Traductoare si interfete de achizitie

18
Traductoare si interfete de achizitie 1.1. Traductoare pentru procese lente În cadrul proceselor lente se pot întâlni diferite marimi care trebuie masurate si controlate, cum ar fi: temperatura, presiunea, debitul, nivelul, pHul si c 717v2113h onductivitatea. Fiecare din aceste marimi poate fi masurata cu mai multi senzori sau traductoare în functie de anumite conditii impuse, de domeniul si de precizia de masura, ceea ce impune cunoasterea modului de utilizare a senzorilor si traductoarelor si a problemelor specifice pentru fiecare în parte. Senzorul este un dispozitiv ce detecteaza o schimbare într- un stimul fizic si returneaza un semnal electric care poate fi masurat sau înregistrat, iar traductorul este un dispozitiv ce transfera semnalul de la un sistem la altul în aceeasi forma sau diferit. Senzorul este elementul sensibil, iar traductorul contine elementul sensibil si circuitele asociate (adaptoare de semnal). 1.2. Masurarea presiunii absolute si diferentiale Traductoare de masurare a presiunii: pastila semiconductoare lipita pe o diafragma din siliciu (piezorezistiv); pastila semiconductoare lipita pe o diafragma din otel inoxidabil; timbru tensiometric lipit pe o diafragma din otel inoxidabil. Motorola a dezvoltat familia de traductoare de presiune piezorezistivi care sunt foarte bine adaptati pentru masurarea presiunilor si nivelelor.

Transcript of Traductoare si interfete de achizitie

Page 1: Traductoare si interfete de achizitie

Traductoare si interfete de achizitie

1.1. Traductoare pentru procese lente

În cadrul proceselor lente se pot întâlni diferite marimi care trebuie masurate si controlate, cum ar fi: temperatura, presiunea, debitul, nivelul, pHul si c 717v2113h onductivitatea. Fiecare din aceste marimi poate fi masurata cu mai multi senzori sau traductoare în functie de anumite conditii impuse, de domeniul si de precizia de masura, ceea ce impune cunoasterea modului de utilizare a

senzorilor si traductoarelor si a problemelor specifice pentru fiecare în parte.

Senzorul este un dispozitiv ce detecteaza o schimbare întrun stimul fizic si returneaza un semnal electric care poate fi masurat sau înregistrat, iar traductorul este un dispozitiv ce

transfera semnalul de la un sistem la altul în aceeasi forma sau diferit. Senzorul este elementul sensibil, iar traductorul contine elementul sensibil si circuitele asociate (adaptoare de semnal).

1.2. Masurarea presiunii absolute si diferentiale

Traductoare de masurare a presiunii:

 pastila semiconductoare lipita pe o diafragma din siliciu (piezorezistiv);

 pastila semiconductoare lipita pe o diafragma din otel inoxidabil;

 timbru tensiometric lipit pe o diafragma din otel inoxidabil.

Motorola a dezvoltat familia de traductoare de presiune piezorezistivi care sunt foarte bine adaptati pentru masurarea presiunilor si nivelelor.

Figura 1.1. - Element de baza, capsula pentru presiune absoluta si diferentiala

Sensorul piezorezistiv are ca principiu de masurare modificarea rezistentei unei pastile de siliciu datorita tensiunilor rezultate în urma curbari acestei pastile. Deoarece variatia

rezistentei este foarte mica masurarea se face în punte.

Page 2: Traductoare si interfete de achizitie

Figura 1.2. - Schema interna echivalenta

În figurile urmatoare se poate observa carcasa traductorului din material plastic, pastila de siliciu si gelul siliconic cu rol de protectie a pastilei de siliciu. Elementul absolut fata de cel

diferential are partea de jos închisa si vidata.

Figura 1.3. - Structura elementului de masurare a presiunii absolute si diferentiale

Seria MPX2xxx de senzori de presiune au calibrare interna a offsetului, cu ajutorul unor rezistoare semireglabile si compensare de temperatura. Elementul activ de masurare a presiunii

este de tip piezorezistiv.

Figura 1.4. - Seria MPX2xxx de senzori de presiune

Seria MPX5xxx de senzori de presiune au calibrare interna a offsetului, cu ajutorul unor rezistoare semireglabile, compensare de temperatura si amplificare de semnal.

Page 3: Traductoare si interfete de achizitie

Figura 1.5. - Seria MPX5xxx de senzori de presiune

În tabelul urmator sunt prezentate domeniile de masura si sensibilitatea pentru fiecare tip de traductor:

Dispozitiv Interval de presiune Sensibilitate Tensiune generataMPX2010DP 0 10 KPa ±0.01 KPa (1 mmH2O) 25 mVMPX5010DP 0 10 KPa ±0.01 KPa (1 mmH2O) 0.19÷4.7 VMPX5050DP 0 50 KPa ±0.05 KPa (5 mmH2O) 0.19÷4.7 VMPX2100AP 15 115 KPa ±0.1 KPa (10 mmH2O) 40 mVMPX5100AP 15 115 KPa ±0.1 KPa (10 mmH2O) 0.19÷4.7 V

Nota: Sufixul DP semnifica ca traductorul respectiv este pentru masurarea presiunii diferentiale;Sufixul AP semnifica ca traductorul respectiv este pentru masurarea presiunii

Conditionarea semnalului - Conform datelor de catalog, prin aplicarea unei presiuni de 10 KPa (0.98 m coloana de apa) unui dispozitiv MPX2xxx acesta genereaza la iesire o tensiune

de amplitudine maxima 25÷40 mV. Pentru o buna utilizare acest semnal trebuie sa fie amplificat. Aceasta amplificare poate fi realizata folosind un amplificator diferential realizat cu

amplificatoarele U1A si U1B din circuitul LM324 care contine intern 4 amplificatoare operationale. Rezistorul R1 permite stabilirea amplificarii. Iesirea diferentiala astfel obtinuta

este amplificata cu ajutorul amplificatorului U1C prevazut si cu un reglaj de offset prin intermediul amplificatorului U1D si a potentiometrului R10. Acest circuit permite obtinerea la

iesire a unei tensiuni între 0.19÷3.90 mV.

Figura 1.6. - Schema electrica de amplificare

Page 4: Traductoare si interfete de achizitie

În cazul unui dispozitiv MPX5xxx acesta genereaza la iesire o tensiune de 4.7 V pentru capatul de scala si nu necesita circuite de amplificare suplimentare.

Figura 1.7. - Schema electrica de utilizare

1.3. Masurarea temperaturii

Traductoare de masurare a temperaturilor:

 termocuple;

 termorezistenta;

 termistorul;

 senzor integrat de temperatura;

 masurarea temperaturii în infrarosu.

Senzorul integrat LM35 - Este un senzor de temperatura de precizie, cu iesire analogica de tensiune proportionala liniar cu temperatura masurata în grade Celsius. Iesirea are impedanta

scazuta, este liniara si precizia implicita de calibrare simplifica interfata de citire a iesirii.

Caracteristici generale Calibrat direct în °C; factor de scala liniar +10 mV/ °C; masurarea temperaturii în intervalul 55 °C ¸ +125 °C; tensiune de alimentare între 4¸30 V si un curent de 60 µV; impedanta de iesire 0.1 Ω pentru un curent de încarcare de 1 mA; propria

încalzire introdusa este de 0.08 °C în aer.

Figura 1.8. Schema interna a senzorului integrat

Page 5: Traductoare si interfete de achizitie

Nu necesita calibrare externa si furnizeaza o precizie de ±0.25 °C la temperatura de 25 °C si ±0.75 °C pe tot domeniul de temperatura.

LM35 poate fi aplicat în mod usor în interiorul altor senzori integrati de temperatura. Prin lipire sau cimentare pe o suprafata temperatura citita poate fi diferita cu 0.01 °C de

temperatura suprafetei.

Aceasta presupune ca temperatura aerului înconjurator este aproape identica cu temperatura suprafetei; daca temperatura aerului este mult mai mare sau mai mica decât

temperatura suprafetei, temperatura indicata de senzorul integrat LM35 va fi una intermediara între cea a suprafetei si cea a mediului. Este valabil în special pentru capsula de plastic TO92,

unde terminale din cupru reprezinta calea principala de evacuare a caldurii din circuit.

Problema poate fi rezolvata prin mentinerea traseului firelor de legatura ale circuitului LM35 la aceeasi temperatura cu cea a suprafetei masurate; firele pot fi mentinute la aceeasi

temperatura cu suprafata prin lipirea lor de suprafata cu rasina epoxidica.

1.4. Masurarea umiditatii

Poate fi realizata prin masurarea: diferentei de temperatura, modificarii capacitatii (cu ajutorul higristoarelor), sau a modificarii rezistentei.

Punctul de roua Temperatura la care umiditatea începe sa se formeze pe o suprafata, si indica saturarea în proportie de 100% a aerului cu umiditate.

Umiditatea absoluta Exprima o masura reala a cantitatii de vapori de apa în aer.

Umiditatea relativa - Procentul de umiditate în aer comparat cu o cantitate anterioara pe care o poate contine aerul.

Figura 1.9. - Schema electrica de utilizare

Traductorul realizat masoara umiditatea relativa 0÷100 %. Schema electrica contine un amplificator diferential realizat cu circuitul LM308 si genereaza la

iesire o tensiune între 2.9÷3.9 V.

1.5. Utilizarea interfetelor de achizitie native NI

Page 6: Traductoare si interfete de achizitie

În cazul utilizarii unor interfete de achizitie analogice realizate de National Instruments (NI) accesarea acestor interfete se realizeaza prin functii dedicate (intrari analogice, iesiri analogice, buffere de date, generatoare de semnal,

intrari si iesiri digitale, timere si numaratoare, autocalibrare) puse la dispozie sub forma unui pachet numit NIDAQ.

Figura 1.10. - Paleta cu functii analogice (NIDAQ)

1.5.1. Caracteristicile placii LabPC1200

1. Intrari analogice:

- 8 canale de intrare analogice cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de esantionare de 100 KHz;

- tensiune de intrare ±5 V pentru intrare bipolara, 0÷5 V sau –5÷0 V pentru intrare unipolara si protectie pâna la ±35 V;

- amplificare reglabila cu 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100;

- o precizie de citire de 0.02 %;

2. Iesiri analogice:

- 2 canale de iesire cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de memorare de 1 KHz;

- tensiune de iesire ±5 V pentru iesire bipolara si 0÷10 V pentru iesire unipolara;

- o precizie de 0.002 %;

3. Intrari si iesiri digitale:

- 24 de linii de intrare iesire digitale compatibile TTL;

- 3 numaratoare cu o rezolutie de 16 biti si frecventa de baza de 2 MHz.

Pentru citirea placii Lab-PC-1200 este necesara specificarea:

Page 7: Traductoare si interfete de achizitie

 numarului de placi utilizate: 1;

 canalul utilizat: 0...7;

 limita superioara a semnalului de intrare: 5 V, 2.5 V, 1 V, 0.5 V, 0.25 V, 0.1 V, 0.05 V;

 limita inferioara a semnalului de intrare: 5 V, 2.5 V, 1 V, 0.5 V, 0.25 V, 0.1 V, 0.05 V;

Diagrama pentru citirea unui canal al placii Lab-PC-1200 este prezentata în figura urmatoare:

Figura 1.11. - Diagrama pentru citirea placii Lab-PC-1200

1.6. Utilizarea unor interfetelor de achizitie diferite de NI

Utilizarea unor placi de achizitie care nu sunt produse NI poate fi facuta prin scrierea unor drivere în C si apelarea lor prin intermediul CIN-urilor.

Figura 1.12. - Paleta cu functii realizate de utilizator

1.6.1. Caracteristicile placii AD510

1. Intrari analogice:

- 8 canale de intrare analogice cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de esantionare de 7,5 sau 30 Hz;

- tensiune de intrare ±5 V pentru intrare bipolara;

- amplificare reglabila cu 1, 10, 100;

Page 8: Traductoare si interfete de achizitie

2. Intrari si iesiri digitale:

- 9 linii de intrare iesire digitale compatibile TTL;

Citirea placii AD510 presupune doua etape:

 initializarea placii de achizitie: se realizeaza în cadrul 0 al structurii secventiale;

 citirea placii de achizitie: se realizeaza în cadrul 1 al structurii secventiale.

Pentru ambele etape este necesara specificarea:

 adresei placii: 512;

 canalul utilizat: 1...8;

 amplificarea selectata: 1, 10, 100;

 initializare (0) sau citire (1).

Diagrama pentru citirea unui canal al placii AD510 este prezentata în figura urmatoare:

Figura 1.13. - Diagrama pentru citirea placii AD510

1.6.2. Caracteristicile placii Super 12 Bit

1. Intrari analogice:

- 16 canale de intrare analogice cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de esantionare de 20 KHz;

- tensiune de intrare ±10 V pentru intrare bipolara, 0÷10 V pentru intrare unipolara;

2. Iesiri analogice:

Page 9: Traductoare si interfete de achizitie

- 2 canale de iesire cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de memorare de 1 KHz;

- tensiune de iesire ±10 V pentru iesire bipolara si 0÷10 V pentru iesire unipolara;

Utilizarea placii Super 12 Bit se face simplu, fiind necesara numai specificarea canalului utilizat. Diagrama pentru citirea placii Super 12 Bit este prezentata în figura urmatoare:

Figura 1.14. - Diagrama pentru citirea placii Super 12 Bit

In gama larga de senzori ce sunt pusi la dispozitie de catre firma Aurocon COMPEC se gasesc si senzori de presiune. Acestia sunt fie pentru masurare directa, fie diferentiala, cu afisaj sau fara, iar din punct de vedere dimensional se pot clasifica in uzuali si miniaturali. Alaturi de senzorii de presiune pot fi identificate si elemente senzoriale de tip switch pentru presiune inalta, medie, joasa si foarte joasa (presostate).Senzori miniaturali de presiuneAcesti senzori oferiti de firma Aurocon COMPEC se gasesc in doua configuratii posibile, si anume pentru masurare directa si pentru masurare diferentiala. Ei prezinta un sistem etans de interconectare electrica, ce permite eliminarea lipiturilor si eventual a conectorilor interni. Aceasta permite cresterea sigurantei in functionare, reducand in acelasi timp timpul de montaj. Rezultatul evident este un pret de cost redus. Plajele de presiune determinate sunt 0-5, 0-15 si 0-30 PSI (1 PSI = 0,06894757 bar). Unitatea de masura este orientativa asupra plajei, caci semnalul oferit este o tensiune proportionala cu presiunea. Se permite ca majoritatea substantelor sa fie conectate la partea activa a senzorului. Aplicatiile posibile sunt numeroase, exemple putand proveni din domeniul instrumentelor medicale, controlul motoarelor, concentratoare de oxigen e.t.c.Elementul senzorial este un chip de siliciu ce are integrat membrana senzoriala si patru rezistente din material piezo. La aplicarea presiunii asupra membranei aceasta se deformeaza, modificand valoarea rezistentelor. Rezulta astfel o tensiune de iesire proportionala cu presiunea. Pentru obtinerea unei liniaritati si sensibilitati cat mai bune, rezistentele sunt conectate in punte. Senzorul dispune de doua iesiri complementare si anume: presiunea creste, iesirea A creste, iar iesirea B scade.Pentru realizarea acestui produs au fost utilizate metode neconventionale de prelucrare, cum ar fi de exemplu cazul puntii de rezistente, unde s-a folosit prelucrare cu laser, in vederea obtinerii unei sensibilitati cat mai bune a senzorului.

Caracteristici generale:- dimensiuni reduse;- tip "low cost"- sensibilitate buna si variatie mica a pozitiei de zero;- iesire liniara proportionala cu presiunea;- compensare cu temperatura;- histerezis redus;- posibilitate de masurare diferentiala;

Page 10: Traductoare si interfete de achizitie

Sezori de presiune cu compensare de temperatura

Sunt oferiti in cele doua variante: pentru masurare uzuala si pentru masurare diferentiala. Senzorii sunt calibrati pe zero si pe intreaga scala, avand in plus si compensare de temperatura. Aceasta permite ca schimbarea senzorilor sa se poata face fara recalibrare. Senzorii miniaturali sunt recomandati a fi folositi in aplicatii ce necesita masurari precise de presiune, repetabilitate, histerezis mic si stabilitate in timp. Furnizarea senzorilor se face impreuna cu instructiuni de utilizare si un inel de otel pentru blocare.

Caracteristici tehnice(valorile indicate sunt cele uzuale)Senzori de presiune piezo-rezistivi fara compensare de temperaturaSimilare cu versiunile compensate, aceste dispozitive difera prin plaja marimii de iesire. Zeroul permite un offset de ±30mV la 10Vdc. Stabilitatea cu temperatura poate fi crescuta la 0,7% (uzual) prin utilizarea unui curent de alimentare de 1,6mA. Senzorii sunt furnizati cu inele de siguranta, cu exceptia senzorilor pentru masurare absoluta 100psi si 250psi care au partea de conectare la presiune filetata.

Caracteristici tehnice (valorile indicate sunt cele uzuale)Traductoare de presiune 1- 35 barIn cele ce urmeaza vor fi prezentate doua tipuri de traductoare de presiune (produse de firma Druck), unul cu tub de conectare la presiune de referinta (Seria PDCR 820) si unul cu iesire direct la presiunea atmosferica a mediului in care se afla traductorul (Seria PDCR 810).Elementul senzorial este o membrana, element comun al celor doua tipuri, realizata din siliciu ce dispune de o punte de marci tensometrice lipite pe un suport de sticla. Membrana este protejata de un corp de titan, deoarece acest material are caracteristici termice similare siliciului, reducand astfel efectele nedorite ale temperaturii.Fluidul al carei presiune se doreste a fi determinata, vine in contact direct sau este transmis prin conducte de conectare catre suprafata activa a membranei. Atunci cand contactul este direct, tipul de traductor folosit va fi cel cu iesire direct la presiunea atmosferica ambianta, care va fi aplicata pe suprafata non-activa a membranei. Atunci cand fluidul este transmis catre traductor prin conducte de legatura, este recomandata utilizarea traductorului cu tub de legare la presiune de referinta, conectarea facandu-se la presiunea atmosferica in zona in care se gaseste fluidul. Traductoarele pot fi folosite cu orice fluide ce nu ataca titanul, dioxidul de siliciu sau sticla. Partea non-activa a membranei poate fi conectata numai la un gaz uscat si necoroziv, cum ar fi de exemplu aerul uscat.Caracteristicile principale sunt: liniaritate si histerezis foarte bune, rezistenta la supraincarcare, stabilitate termica foarte buna (eroare totala ±0,5% in plaja 0-50°C). Acesti traductori acopera 7 plaje de presiune de la 0 la 60 bar.Caracteristici tehnice:Suprapresiune 4 x presiunea nominala (max)Presiunea de referinta 2 bar (max) seria PDCR 820Presiune negativa la vacuumPresiune de soc <10 ori presiunea de referintaTensiune de alimentare 10V; 5 mAIesirea la tensiunea nominala 100mV (pentru tensiune alim. 10 V)Impedanta de iesire 2 kW (nom)Impedanta de sarcina 100kW (min. pentru performante nominale)Rezolutie InfinitaNeliniaritate, histerezis si repetabilitate (combinate) ±0•1% B.S.L.Offset de zero ±3 mV (max)Plaja de temperatura de lucru -20°C la +80°CInfluenta temperaturii Eroare totala ±0•5% pt. 0°C la +50°CConexiune electrica Cablu de 1 m

Page 11: Traductoare si interfete de achizitie

Conexiune la presiune 1/4 BSP 60° con

Traductoare de presiune PDCR 4070/ PDCR 4170PDCR 4070 si 4170 sunt o gama de traductoare de presiune de inalta performanta. Tensiunea de iesire este de ordinul milivoltilor, traductoarele oferind o buna precizie, stabilitate, siguranta in functionare si o excelenta compatibilitate cu fluidele de lucru.Seria PDCR 4070 este dedicata masurarilor directe sau absolute ale presiunii, iar seria PDCR 4170 este dedicata pentru masurari diferentiale.Caracteristici generale:- precizie ±0,08% din scala;- tensiunea de iesire este proportionala cu tensiunea de alimentare;- permit lucrul in pulsuri;- stabilitate pe termen lung ±0,1% din scala;- rezistenta foarte buna la suprapresiune.

Caracteristici tehnice:Tensiune de alimentare 10 VOffset de zero ±3 mV maximum (±1.5 mV uzual)Neliniaritate, histerezis si repetabilitate ±0.08% din scala BSLTemperatura de lucru -20° la 80°CMasa: PDCR 4070 - 120gPDCR 4170 - 200gRacord de presiune G¼ mamaConexiune electrica Conector DIN 43650 Compatibilitate:Masurare directa Suprafata activa de contact cu fluidul este din otel inoxidabilMasurare diferentiala Partea activa - ca mai susPartea neactiva - contine siliciu, pirex, epoxy, si otel inoxidabil

Senzori de presiune cu afisajSenzor de presiune cu afisaj digitalProdus de Ifm Electronic acest tip de senzor determina presiunea dorita si o afiseaza pe un ecran. Senzorul functioneaza de asemenea ca un switch cu control total asupra histerezisului (adica dispozitivul poate inlocui o pereche de switch-uri mecanice de tip HI si LOW). Parametrii sunt selectati si modificati cu ajutorul a doua push-butoane.Elementul senzorial este realizat din material ceramic, ceea ce ofera stabilitate in timp, offset redus, variatie redusa cu temperatura si o buna rezistenta la suprasarcina.Elementele aflate in contact cu fluidul a carei presiune se determina sunt realizate din otel inoxidabil, material ceramic si Viton.Dispozitivul dispune de o piesa de blocare cu rol de prevenire a accesului neautorizat.Senzorul se poate achizitiona in varianta cu iesire de comutare sau cu o iesire analogica suplimentara.

Caracteristici tehnice:Iesire Comutare PNP / 4-20mA analogTensiune de lucru 18 la 30Vd.c.Curent de sarcina 250 mAConsum de curent < 60 mATemperatura de lucru -25°C la +80°CRacordare la presiune ¼ BSP mamaConectare electrica Conector standard M12

Senzor de presiune cu afisaj cu LED-uriSenzorii digitali pentru determinarea presiunii ofera o buna rezolutie si repetabilitate a citirii valorii de

Page 12: Traductoare si interfete de achizitie

presiune. Ecranul dispozitivului prezentat are 3½ cifre, inaltimea cifrei fiind de 10mm. Culoarea rosie permite vizibilitatea buna a ecranului in orice conditii de iluminare. Presiunea poate fi afisata in una dintre urmatoarele unitati: psi, bar, mmHg, inchHg, HPa si kgf/cm2.Dispozitivul dispune de 2 iesiri PNP pentru comutare la atingerea nivelului de prag.Alimentarea se face la o tensiune de la 12 pana la 24Vdc (±10%), iar iesirea analogica este intre 1 si 5Vdc. Timpul de raspuns este de mai putin de 2,5ms. Racordarea la presiune se face prin conector G (PF) 1/8".

Caracteristici tehnice:

Acestea au fost numai cateva exemple din bogata oferta pe care o face Aurocon COMPEC. Trebuie mentionat ca alaturi de traductoarele de presiune de tipul celor prezentate, pot fi achizitionate si traductoare speciale pentru medii periculoase (Ex). Pentru orice aplicatie se poate gasi solutia consultand catalogul pe CD sau accesand www.rsromania.com

Atmosfera standard este un model matematic al variaţiei presiunii, temperaturii, densităţii şi viscozităţii aerului în atmosferei Pământului în funcţie de altitudine. Modelul constă în tabele de valori şi formule cu care aceste valori au fost calculate.

Organizaţia Internaţională de Standardizare (ISO) a publicat Atmosfera Standard Internaţională (engleză International Standard Atmosphere – ISA) drept standard, ISO 2533:1975.[1] Alte organizaţii de standardizare, ca Organizaţia Internaţională a Aviaţiei Civile (engleză International Civil Aviation Organization – ICAO) şi guvernul SUA au publicat extensii sau subseturi ale aceluiaşi model atmosferic sub autoritatea lor proprie.

Cuprins[ascunde]

1 Atmosfera Standard Internaţională (ISA) 2 Alte atmosfere standard 3 Note 4 Bibliografie 5 Legături externe

[modifică] Atmosfera Standard Internaţională (ISA)

Modelul ISA împarte atmosfera în straturi în care temperatura variază liniar.[2] Alţi parametri sunt calculaţi din constantele fizice fundamentale şi relaţiile dintre ele, rezultând tabele.

Atmosfera ISA este formată din aer uscat, ea nu conţine vapori de apă.

Altitudinea se poate exprima ca valoare geometrică , caz în care acceleraţia gravitaţională este considerată ca fiind constantă cu altitudinea, având valoarea = 9,80665 m/s2, sau ca valoare geopotenţială , în care se ţine cont de variaţia valorii acceleraţiei gravitaţionale cu altitudinea cu inversul pătratului ei (conform legii atracţiei universale), relaţia dintre ele fiind:[3]

Page 13: Traductoare si interfete de achizitie

unde este raza Pământului considerat sferic, la nivelul mării = 6369 km.

Pentru un strat, temperatura variază liniar cu altitudinea cu gradientul :

unde este temperatura (absolută) la baza stratului.

Ţinând cont de ecuaţia de stare a gazului ideal, se poate scrie ecuaţia diferenţială:[3]

unde este constanta exponenţială a aerului: , iar este constanta aerului = 287,0528742 kJ/kgK.

Prin integrare se obţine variaţia presiunii:[3]

Cunoscând presiunea, din ecuaţia de stare rezultă densitatea.

De exemplu, presiunea la nivelul mării este, conform standardului, 101325 Pa, temperatura de 15 °C, şi gradientul de temperatură de −6,5 °C/km. Calculul pentru altitudinea de 11 km va da o presiune de 22632 Pa şi o temperatură de −56,5 °C.[4][5]

Atmosfera standard 1976

Straturi în ISA

StratNume

Altitudinegeopotenţială

la bazăh (în km)

Altitudinegeometrică

la bazăz (în km)

Gradientde temperaturăα (în °C/km)

Temperaturala baza

stratuluiT (în °C)

Presiuneala baza

stratuluip (în Pa)

0 Troposferă 0,0 0,0 −6,5 +15,0 101325

Page 14: Traductoare si interfete de achizitie

1 Tropopauză 11,000 11,019 +0,0 −56,5 22632

2 Stratosferă 20,000 20,063 +1,0 −56,5 5474,9

3 Stratosferă 32,000 32,162 +2,8 −44,5 868,02

4Stratopauz

ă47,000 47,350 +0,0 −2,5 110,91

5 Mezosferă 51,000 51,413 −2,8 −2,5 66,939

6 Mezosferă 71,000 71,802 −2,0 −58,5 3,9564

7 Mezopauză 84,852 86,000 — −86,2 0,3734

Modelul ISA se bazează pe condiţiile medii existente la latitudini mijlocii, conform recomandărilor comitetului tehnic TC 20/SC 6 al ISO, recomandări actualizate periodic începând cu mijlocul secolului al XX-lea

[modifică] Alte atmosfere standard

Atmosfera Standard ICAO Atmosfera Standard U.S.