Cap.2 -Trdductodre

reprezentative ale elementelor sensibilegeneratoare gi parametrice, precum gi utilizarea acestora.

Tab elul 2.4 Tipu ril e rcpraentative ale elen entelor sensibile generatoare

Tabelul 2,5 Cldsificareo elementelor sensibile paronetrice

in continuare, in tabelel e 2.4, 2.5 gi 2.6, sunt prezentate tipurile

Ti p_u I elernentu lU i:sensi.,bilqenerator

Fenomenul.fizic,pe care se',. .,-rbazeazd conversia

Aplicarea.la conversiamarirnii mdsurate

electrodinamic(de inductie)

generarea prin induclie a unei tensiunielectromotoare sub actiunea mirimii de mdsurat

viteza de rotaliedebit de fluidevibratii

termoelectric generarea prin efect termoelectric a tensiuniielectromotoare intre doui metale diferite - temperatura

piezoelectric polarizarea electricd a unui cristal sub actiunea unorforte (presiuni)

- forle- presiuni

magnetostrictivgenerarea unei tensiuni electromotoare prinvarialia inducliei remanente sub acliunea unei forle(presiuni) asupra unor materiale magnetice

- fo4e- presiuni

electrochimicgenerarea unei tensiuni electromotoare intre doielectrozi situali in solulii cu concentralii de ionidiferite

- concentralia ionilor de hidrogen(pH)

fotoelectric generarea unui curent electric pe baza efectuluifotoelectric sub acliunea radialiei luminoasedeplasdri liniare gi unghiularedimensiuni piesevitezi rotatie

Tipul elernentului,sen-sibil parainetr'ic{para-metrul,electric variabil)

Fenomenulfizicpe care se bazeazd conversia

Aplicarea la coqversia,rndrirnii mdsurate

Rezistiv (R)

varialia lungimii conductorului (sau a numdrului despire ale unui rezistor bobinat)

deplasdri liniare gi unghiularegrosimenivel

varialia rezistivitS!ii cu temperatura(termorezisten!e, term istoa re)

temperaturaumiditate gazconcentra!ii amestec gazevitezd gaze (debit)vacuum

varia!ia rezistivitdlii sub acliunea cAmpului magnetic - camp magnetic- inductie

varialia rezistivitSlii sub acliunea radialiilor(fotorezistenle, fotoelemente)

- intensitate luminoasd- flux luminos

varialia lungimii, secliunii 9i rezistivitdlii prinintermediul unui element elastic deformabil(termorezistente, piezorezistente)

- forJb- presiune

varialia rezistivitSlii prin procese chimice - concentralie- umiditate

Inductiv (L)

varialia lungimii, secfiunii sau permeabilit;!ii unorporfiuni din circuitul magnetic, prin deplasareaunei armdturi feromagnetice (intrefier variabil, miezmagnetic)

deplasari liniare qi unghiularedimensiuni piesegrosimenivel

varialia lungimii, sec!iunii sau permeabilitdlii unorporliuni din circuitul magnetic prin asociere cuelemente elastice, amortizoare, mase

accelera!iavitezavibratii

varialia permeabilit5{ii magnetice sub acliunea unorfor{e (maqnetostrictiune)

- forJe- presiuni

TRADUCTOARE

Tipulelementului sen-sibil parametric (para-metrul electric variabil)

Fenomenulfizicpe care se bazeazd conversia

Aplicarea la conversiamdrimiimdsurate

Capacitiv (C)

varialia distanlei sau a suprafetei comune aarmdturilor prin deplasare - deplasdri liniare sau unghiulare

varialia distantei sau a suprafelei comune aarmdturilor orin asocierea cu un element elastic

- presiune- altitudine

varialia permitivitdlii dielectricu luinivelgrosimenivel

Tabelul 2,6 Utilizarea elementelor sensibile dupa mailnile fizice detectate

Mdrirnea fizicd Mirimile fi zice derivate Elemente sensibile utilizate

Deplasare

deplasare liniarddeplasare unghiularalungime (dimensiuni geometrice)grosimestraturi de acoperireniveldeformalie (indirect for!d, presiune, cuplu)altitudine

rezistiveinductivefotoelectriceelectrodinamice (de inductie)

Vitezavitezi liniardvitezi unghiularidebit

electrodinamice (de induclie)fotoelectricetermorezistive

Forta

efort unitargreutateaccelera!ie (vibralie)cuplup[esiunev6scozitate

rezistive Iinductive I cu element elasticcapacitive )inductivecapacitivepiezorezistivepiezoelectricemaqnetostrictive

Temperaturd- temperaturd (solide, fluide, de suprafald)- cSldurd (flux, energie)- conductibilitate termice

termorezistenletermistoaretermocupluricomplexe (dilatare + deplasare)

Masddebit de masdgreutatedensitate

rezistive -linductive I cu element elasticcapacltrvepiezorezistivepiezoelectricemaq netostrictive

Concentratiecomponente in amestecuri de gazeioni de hidrogen in soluliiumiditate

- termoreztstive- electrochimice- conductometrice

Radialleluminoasitermicinucleard

fotoelectricepirometru de radialieelemente sensibile bazate Be ionizare

A/\LJ OBSERVATII EXPERIMENTALE LJ'"Camera de luatvederirealizata cu un senzorvizuolliniar CCD (Charge Coupled Device) permite preluarea unei singure

linii din scena investigata;dacd se asociazd camerei un dispozitiv de deplasare relativa, cu viteza constanta, se poate obyineo imagtne bidimenstonala a scenei, care, prelucrata corespunzdtor, conduce la recunoaSterea formelor preselor dtn scena.

,Senzorii integra;i de temperatura dispugi matricial lucreaza in infraroyu. Cu ajutorul lor, se obytne un cAmp de valorrtermice pentru corpul investigat (metoda termoqraficd folositd in medicina, dar 5i videornspectia termtcd o coblaielori mpri mate, pri n a mprenta ter mica).

Cap.2 -Traductoare

Fabricantul traductoarelor definegte, prin curbele de etalonare, domeniile de utilizare ale acestora in caresolicitdrile mecanice, termice sau electrice nu antreneazi modificarea caracteristicilor traductorului, Domeniilede utilizare sunt urmdtoarele:

c domeniul nominal, caracterizat de valorile extreme care pot fi mdsurate fdra modificarea caracteristicilorconstructive;

o domeniuldedeteriorole,caracterizatdevalorileextremecarepotfimdsuratefdrdmodificareaireversibilSa ca racteristicilor constructive;domeniul de distrugere, caracterizat de valorile extreme care pot fi mdsurate cu modificarea ireversibilda caracteristicilor constructive;domeniulde lucru, reprezentAnd diferen!a dintre valorile limitd nominale de functionare.

Pierderile de energie care apar in timpul funcliondrii traductoarelor sau in timpul asamblSrii elementelorcomponente pot fi urm6toarele:

o pierderi inevitabile prin disipafie, datorate func!iondrii traductorului confeclionat din componente fizicereale (bobine, rezistenfe, condensatoare, mecanisme) a caror funcfionare necesitd un consum propriu deenergie;

c pierderi tehnice, datorate asamblSrii elementelor componente ale traductorului intr-un dispozitiv cu unrandament de funclionare, care pot fi:-

pierderi ohmice, datorate disipaliei in rezistivitatea electricd a conductorului de bobinaj;-

pierderi prin curenli turbionari, datorate curenlilor Foucault prin bobina cu miez magnetic, definite curelalia:

LRo =L-ry", unde:pR.- pierderile produse de curenlii FoucaulUo - rezistivitatea miezului;I

- inductanla bobinei;

( -

coeficient ce !ine seama de natura miezului (tole, granular, masiv) gi de permeabilitatea sa.-

pierderi prin histerezis, definite de ecua!ia:, | ,\ nl ,\2B_B =pi\H_H )x;\H_H I

B -

B' -

varialia inaucliel magnetice produse de varialia cdmpului magnetic de la H la H';p,

- permeabilitatea iniliala.

/Evaluare1. Transcrieli enunlurile de mai jos gi notafi in dreptul fiecdruia litera A, dacd apreciali cd enunlul este

adevdrat, sau litera F, dacd apreciati cd enunlul este fals.ln cazul unui rSspuns fals, realizali modificareatextului, astfel incAt sd oblineli un enun! corect, iar in cazul unui rdspuns adevarat, justificali rdspunsul"a) Mdrimile care oferd cele mai multe avantaje din punct de vedere al utilizdrii lor ca semnale in schemele

de automatizare sunt mSrimile electrice.b)Traductoarele electrice pot fi proiectate pentru orice mdrime neelectricS.c) Traductoarele se folosesc, cu precddere, la mdsurarea mdrimilor electrice pe cale neelectricS.d) La un traductor, mdrimea de intrare,l gi cea de iegireX" sunt de aceeagi naturS,e) Sensibilitatea traductoarelor trebuie privitd ca o caracteristicS de transfer.

TRADUCTOARE

2, Enumerali tipurile de semnale interpretate gi prelucrate de traductoare:a) .,,..b) .."".c) .,..,.d) .......

3. Pragul de sensibilitate al unui traductor depinde de urmdtorii factori perturbatori:a) .....b) .....c) ,. ,..

4. Asociali cifrele din coloana A cu literele corespunzdtoare rdspunsului corect din coloana B.

5. Completati spaliile punctate, astfelincat propoziliile si fie corecte gi complete,a) Sistemele inteligente au traductorul asociat cu sistemul de prelucrare a datelor si cu elementul de

execulie gi se numesc ..,.,.b) Adaptorul are rolul de a ..

'' ::::::::: :: :::::,f :::::::l :::: ;;;;#:lffi.XiJ:il:"e'or 5i nu

'lrebuie si prezin'1e

d, electrodinamice

CAPIIOLUL

ln acest capitol sunt prezentate urmdtoarele tipuri de traductoare: de pozifie 9i de deplasare, de mdsurarea vitezelor, de temperaturS, de presiune, de for!d, de nivel, de debit, de umiditate, de mdsurare a mdrimilorelectrice 5i electroacustice.

Traductoarele de pozilie gi de deplasare sunt elemente care, la modificarea poziliei, furnizeazd,la iegire, omirime electrici proporlionalS cu deplasarea produsS. Pentru mdsurarea deplasirilor se utilizeazS: traductoarerczistive (potenliometrice), traductoare inductive, traductoare capacitive, selsine, traductoare piezoelectrice,taductoare cu radialii, traductoare numerice, traductoare de proximitate.

Traductoarele din aceastd categorie transformd o deplasare liniard sau unghiulard intr-o varialie a unuiparametru al unui element pasiv de circuit electric (rezistenld electricd, capacitate electricS, inductanld magneticd)ftabelul3.1),

Varialiile parametrilor de circuit sunt determinate prin mdsurarea curentului absorbit sau a tensiuniielectrice corespunzdtoare.

Vom analiza in continuare principalele tipuri de traductoare de pozilie gi de deplasare.

El Traductoare rezistive de deplasareTransformi o deplasare liniard sau unghiulard intr-o

varialie a rezistenlei unui reostat sau a unui potenliometru semi-reglabil. Pot avea deplasare liniarS sau circulard (unghiulard).

Principiul de funclionare a traductorului rezistivde deplasare liniard este ilustrat in figura 3.1, unde estereprezentat un potenliometru cu deplasare liniari cerealizeazd modificarea rezistenlei ohmice proporlional cudeplasarea cursorului.

Pista de contact este plasate de-a lungul traiectoriei Fig.3.rTraductorrezistivdedeplasareliniara:I-rursor;2-pistape care se determind deplasarea, iar cursorul este solidar cusubansamblul mobil a cdrui deplasa re se mdsoa rd. lnfigurarea de contact;3 - suport izolator;4 -infaSurare'este realizati din conductor de crom (sau nichel-cupru, nichel-crom-fier cu rezistivitate mare) bobinat spiri lAngdspird pe un suport izolator (fi9,3.1). Rezistenla se modifici proporlional cu deplasarea cursorului, rezult6ndmodificarea propor!ionali a tensiunii de iegire. ln figura 3.2 este reprezentatd schema de principiu a circuitulpoten,tiometric. Daci acesta este alimentat de la o sursd de tensiune sau intercalat in bratul unei punti rezistive,atunci deplasarea liniard determind modificarea rezistenlei ohmice conform relafiei: Rx = ! . x

t

Tahelul i.1 Traductoare de deplasaretransformd o deplasare liniard sau unghiulard intr-o variatie a rezistenlei unui reostat sau aunui potenJiometru semireglabiltransforma o deplasare liniard sau unghiulard intr-o varialie a capacitdlii electrice a unuicondensator prin migcarea armdturilor (de exemplu, distanld sau suprapunere)transformd o deplasare liniari sau unghiulard intr-o variatie a inductanlei unuicircuit magnetic(de exemplu, apropierea sau indepirtarea unui miez feromagnetic)

TRADUCTAARE

Exemplu de parametri ai unui traductor rezistiv dedeplasare:

. diametrul minim al conductorului:0,05 mm;

. viteza maximi a cursorului: 1 m/s;

. deplasdri mdsurate: de ordinul centimetrilor;

. numdrul maxim de utilizdri: aproximativ 106.

Precizare: in circuitele tip punte potenliometrul seconecteazi ca gi reostat. Fig. j,2 Schemo de principiu a potenliometrului

Deplasarea liniard determind modificarea rezistengei ohmice proporlional cu distanla. Pentru deformaliisau deplasdri mici, de ordinul micrometrilor, se folosescfireletensometrice. Acestea sunt realizate dintr-un firmetalic de mare rezistivitate, montat ?ntre doud foile de hArtie. Practic, se realizeazd mdrci tensometrice care selipesc pe piesele a cdror deformajie urmeazd sd o mdsurim. Astfel, orice mdrime care depinde de deformaliamecanicd poate fi mdsuratd cu traductoare tensometrice. in figurile 3.3 gi 3.4 ,sunt reprezentate varianteconstructive ale tensometrelor cu fir si cu mdrci.

Terminale deconlrtrlefe

Fig,3.3 Firtensonetilc Fig, 3,4 Mdrci tensonetrice

ln figura 3.5 este reprezentat un potenliometru cu deplasare circulardce realizeazd modificarea rezistenlei ohmice propor,tional cu unghiul dedeplasare al cursorului.

La traductoarele rezistive cu deplasare circurard (unghiutard),mdrimea de intrare este o rotagie unghiulari (q) care se transformd in varialiarezistentei circuitului, Astfel, la iegire, oblinem o varialie a tensiunii (u,)proporfionald cu unghiul de rotalie de la intrare.

Deplasarea unghiulard determind modificarea rezistenlei ohmiceproporlional cu unghiul de rotagie,

Un exemplu de astfel de traductor rezistiv este potenliometrul deconstruclie circulard, realizat prin bobinarea pe suport izolant circular a unuifir rezistiv peste care alunecd un cursor sau alt material rezistiv. La iegireapotenfiometrului, rezistenla (R") gitensiunea de iegire (u*) depind de unghiulde rotalie (a). Se poate scrie relalia:

Fig, 3,5 Traductor rezistiv cu deplasarecirculara

U

1,,

$tiafi ci... ?r' Orga de lumini din teatrele anilor t 960 nu funcliona cu tiristoare, ci era realizata cu potenliometre de iurent

foarte mare, bobinate spira lAngd spird, pe un sup;ort izolator, Deplasarea era realizata de un operator, prinaclionarea unor manivele. Practic, deplasarea era tradusa intro varialie proporlionala a curentului.

a** ax

Cdp. 3 - TiPuri de traducto@ln figura 3.6 sunt reprezentate diferite tipuri constructive de traductoare rezistive cu deplasare unghiulard'

Fig, i.6Troductoare ruistive de deplasare unghiulard

O oesnnveTrr Oprincipiul de funclionare al traductoarelor rezistive unghiulare este identic cu cel

al traductoarelor cu deplasare liniarS, diferd doar forma geometricd' Existd' de asemenea'potenliometre multiturd, ca cel din figu care migcarea de rotalie sedemultiplici printr-un angrenaj mecanic 9i mi;care rectilinie cu rezolutiefoarte mare, Se realizeaziin aiest mod o a cd rotalie-migcare rectiliniard'frin utilizarea rolilor dinlate 9i a melcului d tfel erau realizate selectoarelede canale din aparatele TV din anii 1980'

E Tr a d u ct o a r e P i e zo e I e ct r i ceSunt traducto cJioneazd pe principiul piezoelectric (magnetostrictiv). Efectul

piezoelectric consti e de a se incdrca cu sarcind electricd pe unele dintre fele atuncicdnd sunt supuse la s compreslune'

Fenomenul a de cuar! (Sio2), Proprietdli piezoelectrice mai prezintd 9i altecristale, precum:turmalina, oxidul de zinc, niobatul de litiu, titanul de bariu, plumb 9i zirconiu'

Sunt fiabile, nu necesitd surse de alimentare, in schimb au nevoie de amplificatoare, deoarece tensiunea

generatd in circuit este foarte micd.in figura 3.7 este reprezentat un cristal de cuarl care se incarci cu sarcini electrice proporlional

cu forla

exterioard care se aplicd asupra lui. Cdntarul electronic Ltt. o aplicalie directd a acestei proprietSli (fi9' 3'8)'

Fig, 3,8 Aplkalii lle cilstllului piuoelectric

d Traductoore inductive de deplasare>Acest tip de traductoare transformd o deplasare liniard sau unghiulard intr-o varialie a inductanlei

unui,l .ln fr rnrfinnarp al

$tiafic6... ?r' Traductoarele ptezoelectrtce se folosesc, preponderent, la mdsurarea acceleraliilor, vitezelor,

presiunilor' vibra-

siilor, oscilaliilor mecanice. sub influen;a unet tensiuni electrice externe, cristalele se deformeaza proporsional

cu valoarea tensiunir aPlicate./ Traductoarele piezoelectrice intra in componenla drfuzoarelor piezoelectrice deinalta frecven;a (tweeter)'/ ln nanotehnologie, se construiesc roboli cu micromotoare bazate pe efectul piezoelectric'

ACeSI tlP utr tlcircuit magnetic (de exempru, apropierea sau indepdrta.ea unui miez feromagnetic). Principiul de funclionare

al

TRADUCTOARE

traductorului inductiv de deplasare, precum gi cele doud variante care pot fi realizate, sunt ilustrate in figura 3.9pentru traductorul cu armdturd mobilS gi in figura 3.10 pentru traductorul cu miez mobil.

Parametrii electrici ai circuitului se modifici in funclie depozilia subansamblelor.

Functionarea traductoarelor inductive are la bazd varialiageometriei circuitului (cuplajului) magnetic in funclie de deplasare,care se traduce intr-o varialie de inductivitate proprie sau mutuald.

Componentele mobile ale traductoarelor inductive (armitura,respectiv miezul) sunt solidare cu subansamblul a cdrui deplasaretrebuie determinatd.

Modificarea poziliei acestora produce, intr-un circuitmagnetic, modificarea inductivitdlii, deci a curentului absorbit desolenoid, respectiv de bobina cilindricS. Solenoidul este alimentatin curent alternatiq iar curentul indicat de ampermetru este directproportional cu deplasarea.

Fig, 3,9 Traductor cu orndturd nobild (pentru deplasdrl mki):I -

armdturd mobild;2 -

arndturdfud;3 -

solenoid,Fig, 3,1 0 fraductor cu miu nobil (pentru deplasdri mari):

l- bobind cilindfud;2 -

miumagneticmobil,

Fig, j,ll tuya lui FaradayPentru reducerea perturbaliilor de naturd electromagneticd, intreg ansamblul se ecraneazd. Cugca

lui Faraday, din figura 3.i1, exemplificd modul in care se realizeazd proteclia impotriva cdmpurilor parazite, ininteriorulacesteia nu mai apar perturbatii.

Pentru deplasdri de ordinul centimetrilor se utilizeazd traductoare inductive diferenliale cu miez magneticmobil, ca cel prezentat in figura 3.1 2. Din punct de vedere constructiv, acesta conline doua infigurdri primare (1)9i doud secundare identice (2), plasate pe cele doud carcase izolante care sunt montate pe un tub din materialnemagnetic (plastic, textolit, alamS). in interiorul tubului se deplaseaza liber un miez din fier moale (3). Practic,sunt realizate doud transformatoare identice, montate pe aceea$i carcasd.

1 -

bobine primare;2

- bobine secundare;

3 -

miez magnetic;4

-ti)it;5

- distanlier;

6 -

capace.

Fig, 3,1 2 Consftuclio toduftorului inductivFunclionarea traductorului se bazeazd pe principiul varialiei cuplajului magnetic, intre primarul 9i

secundarul celor doud transformatoare identice, la deplasarea miezului magnetic,Avantajele traductorului inductiv diferenlial cu miez magnetic mobil sunt urmStoarele:

. domeniul de mdsurare de ordinulcentimetrilor;

. reproductibilitate 5i rezolulie ridicatd;

. insensibilitate la deplasdrile radiale;

. posibilitatea protec!iei la medii corozive, la presiuni gitemperaturi ridicate,

Cap, 3 -

Tipuri de traductoare gi principiul de funclionare

Functioneazd pe principiul modificdrii capacitSlii (O a unui condensator, atunci cAnd variazd fie distanla(d) dintre armdturile lui, fie suprafala (5) a armdturilor, fie constanta dielectrica a mediului dintre armdturi (e),conform relaliei:

C=e{=eoer{dd

Principiul de funcgionare al unui traductor capacitiv de deplasare poate fi infeles pornind de la relalia decalcul a capacitSlii unui condensator.ln funclie de mdrimea variabilS (e, S, d), se deosebesc trei categorii de astfelde traductoare: cu dielectric variabil, cu suprafatd activd variabilS, cu distantd variabild.

in figurile 3.13, 3.14 5i 3.1 5 sunt reprezentate diferite variante consiructive ale traductoarelor capacitivede deplasare.

Fig. 3,1 3 Traductoare cu dielectricvariabil

Fig, 3,l4Tradudor cu suprafold activd vorinbild Fig, 3.1 5 Tradudor cu distanld variabild

Exemple. Modificarea dielectricului permite mdsurarea:umiditalii aerului sau a gazului, a conSinutului de particule 5i de

imnr trifhfi din naza. Modificorea suprafeyei permite masurarea:distanlelor mic| a cupfufui pe arbore,. Modificarea distan;ei dintre armaturi permite mdsurarea: distanlelor mici, a presiunii, a vitezei, a accelera;iei.

ln figura 3.16 este prezentat circuitul unui traductor capacitiv cu dispozitiv simplu de afi9are realizat cu undetector gi un voltmetru.

Pentru traducerea deplasdrilor unghiulare, se utilizeazd tipuri constructive de traductoare, la care,tn funclie de unghiul de rotire q a armiturii mobile, se modificd suprafala de suprapuneie dintre armdturi. lnconsecinld, se schimbd valoarea capacitdlii (vezi condensatoarele variabile din aparatele radio, utilizate pentruacordarea pe frecvenla postului de emisie, ca cel din figura 3.17),

Csr

F ig, 3,1 7 Condensator vo riabilFig, 3.16 Circuit cu truductor capadtiv

TRADUCTOARE

AnLJ' OBSERVATII LJ

Y Toate traductoarele capacitive funclioneaza in curent alternativ.Y Traductoarele capacitive sunt de mare sensibilitate,Y Traductoarele capacitive cu modificarea distanlei d dintre armdturi au o caracteristica statica neliniard,

Interferenla este fenomenul de suprapunere gi de compunere a efectelor a doud (sau a mai multor)migcarivibratorii provenite din surse diferite. a

Fenomenul de interferenlS este ilustrat in figura 3.18. urSe considerd sursele S., gi S, de oscilalii armonice, intr-un mediuomogen gi izotrop, care emit unde cu aceeaqi amplitudine, aceea5ifrecvenla gi cu diferenld de faza nul5.

Se considerd punctul P situat la distanqa d., fagd de sursaS, gi la distanla d, fal6 de sursa Sr, iar cele doud distanle suntconsiderabil mai mari decdt distanqa dintre sursele S, 9i Sr. Fig, 3,18 Exenplificarea fenomenului de inturterenla

Prin interferen!5 rezultd unde sta!ionare in spaliu. Amplitudinea undei rezultante este o mdsurd a diferenteide drum (dr

- dz) dintre cele doud unde, gi implicit, o rndsuri a distangei dintre cele doud surse, iar pentru un

punct (P)fixat este independenti de timp. Unitatea de mdsuri care exprimd aceastd dependenld este lungimeade und5. Determinarea in punctul P a doui maxime, de amplitudini succesive, insemnd o cre$tere (scddere) adistanfei dintre surse cu .1,.

Daci S' 9i S, sunt doud surse de lumind situate pe aceeagi dreaptd gi P un plan perpendicular pe dreaptd,imaginea oblinute in planul P va fi o familie de cercuri, Aceastd imagine de cercuri se modificd odatd cu varialiadistanlei dintre surse, astfel incAt tn acelagi punct P se succed zone de iluminare maximd sau/5i minimS, Rezultdcd metoda care trebuie aplicatd pentru mSsurarea distanlei (deplasdrii) este plasarea in punctul P a unuifotoelement care sd sesizeze trecerea succesivd prin zone de iluminare maximd 9i, implicit, varialia distanleicu k 1..

Tendinlele actuale pentru mdsurarea deplasdrii sunt legate de otehnicd frecvent int6lnitd, care utilizeazd laserul, numitS interferometria.Datoritd complexitdlii lor, interferometrele laser sunt denumite sistemede mdsurare, dar acestea pot fi incadrate in categoria traductoarelor. Unexemplu cunoscut de interferometru este interferometrul Michelson, alcdrui principiu funclional este schilat in figura 3.19,

Lumina colimatd de la o sursd S este divizatd cu ajutorul divizoruluide fascicul DF (o oglinda semitransparentd) in doud fascicute ce sereflectd pe oglinzile O, gi, respectiv, Or, dupd propagarea pe doua direcliiortogonale. Undele reflectate se reintorc la oglinda semitransparentd DF9i, prin reflexie, respectiv, transmisie, sunt suprapuse pe detectorul D caremdsoard intensitatea in cdmpul de interferenld al celor doud unde.

Interferometrul Michelson, construit de Michelson in anul 1881 gi perfeclionat impreund cu Morley inanul 1887, std la baza mai multor metode interferometrice, fiind deosebit de util, in principal in determinareadistanlelor mici,

ln figura 3.20 este prezentat principiul constructiv alunui interferometru Michelson: L

- laser cu heliu-neon; /, gi

/, - sistem de lentile; S - oglinda semitransparentd; O, giO,

- oglinzi reflectoare; SD

- sistem de deteclie a franjelor de

interferenlS; L, qi L, -

lungimi diferite intre S qi oglinzile O,, Or.Fasciculul luminos provenit de la laserul L este trecut prin

sistemul de lentile /,, t pentru a-i reduce divergenla, apoi divizatde oglinda semitransparenti S. Cele doud fascicule sunt reflectatede oglinzile O, gi Or, iar prin suprapunere aceste fascicule dauna$tere unuifenomen de interferent;, materializat printr-un sistemde franje"

Fig.3,l9 Principiul funqional ali nte rferom et ru I u i M i ch el s o n

o1

Fig. j,20 Schema de principiu a interferonetrului Michetson

Cap,3 -Tipuri de traductoare gi principiul de funclionare

n^\LJ' OBSERVATII U

Principiulmetodeiinterferometrice de mdsurare a deplasdrilor se bazeazd pe compararea distanleide masuratcu lungimea de unda emisd de o sursd de referinla Si exprimarea acestei distanle printr-un numdr propor.tional cunumdrul de franje de interferenla sesizate intr-un anumit punct, Franja reprezintd fiecare dintre dungile alternativluminoase fiintunecoase obsinute pe un ecran, prin fenomenul de interferenSd luminoasd.

Traductoarele bazate pe tehnica interferometricd sunt utilizate cu succes in mdsurarea cotelor, a deplasarilor5i a avansurilor la masinile-unelte. Echipamentele industriale reolizate pe aceste principii conlin traductoare de inaltaperformanSa 5i sunt prevdzute cu dispozitive de afigare gi/sau conversie, destinate conducerii automate a proceselor,

l. Transcrieli enunlurile de mai jos gi notali in dreptul fiecaruia litera A, dacd apreciali cd enunlul esteadevdrat, sau litera F, dacd apreciali cd enunlul este fals. ln cazul unui rdspuns fals, realizali modifi-carea textului, astfel incdt sd oblineli un enun! corect, iar in cazul unui rdspuns adevirat, justificalirdspunsul.

a) Traductoarele capacitive au la bazd varialia inductanlei unui condensator in funclie de dimensiunilegeometrice ale condensatorului.

b) Funclionarea traductoarelor rezistive de deplasare se bazeazd pe dependen{a neliniard care existd intrerezistenla electrici R (a rezistorului) Si lungimea sa /"

c) Fenomenul fizic folosit la traductoarele capacitive pentru mdsurarea nivelurilor unor lichide dielectricese bazeazd pe varialia dimensiunilor geometrice ale unui condensator.

d) Traductoarele capacitive au la bazd varialia rezistenfei unui condensator in funclie de dimensiunilegeometrice ale condensatorului"

e) Funclionarea traductoarelor reostatice se bazeazd pe varialia exponenlialS a rezistenfei cu tem-peratura la unele materiale semiconductoare.

f ) Funclionarea traductoarelor capacitive se bazeazd pe varialia rezistenlei unui condensator infunclie de dimensiunile geometrice ale condensatorului.

ll. Pentru fiecare dintre cerinlele de maijos, scrieli litera corespunzdtoare rdspunsului corect.1. Traductoarele parametrice rezistive oot fi;

a)de induclie;c) reostatice;

b) piezoelectrice;d) fotovoltaice.

b) capacitdlii unui condensator;d) temperaturii unui fl uid.

2. Traductoarele rezistive de deplasare transformi deplasarea in varialia:a) rezistenlei unui potenfiometru sau a unui reosta!c) inductanfei unui circuit magnetic;

3. La un traductor capacitiv cu suprafa!5 variabild:a) distanfa dintre armdturi este variabilS; b)dielectriculse deplaseazd dupd axa Ox;c) suprafala pe care cele doui armdturi se suprapun este variabil6; d) suprafafa armdturilor este variabilS.

lll. Asoci ifrele din coloana A literel punza ld ol cotoaUcitrele din coloana A cu literele corespunzatoare raspunsu u corect din coloana B.

L Modificarea potentialelor de electrod la modificarea concentratiiloracide sau bazice

a. Traductortensometric

2, Variatia rezistentei unui rezistor b. Traductor inductiv3. Varialia atdt a lungimii, c6t gi a secliunii unui conductor (fir sau fila-

ment din material conductor sau semiconductor)c, Traductor caoacitiv

4. Modificarea lunqimii 6 a intrefierului, sub actiunea mdrimii de intrare d. Traductor electrochimic5. Varialia capacitSlii unui condensator in funclie de dimensiunile

oeometrice ale condensatoruluie. Traductor oiezoelectric

f. Traductor rezistiv

.a6g*wdedePlasare:*[htraductor cu dielectric variabil are ... dintre armSturi fixi, iar dielectricul este

.-....,. '.. putdndu-se deplasa dupd una dintre axele Ox sau Oy'*BDaca dielectricul se deplaseazd dupd axa Ox, capacitatea traductorului este echivalentd conectirii in

H*ffirtr*,&rnpletali spaliile libere din frazele urmdtoare care descriu principiul de funclionare a traductoarelor

pol inductor bobina inductoare

colector :

a doud condensatoare cu dielectrici diferili: unul cu "' eo $lceldlalt cu ,,,. ...., ' .

c) Dacd dielectricul se deplaseazd dupd axa Oy, capacitatea traductorului este echivalentd conectdrii in... a doud condensatoare cu dielectrici diferifi: unul cu ,,.e0 $i

celdlalt cu "... .....,. t'd)UntraductorcusuprafalSvariabildare.... ,'.,.,.dintrearmiturifixd5i"""

armdturilor, de asemenea, fixi. Ceea ce variazd este insd, .,. pe care' cele doUdarmdturi se suprapun (sunt,,drept in drept"),

e) La traductoarele cu distanld variabild,. dintre armSturi variazl cu,..,, iar suprafala armdturilor 9i ,. '.. '..,.. sunt aceleagi'

Viteza este o mdrime vectoriald care caracte rizeazddeplasarea in unitatea de timp, iar acceleratia reprezinticre$terea vitezei unui corp, in migcare, in unitatea de timp.

Deoarece direcfia de depiasare a corpului in migcare este, in majoritatea cazurilor, fixatd, traductoarele devitezd dau la iegire un semnal ce reprezintd modulul vitezei 9i, eventual, sensul acesteia.

Existd traductoare care mdsoard fie viteza unghi rlar5, fie viteza liniarS, in funclie de cerinlele aplicaliei.

E Traductoore de viteza unghiulord (turalie)-tn continuare, sunt prezentate cateva dispozitive din categoria traductoarelor cu ajutorul cdrora se poate

determina viteza unghiulard.) TahogeneratoareSunt traductoare de turalie gi func!ioneazd ca microgeneratoare de curent continuu sau alternativ

care genereazd tensiuni electrice propor!ionale cu viteza de rotalie a arborelui cu care sunt cuplate, Existdtahogeneratoare de curent continuu gi de curent alternativ. Tahogeneratoarele consumd o putere de 1,50 W careeste neglijabi16 la puteri mari de antrenare, dar la puteri mici apar erori de mdsurare a turaliei, Tahogeneratoarelesunt frecvent utilizate pentru determinarea vitezei motoarelor electrice.

Tahogeneratoarele de curent continuu sunt traductoare capabile sd evalueze cdt mai fidel, pe caleelectrici, viteza de rotalie a unui arbore, in principiu, aceste magini sunt generotoare de curent continuu caretrebuie sd prezinte o caracteristico tensiune indusa - vitezd cdt mai liniard, pentru un domeniu cdt mai intins devarialie a vitezei de rotalie a rotorului,

Dupd modul de excitalie, tahogeneratoarele de curent continuu pot fi:- cu excitalie separatd;- cu magneli permanenli.in figura 3"21 este reprezentatd construclia unui

tahogenerator de curent continuu cu excitalie.La rdndul lor, tahogeneratoare de curent alternativ sunt

de doud tipuri:- slncrone;- asincrone

Fald de alte tahogeneratoare (sincrone, de exemplu)tahogeneratoarele de curent continuu prezinta avantaiul lipseieroriide faza, adictt valoarea curentului de sarcind nu depindede caracterul sarcinii.

pol inductor

Fig.3,2l lahogeneratot de curent continuu

Constructiv ins5, aceste tahogeneratoare sunt mai complicate, deci mai scumpe, iar cheltuielile deintrelinere, datoritd prezenlei contactului perie-colector, sunt mai ridicate; totodatd, necesitd 9i filtre de

Cap, 3 -Tipuri de traductoare;i principiul de func,tionare

deparazitare (condensatoare in paralel) care mdresc constanta de timp. Cu toate cd prezinti aceste dezavantaje,tahogeneratoarele de curent continuu sunt cele mai rdspAndite traductoare de vitezd folosite in sistemeleautomate 5i, de cele mai multe ori, sunt integrate in construclia servomotoarelor a cdror vitezi trebuie evaluatS,

) Traductoare de turafie cu senzor magneticFrecvent utilizat ca element sensibil magnetic in construclia

traductoarelor de turalie este senzorul magnetic comutator, integrat,bazat pe efectul Hall (fig" 3.22. a, b: SMC - senzor, M - magnet, D - discferomagnetic, A - ax, T - tambur feromagnetic)"

Domeniul de turaliiin care poate fi utilizat senzorul magneticcomutator este larg: 1 + 107 rot/min.

Un avantaj important il constituie structura integratd,miniaturizatd a SMC"

Dezavantaje: necesitatea atagirii unui disc feromagnetic peaxul aflat in migcare de rotalie. Senzorul magnetic comutator, ca oricare detector de turalie cu funclionare inimpulsuri, poate fi introdus intr-o schemd de traductor pentru turalie.

U n exem plu in acest sens poate fi observat fig u ra 3.23 'a Referirli vhezd crrerr (re referirt6 | rerin care este reprezentat un traductor de turaJie cu senzormagnetic de tipul BSM 230, precum 9i modul de stabilizare aturaliei unui motor utiliz6nd tahogeneratorul cuplat la motor.Semnalele de la iegirea tahogeneratorului sunt prelucrate incircuitul de reacfie, astfelincAt sd stabilizeze turalia motoruluiin condiliiextreme,

in figura 3.23,b este prezentat un traductor de turalierealizat cu senzorul de proximitate TCA 105N, pentru turaliicuprinse intre 100 9i 30.000 rot/min.

) Stroboscopul (strobotahometrul sau lampastroboscopici)

Este un dispozitiv folosit pentru a produce luminapulsatorie, Stroboscoapele sunt utilizate in aplicalii industrialegi gtiinlifice. Stroboscoape speciale, capabile s5 pulseze luminade sute de ori pe secundd, sunt folosite in industrie pentru amdsura turalia pieselor aflate in migcare de rotalie.

Fig, 3,23,0 fraductor de turalie cu senzor nagnetic

a) ecranarea cdmpului b) concentrareamagnetic cdnpuluinagnetit

Fig, 3 ,22 Detector de turalie cu senzor magnetic

psM 210 Disc

Fig. 3,23,b lraductor deturalie cu senzor de proxinitate

Stroboscopul de turalii permite mdsurarea turaliei fdrd un contact mecanic cu obiectul aflat in rotalie.Se folosegte inerlia ochiului omenesc, prin care un corp in vibralie sau rotalie pare imobil dacd este iluminat cuimpulsuri scurte, a cdror frecvenld de repetilie este egald cu frecvenla de vibralie sau rotalie a corpului sau esteun multiplu intreg al acesteia. in prezent, se folosesc stroboscoape cu sclipiri luminoase. Metoda stroboscopicipermite misurarea celor mai mici turalii care se intAlnesc in tehnicd. Frecvenla impulsurilor poate atinge valoareade 1,000 Hz, la care corespunde turalia de 60.000 rot/min. Efectul stroboscopic este bazat pe impulsuri de luminS'O migcare observatd in lumini stroboscopicd este descompusi secven!ial, cu frecvenJa de lucru a stroboscopului.

Obiectul de mdsurat in rotalie este iluminat periodic, cu impulsuri de mare intensitate 9i de scurtd durati.Dacd intre frecvenla impulsurilor luminoase gi frecvenla de rotalie a obiectului existd egalitate sau daci raportulacestor mirimi este un numir intreg, obiectul va fi iluminat mereu in aceeagi pozilie $i, datorite inerliei ochiului,se va obline o imagine stabild.

TRADUCTOARE

Principiul de funclionare gi o aplicalie a efectului stroboscopic (controlul turaliei la un pick-up) sunt redatein figura 3.25.

Fi g. 3,2 5 Apli cagi i al e strob oscopulu iTuralia se determind numeric, inmullind frecvenla impulsurilor cu raportul dintre numdrul marcajelor

stabile (care apar datoritd ilumindrii) gi numirul marcajelor reale,in figura 3.25.b, este reprezentat un pick-up la care marcajele de pe exteriorul platanului servesc la reglajul

de precizie al turaliei de redare"La versiunile mai ieftine, reglajul se baza pe impulsurile de lumini ale unui bec alimentat de la releaua cu

frecvenla de 50 Hz"Figura 3.26 ilustreazd schematic imagini secvenliale oblinute prin efect stroboscopic"

Fig, j,26 Stroboscop de putere pentru descompunerea imaginii uneim$cari

ExempleAplicalii ale stroboscopului:Descrierea secvenliala a deplasarii mAinii la jocul de golf,Lu m i n a a nti col i zi u ne pe ntru avi oa n e.Descrierea secvenliald a deplasarii rolii unui autoturism aflat in miScare.Videostroboscopie: vizualizarea miScarti corzilor vocale, intro secvenla de film.

) Traductoare de turalie cu senzor cu efect HallEfectul Hall este un efect galvanomagnetic observat pentru prima datd de Edwin

Herbert Hall in 1880. Acest efect constd in aparilia unui c6mp electric transversal gi a uneidiferenle de potenlial intr-un metal sau semiconductor parcurse de un curent electric,atunci c6nd ele sunt introduse intr-un cAmp magnetic, perpendicular pe direclia curentului(fig.z.zt),

Senzorii pe baza efectului Hall sunt folosili pentru:. a misura c6mpurile magnetice;. a mdsura intensitatea curenlilor electrici: senzori de curent;. a detecta pozilia fali de un ax de rota!ie (cutie de viteze) - senzorii de pozilie fara

contact utilizali mai ales in automobile;. sistemele de mdsurare a vitezei in transportul feroviar;. tastatura instrumentelor muzicale moderne (organe, organe digitale, sintetizatoare),

evitAndu-se astfel uzura, care este des intAlnitd la comutatoarele electrice convenlionale,

Cap, 3 - Tipuri de traductoare gi principiul de f unc,tionare

. domeniul satelililor artificiali, in special la proiectarea elicelor acestor satelili.

. a monitoriza vitezele de rotatie intre 0,01 rot/min Si 10.000 rot/min, in orice mediu.ln fioura 3.28 este redat modul de

arnplasare a senzorului Hall pe un motori dectric si schema de conectare a circuitului,

Sistemul este complex gi cuPrindevn disc in impulsuri (ale cdrui dimensiuni 9itnateriale sunt alese in func!ie de aplicalie),rnontat pe capdtul arborelui in rotalie sauo carcasa in impulsuri (o br5lard din doudpiese asamblate), pentru situaliile in carecapdtul arborelui nu este disponibil.

Discul (sau carcasa) conlin, dereguld, 16 magneli permanenli de polaritate

Fig. j.28 Motor cu senzor Hall A31 41 montat pe stator

alternantS, al cdror cAmp magnetic este monitorizat de un senzor intern cu efect Hall.CAnd discul (sau carcasa) se rotegte, alternanla polilor magnetici prin dreptul senzorului Hall creeaza o

tensiune dreptunghiulard la iegire, cu 8 impulsuri/rotafie"Se mdsoarS frecvenla impulsurilor de iegire 9i se compard cu valoarea fixatd pentru semnalizare (fixarea

se face cu un comutator de game cu 2 pozilii gi 2 comutatoare rotative cu 10 pozilii fiecare, pentru zeci 9i unitdli).Distanla radialSintre senzor;i magneli este de pAnd la 12 mm, astfelincet aceste traductoare se pot folosi

gi pentru arbori cu vibia!ii mari. Pe arbore sunt montali magneli al ciror c6mp este sesizat de un senzor Hallmontat pe statof.

) Traductoare de turafie cu senzor capacitiv de pozilieAdaptorul electronic pentru acest tip de traductor are un convertor sarcini-tensiune, un convertor A'N 9i

un microcontroller. Figura 3.29 eviden!iazd grafic suprafelele care se suprapun periodic atunci cAnd discurile suntdeplasate unghiular, ca ;i in cazul condensatorului variabil de la aparatele radio.

Senzorul are un rotor plasat intre doud pldci stator coaxiale.Viteza de rotalie se determind mdsurAnd varialia unghiului drp in dt gi calculAnd raportul co = drp/dt.

Algoritmul dd pozilia unghiulard absolutd, in gama 2n/N rad, unde 2nlN este unghiul la centru al celor 4 sectoareemildtoare. Informalia unghiulara este egantionate cu viteza 1lT.

Viteza unghiulard se calculeazd ca diferenld a doud mdsurdtori consecutive de unghi, multiplicatd cuviteza de egantionare,

Emilbtot Rotor Recel:tor

Fig, 3.29 Troduttor cu senzor capacitiv

) Traductoare de accelera!ieAccelerometru! este un senzor care mdsoard acceleralia pe baza inerliei corpurilor. Pentru masurarea

acceleraliei unui corp, senzorul se monteazi pe suprafala acestuia, ln figura 3.30 este reprezentatd grafic ocapsulS de circuit integrat cu direcliile de reaclionare, dispunerea terminalelor integratului, o schemd electricSbloc, precum 9i o variantd de montare a senzorului,

ln tehnica de mdsurare a accelerafiilor, se pot utiliza accelerometre:. piezoelectrice (de compresie, de forfecare, cu lami in consoli);. piezorezistive (cu amplificator mecanic, timbre tensometrice, fibre optice);. cu reactie.

\h.--'t\!

TRADUCTOARE

Funclionarea se bazeazd pe modificarea capacitdlii senzorilor interni ai accelerometrului.ZGNDNC

Fig, 3.30 Circuit integrat pentru accelerometru cu schema bloc interna

Y Accelerometrele piezoelectrice se utilizeazd ca traductoare de joasi frecven!d, precum gi la mdsurareaacceleraliilor constante (in cazul vehiculelor), in banda de frecvenle O + 1.000 Hz.Acceleromeffele piezoelectrice de compresie, figura 3.31,a, se realizeazd constructiv dintr-o piesd a cirei

vibralie se mdsoard gi o placd de bazd 1, ce reprezinte suportul a doud pastile piezoelectrice 2, pe care se plaseazimasa seismici m' Pretensionarea sistemului este realizati cu ajutorul resortului 3, tntreg ansamblu fiind introdusin carcasa 4 9i prevdzut cu mufa de conectare 5, Traductoarele piezoelectrice sunt robuste, preiau undelelongitudinale, au o frecvenld de rezonantd ridicatd, dar prezintd gi o sensibilitate transversalS, ceea ce face casensibilitatea totalS sd varieze in funclie de unghiul de orientare intre o valoare maximd gi minimi.

Pentru reducerea influenlei sensibilitSlii transversale, pe traductor se marcheazd direclia pe care aceastaeste maximd gi minimd, fiind necesard respectarea ei la montare.

Accelerometrele piezoelectrice de forfecare sunt realizate constructiv sub formd cilindricd in curentalternativ; ca in figura 3.31,b, sau sub formd prismaticd triunghiulard. Sunt prevdzute cu o placd de bazd 1, pastilapiezo de formd cilindrici 2, care se fixeazd cu adezivul conductor 3, masa seismicd 4 gi carcasa 5. Vibrafiile producunde de forfecare in pastila piezoelectricS. Comparativ cu accelerometrele de compresie, sensibilitatea acestortraductoare este redusd la varialii de temperatura 9i tensiuni mecanice din piesa de bazi, prezentdnd o anumitifragilitate.

a) de conpresie Q defortecareFig, 3,31 Accelerometre piezoelectrice

ln figura 3,32 se prezintd o aplicalie a unui senzor piezoelectric, precum gi graficul aferent.

Cap, 3 -Tipuri de traductoore gi principiul de funclionare

D Accelerometrele piezorezLstlve funclioneazS pe principiul modificdrii rezistenleisub actiunea unei deformalii mecanice a timbrelor tensometrice (fig. 3.33).Sunt realizate din:masa seismicd 1, suspendata de lama elasticd 2,incastratd

in suportul 3. Deformalia este mdsuratd cu timbrele tensometrice 4.Comparativ cu accelerometrele piezoelectrice, cele piezorezistive prezintd

avantajul unei impedanle echivalente reduse. De asemenea, sunt mai pulin sensibileIa infl uenlele exterioare.

Y Accelerometrelecu reaclie lucreazd in banda de frecvenle reduse, uzual 0 + 100 Hz, pi se utilizeazd destulde pulin, deoarece sunt foarte fragile gi au un pre! de cost ridicat.

Pentru mdsurarea vitezelor liniare, in general, se aplici metoda direct5, prin determinarea distanlei intr-unanumit interval de timp sau prin cronometrarea timpului de parcurgere a unei anumite distante.

) Determinarea vitezei liniare din turalieSe face asociind viteza liniard cu o migcare de rotalie (ca la motoarele electrice rotative care antreneazd o

cremalierd sau o rolS care calcd pe materialul ce se deplaseazi liniar),Principiul de lucru este urmdtorul: se mdsoard turafia cu un traductor de turalie gi,.aleg6nd convenabil

constanta traductorului, acesta poate indica direct valoarea vitezei.Metoda este aplicabila.doar in cazurile c6nd nu existd alunecare.

) Determinarea vitezei prin cronometrarea timpului de parcurgere a unei distanle cunoscuteParalel cu traiectoria mobilului a cdrui vitezd se mdsoara, in doud puncte fixe se afla doud ansambluri

optoelectronice, formate din sursd opticd gi fotodetector, care Iucreazd prin reflexie.Distanla intre ansambluri este cunoscutd 9i se alege astfel incAt sd rezulte calcule c6t mai simple.Intpulsul cu duratd invers proporlionald cu viteza mobilului (reflectorizant) se obline folosind un circuit

bistabil, setat de impulsul dat de primul ansamblu fotoelectric $i resetat de impulsul dat de al doilea fotodetector,Viteza mobilului se calculeazi impdrlind distanla dintre cele doud sonde fotoelectrice la durata impulsului

oblinut la iegirea bistabilului.

) Determinarea vitezei prin mdsurarea distanlei parcurse intr-un interval de timp cunoscutMetoda folosegte un senzor optoelectronic incremental de deplasare. lmpulsurile primite de la un

fotodetector sunt numdrate intr-un timp fix, de duratd (I),O rigla gradatS cu repere distanlate uniform, aflatd intre o sursd de radia!ii optice gi un fotodetector, se

migcd solidar cu mobilullmpulsul de duratd T este oblinut de la un generator monoimpuls, lmpulsurile de la fotodetector sunt

numdrate pe durata I atAt timp cet o poartS logicd,,$l"este deschisd de impulsul de la generatorul monoimpuls.Numdrul inscris in numdrdtor este N = f. I, unde f este frecvenla impulsurilor de la fotodetector.Daci in timpulT mobilul parcurge distanla x, atunci rezultd: N =T=k,

$tiafici... ?{ Telefoanele mobile moderne confin un senzor accelerometruimaginii pe verticala atunci cAnd rotim telefonul.

care menline pozilia

TRADUCTOARE

) Determinarea cu vitezometrul cu efect Doppler cu laser multilinieEfectul Doppler conste in varialia frecvenlei unei unde emise de o sursd de oscilalii, dacd aceasta se afld

in migcare fald de receptor. Astfel, lungimea de unda se scurteaza c6nd sursa sonord se apropie de ascultdtor,iarindllimea sunetuluiurcd. La indepdrtarea de ascultdtor,lungimea de unda se mdreSte, iarinallimea sunetuluicoboarS.

Efectul Doppler a fost descris pentru intAia oard din punct de vedere gtiinlific de cdtre Christian Doppler inanul 1842 gi confirmat cdliva ani mai t6rziu prin experimente desfdgurate cu ajutorul unui tren in mi;care.

Efectul Doppler descrie diferenla de percep!ie a frecvenlei dintre momentul in care un val de sunetepdrdsegte sursa 9i momentul in care acesta ajunge la observator, fiind, de fapt, un rezultat al migcdrii relative asursei de sunet sau a observatorului in sine. Frecvenla mdsoard distanta dintre sunetele inalte. Dacd sursa dezgomot se migcd inspre observator, sau observatorul se migcd spre sursa de zgomot, distanla dintre suneteleinalte va fi perceputd de citre observator ca fiind mult mai micd, intrucdt fiecare sunet inalt va trebui sd parcurgdmai pulind distan!5 p6nd sd ajungd la urechile observatorului,

Pe de altd parte, cdnd sursa de zgomot sau observatorul se indepdrteazd, sunetele inalte trebuie sdparcurgd o distanld mai mare pdnd si ajungd la uiechea ascultitorului. Aga se poate explica fenomenul decregtere 9i descre;tere a sunetelor unei sirene in momentul in care acestea sunt in apropierea noastre"

Efectul Doppler subliniazd faptul cd multe fenomene diferd atunci cdnd le tratdm din punct de vedere alexperienlei proprii, Frecvenla sonori a unei sirene cre$te sau scade fa!5 de tine, un simplu cetdlean agezat pe obancd, insd pentru gofer.ul ambulanlei lucrurile stau altfel. El nu percepe diferentele de frecvenfd, pentru cd, defapt, acestea nu existd.

Aplicalii ale efectului Doppler:. radarul de mdsurat viteza unui obiect in mi5care - aparatele radar mdsoard lungimea de unda a undelor

radio reflectate de o magind in migcare, prin aceasta putendu-se stabili viteza mobilului;. deplasarea spre rotu - in astronomie, efectul Doppler ne dd certitudinea cd Universul nu este static, de-

oarece, conform acestui principiu, stelele ce se depSrteazd de noivor avea lumina deplasatd spre,,partearogie" a spectrului, in vreme ce acelea care se apropie vor avea lumina deplasati spre,,partea albastrd"a spectrului. Ceea,ce ne dd certitudinea cd Universul se afld in expansiune este faptul cd majoritateaobservaliilor ne arati cd lumina care ajunge la noi este deplasatd spre ro5u.

. ultrasonografia - permite mdsurarea vitezei de deplasare a sdngelui in vase.

Sistemele convenlionale permit mdsurarea vitezelor in gama km/s intr-o perioadd de aproximativ 20 ps,cu rezolulie temporalS sub 50 ns.

Deplasarea de frecvenld Doppler Af este proporlionalS cu viteza v a punctului de impr5gtiere a suprafeleisolide:

Lf -f .v/c,unde f estefrecvenla laseruluiInforma!ia se obline cu analizoare (interferometre Michelson sau Fabry-Perot), ce au insd contrast al

franjelor 9i gama spectrald scizute.Pentru a mdri contrastul, trebuie mdritd intensitatea radialiei laser.Analiza deplasar:ii de frecvenld Doppler cere folosirea radialiilor optice monocromatice cu lalimea

spectrald sub gama spectrald liberd a interferometrului, uzual cu laser cu o frecven!5,Rezultate mai bune se oblin pentru radialii optice multilinie: dacd mai multe radia!ii monocromatice

ilumineazd simultan interferometrul Fabry-Perot, fiecare radialie produce un sistem de franje de interferenld,Cdnd distanta dintre liniile de radialii optice este egalS cu gama spectrald liberd a interferometrului, franjele deinterferenld se suprapun.

Cele mai bune rezultate s-au oblinut cu spectru de canale de la interferometrul Fabry-Perot, care filtreazdun fascicul colimat de la un laser de bandd larg5, Interferometrul este transparent doar la frecvengele opticein rezonanld cu frecvenla fundamentalS a cavitd!ii, distanla dintre frecvenle fiind egalS cu gama spectrald ainterferometrulu i.

in figura 3.35 este reprezentat, prin desene sugestive, modul de producere a fenomenului de dilatare 5icompresie a undelor sonore,

Cap.3 -Tipuri de traductoare gi principiul de funclionore

d'.\--Exemple' in cazul cAnd un tren se apropie de noi, sunetul cre5te in inalyime, iar cdnd se indeparteaza,

inalyime (fi9. fia ).sunetul coboard in

6' ,.r\/-*avvv \/\/V

F'

Complimaletirnp-perioaddLungimea de

undd sescufteazd

Flecventa ur'cd

Fig, i.j5 Conpresia 5i dilatareo undei sonore) Traductor de vitezi cu senzor potentiometricPentru masurarea vitezelor scdzute, cu valori sub

I rot/min, metodeie numerice uzuale necesitd timp demesurare mare, deoarece trebuie detectat cel pulin unfront cresc5tor al semnalului de la senzorul de vitezd,intr-un timo de masurare dat" Rs

Senzorul de vitezd cu potenliometru rezistiv fdrd tcontact are acuratele 0,80/o pentru viteza de 1 rotlmin,intr-un timp de mdsurare de 0,2 s.

Schema de principiu a traductorului cu senzorde vitezi potenliometric fird contact este reprezentatdin figura 3.36, Schema conline un potenliometru fAr;contact 9i un oscilator. Senzorul de vitezi scdzutd este unpotenliometru rezistiv modificat cu contact alunecdtor,fdrd contact cu stratul rezistiv.

Migcarea electrodului mobilare ca efect modificareacurentului l, prin capacitatea C., curent care dd informaliadespre viteza de mSsurat 9i poate fi convertit in semnale cuperioada modulatd folosind un oscilator de relaxare,

ln figura 3.37 sunt reprezentate diagrameleoscilatorului Martin pentru cazul cAnd se mi5c5 electrodulmobilal senzorului.

Dilataretitnp-per'ioadd

Lungimeade undd

se miregteFrecvenlacoboald

vJ2Fig. 3.36 Schena oscilatorului Martin modificat

Panta: (Io -

I.)/Ci"r

Fig. j,j7 Diagramele oscilatorului Martin modificat

TRADUCTOARE

Traductorul de vitezd cu senzor potenliometric prezinte urmdtoarele dezavantaje:" erori datorate timpului de intArziere a circuitului de procesare;. tensiuni de decalaj gi curenli de polarizare ai integratorului 5i ai comparatorului;. zgomot mare de elantionare, in special pentru timp scurt de mdsurare,

Dezavantajele se elimini misurdnd mai multe perioade ale semnalului de iegire din oscilator 9i oblinAndo vitezd medie.

Temperatura este o mdrime fizicd ce caracterizeazS starea de incdlzire a unui corp sau a unui sistem fizic'Mdsurarea temperaturii se bazeazd pe diferite fenomene 9i efecte fizice, in care modificarea temperaturii

determind modificdriale unor proprieta!i sau caracteristiciale materialelor:. varialia dimensiunilorgeometrice;. varialia rezistenlei electrice;. aparilia unei tensiuni electromotoare de-a lunguljoncliunii a doui metale;. variatia intensitdtii radiatieiemise;. varialia frecvenlei de rezonanld a unui cristal de cuar!,

Termometrele constituie cele mai simple instrumente de mdsurare a temperaturii, ale cSror principalecaracteristici funclionale sunt cuprinse in tabelul 3.2"

fabelul 3,2 Caracteilsticile f unctionole ale termometrelor

Tipul termometruluiDomeniulde

utilizare Caracteristici

Termometru cu tijd metalicd Al, alamd, Ol-100 + 100 "C

Aparate robuste de tiPregulator sau indicator

Termometru cu arc bimetalic Al, alamd, OlTermometru cu lamelibimetalicd

Alama/Ol+ invar

Termometre cu lichid

GaliuMercurToluenAlcooletilic

0 + 1.100 "C-30 + 700 "C-90 + 100 "C

-100 + 75 "C

Aparate de tip indicator,sem na lizare, reg u latoare

Termometre manometricecu lichid

HexanAlcoolMercur

-80 + 320 "C-50 + 320'C-35 + 600'C

Aparate ce transmit indicaliala distantd (max. 100 m)Termometre ma nometrice

cu vapori

Etan sau propanButanEter etilicAoa

-40 + 0'C-20 + 150"C-60 + 160'C

-120 + 200 "CTermometre manometricecu qaz

Azot, argon, CO, -60 + 600'C

Mdsurarea temperaturii unui corp se bazeazd pe fenomenul de schimb de cdldurd intre corpuri cu gradediferite de incdlzire gi pe varialia cu temperatura a propriet5lilor fizice ale unor materiale.

ln tabelul 3.3 sunt prezentate cfiteva valori ale temperaturilor de bazi,

Tabelul 3,3 fenperaturi de bozd

Kelvin Celsius FahrenheitZero absolut OK -273,15 "C -459,67 "FPunctul de topire al qhetii 273,15 K 0'c 32'FPunctul triplu al apei 273,15 K 0,01 "c 32,018 "FPunctul de fierbere al apei 373,1339 K 99,9839'C 21 1 ,97 10 "F

Cap. 3 - Tipuri de traductoare gi principiul de funclionare

cAftialici... ?/ Mai mult de 500/o dintre defectele care apar la produsele electronice au la baza abordarea superficiald sau

chiar eludarea aspectelor referitoare la solicitarile de tip termic. Actualmente, pe plan mondial, mai multefirme producdtoare de software realizeazd instrumente care permit evaluarea ,i corectarea problemelorde naturd termicd pe care le intdmpina proiectantul de sisteme electronice din diverse domenii aleingineriei: telecomunicalii, aviasie, auto, industria spa\iald, mdsurare Si control, computere, medicind,surse de alimentare etc./ Analiza termicd Si de fiabilitate virtuald ,,puncteazd" aspectelenegative ale viitoarei placi reale 5i permite estimarea a prioria problemelor legate de supraincalzire (fi7. 3.38). Astfel, prinmodificarea dispunerii componentelor de pe placa virtuala,pdna la obsinerea unui rezultat corespunzator, proiectantulpoate economisi timpul 5i banii care ar fi fost cheltui,ti pentrufabricarea produsului real, echiparea Sitestarea sa,ln urma simuldrii, se ob;in doua tipuri de hdrfi:" hdrlitermice ffhermal Map). harti de fiabilitate(Failure Rate),/ ln cazul componentelor microelectronice hdrlile termice prezintd temperatura chip-ului (joncliunii)

temperatura capsulei, iar in cazul componentelor pasive, doar temperatura capsulei.

.

:A--Elelllcllte,/ \-f iabilitatede

Tehnica mdsurdrii industriale a temperaturii se bazeazd pe utilizarea urmitoarelor tipuri de traductoare:. termoelectrice; termorezistive; pirometre de radialie"

Pe lAngi aceste tipuri de traductoare, se utilizeazd, adesea, traductoarele cu bimetal Si actinometrul.

Tabelul 3,4 fipuri detraductoare detenperaturd Si caructeristicile sennificative

Tip de traductor Domeniuldetemperaturi['C] Caracteristici

cu semiconductori -55 + 150liniaritatereoetabilitatesensibilitate 10 mV/K sau 10 mA/K

necesitd o sursd de excitare

termocuplu -184 + 2.300 caracteristici repetabilenecesitd o joncliune rececompensatoare

cu rezistentd variabilS *200 + 850 liniaritate bundacurate!e

necesitd o sursi de excitarecost redus

termistorul -75 + 300liniaritate slabdsensibilitate buni necesitd o sursd de excitare

El Trad u cto ar e te r m o rezi stiveSurrt rezistoare sensibile la temperatura, confe

din materiale conductoare sau semiconductoarerezistivitate variazd cu temperatura. Se realizeazdde la proprietatea materialelor conductoare de a-girezistivitatea, deci rezistenta electricd, atunci cAnd temlor se modifici,

R = Ro (1 + a'A0), unde:R - rezistenla electricd la o temperatura oarecare;Ro

- rezistenla electricd la temperatura de referin!5 (20 oC);

cr -

coeficient de varialie a rezistenlei cu temperatura;A0

- varialia de temperaturd.

Fig. j,i 9 Term o rakten,te

in figura 3.39 sunt prezentate cAteva tipuri constructive de termorezisten!e.

TBADUCTOARE

Masurdnd rezistenga electricd a unui conductor ce are o anumitd temperaturS, se pot obline informaliidespre valoarea temperaturii respective,

Termorezistenla se realizeazd din materiale la care rezistenla electricd variazd cu temperatura liniar, intr-oplajd cdt mai extinsd de valori. 5e aleg materiale semiconductoare, la care fenomenele de conducgie sunt multmaicomplexe.

Termorezistenlele conductoare (metalice) sunt confeclionate din metale pure, precum: fierul, cupru,nichelul sau platina. Varialia rezistenlei metalelor in funclie de temperaturd este liniard.

Avantajele termometrelor cu rezistenld electricd sunt:-

precizie ridicatd;-

posibilitatea centralizdrii controlului temperaturilor prin conectarea mai multor termometre la un singuraparat de mdsurS;

- posibilitatea inregistririi automate a temperaturii.

A Te r morezi ste nle semi co n d u cto are (ter mistoare)Sunt confectionate prin presare din oxizii, carburile

sau sulfurile unor metale ca: nichel, cupru, plumb, magneziu,Acestea se caracterizeazd printr-o lege devaria!ie exponenlialdgi prin faptul ca au o inerlie termicd, practic, nuld, Rezistenlatermistoarelor scade cu cre'terea temperaturii, dupd o relalieexponentialS: r. _ l

Bl _:__: Itr To)Rr =Rne L-Tipuriconstructive Simbol

Fi9,3.40 Termistoare

Forma constructiv5 a termorezistenlei contribuie la micgorarea radialiei termice gi a scurgerii de cdlduriprin cablul de semnal, imbunitSlind performantele mdsurdtorii,

ln faza iniliald au fost utilizate pentru temperaturi scdzute, intre 1 + 35 K (germaniu) gi < 20 K (carbon), dardatoriti perfecliondrii tehnologiei siliciului, in ultima perioadd (in special, in tehnica circuitelor integrate) acestase folosegte dopat cu impuritdli de tip,,n'i

ln tehnicd se utilizeazd termistoare a cdror sensibilitate este superioari cu cel pugin un ordin de marirnefa!5 de termorezisten!e,

Avantajele principale pe care le prezintd termistoarele in comparatie cu termorezistenlele sunt:. valoarea mare a coeficientului de varialie cu temperatura rezistenlei electrice, care poate ajunge p6nd b

3o/o pe grad Celsius. Acest factor determind sensibilitatea mare a termistoarelor;. rezistivitatea mare a semiconductoarelor permite construirea de traductoare cu o rezistenld ohmicd mare

Acest fapt face posibild utilizarea termistoarelor pentru mdsurdri la distanld, deoarece se poate negiiiainfluenla rezistenlelor mult mai mici a conductoarelor de legdturi;

" deoarece termistoarele se pot confecliona cu dimensiuni reduse, inerlia termicd gi influenla termistoruldasupra cdmpului de temperaturd sunt neglijabile.Termistoarele prezintd dezavantajul cd nu se pot executa cu toleranle reduse. Din aceastd cauz4

termistoarele trebuie sd fie prevdzute cu rezistenle montate in serie sau in paralel pentru a se obline anumie:valori nominale ale rezistenlei 9i ale coeficientului de varialie cu temperatura al rezistenlei.

Un alt dezavantaj al termistoareloril constituie faptul cd parametrii-R^ gi Bvariazd in timp. Din aceg'motive, termistoarele, in general, nu mai sunt interschimbabile gi este necesard o gradare individuald a aparatebFlde mdsurat. Datoriti sensibilitSlii mari qi a faptului cd valoarea coeficientului de varialie cu temperatura d.rezistenlei unui termistor este negativS, termistoarele se utilizeazd gi pentru compensarea varialiei unor rezicu temperatura (de exemplu, in scheme electronice cu tranzistoare).

Domeniul de mdsurare este cuprins in intervalul de temperaturd -200 + 400 oC, insi sunt sensibih

qocurile termice care pot distruge materialul protector, iar opera!ia de interganjabilitate este dificild,ln funclie de natura materialelor utilizate la construclia termistoarelor, acestea pot avea coeficient de,

varialie al rezistenlei negativ -

numite termistoare NTC (NegativeTemperature Coefficient) - sau pozitiv, nuterm istoare PTC (Pos itive Tem peratu re Coeffi cient).

ln misurdri, ca traductoare de temperaturd, se folosesc, de obicei, termistoare NTC.Datoritd sensibilitetii lor foarte mari, termistoarele sunt indicate la mdsurarea diferenliald a temper

atingAnd rezolulii de ordinul 0,0i oC.

Cap.3 -Tipuri de traductoare 5i principiul de funclionare

Se bazeazd pe efectul termoelectric direct Seebeck gi sunt folosite la mdsurarea temperaturii cuptoarelorgi a mediilor gazoase, lichide sau pulverulente, in gama de temperatura

-200 + 2400 oC,ln figurile 3.41 sunt reprezentante principiul de funclionare al termocuplului gi variante constructive ale

acestu ia,

--rErfFlf,A-'- U-LLEII,+::::-{I

Fig, 3,41 Ternocuple: a) principiul termocuplului; b) tipuri constructive

Functionarea se bazeazd pe tensiunea electromotoare (tensiune termoelectromotoare) ce apare inpunctul de sudurd (joncliune) a doud materiale diferite A (Nichel) 5i B (Crom) supuse incdlzirii. Aceastd tensiuneeste proporlionalS cu temperatura masuratd. Circuitul format din cele doud conductoare (termoelectrozi) poartdnumele de termocuplu.

Enu=f(T), unde:E-- tensiunea electromotoare in punctul de sudurS;Z- temperatura mdsurata in grade K.Termocuplele sunt componente utilizate la mdsurarea temperaturii, realizate din doi conductori metalici

necapsulaliintr-un tub metalic qi unili la o extremitate (joncliune prin sudurd). La varialia temperaturiiin zonapunctului de joncliune se produce varialia de tensiune care se poate citi la capetele celor doi conductori gi care,convertitS, furnizeazd valoarea temperaturii in zona joncliunii. Termocuplul este cel mai rdsp6ndit traductorpentru masurarea temperaturii 9i prezintd urmdtoarele caracteristici: este ieftin, robust gi poate opera intr-undomeniu larg de temperaturi,

ln figura 3.42 este prezentate schema de principiu a unui sistem de achizilie de date care conline:. multiplexor analogic (MUX) pentru seleclionarea senzorilor de intrare;. amplificator de instrumentalie (Al);. convertor analog-digital (CAD);. interfa!5 pentru cuplajul cu calculatorultip IBM-PC pe portul paralel;" termocuple.

Fig. 3,42 Schena unui sistem de achizilie de date

ElTraductoarele pirometrice (traductoore de radialiiinfraropiisau calorice)Sunt folosite pentru mdsurarea temperaturilor mari (600 + 2.000 oC) ale unor corpuri, fdr5 contact direct

intre elementul sensibil gi corp.Traductoarele pirometrice de radialie totalS funclioneazd pe baza dependenlei dintre temperatura

LAAnF

c35@|oF

selec{ie oanal START

TRADUCTOARE

absolute T a unui corp inc6lzit gi energia totald E, radiatd pe toate lungimile de und5, Radialia termicd este sesiza6 ,de pirometre.

ln figura 3.43 este prezentat principiul de funclionare al acestui tip de traductoare,Corpul 1, av6nd suprafala emisivd 2, transmite radialia termicl spre

detectorul 3, cu ajutorul unei diafragme 4 gi a unei oglinzi concave 5.Pentru absorblia totald a radialiilor de cdtre detector, care poate fi

un termocuplu, acesta va trebui si fie negru.La aceste traductoare, mdsurarea temperaturii nu depinde de

distanla dintre suprafata emisivd qi pirometru (oglindi). Existenla unorreflexii suplimentare duce la aparilia unor erori de mdsurare, deoarececorpul poate reflecta gi sursa care il incilzegte,

Un pirometru mdsoard energia termici radiatd de uncorp ce are o anumitd temperaturS, Aceastd energie depinde detemperatura corpului respectiv gi se propagd in spaliu sub formd deunde electromagnetice.ln figura 3.44 este reprezentat un pirometruportabil cu afigaj electronic Ai modul de lucru cu acesta,

Pirometrele sunt destinate temperaturilor foarte mari (miide grade). Mdsurarea temperaturii se efectueazd prin metode firicontact, adici prin pirometrie (din greacd,,,piro,,- foc).

Elementul sensibil al unui pirometru este o lampd cufilament de wolfram a cdrui culoare poate fi modificatd prin variereacurentului care trece prin filament.

Mdsurarea se face prin comparalie: pe imaginea suprafeleiradiante (care emite energie termicd) se suprapune aceastd lampi,Prin reglarea curentului din filament, se modificd temperatura Fi9,3.44 Pirometreacestuia, deci 9i culoarea sa, p6nd cdnd imaginea filamentului dispare. in acest moment, temperatura masuratir, este egald cu temperatura filamentului z1 Deci, valoarea curentului prin filament este o mdsurd a temperatur6suprafelei radiante. in figura 3.45 este reprezentatd reaclia filamentulul la diferite temperaturi de lucru,

Tr)lrDocd filamentul ldmpii este maiinchis decdt suprafola rodiontd, tempetoturr filomentului estemai mica decdt temperatura de mdsurot,

T^=ftCtegterea curentului prinfilament produceincdlzireo ocestuiq Si,treptat, se ajunge lo situolia cdndfilamentul nu se moivede pentru cd are aceeoSiculoore co gisuprafa;o radioitd.'

fr

Cop, 3 - Tipuri de traductoare ;i principiul de funclionarc

(

ftohfuF

@+

F ig, 3,46 Variali a rezistenleitermisto rului tu tem peratu ro

Schema de montaj

Fig.3.47

Cel mai simplu circuit de mdsurare al varialiilor foarte mici este circuitul de mdsurare cu logometrumagnetoelectric care este reprezentat in figura 3.48.

Traductorul Rs, in conexiune cu 3 borne, estelegat in circuitul de mdsurare prin 3 condrictoare avAndrezistenlele Ry, Rn 5i Rir. Suma rezistenfelor de linie R,, giRy, este adusd la rezistenta nominalS de 10Q sau 20O cuajutorul rezistenlelor de egalizare R,, 9iR", ce se conecteazdsuplimentar in circuitul de mSsurare. Rezistoarele R' 9i R,stabilesc domeniul de mdsurare, iar Rn limiteazd curentulprin termorezistor.

AlimentAnd circuitul de la sursa de tensi-une E, devialia logometruluiva fi proporlionalS curaportul curenlilor ce se stabilesc prin bobinele B,gi Br, conform relaliei:

^ _ ,( Ir\_ I & +R, + Ret+Rr +RBr')_ .r"'r"-'[ \]-tl R"+R*.Rr+R* )-r\a)\ ,/ \ '- )

9i independentd de tensiunea de alimentare,O largd rdsp6ndire in practici o au punlile

de rezistenfe (Wheatstone), care conlin intr-unuldin brale un termistor. Figura 3.49 conline varianteconstructive ale traductoarelor termice care pentrumdrirea preciziei se monteazd in bralele punlilorrezistive. in majoritatea cazurilor, termistorul esteplasat la o distan!5 apreciabild de punte. Pentru areduce influenla rezistenlelor de linie, el se conecteazdprin 3 fire foarte apropiate tntre ele, eventual rdsucite. F ig. 3,49 Traductoare termice, Circuite de ndsurdrc cu punli Ulheatstone

El Traductoare cu bimetalTermometrele metalice cu bimetal sunt destinate mdsurdrii temperaturii diferitelor medii fluide sau solide.

Termometrele realizate din olel inoxidabil sunt recomandate pentru utilizarea in medii agresive (corozive), cuprali, in industria cauciucului, industria chimicd gi industria petrochimicS.

Bimetalul este un subansamblu realizat din doud metale cu coeficient de dilatare diferit, sudate intre ele,care supuse temperaturii se deformeazd proporlional cu varia!ia acesteia.

t2

IEADUCTOARE

ln figura 3.50 este reprezentat schematicmodul de funclionare a unui bimetal gi formegeometrice constructive ale acestora, in tabelul 3,5sunt cuprinse caracteristicile de temperaturd 6 = f@pentru bimetale cu lungimea de 100 mm ;i grosimealameleide 1 mm,

Fi9,3.50 Binetale

, Reglarea temperaturii la L)n cazan incdlzit cu aburprcstunca

aburulu i dcbit dc abrtr(Mdrinlco dc

flux dcApd

Elcmcnt dc exccutjc

tcnsiunca tcmroclcctricA

(Mdsura }?)

f&!!eys!e_Pentru determinare prin mdsurdtori se utilizeazd instrumente numite actinomerre.

constanta solard este, prin d e energie pe care o primegteintr-un minut, de la soare, o suprafalipland de 1 cm2 aSezatd la di -

Pdmdnt. perpendicular pe direcfia razelor solare.in activitatea de misurare a radiometriei meteorologice care se desfdgoard in cadrul observatorului deatele utilizate este actinometrur termoelectric AT

- 50

ozitiv actinometru care convertette energia luminoasd

fabelul 3,5 Cnrocteristid qle bimetolelor

I

MnNi-Fe 36Ni-64Fe 0,195foarte micd 2s0 1,0920Ni-6Mn74Fe 36Ni-64Fe 0,.l55 250 + 300 0,76

20Ni-6Mn74Fe 42Ni-58Fe 0,1 15 0,120 350 + 4OO 0,682ONi-6Mn74Fe 46Ni-54Fe 0,095 0,095 400 + 450 0,6Ni 36Ni-64Fe 0,096 foarte mici 250 0,1620Ni-6Mn74Fe Fe 0,06 0,06 600 0,26

Cap, 3 -

Tipuri de traductoare Si principiul de funclionarcFirele A gi B sunt supuse unul la soare gi unul este umbrit. Pe

ele se monteazd doud termocuple identice, conectate in opozilie laun galvanometru. Firul B este conectat prin reostat la sursa decurent continuu. Energia necesard aducerii firului B la aceeagitemperatur; cu firul A este egalS cu energia solard absorbitd defirulA,

l. Transcrieli enunlurile de mai jos gi notali in dreptul Fig,3.5l Actinometrufiecaruia litera A, daci apreciali ci enunlul este adevdrat, sau litera F, daci apreciali cd enunlul este fals.lncazul unui rdspuns fals, realizali modificarea textului astfel incAt sa oblineli un enun! corect, iar in cazulunui rdspuns adevdrat, justificali rSspunsul.

1, Termocuplul este un traductor de temperaturS.2, Traductoarele termorezistive sunt rezistoare sensibile la temperaturd.3" Termocuplul este un traductor parametric,4, Un traductor de temperaturd se realizeazd pornind de la proprietSlile materialelor conductoare de

a-gi modifica capacitatea.

ll. Pentru fiecare dintre cerinlele de maijos, scrieli litera corespunzdtoare rdspunsului corect.1. Pentru mdsurarea temperaturii cuptoarelor electrice gi a mediilor gazoase, lichide gi pulverulente se folosesc

traductoare:a) piezoelectrice;c) termomanometre;

2. Termorezistenla este un traductor de:a) for!5;c)temperaturd;

3. Pentru mSsurarea temperaturii cuptoarelorfolosesc traductoare:a) piezoelectrice;c) termomanometre;

gazoase, lichide gi pulverulente, se

4, Termistoarele sunt traductoare termorezistive realizate din materiale:

b)termocuple;d)de induclie.

b) presiune;d)debit.

electrice gi a mediilor

b)de induc!ie;d)termocuple.

a) conductoare;c) semiconductoare;

5, Efectul Seebeck std la baza funcliondrii:a) termorezistentelor;c) termocuplelor;

6. Simbolul alSturat reorezintd:a)termocuplu;c) traductor potenliometric;

b)izolatoare;d)dielectrice.

b) tensometrelor;d) traductoarelor inductive,

b)!ermistor;d) traductor inductiv.

7. ln coloana A sunt prezentate componentele unor elemente de automatizare sau ale unor mijloace demdsurare, iar in coloana B, structura din care fac parte, Faceli asocierea literelor din coloana A cu cifrelecorespu nzdtoa re rdspunsu I u i corect d i n coloa na B,

1. termocuolu a. requlator automat2. robinet b. aparat diqital3. bloc de amolificare c. voltmetru analoqic4. dispozitiv pentru producerea cuplului activ d. traductor de temoeraturd5. convertor analoo diqital e, element de prescriere

f. element de executie

// ///

TRADUCTOARE

8, Scrie1i, pe caiete, informalia corectd care completeazd spaliile libere.a)Termocuplurile sunt traductoare generatoare care transformd temperatura intr-ob)Termorezistenlele semiconductoare se mai numesc gi ..,........,..,,......... .c) Construclia termorezistenlelor se bazeazd pe proprietatea materialelor de a-si modificad)Termistorul se folosegte in special la temperaturi .....,..,..,..,,...,...,. .

Presiunea este o mdrime fizici egalS cu raportul dintre valoarea foriei gi ariasuprafelei corpului respectiv,

Presiunea este absolutd atunci c6nd se m6soari in raport cu vidul absolut,Presiunea sonord este cauzatd de undele sonore.Presiunea relativi sau efectivi se obline prin mdsurarea ca o diferenli fald de

presiu nea atmosfericd.ln funclie de domeniul presiunilor de mdsurat, elementele sensibile ale acestor

traductoare diferS.Unitatea de mdsurd a presiunii este pascalul (1 Pa = 1 N/m2), in tehnicd preferdndu- se barul(l bar = 1F

5e folosesc ai alte unitSli derivate:' otmosferafizicd (1atm reprezintd presiunea hidrostaticd echivalentd a unei coloane de mercur cu der#ii

tatea de 1 3,595 g/cm3, cu inSllimea de 760 m m, la acceleralia gravitaliona ld g = 999,66 6 cm/s2);, milimetri coloand de mercur (1 mm Hg = 1 torr - presiunea hidrostaticd a unei coloane de mercur

inSllimea de 1 mm, in condiliile anterioare);' milimetricoloand de apd (1 mm HrO reprezintd presiunea hidrostaticd echivalentd unei coloane de apa

in5ltimea de 1 mm).Precizim cd presiunea normali, luati ca referin!5 in tehnicd, este presiunea exercitatd de o coloand &

mercur cu inillimea de 735,56 mm (echivalentul unei atmosfere tehnice), difera de pre siunea atmosfericd normt#icare corespunde presiunii hidrostatice echivalente unei coloane de mercur cu inSltimea de 760 mm la 0 .C #g =980,666 cm/sz.

Domeniul presiunilor din tehnicd este deosebit de vast (fig. 3.52). Presiunea reprezintd un parametru debazd pentru majoritatea proceselor tehnologice in care se folosesc fluide,

I vacuum I vacuum I vacuum : presiune I presiune I supratensiune: nresiunii exfrem ; tehnic i i' micd i'medie i ' tehnici j'foarte

to-e lo 104 lbarlI

suDpreslune {------{ i t----------r suprapresiune

Fig, 3,52 Domenii de varialie o presiunii tehnicein figurile 3,53 sunt reprezentate dispozitive elastice utilizate in mdsurarea presiunii fluidelor sau gazelonDeoarece presiunea se definegte pe baza forlei, rezultd ci metodele de mdsurare sunt asemdndtoare cr-r

cele pentru mdsurarea forlelor. Ceea ce diferd este forma elementelor sensibile,

.:y-:#=

Tuburi: a) silfon; b) tub Bourdon (t -

oval; 2 -

eliptk; 3 -

in D)

Fi9,3,53 Elemente de ueculie

M em b ran e : d if e r i te f o r n e g eo m ett i ce Piston cu resort

Cap, 3 -

Tipuri de traductoare ;i principiul de func,tionares-L

$tiafici... ?{ La sfdrtitul secolului al XIX-Iea, fra;ii Curie descopera fenomenul piezoelectric: cristalele de cuarl presate pe doudfeye opuse produc,intre alte doua feSe opuse, o tensiune proporfionala cu p;ys5iLtr., exercitata.

r' Cuarlul este cel mai raspAndit mineral din naturd (cca 16%o) Si, din punct de vedere istor'ic, este primul materialpiezoelectric.

r' Nu numai cuarlul (SiO) are proprietdyi piezoelectrice, ci Siturmalina, oxtdul de zinc Si titanatul de bariu,/ Cilstalele de cuarS sunt folosite la ceasurile electronice de mAnd 5i la ceasurip de precizie, a cdror eroare inmasurarea timpului este foarte mtca, de cdteva zecimi de secunda intr-o mie de ani. De asemenea, se folosescln hrirhete niozaolarf rira cnt t nnrin>Xtnnr^ ^^^+,,tu urrl tcLc ptczuutcLLilce sau aprinzdtoare pentru aragaz,

r' Monocilstalele de cuarl arttficial, obSinute prin solidificare dirijata, se utilizeazd la oscilatoarele electronice,Daca este taiat in pldci subSiri, dupa anumite orientari 5i cu grosimi foarte exacte, cuarlul capata o frecvenla derezonanla extrem de precisd, dependenta de dimensiunile placii.

O ossnRvaTlr ExpEnlr,IENrarn OUndele sonore sunt caracterizate prin presiune givitezd:pentru procesele

tehnologice in care intervin aceste unde, foarte importantd este presiunea,deoarece viteza particulelor, fiind foarte mice, este dificil de determinat.

Vibraliile sonore sunt ,,culese" de pavilionul urechii. Undele intrd inconductul auditiv gi ajung la timpan. Acesta incepe sd vibreze gi informalia estetransformatd (prin componentele anatomice ale urechii) in impulsuri electricecare sunt transmise la creier.

Putem spune cd timpanul este un traductor de presiune (acustici) la purtdtorlSchema de principiu a unui microfon are in componenld o membrand care preia presiunea acustice ti o

transformd intr-o deplasare care se transmite unui traductor (fig. 3.54). Pentru a elimina influenfa varialiilor depresiune ale mediului ambiant prin capilar, cavitatea $i exteriorul comunicd.

| -

membrona;2

- capilar;

3 -

carcosd;4

- cavitateinchisd (capsulo microfonului);

5 -

spretraductorul electric,

Fig, j,54 Mkrofon -

schena de prindpiu

Presiunea reprezinti un parametru de stare a solidelor elastice, a lichidelor gia gazelor sau a vaporilor caracterizati prin raportul dintre forla uniform distribuitSgi normald la o suprafa!5 gi mdrimea acestei suprafele sau forla care actioneazd peunitatea de suprafalS. Unitatea de mdsura in Sl este N/m2"

Traductoarele pentru misurarea presiunii poartd 9i denumirea detraductoare manometrice gi sunt realizate, in principal, cu elemente elastice saucu clooot.

Traductoarele manometrice cu elemente elastice sunt cele mai uzuale intehnica mdsurdrii presiunii (fi9. 3.55).

Principiul de funclionare al traductoarelor de presiune (elementele sensibileale acestora) constS, in general, in convertirea unei presiuni tntr-o deplasare liniardcare, la rAndul sdu, este convertitd intr-o varialie de tensiune cu ajutorul unui montaj

A;Fig. 3,5 5 Manonetru pentru

presiuneo apei

TfrADUCTOARE

potenliometric (fig.3.56).Tensiunea de iegire din traductorul de presiune va fi datdde relalia:

U, =-J2-.(J, =42-.g,' Rr+R, R 1Principiul de mdsurare al acestor aparate se bazeazd pe deformarea elasticd

a elementului de mdsurare sub acliunea presiunii fluidului de mdsurat. ln funcgiede tipul elementului elastic se deosebesc urmdtoarele manometre: tub elastic(Bourdon), cu membrand, cu capsuld, cu burdufuri (fig.3.57).

Fiq.3.56

Traductor cu burdufFig,3.57 fipuri de

Tendinlele actuale de inlocuire a aparaturii analogice cu aparatura digitalS nu au ocolit nici traductoarelede presiune.ln figura 3.58 sunt prezentate cdteva tipuri de traductoare diqitale.

Fig, 3,58 Manonetre digitale

ln figura 3.59 sunt prezentate c6teva tipuri constructive de traductoare de presiune,

Fig, 3,59 Tipuri constructive de traductoore de presiune

Domenii de aplicalie in diverse sectoare industriale: sisteme hidraulice, sisteme pneumatice, sistemechimice gi de proces, relele de alimentare cu apd si gaz,in industria constructoare 9i laboratoarele de cercetare,

q

1I

I,Tradudortip Bourdon

Cap, 3 - Tipuri de traductoare ;i principiul de funclionareAnL/ OBSERVATTE L)

Traductoarele tactile sunt utilizate Dentru determinareaformei suprafe,tei unui obiect. Cele mai utilizate sunt cele rezistive,realizate matricial. Elementul maticei este format din doi electrozi,Prin deformare, sub acliunea unei presiuni se modifica rezistentaechivalentd a celulei,

Schema principiala a unui astfel de traductor este prezentotdin figura 3.60, Fiecare element al matricei se conecteoza la o matricede decodare prin multiplexare (MUX) care sesizeazd modificareacurenlilor din matrice in roport cu zona solicitatd, stabitind in acelasitimp gi coordonatele excitafiei. CAN este un convertor analogicnumeric.

Pentru mdsurarea subpresiunilor se utilizeazd vacuumetrele Pirani,traductoarele de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece (penning),traductoarele cu ionizare prin radialii (alfatron) gitraductoarele de tip magnetron.

Vacuumetrele Pirani sau cu fir cald funclioneazd pe principiuldependenlei conductivitSlii termice a gazelor in raport cu presiunea. Introducerori de mdsurare de ordinul 2+10o/o care cresc cu scdderea presiunii, domeniullor de aplicare limit6ndu-se la 10-1 Pa.

Principial, in figura 3.61, se prezintd un traductor de vacuum cu ionizarecu catod cald, Acesta este realizat din incinta A in care se introduce presiuneade mSsurat, catodul K incalzit de un filament 9i inconjurat de grila G ce estealimentatd la un potenlial pozitiv fala de catod 9i cilindrul colector C care estealimentat la un potenlial negativin raport cu catodul.

CAmpul electric creat de grilS antreneaza electronii emigi de catod care, ciocnind moleculele de gaz, retransformd in ioni pozitivi gi sunt captali de electrodul colector. Prin mdsurarea curentului produs de electroni l_din circuitul grilei pi a curentului ionic l* din circuitul electrodului colector, se deterrnind valoarea presiunii curela!ia:

rp = k,i!, kfiind o constantd dependentd de geometria electrozilor,

Utilizarea elementelor piezorezistive s-aimpus datorit5 dezvoltdrilor tehnologice dindomeniile micro gi nanotehnologiilor.

Piezorezistivitatea este proprietateaunui corp de a-gi modifica rezistivitatea subacfiunea unui cdmp de tensiuni (de naturdmecanicd) la care acesta este supus.

Un astfel de element sensibil are dia-fragma de preluare a presiunii cu diametrulde 1,25 mm, frecvenla proprie de rezonanlSde 70 kHz, suportd o suprapresiune de pAnd la3 ori presiunea nominalS, asigurd o liniaritatesub 0,25o/o gi un histerezis sub 0,1 %, fiind capabil sd lucreze in domeniul de temperaturd

-180 'Cgreutate intre 0,08 + 11 g 9i pot mdsura presiuniintre 0,1 + 1400 bar.

Traductoarele piezorezistive nu se utilizeazi de sine stdtitoare, ele se monteazi in bralele unor punlirezistive compensate cu termistoare ca s5 se previni erori in rezultatul masurdrilor (fig. 3.62),

' Fa f-r

Fig, 3,61 Varuunetru cu fir cald

U'=Q+$[P!I

I

eiI

I

PCz

Fig. 3,62 Traductor piuorezistiv

TRADUCTOARE

Forla este o mdrime fizicd vectoriald derivatd(vezifigura 3"63 Modul de acliune a forfelor), Principial,misurarea forlelor se poate face cu orice traductorde deplasare, dacd acestuia i se atageazd un elementelastic in serie cu forfa ce trebuie determinatd.

ln continuare, sunt prezentate principaleletipuri de traductoare de forgi.

ElTraductoare elastice de cuplu

Fig, 3,63 Morlul de agiune a forlelor

Traductoarele elastice se bazeazd pe modificarea reversibil5 a formei unei structuri de bazd (bard, inel)sub actiunea forlei aplicate: mdsurdnd lungirea sau contraclia structurii respective, se obgin informalii despremirimea forlei care a determinat-o. Aceste traductoare pot avea forma de cilindru plin, tub sau bard pdtrati(fig.3.64).

L

Fig, 3,64Traductoare elastice: dlindru, tub, bard

ln cazul traductorului de cuplu asociat cu traductorul inductivdiferenlial, pe arborele 1, avdnd diametrele diferite D gi d, sunt plasate la odistanla /fald de suprafala de separare a secliunilor, bobinele 2 gicircuitulmagnetic 3 (fig.3.65).

Solidar cu sectiunea de diametru mai mare a arborelui, se fixeazdo armdturd mobilS 4, a cdrui pozilie este perfect simetricS in raport cubobinele dacd nu apare un cuplu. Cdnd arborele este supus unui cupluva avea loc o deplasare a armaturii mobile datoritd deformdrii acestuia,

2

Fi9,3,65 Traductor de cuplu

modific6ndu-se cele doud inductivitS!i ale bobinelor.Recomanddri tehnice: tensiunea mecanicd maximi nu

trebuie sd depSgeascit 2/3 din tensiunea mecanicd limita deforfecare, iar in cazul in care pe lAngd forfecare mai apare gifenomenul de indoire a axului, ceea ce duce la erori suplimentare,lungimea axului trebuie redusS, astfel scdzdnd gi sensibilitatea.

ln figura 3,66 sunt prezentate c6teva aplicalii aletrad uctoarelor de fort5.

El Trod u ctoa re te n som etri ce rezi stive ( m d rci te n so m etri ce)Aceste traductoare funclioneazd pe efectul tenso-

rezistiv des'coperit de lordul Kelvin in 1856, efect ce constdin modificarea rezistenlei electrice in funclie de tensiuneamecanicd, prin modificarea lungimii, secliunii gi rezistivitSliielectrice p, Aplicaliile industriale ale efectului tensometric igifac aparilia mult mai tdrziu, abia prin anul 1920.

Sunt formate dintr-un fir conductor sublire, lipit peun suport de hArtie sau material izolant (fig.3.67).Traductorulse lipegte pe un element elastic ce se deformeazd datoritdacliunii forlei. Aceastd deplasare determind o varialie a

filament

F ig, 3,66 Aplkolii ale traductoarelor de forfa

f Oireclia eforturilor| (inti ndere-compresiune)

t axa

F ig, 3,67 Marca tensometricd

Cap. 3 -

Tipuri de traductoare gi principiul de funcliondrelungimii firului conductor gi, implicit, o varialie a rezistenlei sale electrice. Uzual, varia!ia rezistenlei este pusi inevidenld printr-un circuit in punte Wheatstone,

sunt realizate in doui variante: cu filament semiconductor gi difuzate.Filamentul semiconductor, decupat dintr-un monocristal semiconductor cu lungimi pAnd la un milimetru

gi grosimi de ordinul 10-2 mm, este conectat la doud conductoare ;i este montat pe suport.in cazul traductoarelor difuzate, se realizeazd difuzia unor impuritdliintr-o zond a unui substrat de silicon

monocristalin. Acest lucru permite realizarea unei configuralii de 4 traductoare montate in punte, cu aplicabilitatesimpld in tehnica circuitelor integrate, cu menliunea c5 rezistivitatea, in cazul cristalelor de siliciu, crette pAnd latemperaturi de aproximativ 120 oC, dupd care aceasta se reduce,

Datoritd deformdrii suportului, rezistenla R a timbrelor tensometrice se va modifica atdt din cauzalungimii /, cAt 5i a secfiunii s, respectiv a rezistivitdlii electrice p.

Pe lAngd sensibilitatea longitudinalS manifestatd in lungimea firului, apare qi o sensibilitate transversal;"Din acest motiv, la traductoarele cu folie, porliunile transversale sunt mari.

Temperatura produce concomitent trei fenomene: dilatarea piesei, dilatarea firului traductorului gimodificarea rezistenfei acestuia. AlegAnd convenabil materialele, devine posibilS compensarea acestor efecte(realizare dificild in practicd), prin compensarea erorilor cu temperaturd, utilizAnd montaje diferenliale saumontaje compensate termic.

in cazul traductoarelor de cuplu cu timbre tensometrice sau cu traductoare inductive, la rotirea arboreluieste necesari realizarea unor legdturi electrice intre circuitele de mdsurare gi traductoare, care, in principiu, pot ficu contact sau fdrd contact.

Va ri a nta fi rd contact folosegte tra nsformatoa re rotitoa re.ln principiu, orice mdrimi fizice care depind de o deformalie mecanicd pot fi mdsurate prin mdrci

tensometrice (deplasdri, acceleragii, parametrii ai vibragiilor mecanice, forge;i cupluri etc.).Pe arborele magnetic 1 al traductorului de cuplu din

figura 3.68 se plaseazd doud inele magnetice 2, cu ajutorul cSrorase inchide circuitul magnetic al armSturii fixe, prin intermediulcelor doud intrefieruri 6, Pe armdtura fix5, respectiv pe cea mobilS(arbore) sunt plasate infSgurarile 3,4 ale transformatorului,

Datoritd dependenlei inductivit5liide cuplaj cu mdrimeaintrefierului, acesta trebuie menlinut constant, condilie dificil de 6realizat tehnologic. Daci traductoarele se monteazd pe arbore,este necesar sd existe doua cai de transmitere a informaliei, unaprin care se transmite semnalul de alimentare, alta prin care seva culege infbrmalia de mdsurare,

EN$tiafi ci... ?/ Un timbru tensometric are rezistenla nominala intre 100 ;i 500 O Si poate masura deformayii de cdliva milimetri

pAna la cdliva centimetrLr' Materialele conductoare utilizate la realizarea timbrelor te.nsometrice sunt aliaje de niche|crom (nichrom),

nichel-crom-cupru-fier (karma), platina-wolfram, nichel-cupru (constantan)./ Trmbreletensometrice semiconductoare au sensibtlitatea mult mai mare decdt cele metalice,insd sunt neliniare(depende