de un curent electric. Trecerea unui asemenea curent va produce un efect de nclzire i temperatura senzorului se va ridica deasupra condiiei ideale de echilibru. Daca autonclzirea este o problema, atunci curentul care parcurge termorezistena trebuie redus la un minim care s asigure totui o sensibilitate corespunztoare. Efectul de auto-nclzire const ntr-o constant de disipaie, exprimata in mW/C. Auto-nclzirea, pentru majoritatea aplicaiilor, nu constituie o problema. Totusi curentul de msurare I constant pentru un RTD este cuprins intre 2 i 20mA. O metod de a reduce auto-nclzirea i de a mri sensibilitatea este aceea de a folosi pulsuri scurte de curent pentru msurare. 2. TERMISTORUL Denumirea de "termistor" este o combinare a cuvintelor englezeti "thermally sensitive resistor si utilizeaz dependena exponenial a rezistentei unui semiconductor fr jonciune de temperatura. Termistorul NTC (Negative Temperature Coefficient, coeficient negativ de temperatur) este un dispozitiv semiconductor cu dou terminale relativ simplu, realizat din amestecuri sinterizate din oxizi ai metalelor de tranziie ca manganul, cobaltul, nichelul, fierul, cuprul. Spre deosebire de metale la care rezistena electric crete cu temperatura, la termistori rezistena scade cu creterea temperaturii lor: SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA n aplicaii practice i pentru intervale de temperaturi nu prea mari, ecuaia caracteristicii R(t) a unui termistor este: Se remarc faptul c un termistor are coeficient de variaie cu temperatura negativ fiind dat de relatia: sau uzual: RT/ R0 1 0.1 10 Termorezistenta Termistor -50 0 20 100 50 150 [0C] TTT RdRRR1= o2TBR = o2TBR = oSENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Termorezistenele tehnice cu termistoare au o construcie asemntoare termorezistenelor metalice iar cele de laborator au forme subordonate constructiv avantajului unui timp de rspuns inferior termorezistenelor metalice. Fa de termistoarele metalice, cele cu semiconductoare au urmtoarele avantaje: sensibilitate superioar, dimensiuni mai reduse inerie termic cobort, perturb mai puin cmpul termic cercetat, pot fi realizate cu rezistene ohmice ridicate astfel nct chiar la o distan mare ntre punctul de msurare i punctul de indicare al valorii, rezisten conductorului de legtur devine neglijabil. Termistoarele obinuite sunt folosite pentru msurri n domeniul -100C+300C iar cele de construcie special pn la 100C, n timp ce elementele sensibile cu jonciune (diode, tranzistoare) nu depesc domeniul 40C+140C. Dezavantajul principal al termistoarelor semiconductoare l constituie neliniaritatea dependenei R(T) care impune utilizarea schemelor de liniarizare cu ajutorul rezistenelor suplimentare independente de temperatur (figura de pe slideul urmator). Se poate realiza liniarizarea numai pentru domenii nguste de temperaturi i pe seama scderii sensibilitii. SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Datorit ineriei lor reduse, termorezistenele cu semiconductoare se introduc pe scar din ce n ce mai larg n instalaiile de reglare a temperaturii, a condiionrii aerului, n instalaiile de nclzire i ventilaie de climatizare, etc. Sunt realizate elemente sensibile cu diametrul de numai 0.24mm, cu o constant de timp de 20 ms i care pot evidenia diferene de temperatur de 0.01C. Termistoarele sunt realizate sub forma de perla (cu terminale axiale sau de o singura parte), bagheta sau pastila (slideul urmator). r RUIT +=RT r I SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Majoritatea circuitelor de masurare utilizate pentru termistoare sunt circuite dedicate, impuse n primul rnd de caracteristica puternic neliniara si coeficientul negativ de variatie cu temperatura ale acestora:puntea simpla de curent continuu, conversia rezistenta - frecventa, metoda voltampermetrica, cu circuite de liniarizare asociale. 3. Traductoare termoelectrice (termocuple) Termocuplul (TC) este un senzor generator alcatuit din doua conductoare din metale diferite (termoelectrozi) care formeaza o jonctiune termoelectrica. Functionarea lui are la baza fenomenul Seebeck (superpozitia dintre efectul Peltier si efectul Thomson): ) ( 0u u = TC TC k eSENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA n tabelul urmator se gasesc valorile t.t.e.m. referentiate la Pt, pentru diferite metale, corespunzand unei diferente de temperatura de 100oC. Din tabel se pot deduce perechile termoelectrice optime (cu t.t.e.m. de valoare maxima). Metalul t.t.e.m. pt 1 - 2 = 100 0C mV Constantan Nichel Paladiu Platina Pt 90 % + Rhodiu 10 % Cupru Argint Aur Magnanina Wolfram Fier Crom - Nichel -3,47 -1,94 -0,28 0 +0,65 +0,67 +0,79 +0,80 +0,82 +0,90 +1,89 +2,20 SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Materialele care constituie perechea termoelectrica se aleg astfel nct termocuplul rezultat sa indeplineasca urmatoarele conditii esentiale: - proprietati termoelectrice stabile n timp; - imunitate la influentele mediului; - repetabilitate tehnologica; - sensibilitatea cat mai ridicata; Caracteristicile principale ale termocuplelor cele maiutilizate n practic, sunt redate sintetic n tabelul urmator: TERMOCUPLU Cod DOMENIU DE TEMPERATUR [0C] SENSIBILITATEA V/0C Chromel / Constantan E -270 870 70 valoare medie Fier / Constantan J - 210 800 52,9 la 00C; 63,8 la 7000C Cupru / Constantan T -270370 15 la 2000C; 60 la 3500C Chromel / Alumel K - 2701250 40 valoare medie Platin- rodiu(13%) / Platin R - 50.1500 10 valoare medie Platin- rodiu(10%) / Platin S - 50.1500 6,4 la 00C; 11,5 la 10000C Platin- rodiu(30%) / Platin-rodiu(6%) B 01700 6 valore medie SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Jonctiunea de masurare este realizata prin sudura electrica (pentru cele din metale rare), sau cu flacara oxiacetilenica (pentru materiale nenobile). Diametrul termoelectrozilor este 0,1...0,5mm pentru cazul metalelor rare, 0,2...4mm pentru cele uzuale. Izolatia ntre conductoare poate fi: - clasica (rondele ceramice) - moderna (izola\ie minerala sau pulbere de oxizi metalici (MgO sau Al3O3)), cu codificare MI (mineral insulated) Termoelectrozii si izolatia lor sunt introduse n teci de protectie, de diverse forme si dimensiuni, realizate din metal (pentru temperaturi de lucru pna la 1100oC),sau din ceramica sau materiale metaloceramice - pentru temperaturi mai mari. SENZORI SI TRADUCTOARE DE TEMPETATURA Circuitele de masurare pentru termocuple sunt circuite de tip milivoltmetru dar care urmaresc si compensarea temperaturii sudurilor reci. mV Termocuplu Fire de Extensie Circuit compensare RT R3 R2 R1 E TRADUCTOARE DE VIBRAII I ACCELERAII Traductoare de vibratii si acceleratii principii de realizare Pentru punerea n eviden a efectelor vibraiilor se utilizeaz traductoare ce urmaresc: a. Msurarea nivelelor de vibraii la ieirea unui sistem, pentru a le compara cu nivelele standard admisibile; b. Msurarea mrimilor de intrare n sistem (mrimi vibratorii de excitaie) necesare ntocmirii programelor de ncrcri mecanice; c. Msurarea simultan a ambelor mrimi vibratorii, de la intrarea i ieirea sistemului n scopul determinrii caracteristicilor acestuia. Vibraiile mecanice care au loc n echipamente i instalaii industriale. pot fi: a) Cu unul sau dou grade de libertate, figura de pe slideul urmator (a i b); b) De translaie (verticale i orizontale) i de torsiune cu un singur grad de libertate (figura c,d,e). TRADUCTOARE DE VIBRAII I ACCELERAII Indiferent de natura vibraiilor, mrimile specifice acestora sunt: deplasarea liniar sau unghiular, viteza, acceleraia i frecvena. Daca vom considera, ca exemplu, sistemul oscilant cu un grad de libertate, din figura a asupra cruia acioneaz o for extern F(t), legea de micare a masei m este dat de ecuaia: ( ) t F kydtdydty dm22= + +TRADUCTOARE DE VIBRAII I ACCELERAII Structura unui traductor de vibraii este prezentat n figura de mai jos, unde se observ c elementul sensibil la vibraii (ESV) genereaz la ieire tot o mrime de natur mecanic (deplasarea sau for) iar pentru obinerea unui semnal electric care s fie prelucrat (calibrat) de adaptor, este necesar un convertor intermediar care s transforme mrimea mecanic ntr-o mrime electric. Elementele sensibile pentru detectarea vibraiilor liniare sunt de tip inerial (cu mas seismic) prezentate n figura de pe slideul urmator. Un ESV are n componen un sistem oscilant cu un singur grad de libertate, montat n interiorul unei carcase. Micarea este amortizat proporional cu viteza. Avnd n vedere c vibraiile sunt caracteristice corpurilor n micare, analiza funcionrii elementului sensibil este atribuit regimului dinamic. TRADUCTOARE DE VIBRAII I ACCELERAII La apariia deplasrii x(t) a carcasei (fixat rigid pe suportul ale crui vibratii se masoara), urmare a forei de inerie F aplicat corpului mobil de mas m, aceasta se va deplasa pe o direcie y paralel cu axa x, dup ecuaia: n carcasa se afl convertorul intermediar (C.I.), care transform deplasarea y(t) sau fora dinamic ntr-un semnal electric. Convertorul intermediar poate fi de tip parametric sau de tip generator. n rezolvarea acestei ecuaii se pot distinge trei situaii specifice: a) se consider m foarte mare, c i k fiind neglija