Solutii Teste

69
SOLUŢII ALE TESTELOR DE AUTOEVALUARE 1. 1.1. Măsurarea este un proces practic, un act de cunoaştere cantitativă şi calitativă a realităţii, a obiectelor şi a mediului în care ne desfăşurăm activitatea. Ea se finalizează prin obţinerea directă sau prin calcul a valorilor mărimilor care ne interesează. 1.2. Mărimea de măsurat poate fi oricare proprietate comună, oricare manifestare sau element de caracterizare al unei clase de obiecte, fenomene ori procese reale. 1.3. Metrologia este ştiinţa care are ca obiectiv elaborarea şi perfecţionarea metodelor şi mijloacelor de măsurare a mărimilor de interes general, elaborarea şi/sau perfecţionarea etaloanelor metrologice precum şi elaborarea de norme privind condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească mijloacele de măsurare şi utilizatorii acestora. 1.4. Principalii factori implicaţi într-o măsurare sunt: mărimea de măsurat sau măsurandul cu proprietatea sau manifestarea specifică ce o face măsurabilă; 183

description

Solutii teste

Transcript of Solutii Teste

SOLUII ALE TESTELOR DE AUTOEVALUARE

SOLUII ALE TESTELOR DE AUTOEVALUARE

1.1.1. Msurarea este un proces practic, un act de cunoatere cantitativ i calitativ a realitii, a obiectelor i a mediului n care ne desfurm activitatea. Ea se finalizeaz prin obinerea direct sau prin calcul a valorilor mrimilor care ne intereseaz.

1.2. Mrimea de msurat poate fi oricare proprietate comun, oricare manifestare sau element de caracterizare al unei clase de obiecte, fenomene ori procese reale.

1.3. Metrologia este tiina care are ca obiectiv elaborarea i perfecionarea metodelor i mijloacelor de msurare a mrimilor de interes general, elaborarea i/sau perfecionarea etaloanelor metrologice precum i elaborarea de norme privind condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc mijloacele de msurare i utilizatorii acestora.

1.4. Principalii factori implicai ntr-o msurare sunt: mrimea de msurat sau msurandul cu proprietatea sau manifestarea specific ce o face msurabil; scara/scrile de msurare i unitatea/unitile de msur adoptate; metoda care st la baza procesului de msurare, care nglobeaz procedeul experimental prin care se realizeaz operaia de msurare, precum i mijloacele tehnice de realizare a acesteia; prelucrarea rezultatelor primare, manual sau automat, cu scopul obinerii unui rezultat final ct mai reprezentativ, ct mai exact i sub o form adecvat pentru utilizator.

1.5. O metod de msurare const n procedura de desfurare a operaiei de msurare care are la baz principiul de funcionare a mijloacelor tehnice cu care se efectueaz msurarea unei mrimi.

1.6. Msurrile indirecte se aplic la determinarea unor mrimi care se deduc prin calcule pe baza unor relaii dintre aceste mrimi i dou sau mai multe mrimi msurabile direct. Prin urmare, o msurare indirect const n dou sau mai multe msurri directe urmate de operaii de calcul i vizualizare.

1.7. Convertirea este operaia de transpunere a mrimii x de pe un semnal purttor de informaie y pe alt semnal purttor de informaie yT, de alt natur. Aceast operaie este necesar atunci cnd natura semnalului y nu coincide cu natura mrimii de intrare a AMV. Adaptarea nseamn modificarea semnalului dat de un element (emitent) astfel nct s se ncadreze ntre limitele prescrise ale semnalului admis de intrarea elementului urmtor (receptor). Semnalul elementului emitent trebuie deci s fie de aceeai natur cu semnalul acceptat de intrarea elementului receptor i s aib aceleai limite de variaie.

1.8. Metoda de msurare prin substituie se desfoar n dou etape: ntr-o prim faz, mrimea de msurat y se aplic la intrarea aparatului de comparat AC i se determin efectul acesteia asupra aparatului. Apoi, n faza a doua, la intrarea aceluiai aparat se aplic o mrime etalon reglabil w. Aceast mrime se modific astfel nct s produc asupra aparatului de comparat acelai efect ca i mrimea de msurat aplicat n prima faz. Astfel, dup mrimea etalon se determin mrimea de msurat.

1.9. Msurrile dinamice se caracterizeaz prin aceea c se refer la mrimi care au variaii rapide n timp i care variaz deci n timpul procesului de msurare. n astfel de cazuri msurarea se realizeaz cu ajutorul unor aparate fr inerie sau cu inerie mic sau, n cazul unor variaii foarte rapide, se realizeaz cu ajutorul unor elemente de sesizare, de memorare i de vizualizare specifice care au rolul de a reine valorile mrimii msurate din anumite momente de timp, pe anumite intervale de timp, i de a reda aceste valori fie direct, ca valori momentane, fie sub forma unui grafic.

1.10. Eantionarea const n prelevarea dintr-un semnal continuu a unui eantion sau a unui tren de eantioane extrase la diverse momente de timp, la intervale egale sau cnd semnalul continuu trece prin anumite valori. Cuantificarea este operaia prin care o mrime eantionat este aproximat printr-un numr finit de cuante. Exprimarea rezultatului msurrii ntr-un sistem de numeraie (cod numeric) este n fond o operaie de codificare, ntruct prin ea se face atribuirea de numere mrimilor cuantificate.

2. 2.1. Diferena dintre rezultatul msurrii i valoarea real a mrimii de msurat se numete eroare de msurare. Cu ct aceast diferen este mai mic, cu att precizia msurrii este mai mare.

2.2. Clasa de precizie, CP, se definete ca eroarea normat maxim admisibil sau eroarea limit de clas Emaxa, care se poate produce n cazul unei msurri, i constituie cel mai important indicator de caracterizare a preciziei de msurare. Sub acest aspect orice aparat de msurat este ncadrat ntr-una din clasele de precizie ale unui set de clase de precizie standard CPs (s=1,2,,n), i anume, n acea clas de precizie standard care satisface relaia .

2.3. Erorile sistematice sunt acele erori care se repet ca mrime i semn n mai multe msurri ale aceleiai mrimi, efectuate n aceleai condiii.

2.4. Erorile sistematice sunt: Erori de metod. Acest tip de erori se datoresc imperfeciunii metodei de msurare adoptate i modelului matematic ce st la baza metodei i AM. Erori instrumentale. Acest tip de erori sunt legate de imperfeciuni de construcie i de funcionare a aparatelor de msurare. Erori introduse de factorii de mediu. Una dintre cele mai importante surse de erori de msurare o constituie influena factorilor mediului ambiant: temperatura, presiunea, umiditatea, induciile electrice i magnetice, diverse radiaii, vibraii .a. Erori subiective. Principalele erori subiective sunt cele provenite din citirea i aprecierea imprecis a rezultatelor msurrilor de pe scala AM.

2.5. Erorile instrumentale sunt legate de imperfeciuni de construcie i de funcionare a aparatelor de msurare: eroarea de sensibilitate. Sensibilitatea exprim calitatea unui AM de a reaciona la variaii mici ale semnalului de msurat. Eroarea de sensibilitate are ca valoare maxim pragul de sensibilitate i exprim gama de variaii ale mrimii msurate care nu pot fi percepute i afiate n condiii normale de un AM. eroarea de zero. Aceasta reprezint valoarea afiat de AM cnd mrimea de msurat are valoarea zero. eroarea de proporionalitate. Aceasta se manifest prin alt coeficient de pant ntre mrimea de intrare i cea afiat de AM fa de coeficientul de pant ideal, pretins de constructor. eroarea de liniaritate. Aceasta se manifest prin abateri de la legea de dependen liniar dintre mrimea de intrare i cea afiat de AM. eroarea de univocitate (de reversibilitate). Ea reprezint diferena rezultatelor date de un AM cnd se msoar valoarea unei mrimi variind-o n sens cresctor, apoi variind-o n sens descresctor. eroarea de justee. Aceast eroare poate fi raportat la operaia de msurare sau poate fi raportat la AM. Se noteaz cu jm i reprezint diferena dintre valoarea nominal x i media aritmetic a valorilor adevrate sau convenionale gsite n urma unei serii de msurri consecutive, efectuate n condiii normale de msurare.

2.6. Influena nedorit a mediului ambiant, manifestat prin producerea erorilor de msurare, poate fi eliminat prin unul dintre urmtoarele procedee: prin introducerea unor elemente menite s compenseze (automat) influena acestor factori, adic s compenseze eroarea; prin corectarea de ctre utilizator a rezultatului brut al msurrii pe baza calculului erorii; prin meninerea unor condiii standard constante ale mediului n care se face msurarea i care au stat la baza etalonrii scalei AM (termostate, presostate, etc.); prin protecia AM fa de unele aciuni ale mediului ambiant cum ar fi: ecranarea fa de cmpurile electrice i magnetice, suspensii elastice cu amortizoare pentru amortizarea ocurilor i vibraiilor.

2.7. Eroarea normat E se definete ca raportul dintre eroarea absolut x i domeniul de msurare D = xmax - xmin i se exprim n fracii subunitare sau n procente:

[%].

2.8. Indicatorii statistici ai msurrilor sunt:

- Media aritmetic, , a unui set de n msurri, efectuate n aceleai condiii, este definit de relaia: .

- Eroarea (abaterea) medie, x, a unui set de n msurri, efectuate n aceleai condiii, este definit de relaia: .

- Eroarea (abaterea) medie absolut este definit de relaia:.

- Dispersia de selecie, 2, este definit ca media ptratelor abaterilor de la valoarea medie, adic: i reflect modul de grupare a rezultatelor msurrilor n jurul valorii medii.

- Dispersia teoretic, D, este definit ca media ptratelor abaterii de la valoarea real i se calculeaz cu formula lui Bessel:

- Abaterea (eroarea) medie ptratic este dat de relaia: i se mai numete abatere standard.

2.9. Dup forma curbei Gauss se pot trage concluzii privind gradul de dispersie a rezultatelor msurrii n jurul valorii medii. Se observ c erorile mai mici sunt mai probabile i deci sunt mai frecvente dect erorile mai mari. O curb aplatisat corespunde unei dispersii mari pe cnd una ascuit indic o dispersie mic i o grupare concentrat pe valoarea medie, atestnd o precizie mai mare. Simpla analiz vizual a curbei furnizeaz informaii asupra preciziei de msurare, asupra calitii acesteia. Curbele de distribuie a densitii de repariie servesc la definirea limitelor i a nivelelor de ncredere.

2.10. Hmax = CP. D /100 = 2 . 400 /100 = 8 mm i max = CP . D / x1 = 2. 400 /200 =4%.\

3. 3.1.

Caracteristica de transfer ideal. n mod ideal, n regim staionar cnd n timpul msurrii att mrimea x ct i mrimea y rmn neschimbate, dependena dintre aceste mrimi poate fi exprimat printr-un model matematic de forma: . Ea se stabilete teoretic pe baza legilor fizice care stau la baza funcionrii aparatului sau instalaiei de msurare ori se stabilete experimental n condiii ideale de msurare, cnd influena factorilor perturbatori este complet anihilat. Caracteristica de transfer real. Mrimea y depinde nu numai de mrimea x ci i de ali factori perturbatori: p1, p2 ,..., pn i i1, i2 ,..., im. Toi aceti factori perturbatori externi i interni constituie surse de erori de msurare, care produc erori de influen i fac astfel ca mrimea obinut n urma msurrii s depind de ei: .

3.2. Sensibilitatea unui sistem nchis este definit de o relaie de forma: , unde S1 este sensibilitatea elementelor de pe legtura direct, iar S2 este sensibilitatea elementelor de pe legtura invers.

3.3. Sensibilitatea unui sistem deschis cum este cel din figura 3.2 a, alctuit din n elemente legate n serie, este egal cu produsul sensibilitilor elementelor componente:. Acesta este cazul aparatelor cu convertire direct i al sistemelor deschise la care sensibilitatea sistemului este afectat de sensibilitatea fiecrui element component.

3.4. Pragul de sensibilitate este o caracteristic de intrare care definete cea mai mic valoare a msurandului care determin o variaie cert, sesizabil, a mrimii de ieire n condiii normale de msurare.

3.5. Domeniul de msurare reprezint intervalul D = xmax - xmin n care aparatul de msurat poate efectua o msurare corect. El se situeaz pe caracteristica de transfer n zona care intereseaz pe utilizator i coincide cu gama de valori nscrise pe scala aparatului la aparate cu afiare analogic.

3.6. Rezoluia este definit ca numrul de diviziuni elementare ale scalei, n cazul aparatelor cu afiare/nregistrare analogice, sau numrul maxim de cuante elementare corespunztor valorii maxime a msurandului, n cazul aparatelor cu afiare/nregistrare numeric.

3.7. Precizia de msurare a unui AM exprim calitatea lui de a furniza rezultate ale msurrii ct mai apropiate de valoarea real a mrimii msurate, deci cu erori de msurare ct mai mici. Prin urmare precizia se apreciaz dup mrimea erorii de msurare.

3.8. Eroarea normat maxim admisibil se prescrie procentual prin raportarea erorii absolute maxime admisibile la o valoare convenional xc, astfel: [%].

3.9. - eroarea absolut maxim:

- eroarea relativ pentru i = 7 mA:

- intervalul de ncadrare:

3.10. - eroarea absolut maxim:

- eroarea relativ pentru i = 7 mA:

- intervalul de ncadrare:

4. 4.1. Compensatorul Paggendorf este alctuit dintr-un divizor de tensiune rezistiv (reostat) cu contact mobil, alimentat de la sursa de tensiune U i dintr-un indicator de echilibru IE, care poate fi un galvanometru de zero. Tensiunea prelevat de pe divizor este: i se determin dup poziia cursorului fa de rezistoul R i fa de scala S, k fiind factorul de divizare subunitar r / R.

Pentru o anumit poziie a cursorului, tensiunea necunoscut (de msurat) Ux devine practic egal cu tensiunea cunoscut Uc , egalitatea fiind sesizat de IE prin absena curentului.

4.2. Caracteristic pentru compensatoarele automate este faptul c echilibrarea tensiunii de msurat Ux cu tensiunea etalon Uc se realizeaz automat, cu ajutorul unui dispozitiv de echilibrare automat, DEA. Acesta este ncadrat ntr-un sistem de reglare nchis, cu aciune dup abatere, n care tensiunea etalon, prelevat de pe rezistorul R, este astfel modificat nct s fie ct mai apropiat de Ux.

4.3. Punile de msurare electrice sunt aparate cu care se pot msura mrimi electrice ca: rezistena, capacitatea, inductana i n general impedana sau oricare alt mrime convertit n prealabil n una din aceste mrimi electrice.

4.4. O punte electric obinuit (Wheatstone) este alctuit din patru brae i dou diagonale; pe brae se conecteaz cte una sau mai multe componente pasive: rezistene, capaciti sau inductane. Pe una din diagonale, diagonala de alimentare, se conecteaz o surs de alimentare iar pe cealalt diagonal, diagonala de msur, se conecteaz un aparat de msurare a diferenei de tensiune, eventual montat n paralel cu o rezisten de sensibilizare Rs.

4.5. Cea mai eficace metod de a elimina influena variaiei rezistenei conductorilor de legtur este aceea de a lega traductorul rezistiv la punte cu trei conductori.

Unul din conductori este montat pe braul 2 al punii, altul este montat pe braul adiacent iar cel de al treilea conductor constituie prelungirea pn la rezistorul Rx a diagonalei de alimentare a punii. n acest fel rezistenele conductorilor de pe braele adiacente au efecte egale i opuse i n consecin acestea se anihileaz, iar mrimea sau variaia rezistenei diagonalei de alimentare la punile echilibrate este neglijabil nu are influen asupra msurrii.

4.6. Pentru puntea automat mrimea de intrare este rezistena de msurat iar mrimea de ieire este deplasarea acului indicator.

4.7. Prin sensibilitatea punii vom nelege raportul dintre tensiunea ce apare pe diagonala de msur UBD i tensiunea de alimentare U, atunci cnd una din rezistenele braelor variaz cu R fa de valoarea corespunztoare echilibrului, adic: .4.8. La baza msurrii eforturilor la care este supus un corp solid pe baza msurrii deformaiei elastice a acestuia, produse de fore externe, exist o dependena exprimat de legea lui Hook, ntre starea de efort i deformaie.

4.9. Cea mai important caracteristic a unui traductor tensometric este sensibilitatea acestuia, definit ca raportul dintre mrimea R/R i mrimea 1/1 adic:

4.10. Montarea mrcilor tensometrice n punte se face astfel: a) montaj n sfert de punte; b) montaj n semipunte; c) montaj n punte complet

5. 5.1. Msurrile dinamice se efectueaz asupra mrimilor care variaz att de rapid n timp nct nu pot fi observate cu ochiul liber.

5.2. Pentru msurarea mrimilor dinamice se recurge la unul din urmtoarele procedee:- nregistrarea rapid, fr inerie a evoluiei mrimilor de interes i analiza ulterioar a nregistrrii;- transformarea evoluiei mrimii msurate ntr-o imagine static sub o form grafic din care s rezulte forma i valorile mrimii msurate.

5.3. Elementele componente eseniale ale unui osciloscop cu un singur spot sunt:- tubul catodic, TC, a crei descriere succint este facut n paragraful precedent;- adaptorul de intrare , ATy, cu care se adapteaz prin atenuare tensiunea Uy pentru a o ncadra n limitele acceptate de celelalte elemente ale osciloscopului; acesta este prevzut cu un poteniometru de reglaj n trepte voli/diviziuni (voli pe diviziuni ale ecranului). Se alege acea treapt corespunztor creia imaginea semnalului se ncadreaz convenabil pe ecran i astfel se realizeaz ceea ce se numete scalarea amplitudinii pe axa Y, adic o dilatare a imaginii pe aceast ax.- adaptorul de intrare, ATx, care ca i Aty adapteaz tensiunea Ux aplicat pe borna de intrare la specificul celorlalte elemente ale osciloscopului; i acest atenuator este prevzut cu un poteniometru de reglaj n trepte voli/diviziuni.- amplificatorul semnalului de deflexie pe axa Y, ADy, este prevzut cu dou poteniometre de reglaj: unul pentru deplasarea i poziionarea imaginii pe axa Y notat cu POZ Y, iar cellalt notat cu ET Y - pentru modificarea factorului de amplificare, astfel nct s se realizeze raportul voli/div, fixat n cadrul atenuatorului ATy, adic pentru a realiza ceea ce se numete etalonare sau calibrare pe axa Y.- amplificatorul semnalului de deflexie pe axa X, Adx, prevzut cu un poteniometru de deplasare i poziionare a spotului pe axa X, notat cu POZ X precum i cu un poteniometru notat cu ET X pentru modificarea factorului de amplificare pe axa X, astfel nct s realizeze raportul voli/div, fixat n cadrul atenuatorului ATx, adic pentru a realiza calibrarea pe axa X.- blocul generator al bazei de timp i sincronizare, BGBTS, este un bloc complex cu mai multe funcii dependente de proveniena semnalului Ux. n cazul reprezentrii semnalelor de forma Uy = Uy(t), adic semnalele variabile n timp, principalele funcii ale acestui bloc sunt funcia de generare a unei tensiuni liniar cresctoare sub form de dini de fierstru, denumit baz de timp, precum i funcia de sincronizare a frecvenei semnalului de reprezentat cu un multiplu numr ntreg al frecvenei bazei de timp. Acest bloc mai realizeaz i funcia de "aprindere" a spotului pe timpul cursei directe de baliere a axei X precum i funcia de "stingere" i retragere a spotului n partea stng a ecranului .a.

5.4. Tubul catodic este un dispozitiv optoelectronic cu ajutorul cruia se pot forma imagini statice ale evoluiei unor mrimi dinamice, prin intermediul unui fascicul de electroni focalizat sub forma unui spot pe un ecran fluourescent. Exist numeroase tipuri de tuburi electronice care pot fi clasificate dup diverse criterii. Dup numrul de fascicule de electroni (spoturi) distingem:- tuburi catodice cu un singur spot;- tuburi catodice cu dou sau mai multe spoturi. Dup mijloacele de deflexie (dirijare) a fascicolului de electroni exist:- tuburi catodice cu deflexie electrostatic;- tuburi catodice cu deflexie electromagnetic. Dup durata persistenei imaginii pe ecran deosebim: - tuburi cu persiten scurt, sub 1 ms;- tuburi cu persisten medie, de cel mult 1 s;- tuburi cu persisten ndelungat, de ordinul minutelor.

5.5. Osciloscoapele sunt prevzute cu mai multe comutatoare dintre care menionm:- comutatorul K1 cu care se selecteaz intrarea pentru tensiunea Uy: tensiune continu sau tensiune alternativ cu component continu (poziia 1), tensiune alternativ (poziia 2) i punere la mas a intrrii n vederea poziionrii pe zero a spotului (poziia 3);- comutatorul K2 ndeplinete aceeai funcie ca i K1 dar pentru semnal extern Ux.- comutatorul K3, care selecteaz modul de funcionare a osciloscopului: cu baza de timp intern (pe poziia 1) i cu baza de timp extern (pe poziia 2).

6.6.1. Prin conversie analog-numeric, evoluia valorii unei mrimi analogice este transpus ntr-o sucesiune de valori numerice ntregi exprimat n cod binar, n cod zecimal sau n alt cod numeric. Aceast operaie implic urmtoarele operaii: eantionarea mrimii analogice; cuantificarea eantioanelor; codificarea mrimii cuantificate.6.2. Eantionarea este operaia de extragere (prelevare) de eantioane dintr-un semnal continuu care variaz n timp.

6.3. Cuantificarea este operaia prin care fiecarui eantion extras i se asociaz un numr finit ntreg de cuante foarte mici.

6.4. Codificarea (codarea) este operaia prin care fiecrui eantion cuantificat i se asociaz un numr exprimat ntr-un sistem de numeraie.

6.5. Dispozitivele de eantionare i reinere, DER, (eantionatoarele) ndeplinesc n principal funcia de extragere de eantioane valorice dintr-un semnal variabil i meninerea (memorarea) constant a acestora pe durata dintre dou eantionri successive.

Schema de principiu a eantionrii este prezentat n figura de mai sus unde distingem comutatorul K i condensatorul C. Eantionarea i memorarea are loc n dou etape. n prima etap de durat Te relativ scurt comutatorul K este nchis fcnd posibil transmiterea ctre ieire a semnalului aplicat la intrare. n etapa urmtoare, de durat , comutatorul este deschis iar la ieire se menine valoarea semnalului de la sfritul primei etape de eantionare, datorit condensatorului care ndeplinete rolul de element de memorare.

6.6. Conversia numeric - analogicSchema de principiu: Semnalul de convertit [a] se aplic la intrarea CNA sincronizat cu semnalul de tact Ucd care comand conversia pe rnd a fiecrui bit din [a]. Dup cum se tie cuvntul binar [a] = a1 a2,..., an-1 an reprezint n cod zecimal numrul fracionar N = a12-1 + a22-2 +... + an-12-(n-1) + an2-n, numr care se mai poate scrie i sub forma:

.

Dispozitivul de eantionare i reinere DER1 este comandat de semnalul de tact Ucd, iar comutatorul electronic, CE, este comandat de semnalul de intrare [a]. Pe durata fiecrei perioade a semnalului Ucd se comand eantionarea i memorarea tensiuniide la ieirea.

Comutatorul CE furnizeaz la ieirea sa un semnal egal cu Uref dac bitul care urmeaz s fie convertit este 1 sau egal cu 0 V dac acesta este zero. Dac bitul aplicat la intrare este 1 logic tensiunea de referin se adaug la tensiunea obinut la sfritul perioadei precedente, Uk-1, aa nct tensiunea furnizat la sfritul unei perioade de memorare, k, aeste:

Dac la nceputul perioadei de conversie Ue = 0, iar cuvntul de convertit este de 4 bii; a1 a2 a3 a4 (a4 fiind cel mai puin semnificativ) atunci echivalentul analogic al acestui cuvnt se obine la ieirea CNA dup patru perioade de tact dup cum urmeaz:

Semnalul obinut dup ultima perioad de tact reprezint valoarea convertit a cuvntului binar aplicat la intrare. Deoarece valoarea lui se pstreaz numai pe perioada unui tact, nainte de nceperea unui nou ciclu de convertire aceast valoare este preluat de un DER suplimentar, DER2, de unde s poat fi preluat ca mrime de ieire. Semnalul de tact pentru DER2 se obine din Ucd pe baza divizrii frecvenei cu n, realizate de divizorul de frecven DF.

6.7. n cazul conversiei analog-numerice un semnal analogic (tensiune) Ui este transformat ntr-un cod numeric N2 pe baza relaiei

,unde Uref este un semnal (tensiune) de referin iar k este un factor de scar.

6.8. La baza funcionrii CAN de tip paralel st principiul comparrii semnalului de intrare Ui cu un set de semnale de referin cu valori echidistante. Pentru un CAN cu ieire pe n bii semnalul analogic Ui se aplic simultan la intrrile neinversoare ale celor 2n comparatoare de tip analogic.Tensiunile de referin pentru fiecare comparator sunt preluate de pe un divizor de tensiune rezistiv format din 2n + 2 rezistoare (2n dintre acestea au rezistena R iar celeelalte dou au rezistena R/2), conectate n serie i alimentate cu tensiunile de referin URS de nivel superior, URI de nivel inferior i URM de nivel mediu - aceasta din urm servind la ajustarea liniaritii convertorului.

6.9.Performanele DER se apreciaz dup valorile urmtorilor indicatori:- eroarea static Us, ce reprezint diferena dintre semnalul aplicat la intrare Ui i semnalul sesizat de DER n semiperioadele de eantionare;- ntrzierea de eantionare Te ce reprezint intervalele de timp dintre momentele comenzii eantionrii i momentele nceperii efective a procesului de urmrire a tensiunii de intrare;

- timpul de apertur, , ce reprezint intervalul de timp din momentul comenzii de memorare pn la nceperea procesului de stabilizare a mrimii de ieire;- cderea tensiunii de iesire Uem, ce are loc pe timpul semiperioadelor de memorare.

6.10.La CAN de tip serie-paralel, cei n bii ai cuvntului de ieire sunt elaborai n grupuri de cte q bii cu ajutorul a p CAN de tip paralel (astfel nct n = pq).Ca exemplu, n figur este prezentat un CAN cu ieire pe 6 bii, care sunt elaborai doi cte doi (q = 2) de ctre trei CAN de tip paralel (p = 3) de mare vitez.

Din structura acestui convertor fac parte convertoarele CAN1, CAN2 i CAN3, convertoarele CNA1 i CNA2 i dou module analogice care realizeaz operaiile de scdere i multiplicare cu 4. Fiecare CAN este alctuit din trei comparatoare, fiecare avnd trei intrri pe care se aplic tensiunile: , unde Uref este tensiunea de referin, aceeai att pentru CAN, ct i pentru CNA.Cele dou module analogice elaboreaz semnalele:

.

CAN1 determin relaia tensiunii de intrare n raport cu cele trei tensiuni de referin, furniznd la ieire cei doi bii cei mai semnificativi a1 i a2. Aceti bii sunt aplicai la intrarea CNA1 pentru a obine semnalul:

Modulul analogic MA1 produce la ieire tensiunea UA:

CAN2 determin valorile biilor a3 i a4, care sunt aplicai la intrarea CNA2 pentru a obine:

tensiune care aplicat la intrarea MA2 mpreun cu semnalul A, este transformat n semnalul

Aplicat la intrarea CAN3, tensiunea UB este convertit n ultimii doi bii mai puin semnificativi a5 i a6, adic:

.Prin eliminarea mrimilor UA i UB din ultimele relaii se obine:

Acest tip de conversie ntrunete avantajele CAN de tip paralel cu rezoluie mic i se folosete n aplicaii care nu necesit viteze de conversie extrem de mari. Coninnd un numr relativ redus de componente (comparatoare) sunt mai ieftine dect cele de tip paralel. Se utilizeaz la digitizarea semnalelor video, n osciloscoape digitale ultrarapide, n aplicaii radar .a.

7.7.1. Cea mai important operaie care are loc n aparatele numerice este conversia analog-numeric a mrimii de msurat. Aceasta se realizeaz cu ajutorul unor convertoare analog-numerice de diverse tipuri. Pe intervalul dintre dou conversii succesive semnalul numeric este memorat (reinut) ntr-un registru de memorare temporar, din componena CAN. ntruct n majoritatea cazurilor beneficiarii rezultatelor msurrii sunt oamenii care prefer ca aceste rezultate s fie date n cod zecimal, aparatele de msurare numerice sunt dotate cu un decodor binar-zecimal. Acesta poate fi realizat ca dispozitiv autonom sau poate fi ncorporat n dispozitivul de afiare. n cazul n care se dorete i nregistrarea numeric a rezultatului msurrii se foloeste un alt decodor binar-zecimal, DBZ, cuplat cu un dispozitiv de nregistrare zecimal, DZ. Rezultatul conversiei poate fi transmis i ctre un sistem de conducere cu microprocesor.

7.2. Schema bloc simplificat a unui numrtor universal este prezentat n figura de mai jos, unde distingem urmtoarele componente eseniale: blocul de intrare BI; poarta principal PP; generatorul de impulsuri GI; divizorul de frecven al bazei de timp DFBT; blocul de numrare, memorare i afiare zecimal BNMAZ i blocul de control BC. Blocul de intrare ndeplinete funcia de transformare a semnalului de intrare, care este un semnal periodic, ntr-un tren de impulsuri cu o form i mrime dependent de logica intern a numrtorului. Acest bloc este alctuit dintr-un adaptor de intrare cu divizor de tensiune pentru a ncadra nivelul semnalului intern n limitele admisibile, dintr-un limitator de tensiune cu diode Zener, pentru a asigura protecia blocurilor interne la supratensiuni, dintr-un convertor de impedan, care s permit alegerea nivelului optim de triggerare i dintr-un bistabil (trigger) Schmidt, care s transforme semnalul astfel prelucrat ntr-un tren de impulsuri dreptunghiulare.

Unul dintre cele mai importante elemente ale BI este triggerul Schmidt. Cnd ui < u1 tranzistorul T2 conduce datorit polarizrii bazei lui, asigurate de divizorul RC1RRE, iar tranzitorul T1 este blocat. Cderea de tensiune pe rezistorul RE menine aceast stare. Poarta principal este un operator I cu dou intrri: una pentru trenul de impulsuri, iar cealalt pentru comanda nchiderii/deschiderii acesteia. Impulsurile trec prin poart numai atunci cnd intrarea de comand este pus pe 1 logic. Comanda poate fi direct - cu un singur semnal logic, sau poate fi fcut prin intermediul unui bistabil comandat prin dou semnale logice: unul pentru nchiderea, iar celalalt pentru deschiderea porii.Generatorul de impulsuri GI i divizorul de frecven al bazei de timp DFBT genereaz mai multe trenuri de impulsuri cu frecvene diferite dar cunoscute i foarte stabile n timp. Este vorba de un generator de impulsuri GI cu cristal de cuar cu frecvena de circa 10 MHz, cuplat cu un divizor de frecven n trepte cu raportul de divizare de la 1 la 10 de la o treapt la alta. Divizorul de frecven este n acelai timp i multiplicator de perioad al bazei de timp MPBT.Blocul de numrare, memorare i afiare zecimal este alctuit dintr-un numrtor de impulsuri NI n cod binar, alctuit din 4-9 numrtoare binare decadale, dintr-un registru tampon RT i dintr-un dispozitiv de afiare zecimal optoelectronic DAZ, dotat cu decodificator corespunztor DBZ.Blocul de control BC (fig. 7.3) asigur coordonarea activitii tuturor componentelor sistemului n concordan cu operaia ce se dorete a fi executat: msurarea de frecven, de perioad, de defazaj .a. Prin selectorul de mod de lucru SML i unele comutatoare bipoziionale se realizeaz anumite conexiuni interne care fac posibil operaia dorit. 7.3. Numrtoarele universale au numeroase utilizri n msurarea mrimilor temporale. Dintre acestea cele mai importante sunt urmtoarele: msurarea frecvenei; numrarea (totalizarea) impulsurilor; msurarea perioadei; determinarea raportului dintre dou frecvene; msurarea unui interval de timp; msurarea defazajului dintre dou semnale periodice; divizarea frecvenei; msurarea oricrei mrimi convertite n frecven.

7.4.Msurarea frecvenei const n numrarea impulsurilor recepionate de numrtor ntr-un anumit interval de timp: o secund, o milisecund sau o microsecund. Dac poarta principal se menine deschis o secund, frecvena se exprim n Hz, dac poarta se menine deschis o milisecund, frecvena se exprim n kHz, iar dac se menine deschis o microsecund frecvena se exprim n MHz. Intervalul de timp dorit este furnizat de divizorul de frecven al bazei de timp DFBT ca durata dintre dou impulsuri consecutive.

7.5.Msurarea frecvenei poate fi aplicat numai la frecvene relativ mari. n cazul frecvenelor mici msurarea ar necesita un timp mare. Pentru a se obine precizie i vitez de msurare mari, la msurarea frecvenelor mici se recurge la msurarea perioadei T apoi, prin calcul, se deduce frecvena (f = 1/T).

Semnalul de msurat Ux este aplicat la intrarea blocului BI. Aici este transformat prin triggerare ntr-un tren de impulsuri U1 de frecven fx, care este aplicat la intrarea multiplicatorului de perioad, de unde se poate scoate un multiplu 10n de perioada Tx, adic un tren de impulsuri cu perioada T = 10nTx, n funcie de poziia selectorului bazei de timp.La intrarea porii principale PP se aplic un tren de impulsuri cu frecvena f0 dat de generatorul de impulsuri GI. Poarta va fi deschis pe durata dintre dou impulsuri consecutive date de baza de timp i n acest fel n momentul nchiderii porii, marcat de al doilea impuls, n numrtor rmne totalizat un numr N de impulsuri ca o msur a perioadei semnalului Ux:

.Dac frecvena f0 este mic sau dac factorul de multiplicare a perioadei Tx este 1 (n = 0), precizia de msurare ar putea lsa de dorit, mai ales la perioade Tx mici, pentru c ar rezulta un numr N relativ mic. De aceea, se recomand mrirea frecvenei f0 sau mrirea factorului 10nTx, ceea ce este uor de realizat prin intermediul selectorului bazei de timp. Dar factorul de multiplicare a perioadei nu trebuie mrit excesiv pentru c ar mri timpul de msurare.

7.6.Multimetrele numerice au n componena lor un voltmetru numeric pentru tensiuni continui VNTC i dou sau mai multe convertoare de intrare i pentru alte mrimi: tensiune alternativ (medie, efectiv, de vrf), curent continuu, curent alternativ, rezistena electric .a.

7.7.Avantajele folosirii aparatelor de msurare dotate cu microprocesoare sunt urmtoarele: mrirea gradului de automatizare n funcionarea aparatelor i sistemelor n care sunt integrate, precum i mrirea versatilitii acestora; mrirea preciziei i vitezei de msurare; reducerea volumului, a greutii i a numrului de componente ale echipamentelor prin folosirea unor echipamente electronice sub form de circuite integrate la scar foarte larg, caracterizate prin dimensiuni i consumuri de energie foarte mici, dar cu performane superioare; raportul pre / performane net superior fa de aparatura clasic; facilizarea comunicaiei cu elementele unui sistem de conducere cu calculatoare ntr-o structur complex, ierarhizat i distribuit; furnizarea rezultatului msurrii ntr-o form atractiv, nu numai prin numere, ci i prin mesaje explicative n limbajul utilizatorului.

7.8.O structur caracteristic simplificat a unui aparat de msurare cu microprocesor este prezentat mai jos. Pe lng componentele cu funcii de baz precum blocul adaptor de intrare BAI, convertorul analog numeric CAN i blocul de decodificare i afiare zecimal BDAZ, aparatul mai conine i componente specifice tehnicii numerice programabile cum sunt: dispozitivul de comand microprogramat DCM sau cum se mai numete controllerul, echipamente de interfa cu utilizatorul EIU, panoul de operare cu tastatura POT i echipamente de interfa cu alte aparate programabile EIAP, conectate cu magistrala extern ME, precum i modulul de memorare a programelor i a datelor MPD.

n aceast structur microprocesorul, care este cel mai important element al dispozitivului DCM, ndeplinete rolul de coordonator al tuturor operaiilor legate de prelucrarea i transferul de date spre i din aparat pe baza unui program rezident n memoria ROM sau EPROM a controllerului.

8.8.1.Funcionarea acestor aparate se bazeaz pe dependena dintre deformaia elastic a unui element sensibil i presiunea sau diferena de presiune la care este supus. Dup forma elementului elastic aparatele de acest tip pot fi: cu tub Bourdon; cu membran; cu capsul; cu burduf.

8.2.Manometre cu tub Bourdon. Marea majoritate a manometrelor bazate pe deformaia elastic au ca senzor un tub elastic sub forma unui arc de cerc cu un unghi la centru de circa 270o tubul Bourdon.

a) schema de principiu; b) seciuni transversale ale tubului.

Pentru presiuni pn la 300 bar, tubul se confecioneaz din aliaje neferoase (alam, bronz etc.), iar pentru presiuni mai mari se confecioneaz din oel. n seciune, tubul elastic nu este circular, ci are una din formele prezentate n figura 8.1,b. Deplasarea d a captului liber a tubului elastic, sub aciunea presiunii maxime interne, ajunge pn la 5 mm, iar raportul dintre presiune i deplasare reprezint sensibilitatea senzorului.

8.3.Manometre cu mai multe spire. Pentru a mri sensibilitatea se recurge la tuburi elastice cu mai multe spire (fig. 8.2).

a) cu tub elicoidal; b) cu tub spiral.

Acestea se realizeaz n dou variante: cu tub sub form elicoidal; cu tub sub form de spiral.Tuburile elicoidale i cele spirale se confecioneaz din alam sau bronz, i se utilizeaz la presiuni pn la 16 bar.

8.4.Senzorul manometrului cu membran elastic este realizat dintr-o carcas C i o plac subire elastic P, de form circular, gofrat, prins prin uruburi de carcas . Sub aciunea diferenei de presiune p, pe cele dou fee ale acesteia, membrana capt o deformaie (sgeat) elastic x, proporional cu p, deformaie care este transmis printr-o tij central la un sistem de indicare sau nregistrare, direct sau dup o prealabil amplificare.

Manometrele cu membran se construiesc pentru msurarea de presiuni difereniale pn la circa 10 bar, n diverse variante i dimensiuni. Diametrul membranei, forma i adncimea ondulaiilor, ca i proprietile fizice ale materialului din care sunt fabricate, sunt cei mai importani parametri de care depind caracteristicile elastice ale acesteia. Pentru aceeai form i material, diametrul i grosimea membranei se aleg n funcie de diferena de presiune de msurat.Deformaia membranei este n general mic, de aceea, n unele cazuri, pentru a mri sensibilitatea, se recurge la folosirea unei transmisii cu amplificare.

8.5.Traductoarele cu capsul elastic sunt formate n principal din dou membrane ondulate lipite pe contur. Sub aciunea diferenei de presiune de pe faa interioar i cea exterioar, ambele membrane se deformeaz, rezultnd o deformaie dubl fa de manometrele cu membran simpl.Senzori cu mai multe capsule. Pentru a obine o deformaie i mai mare la aceeai diferen de presiune, se construiesc senzori de presiune alctuii din mai multe capsule (fig. 8.4,b). Captul liber al blocului de capsule sufer deplasarea x, proporional cu diferena dintre presiunea din interiorul capsulelor i cea din afara acestora.

a) cu o singur capsul; b) cu dou capsule.

Cu senzori de acest tip se pot msura diferene de presiuni de pn la circa 5 bar. Caracteristica de transfer x - p este n general liniar, dar pentru o mai bun liniaritate, pe suprafaa capsulelor se ataeaz cte un arc de form special care compenseaz abaterile de la liniaritate.

8.6.Traductorul de presiune cu membran flexibil este alctuit din carcasa 1, membrana flexibil 2, prins ntre dou discuri centrale rigide 3, din resortul helicoidal 4 i din tija 5.

Membranele flexibile se confecioneaz din esturi de mtase sau fibre sintetice cauciucate ori impregnate cu alte materiale impermeabile.Membranele flexibile sunt folosite nu numai ca senzori de presiune, ci i ca elemente de execuie, ca elemente de conversie .a.

8.7.Traductoare de presiune cu dou burdufuri. n figur este prezentat un senzor de presiune diferenial cu dou burdufuri. Cele dou burdufuri 1 i 1' sunt montate n carcasa 2, compus din dou camere de presiune separate de peretele despritor 3. Capetele libere ale burdufurilor sunt unite prin tija comun 4, care sub efectul diferenei presiunilor p1 i respectiv p2 aplicate n cele dou camere de presiune, efectueaz o deplasare l. Aceast deplasare este dependent i de reaciunea resortului elicoidal 5, care, mpreun cu caracteristicile elastice ale celor dou burdufuri, determin dependena l = f(p).

Prin intermediul unei transmisii cu articulaie elastic etan, deplasarea axial l este transpus n deplasare unghiular . Aceast deplasare unghiular, care constituie o msur a diferenei de presiune, poate fi folosit ca mrime de ieire a manometrului diferenial sau poate fi convertit n alt mrime (de exemplu - n curent electric) i aceasta s fie folosit ca mrime de intrare n aparatul de msurare sau n alt aparat de automatizare.

8.8.Traductoarele peliculare de presiune sunt n fond traductoare capacitive cu senzori dintr-o folie poliamidic, flexibil i elastic, metalizat pe ambele fee, formnd un condensator.

Sub aciunea variaiei presiunii p grosimea foliei variaz cu d i astfel se ajunge la variaia relativ a capacitii condensatorului:

,unde K este un coeficient de proporionalitate.Exist trei posibiliti de msurare a variaiei de capacitate, care conduc la diferenierea a trei tipuri de traductoare i anume: includerea condensatorului ntr-o punte capacitiv alimentat n c.a. pe o frecven purttoare, obinndu-se astfel variaia capacitii; polarizarea condensatorului de la o surs de c.c. cu tensiunea U i msurarea variaiei de sarcin electric Q a condensatorului:

alimentarea condensatorului n c.c. de la o surs U printr-o impedan mare (generator de curent) i msurarea diferenei de potenial V care apare la bornele impedanei datorit modificrii capacitii:

Pe aceste principii au fost realizate recent traductoare peliculare cu dielectric solid i traductoare cu dielectric gazos.

9.9.1.Cele mai uzuale uniti de msur pentru temperatur sunt gradul Kelvin, K, gradul Celsius, oC i gradul Farenheit, oF.

9.2.Diferena de potenial ntre capetele libere ale unui termocuplu este dependent de diferena dintre temperatura capetelor sudate i de temperatura capetelor libere, sub forma:

unde AB este sensibilitatea medie a termocuplului AB.

9.3.Legarea termocuplelor la aparatele pentru msurat temperatura sau la alte elemente ale unui sistem de automatizare se face prin intermediul a doi conductori de prelungire din aceleai materiale ca i electrozii A, B, dac aceste materiale nu sunt prea scumpe, sau prin conductori din ale materiale cu proprieti termoelectrice ct mai apropiate de cele ale electrozilor. Pentru a realiza o msurare precis este necesar, fie s se stabilizeze temperatura capetelor libere pentru ca EAB s depind numai de T, fie s se foloseasc un dispozitiv de compensare automat a temperaturii To asupra tensiunii EAB. Cel de-al doilea procedeu este mai comod i mai eficace i const n introducerea n serie cu termocuplul a unei puni electrice de compensare.

Rezistorul RN (din nichel) al unuia dintre braele punii, care are o variaie sensibil a rezistenei cu temperatura To, este plasat lng capetele libere ale termocuplului pentru a cpta aceeai temperatur. Puntea este astfel proiectat nct s produc o tensiune de dezechilibru.

,adic o tensiune egal i opus tensiunii perturbatoare -ABTo.

9.4. Legarea la punte cu trei conductori. Cea mai eficace metod de a elimina influena variaiei rezistenei conductorilor de legtur este aceea de a lega traductorul rezistiv la punte cu trei conductori.Unul din conductori este montat pe braul 2 al punii, altul este montat pe braul adiacent iar cel de al treilea conductor constituie prelungirea pn la rezistorul Rx a diagonalei de alimentare a punii. n acest fel rezistenele conductorilor de pe braele adiacente au efecte egale i opuse i n consecin acestea se anihileaz, iar mrimea sau variaia rezistenei diagonalei de alimentare la punile echilibrate este neglijabil nu are influen asupra msurrii.ntruct etalonarea scalei punii se face avnd la baz o anumit valoare a rezistenei braelor 2 i 3 iar lungimea conductorilor de legtur difer de la o aplicaie la alta, este recomandabil ca la rezistena conductorilor de legtur s se adauge o rezisten adiional Ra aleas n funcie de rezistena conductorilor astfel nct rezistena total luat n seam la etalonarea punii s fie RE = Rx + Rc + Ra.

9.5. La baza concepiei traductoarelor de temperatur bazate pe radiaii st dependena dintre intensitatea i compoziia spectrului de emisie termoelectromagnetic a corpurilor (substanelor) i temperatura acestora, fr a fi nevoie de un contact direct ntre traductorul de temperatur i corpul cruia i se msoar temperatura, chiar i cnd acesta se afl n micare. Radiaia termic este puternic i vizibil la temperaturi relativ mari (T>600 oC). La temperaturi mici ea este slab i are loc pe lungimi de und din spectrul infrarou.

9.6. Cu astfel de aparate temperatura se msoar pe baza comparrii i echilibrrii strlucirii corpului emitent cu strlucirea filamentului unei lmpi de temperatur. Compararea i echilibrarea au loc n cadrul unui sistem optoelectric alctuit din lentilele L1 i L2 (ocular i obiectiv), diafragmele D1 i D2, filtrul optic rou FR i lampa de temperatur LT.n cadrul sistemului lentila obiectiv proiecteaz imaginea corpului emitent ntr-un plan n care se afl lampa de comparaie.Privind prin lentila ocular operatorul vede filamentul lmpii pe fondul imaginii corpului emitent. Filtrul rou FR las s treac spre ochiul operatorului o radiaie aproape monocromatic emis de corp i filament i astfel observatorul poate compara strlucirea filamentului cu cea a corpului radiant. El poate distinge clar trei situaii: strlucirea filamentului mai mare dect cea a corpului, strluciri identice (confundate) i strlucirea filamentului mai slab dect strlucirea corpului. La echilibru filamentul dispare de pe fondul luminos al vizorului.

n cazul pirometrului din figura 9.5, temperatura corpului emitent se determin dup curentul de nclzire a filamentului. De regul, aparatul are mai multe scale, gradate n uniti de temperatur, corespunztoare diverilor factori de emisivitate T. Pirometrul prezentat prezint dezavantajul c odat cu modificarea curentului de nclzire se modific i compoziia spectral a radiaiilor filamentului.Cu ajutorul pirometrelor cu lmpi de temperatur se pot msura temperaturi cuprinse ntre 600oC i 2000oC.

9.7.n cazul pirometriei de radiaie total temperatura corpurilor se determin pe baza msurrii intensitaii energetice globale a radiaiilor cuprinse ntr-o plaj foarte larg de lungimi de und, iar la baza metodei st relaia lui Stefan Boltzman, stabilit pentru corpul negru:

,

unde[W/m2K4] se numete coeficientul de radiaie al corpului absolut negru.

9.8.Odat cu modificarea temperaturii unui corp are loc i o modificare a compoziiei spectrale a energiei emise de acesta, adic are loc o schimbare a culorii ncepnd de la culoarea natural, trecnd prin rou la ~700 oC, prin galben la ~1100 oC, prin alb la 1400 oC. Avnd n vedere acest fenomen s-a adoptat noiunea de temperatur de culoare, care poate fi definit n mai multe moduri.

Temperatura de culoare a unui corp avnd temperatura real este definit ca fiind temperatura corpului negru care este aceeai culoare ca i corpul n cauz.

9.9.Domeniul de temperaturi pentru msurarea crora se utilizeaz termometre cu radiaii infraroii este: la .

9.10.Cu unele adaptri specifice fiecrei aplicaii termometrele bazate pe radiaie termic pot fi folosite n numeroase aplicaii precum urmtoarele: msurarea temperaturii pereilor cuptoarelor metalurgice de nclzire i tratamente termice i a temperaturii materialelor din acestea; msurarea temperaturii flcrii gazelor din focarele cazanelor generatoare de abur sau ale cuptoarelor tubulare precum i pentru msurarea temperaturii tubulaturii prin care circul produsul de nclzit; msurarea temperaturii gazelor din camerele de ardere ale motoarelor cu combustibili fluizi.

10.10.1.n SI unitatea de msur pentru debitul volumic este m3/s, iar pentru debitul masic este kg/s. n practic ns se folosesc o mulime de multipli sau submultipli ai unitilor de msur SI precum i alte uniti de msur precum m3/h, l/s .a.n SI unitatea de msur pentru cantitate volumic este m3 iar pentru cantitate masic este kg mas. n practic se folosesc mai ales multipli sau submultipli ai acestor uniti de msur precum i uniti de msur din afara SI precum: barilul, galonul .a.

10.2.Cele mai uzuale tipuri de senzori de debit cu rezisten local sunt urmtorii: senzori cu diafragm cu prize la fee n inel; senzori cu diafragm cu prize n flane; senzori cu diafragm cu prize n vena contract; senzori cu ajutaje; senzori cu tuburi Venturi; senzori cu diafragm segment; senzori cu diafragm dubl .a.

10.3. La scar industrial, debitul se msoar ntr-un sistem ca cel din figur. Din acesta face parte senzorul de debit SD, care transpune valoarea debitului pe un prim semnal purttor de informaie. Acest semnal poate fi aplicat direct sau dup anumite transformri la intrarea unui aparat de msurat debitul, AMD sau poate fi folosit n alte scopuri, ca de exemplu ntr-un sistem de contorizare, ntr-unul de reglare, ntr-unul de semnalizare .a.

Elementul final al acestui sistem este aparatul de msurat debitul AMD, care poate fi un aparat indicator sau unul nregistrator, de tip analogic ori de tip numeric. n mod convenional, acest aparat este denumit debitmetru, deoarece n ultim instan el pune n eviden debitul pe baza msurrii unui semnal pe care este transpus debitul, semnalul putnd fi tensiune, curent, presiune, for, deplasare. Ca element final poate fi considerat i contorul cantitii de fluid debitat, CC, care este de obicei un aparat indicator al cantitii de fluid obinute prin integrarea debitului.

10.4.Pentru o prezentare sistematic a acestor tipuri de senzori i traductoare vom ncadra aceste aparate n urmtoarele categorii, dup fenomenul sau efectul care st la baza funcionrii lor sau dup alt element caracteristic i anume: aparate bazate pe msurarea cderii de presiune; aparate bazate pe msurarea presiunii dinamice; aparate bazate pe echilibrarea forelor; aparate bazate pe antrenarea mecanic; aparate bazate pe efecte ineriale (masice); aparate bazate pe msurarea volumelor; aparate bazate pe turbionarea jetului de fluid; aparate bazate pe inducia electromagnetic; aparate bazate pe propagarea ultrasunetelor; aparate combinate i aparate speciale; aparate pentru msurat debitul n canale deschise.

10.5.n figur sunt prezentai doi dintre cei mai folosii senzori de tip diafragm; cel cu prize n inel i cel cu prize n flane.

a) cu prize n inel; b) cu prize n flane.

10.6.Debitul volumic este dat de relaia:

. n aceast relaie presiunile p1 i p2 sunt cele din seciunile 1, respectiv 2. n practic este mai comod ca aceste presiuni s fie prelevate nu din seciunile 1 i 2, ci din imediata vecinatate a diafragmei unde ele au valorile p1 i respectiv p2, iar prizele de presiune s fie practicate pe senzor. Extractorul de radical liniarizeaz caracteristica static a acestui traductor.

10.7.Senzori de tip Pitot-Prandtl.

a) cu priza de presiune la peretele conductei; b) cu priza de presiune n vna de fluid.

ntruct cu un astfel de tub se determin viteza de curgere ntr-un singur punct, iar n seciunea conductei viteza de curgere este neuniform, este necesar s se determine viteza n mai multe puncte caracteristice ale conductei i pe aceast baz s se evalueze o vitez medie de curgere, care multiplicat cu seciunea efectiv de trecere s determine debitul volumic.Stabilirea punctelor de msurare se face conform STAS 6563-83, iar viteza de curgere se determin pe baza presiunii dinamice conform legii lui Bernoulli:

, unde pT este presiunea total static i dinamic, pS presiunea static, densitatea, iar w viteza de curgere.

10.8.Debitmetrul ultrasonic conine: generatorul de oscilaii ultrasonice G, cu frecvena de aproximativ 10 MHz, piezoelementele emitoare PE1 i PE2, piezoelementele receptoare PR1 i PR2, amplificatoarele electronice A1 i A2, detectoarele D1 i D2, modulatoarele M1 i M2 i circuitul de amestecare CA, dotat cu indicatorul sau nregistratorul I.Generatorul de oscilaii emite oscilaii de tensiune ctre M1 i M2 (care au rolul de pori), iar de aici oscilaiile ajung la PE1 i PE2. Acestea, la rndul lor, transform undele electrice n unde ultrasonice care se propag prin mediul din conduct, fiecare n sensuri opuse i ajung astfel la PR1 i PR2 unde sunt transformate din nou n unde electrice. n conduct, undele ultrasonice parcurg canalele sonice n timpii:

,1 n sensul curgerii i 2 n sens opus curgerii.Semnalele sinusoidale generate de receptoarele PR1 i PR2 amplificate n A1 i respectiv n A2 sunt transformate n semnale continui n detectoarele D1 i respectiv D2 iar semnalele astfel obinute comand modulatorul M1 i respectiv M2, fcnd ca aceste modulatoare s emit sau s ntrerup emisia semnalelor electrice ctre emitoarele PE1 i respectiv ctre PE2. ncepnd de la un anumit moment de timp, M1 las s trac spre canalul acustic PE1 - PR1 un grup de unde ultrasonice. Frontul acestui grup de oscilaii ajunge la D1 dup timpul 1 i l blocheaz pn cnd ultima oscilaie a grupului ajunge la acest element. n absena semnalului la intrarea de comand a modulatorului acesta este deblocat i las s treac un nou grup de oscilaii, formndu-se astfel la ieirea detectorului D1 un semnal dreptunghiular cu frecvena f1 = 1/(21).Aceleai fenomene au loc i pe cellalt canal acustic PE2 - PR2 cu singura deosebire c aici timpul de propagare fiind 2 la ieirea detectorului D2 se obine un semnal cu frecvena f2 = 1/(22). Cele dou semnale dreptunghiulare se aplic la intrarea unui circuit de amestecare unde are loc operaia de scdere a acestora i obinerea la ieire a unui semnal

.

a) schema bloc simplificat; b) diagrama de semnale.

Traductoarele cu dou canale acustice prezint unele probleme legate de asigurarea caracteristicilor acustice i electrice identice ale celor dou canale. Orice mici diferene dimensionale i de medii acustice duc la asimetrii i implicit la modificarea caracteristicii de transfer intrare - ieire. Aceste probleme pot fi evitate dac se folosete un singur canal cu elemente piezoelectrice emitoare i receptoare la fiecare capt, astfel c prin acelai canal undele ultrasonice s se propage alternativ n ambele sensuri. Aceast soluie prezint ns dezavantajul unei scheme electronice complicate pentru producerea, recepia i prelucrarea semnalelor.

10.9.Soluie. Pentru evaluarea coeficientului de debit se calculeaz raportul =d/D=0,4. Din tabelul 2 rezult '=0,608.Considernd =', dependena debit-cdere de presiune pe diafragm este descris de relaia:

= 4,84. 10-3 m3/s = 17,42 m3/h, n care Q' este debitul volumic modificat, p este diferena dintre presiunea p1 din amonte i presiunea p2 din aval de diafragm, este densitatea lichidului, d este diametrul orificiului diafragmei iar este coeficientul de debit (adimensional).Se calculeaz numarul Reynolds:

,iar din tabelul 1, extragem valoarea Re', determinat experimental, Re' = 16.103. Aceast relaie este valabil cnd Q este exprimat n m3/h, n kg/m3, D n mm i n kg/(m.s).Deoarece Re > Re', putem considera aproximaia fcut, =', ca fiind neglijabil. Deci debitul este:

m3/h,unde A este un coeficient determinat pe cale experimental, n funcie de i D (tabelul 3).Coeficientul este constant atunci cnd se verific relaia:

, adic atunci cnd

m3/h.

10.10.Soluie. Se calculeaz pmax = .g.hmax = 1000.9,81.1 = 9810 N/m2.Dimensionarea diafragmei presupune, n principal, determinarea diametrului d al orificiului diafragmei astfel nct s se asigure o cdere de presiune pe diafragma egal cu valoarea pmax a domeniului de msurare al ansamblului convertor-adaptor de presiune diferenial din componena traductorului de debit, atunci cnd debitul prin diafragm este egal cu valoarea Qmax a domeniului de msurare a traductorului de debit.Se consider =' i se calculeaz produsul '2 cu relaia:

.Din tabelul, din coloana corespunztoare diametrului D=100 mm, se extrag valorile ('2)1 = 0,110 i ('2)2 = 0,131 care ncadreaz valoarea calculat '2, apoi valorile corespunztoare 1 = 0,44 i 2 = 0,46.Se calculeaz prin interpolare liniar n raport cu '2 astfel:

.Se calculeaz (Re)nom cu relaia:

,iar din tabelul 1 extragem Re' = 22.103.Deoarece se verific condiia de constan a coeficientului de debit , (Re)nom > Re' , se calculeaz diametrul d cu relaia:d = .D = 0,442 . 100 = 44,2 mm.n cazul n care relaia (Re)nom < Re' se reia calculul de dimensionare prin alegerea unei conducte cu diametrul interior ceva mai mic (avnd ca efect creterea lui (Re)nom, sau prin alegerea unui traductor de presiune diferenial cu domeniul mai mare (avnd ca efect reducerea lui Re', prin micorarea raportului ). Se recomand ca domeniul traductorului de presiune diferenial s nu fie mai mic de 400500 mm col. ap.

Obs. Tabelele la care se face referire n rezolvare se gsesc n lucrarea de laborator Calcule privind msurarea debitului.

11.11.1.Nivelul se definete ca fiind nlimea h la care se afl suprafaa de separaie a dou medii cu proprieti fizice diferite, n raport cu un reper dat i se msoar n mm.

11.2.Traductor cu plutitor i transmitere prin cablu. Meninerea plutitorului n contact permanent cu lichidul de lucru se face printr-o balan de fore, echilibrat prin procedee mecano-electrice Balana de fore se realizeaz pe prghiile P1 i P2, asupra crora acioneaz momentele resoartelor R1 i R2. Acestora li se opune momentul dat de aciunea plutitorului PL asupra tobei T, prin intermediul cablului CB, moment transmis prghiilor prin intermediul arborelui A.

La echilibru, adic atunci cnd plutitorul este n contact cu suprafaa lichidului, cele dou momente aplicate sistemului de prghii sunt egale, astfel c ambele contacte C1 i C2 sunt deschise. ntruct unul din firele de alimentare ale motorului bifazat MB este adus printr-o perie P i prin unul din colectoarele C la prghia P1, rezult c, la echilibru, motorul este nealimentat. Dac nivelul se modific, s presupunem c scade, echilibrul se stric, n sensul c momentul de torsiune dat de ansamblul tob de cablu - plutitor este mai mare, avnd drept efect nchiderea contactului C2, motorul fiind astfel comandat nct, prin intermediul roii melcate RM, rotete roata dinat RD n sensul care provoac coborrea plutitorului, pn la atingerea noii poziii de echilibru.Atunci cnd nivelul crete, se nchide contactul C1 realizndu-se comanda pe cealalt faz a motorului, ceea ce are ca efect ridicarea plutitorului. Rotirea motorului reversibil este preluat de reductorul mecanic REM i apoi transmis indicatorului local IL. Indicaia local poate fi transmis la distan prin intermediul blocului BTD care funcioneaz pe principiul selsinului.

11.3.Traductoarele de nivel ultrasonice utilizeaz emitoare/receptoare de unde ultrasonice, cu frecvene de ordinul MHz, iar nivelul este determinat prin msurarea timpului parcurs de und de la emior pn la suprafaa lichidului i napoi, la receptor.Pentru a obine indicaii independente de viteza de propagare prin mediul n care se face msurarea, sonda ultrasonic n care este fixat piezocristalul emitor/receptor PCER are prevzut un pin de referin PR, fixat la o distan h0 de PCER, astfel c undele reflectate de acesta permit determinarea vitezei de propagare prin mediul respectiv.

n aplicaiile practice, sonda ultrasonic poate fi plasat deasupra rezervorului, existnd i situaii n care aceasta se dispune ntr-un tub de linitire special destinat acestui scop, de exemplu, n cazul utilizrii traductoarelor de nivel ultrasonice la msurarea nivelului lacurilor de acumulare, pentru a elimina erorile introduse de valuri.

11.4.Structura unui traductor de nivel ultrasonic este prezentat n figur. Semnalele generate de blocul emitor/receptor BE/R sunt aplicate sondei SUS, care emite unde ultrasonice ctre lichidul al crui nivel se msoar. Undele reflectate de suprafaa lichidului sunt recepionate de sond i transmise receptorului din BE/R dup un timp th:,unde C este viteza de propagare prin mediul de nlime h.

Undele reflectate de pinul de referin nglobat n sond, care sunt primele recepionate de BE/R, dau natere unui semnal eantion s1 la ieirea din filtrul numeric FN, care comand blocul de calibrare BC. Blocurile BC, OSC (oscilator), N (numrtor) sunt conectate astfel nct la ieirea numrtorului N se obin impulsuri s3 a cror frecven este dependent de frecvena semnalului eantion. Impulsurile s3 sunt contorizate n registrul de memorie temporar RMT, pn cnd, la sosirea i recepionarea undei reflectate de suprafaa lichidului, se activeaz semnalul s2, care blocheaz impulsurile s3. Echivalentul numeric obinut n RMT reprezint, innd seama de un factor de proporionalitate, valoarea h dintre sond i suprafaa lichidului din rezervor.Asemenea traductoare, pe lng facilitile anterior menionate, sunt avantajoase ntruct nu au piese n micare sau n contact cu lichidul, n-au nevoie de calibrri la schimbarea lichidului de lucru etc. Ele permit msurri n domeniul 80 mm 6 m cu o eroare, la ieirea analogic, de 0,5%. Ieirea este disponibil i n variant numeric. Domeniul poate fi extins la 1030 m cu scderea corespunztoare a preciziei.

11.5.Msurarea nivelului cu ajutorul undelor radar (microunde) se bazeaz pe msurarea intervalului de timp t n care o und radar emis de o anten emitoare, AE, parcurge distana d pn la suprafaa lichidului, care o reflect napoi, i ajunge la antena receptor AR situat, de regul n acelai corp cu antena emitor fig. 11.6. n acest fel nivelul din rezervor (h = H - d) se poate determina dup intervalul de timp t conform relaiei , unde c este viteza de propagare a microundei (~ 295 000 km/s).

11.6.Msurarea nivelului cu ajutorul microundelor ofer o serie de avantaje i anume:- traductorul nu vine n contact direct cu lichidul din rezervor i nu conine piese n micare, susceptibile de uzur;- rezultatele msurrii nu sunt afectate de temperatura i de presiunea din rezervor;- nivelmetrul poate acoperi domenii largi de msurare;- ofer largi posibiliti de interconectare cu alte echipamente i de integrare n sisteme de monitorizare a parcurilor de rezervoare.

11.7.Exist dou metode de msurare:- metoda msurrii directe a intervalului de timp sau a defazajului dintre semnalul emis de AE i cel recepionat de AR;- metoda modulaiei frecvenei undelor radar continui, FMCW (Frecvency Modulated Continous Wave).n aplicarea primei metode se ntmpin dificulti n msurarea exact a intervalului de timp, de aceea i precizia de msurare a nivelului este relativ mic.Metoda modulaiei frecvenei este mai uor de aplicat i mai precis. Conform acestei metode antena emitoare emite radiaii continui dar cu o frecven liniar variabil mtre dou limite fm i fM. Aceste unde ajung la antena receptoare cu o anumit ntrziere t, dependent de distana d dintre antene i suprafaa lichidului.

11.8.n figur sunt prezentate dou tipuri de antene. Antenele conice i cele parabolice sunt cele mai uzuale i au o construcie asemntoare, dar cu mici diferenieri constructive. Antena conic prezentat n figura 11.9, a este alctuit dintr-un corp C prevzut cu flan F pentru montare pe capacul rezervorului.

Antene de emisie-recepie microunde:a) conic (plnie); b) parabolic.

n interiorul corpului se afl un ghid de unde, GU, simplu sau combinat, care ghideaz microundele primite printr-un cablu de nalt frecven CIF, ctre conul antenei. n cele mai multe variante GU este realizat dintr-un material cu constant dielectric mic (sticl, ceramic, PTFE) i are extremitatea dinspre suprafaa vizat sub form de con ascuit. Forma ghidului de und i forma conic a corpului antenei favorizeaz concentrarea microundelor emise ctre suprafaa vizat dar i captarea undelor reflectate de suprafa.Undele reflectate i recepionate de anten sunt ghidate de GU ctre circuitele de prelucrare n vederea determinrii intervalului de timp, t, dintre momentul emiterii i momentul recepiei acestora.Ghidul de und este etanat fa de corpul antenei prin garnituri speciale, GS, iar corpul antenei se monteaz etan de corpul rezervorului prin flane i garnituri.

11.9.Caracteristica intrare-iesire a sistemului de msurare este:

h [mm]I [mA]4000102

Ecuaia acestei caracteristici este: I = 0,02 h + 2Dac I =6,5 mA, nivelul va fi h = 225 mm.

11.10.Analog problemei precedente, ecuaia caracteristicii ideale este: I = 0,04 h + 4. 75 % din domeniul traductorului este: h = 300 mm.I = 0,04 x 300 + 4 = 16 mA. 12.12.1. n cazul senzorilor de poziie poteniometrici mrimile de ieire sunt:

.

a), b) schema i caracteristica static a montajului reostatic; c), d) schema i caracteristica static a motajului poteniometric.Din ultima relaie se observ c dependena Ux = f(Rx) este liniar numai n cazul n care Rs , cnd circuitul din aval nu ncarc senzorul. n acest caz

Poteniometrele liniare sunt astfel construite nct s acopere deplasri de la 1 mm la 1 m, rezistena total fiind cuprins ntre 20 i 200 k.

12.2.n principiu, un inductor pentru deplasri liniare este alctuit dintr-o bobin B fix, de lungime l, n interiorul creia se deplaseaz un miez feromagnetic M.Deplasarea miezului provoac o modificare a inductanei proprii a bobinei de forma celei din figura 12.5,b. Caracteristica static a unui astfel de senzor este pronunat neliniar, datorit cmpului magnetic neomogen creat n bobin. n plus, apar i fore parazite de atracie care acioneaz asupra miezului n micare, motive pentru care n practic se prefer varianta diferenial a acestui tip de senzor.

Senzor de tip solenoid:a) schema senzorului; b) caracteristica static.

12.3.Senzorii capacitivi sunt n fond condensatoare electrice de diverse tipuri a cror capacitate este exprimat de relaia:

, unde A este suprafaa de suprapunere a armturilor, permitivitatea dielec-tricului i x distana dintre armturi; ele pot constitui mrimi de intrare de tip poziie sau deplasare. Senzori cu distana dintre armturi variabil Acetia sunt condensatoare plane la care una din armturi este fix, iar cealalt este mobil (fig.12.3). Distana x dintre armturi constituie mrime de intrare. Caracteristica static a acestui senzor este prezentat n figura 12.3,b.Sensibilitatea acestor senzori este dat de expresia:

care arat c sensibilitatea este mare la valori mici ale lui x, de ordinul micronilor.O mbuntire a sensibilitii precum i o liniarizare a caracteristicilor se pot obine prin adoptarea variantei difereniale din figura 12.3,c. n acest caz senzorul are trei armturi: dou fixe i una mobil la mijloc.

Senzor capacitiv cu distan variabil:a) condensator simplu; b) caracteristica static; c) condensator diferenial.

Valorile celor dou capaciti sunt:

Cum tensiunea de alimentare U se distribuie pe cele dou condensatoare astfel:

se obine

Dependena dintre U i x este liniar.

12.4.Senzorii de tip TDR (transformatoare difereniale pentru deplasri unghiulare) sunt alctuii, de regul dintr-o bobin primar i dou secundare ca i TDL, dispuse pe miez feromagnetic n forma de E. Inductana de cuplaj se modific datorit deplasrii unui rotor feromagnetic, prin acesta nchizndu-se diferit fluxul magnetic n cele dou bobine secundare.

Senzor de deplasare unghiular de tip TDR:a) schema senzorului; b) caracteristica static.

Datorit neliniaritii tensiunii de ieire Ud (fig.12.9,b), TDR se utilizeaz de regul ntr-un domeniu restrns la 50o. Traductorul este calibrat de fabricant, iar poziia de zero este marcat pe axul lui.

12.5.Decelarea sensului deplasrii se poate face n mai multe feluri. n figur decelarea se face cu ajutorul unui bistabil de tip D la intrrile cruia se aplic semnalele A i B.

Decelarea sensului deplasrii:a) dispozitivul de decelare; b) diagrama semnalelor.

Semnalul A se aplic la intrarea de date, iar semnalul B - la intrarea unui element derivator pe front cztor, ED, iar de aici la intrarea de sincronizare CLK.Urmrind evoluia celor dou semnale A i B se constat c, dup cum semnalul A este decalat naintea sau n urma semnalului B, la ieirea Q a bistabilului D se obine un semnal de SEMN cu valoarea logic 1 sau 0.

12.6.Traductoare incrementale pentru deplasare unghiular. Deplasarea unghiular se msoar cu aceleai metode i mijloace ca i deplasarea liniar cu singura deosebire c n locul riglei liniare se folosete o rigl circular plan iar elementele capului de citire se aliniaz pe un arc de cerc. n figur se prezint schematic un traductor incremental rotativ cu citire diascopic. Discul incremental DI, care conine spre periferie diviziunile transparente i opace, este montat pe axul A, prin care se transmite micarea unghiular de msurat. Capul de citire este asemntor cu capul de citire al traductorului de deplasare liniar, cu deosebirea c senzorii fotoelectrici sunt aliniai pe un arc de cerc avnd raza egal cu raza medie a diviziunilor de pe disc.

Aceste traductoare sunt compacte, robuste i se realizeaz n construcie capsulat. Se fabric n mod curent discuri incrementale n mai multe variante concepute s furnizeze 500, 1000, 2000, 3000 i 6000 impulsuri pe rotaie. n ar se fabric asemenea traductoare sub denumirea de TIRO 500, TIRO 1000, TIRO 2000, TIRO 3000, TIRO 6000.

12.7.Un astfel de traductor prezint urmtoarele dezavantaje: fantele nu pot fi fcute att de fine nct s permit sesizarea unor cuante de deplasare foarte mici; traductorul sesizeaz numai deplasarea, nu i sensul acesteia; prezint riscul recepionrii de impulsuri false din cauza trepidaiilor, a zgomotului i a altor cauze.

12.8.Divizarea electronic a pasului. Rezoluia traductoarelor incrementale poate fi mbuntit pe baza prelucrrii semnalelor obinute de la traductoare, avnd pas relativ mare, dac blocurile electronice ale acestora conin elemente pentru prelucrarea celor dou semnale A i B decalate ntre ele cu 90o. Un dispozitiv pentru divizarea electronic a pasului este prezentat n figura a, i are n componena lui dou elemente derivatoare ED1 i ED2 i un bistabil de tip SR.

Divizarea electronic a pasului:a) schema bloc a dispozitivului; b) diagrama de semnale.

Cele dou tensiuni dreptunghiulare A i B, obinute de la formatoarele de semnale dreptunghiulare, se aplic la intrrile celor dou elemente derivatoare. Fiecare dintre aceste elemente va produce cte un impuls pozitiv pentru fiecare front cresctor al semnalului dreptunghiular i cte un impuls negativ pentru fiecare front descresctor. Impulsurile negative sunt inversate prin mijloace adecvate i astfel la intrrile bistabilului SR sunt aplicate dou trenuri de impulsuri intercalate.n acest fel, la fiecare pas de deplasare, bistabilul basculeaz de patru ori i furnizeaz astfel dou trenuri de impulsuri dreptunghiulare complementare, Q i Q, cu frecvena dubl fa de frecvena semnalelor A i B, aa cum reiese i din diagramele de semnal din figura b.

12.9.Acest tip de traductoare au o larg utilizare n domeniul roboilor, al servomecanismelor, unde sunt folosite ca atare ori sunt cuplate cu mecanisme de transformare a deplasrii liniare n deplasare unghiular pentru a msura deplasarea liniar, unde pot atinge rezoluii de 3 4 m.

12.10.Folosirea unei piste suplimentare se face cu scopul ca citirea unei noi poziii s se efectueze numai cnd capul de citire ajunge n partea central a diviziunilor celui mai mic rang, aa cum se arat n figura a. Aceasta soluie are totui inconvenientul c necesit diviziuni i mai fine dect diviziunile rangului zero, ceea ce este destul de greu de realizat.

Rigl codificat cu citire special:a) cu pist suplimentar; b) cu citire n U; c) cu citire n V.190

226