Subiecte teoretice BSAD

Cuprins

1) Ce este un termocuplu? Pe ce efect se bazeaza functionarea sa?2) Indicati regimurile de functionare ale unui diode semiconductoare utilzata ca fotodetector(Fotodioda)3) Principiul de functionare al unui tensometru? Marime masurata, materialele tipice utilizate si performantele

oferite4) Senzorul cu coarda vibranta5) Ce este un traductor primar?6) Dati 3 exemple de marimi neelectrice care se pot masura cu traductoare bazate pe semiconductoare7) Care este marimea masurata de un LVDT? Explicati functionarea traductorului8) Care este caracterisitica spectrala a unui traductor sensibil la lumina?9) Care este principiul de functionare al traductoarelor optice cu circuite cu cuplaj prin sarcina? Care sunt

semnalele care trebuiesc aplicate?(Senzor CCD)10) Senzori cu reactanta variabila(Senzori capacitivi)11) Condensatorul diferential12) Ce este caracteristica dinamica a unui element din SAD? Dati un exemplu de ordinal 1 si 2

1. Ce este un termocuplu? Pe ce efect se bazeaza functionarea sa?

Termocuplul este un senzor termoelectric. Acesta masoara temperaturile inalte(cuptoare, instalatii industriale de temperatura ridicata). Termocuplele masoara diferenta intre 2 temperaturi: jonciune rece, cea de referinta si jonctiunea calda, temperatura care o masuram.

Functionarea termocuplului se bazeaza pe:

a) Efectul Seeback: la curent electric nul apare o tensiune electromotoare daca gradientul termic e nenul.Circuit format din metalele A si B sudate; diferenta de temperatura intre cele 2 jonctiuni => diferenta de tensiune

Efectul este caracterizat de constanta Seeback: SAB=d EAB

dT = tensiunea de mers in gol produsa intre 2 puncte

pe un conductorSAB=S A−SB; EAB=S AB(T 2−T1)

b) Efectul Pelter(mini-frigidere): degajarea sau absorbtia la caldura la jonctiunea dintre 2 conductori diferiti cand prin acesta circula curent electric.A si B sunt metale diferite, sudate. Cu ajutorul unei surse de tensiune se obtine curent electric.Daca prin jonctiune trece un curent electric cu semnul de la cupru la fier, electronii din zona de contact capata energie cinetica si temperatura creste. La trecerea unui curent in sens invers, temperatra scade.

c) Efectul Thompson: trecerea curentului electric printr-un conductor supus unui gradient de temperatura longitudinal produce absorbtia sau degajarea de caldura in functie de sensul circuitului si al gradientului de temperatura.

Circuitul este format dintr-un singur metal cu sectiuni la temperaturi diferite. Cand T 2<T1se inverseaza sectiunea care se raceste cu cea care se incalzeste.

d) Efectul joule

2. Indicati regimurile de functionare ale unui diode semiconductoare utilzata ca fotodetector(Fotodioda)

Curentul de drift predomina in polarizarea directaCurentul de generare -> recombinare predomina in polarizarea inversa

I. Predomina curentul de difuzie, influientat de tensiunea diodeiII. Redimul de fotodioda -> conduce mai mult sau mai putin current in functie de iluminare

IV. V>0, I < 0 => sursa de alimentare, celula fotogalvanica

3. Principiul de functionare al unui tensometru? Marime masurata, materialele tipice utilizate si performantele oferite

Tensometrele sunt traductoare resistive directe care ofera o informative despre starea de deformatie a unui corp solid si reprezinta o solutie ununim acceptata pentru masurarea deformatiilor, a starilor de tensiune mecanica, a fortelor si a

cuplurilor.(ε=∂ll

)

Exista 2 tipuri de tensometre:

a) Cu fir metallicSe obtine prin lipirea unui suprt izolant a unui fir subtire, care constituie elemental active al tensimetrului, asezat in zig zag astfel incat oparte cat mai mare din lungimea sa sa fie orientate in aceeasi directive.Principuil de functionare: firul metallic este lipit de obiectul al carui deformare dorim sa o masuram. Cand obiectul sealungeste, se alungeste si firul. Cand obiectul se comprima, se comprima si firul.

b) SemiconductorElemental active este constituit de un filament semiconductor.

4. Senzorul cu coarda vibranta, marimi masurate

Functionearea acestui traductor se bazeaza pe legatura dintre frecventa proprie si rezonanta a unei coarde si tensiunea mecanica existenta in coarda.

f= 12l √ F

m,m−densitatea de masa peunitatea de lungime

Prin variatie se genereaza o tensiune la bornele bobinei. Se aplica un semnal sau se “asculta” un amplificator. Coarda vibranta poate fi considerate ca un resonator electromagnetic cu un factor de calitate ridicat.

Marimi masurate: forta, presiunea,deformatiile

5. Ce este un traductor primar?

Traductoarele primare transforma o marime neelectrica intr-o marime neelectrica, cea din urma urmand sa fie mai usor de transformat intr-o marime electrica.

6. Dati 3 exemple de marimi neelectrice care se pot masura cu traductoare bazate pe semiconductoarea) Temperatura

ID=I s exp( V D

n∗k∗Tq )

k∗Tq

=26mv

b) Deformatia(tensometru semiconductor)c) Radiatii (diode schottky slab dopata)

7. Care este marimea masurata de un LVDT? Explicati functionarea traductorului

LDTV sau transformatorul diferential variabil linear masoara deplasarea miezului

Semnul de deplasare este dat din faza lui e0

Este un transformator simplu, fiabil si performant(masoara deplasari de ordinal micrometrilor

8. Care este caracterisitica spectrala a unui traductor sensibil la lumina?(caracteristica spectrala a fotorezistorului)

9. Care este principiul de functionare al traductoarelor optice cu circuite cu cuplaj prin sarcina? Care sunt semnalele care trebuiesc aplicate?(Senzor CCD)

CCD-urile sunt dispositive folosite in captare video.

Lucraeza in 3 regimuri:

a) regimul de acumulare -> Vg<0b) Regimul de golire: Va>0c) Regimul de inersie: Va>Vt(golurile sunt mai mici decat electronii

Principiul de functionare:

expunerea ∅ A=V DD−asteaptaregimul deexpunere

scanarea: sub portile A avem imaginea, mai multi electroni unde am avut lumina mai multa si mai putini electroni unde am avut lumina mai putina

Semnalele coboara mai lent pentru ca electronii de sub poarta A sa poata migra catre poarta B si apoi sub poarta C, dupa care se repeat procesul.

10. Senzori cu reactanta variabila(Senzori capacitivi)

Sunt sub forma de condensatoare plane: C=εAd

; ε−permeativitateaelectricadintre armaturi

C=εAd

+2Wπ

∗ε lnπWd

Se introduce un inel de garda; s face distanta intre inel si armatura;

Prin legarea la masa a inelului, capacitatea parazita din condensator nu e perturbata(efectul discontinuitatii este mai mic decat al periferiei)

11. Condensatorul diferential

In cazul sistemelor de comunicatie seriale, semnalizarea se face pe mod diferential( data +, data -, masa, alimentare) (USB-ul)

12. Ce este caracteristica dinamica a unui element din SAD? Dati un exemplu de ordinal 1 si 2

Caracteristica dinamica reprezinta comportarea in regim dinamic si rezulta din ecuatia diferentiala ce leaga variata in timp a marimii de iesire de cea de intrare

Factorul timp afceteaza rezultatul masuratorii

Caracteristicile dinamice sunt:

Eroarea dinamica -> diferenta intre valoarea reala a marimii masurate la un anumit moment si valoarea indicate de sistemul de masura

Timpul de raspuns - > dat de o ecuatie difertntiala de un anumit ordin

Sistemele de ordin 1(cele mai intalnite)

a1∗dy (t )dt

∗a0∗y (t )=x (t ) ;k= 1a0

sensibilitate ;τ=a1a0

=ct de timpa sistemului

Sistemele fizic realizate au numarul de zerouri mai mic decat numarul de poli: cel mai simplu system de ordin 1 este filtrul trece jos.

Reactia negative desensibilizeaza raspunsul sistemului la raspunsul amplificatorului de baza

Cu cat scade amplificarea, cu atat sistemul e mai putin sensibil la modificarea parametrilor amplificatorului de baza.

Sisteme de ordin 2

a2∗d2 y (t )dt2

∗a1∗dy ( t )

dt∗a0∗y ( t )=x ( t ) ;

Y (s )X (s)

=K∗ωn

2

s2+sξ ωn s+ωn2→2 poli

k= 1a0

sensibilitate

ωn=a0a2

=frecventanaturalaasistemului

ξ−factor deamortizare=a1

2√a0∗¿a2 ¿

Modificarea oricarui parametru atrage si modificarea celorlalti