UNIVERSITATEA “ŞTEFAN CEL MARE SUCEAVA”

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ

SPECIALIZAREA INGINERIE ECONOMICĂ

SENZORI ŞI

TRADUCTOARE ---PROIECT---

STUDENT:

GRUPA :

IANUARIE 2008

CUPRINS

1.Tema de Proiectare ………pag.

2.Generaliţi despre măsurarea temperaturilor ………pag.

3.Alegerea senzorului. ………..pag.

3.1 Schema bloc a traductorului. ………pag.

3.2 Circuitul adaptor. ………pag.

3.3 Circuitul amplificator. ………pag.

3.4 Circuitul de linializare. ………pag

3.5 Sursa de alimentare. ………pag.

3.6 Circuitul de afişare . ………pag.

4.Manual de utilizare … …….pag.

5.Anexe ………..pag.

5.1 Schema electrică

5.2 Lista componente

TEMĂ DE PROIECTARE

Să se proiecteze un traductor de temperatură pentru mediul

industrial ce prezintă valoarea temperaturii măsurate sub formă

numerică şi sub forma unui semnal analogic tip tensiune.

Date de Proiectare

Tip senzor : termorezistenţă

Domeniu de masură : [˚C] T m = 50 ˚ C

T M = 100 ˚ C

Eroarea maximă admisibilă [ %] = 0,3 %

Domeniul tensiunii de ieşire U min = 0 V

U max = 4 V

Semnal de Ieşire

Mediul de măsură : [ vas cu apă încălzită ]

GENERALITĂŢI

Traductoarele de temperatură cu termorezistenţă sunt

realizate din metale a căror rezistenţă creşte cu temperatura.

Pentru o variaţie mică de temperatură rezistivitatea creşte liniar cu

temperatura:

t=

0[1+(t-t

0)] (2)

unde t = rezistivitatea la temperatura t;

0 = rezistivitatea la temperatura t

0;

=coeficient de temperatură al termorezistenţei (C-1).

Măsurarea temperaturii este esenţială în industrie. Această

sarcină revine traductoarelor de temperatură cu termorezistenţe

care sunt disponibile în configuraţii variate, atât în medii normale

(de laborator), cât şi în medii cu pericol ridicat de explozie.

Combinând ecuaţiile (1) şi (2), în condiţiile în care t0 este

temperatura la 0C şi punând rezultatul sub forma y=mx+b,

rezultă clar că rezistenţa variază liniar cu temperatura:

=1+t (3).

. Pentru fabricarea termorezistenţelor se foloseşte ca suport izolant textolitul, mica sau ceramica. Pe suportul respectiv se bobinează neinductiv un fir metalic.

Metalele utilizate permit prelucrarea la un diametru foarte mic şi o bună stabilitate în timp sub influenţa temperaturii ridicate şi agenţilor chimici.

Teaca de protecţie este destinată pentru a proteja elementul sensibil şi firele conductoare de legătură de acţiunea dăunătoare a mediului. Se poate executa din diferite materiale.

Materialul tecilor de protecţie este condiţionat pe lângă domeniul de temperatură şi natura fluidului a cărui temperatură o măsoară.

Comportarea în timp a tecilor de protecţie este influenţată puternic de factorii locali activi.

Teoretic orice metal poate fi folosit la măsurarea temperaturii.

Metalul ales trebuie să aibă un grad înalt de sensibilitate şi

abilitatea de a reduce efectele corosive.

Materialul care îndeplineşte aceste cerinţe cel mai bine este

platina şi astfel ea a devenit elementul sensibil ales în

termorezistenţe.

Printre caracteristicile sale se numără de asemenea stabilitatea

chimică, disponibilitate în formă pură şi proprietăţile electrice care

sunt foarte bine redate.

Alte materiale folosite sunt:

Cuprul permite realizarea unei bune reproductibilităţi

deoarece se poate obţine cu puritate înaintată pe cale electrolitică,

termorezistenţele tehnice se utilizează în domeniul -50C…+180C,

întrucât peste +180C apare fenomenul de oxidare, producând

alterarea ireversibilă a proprietăţilor de reproductibilitate.

Nichelul are o bună sensibilitate şi liniaritate, dar termorezistenţele tehnice se utilizează în domeniul -60C…+180C datorită apariţiei fenomenului de oxidare la temperaturi ridicate.

Wolframul prezintă o bună liniaritate şi o rezistenţă, astfel că se confecţionează termorezistenţe din fire de diametru mic (10…15μm), utilizate pe domeniul 0C…+600C; wolframul este folosit cu predilecţie fără teacă de protecţie, în medii gazoase cu viteze mari de curgere, sub formă de elemente sensibile cu fire calde.

În funcţie de forma şi dimensiunile tecii de protecţie, ca şi de restricţiile mediului în care se face măsurarea, se poate face o clasificare a termorezistenţelor în:

termorezistenţe subminiatură, termorezistenţe miniatură, termorezistenţe rapide, termorezistenţe normale, termorezistenţe cu cot, termorezistenţe pentru presiuni înalte, termorezistenţe multiteacă, termorezistenţe pentru suprafeţe plane.

TTR .Generalităţi.Utilizarea elementelor

componente ale

termorezistenţei.

TTR. 51. 5. 01. 3. 3. 2. 8. 1.Rezistenţa în ohmi a termorezistenţei cu rezistor de cupru Ro = 50

ohmi la temperaturi din 10˚C în 10 ˚C cuprinse între – 50˚ ….. + 180˚C.

Tipul tensiunii si clasa de precizie :

50 ˚C - 60,65 Ω

100 ˚C - 71,30 Ω

a)Clasa de precizie normală Ι

Cod 51

b)Caracteristica elementului sensibil de cupru

Numărul de elemente sensibile 1 ;valoarea rezistenţei la 50 ˚C[Ω]

Cod 5 ; b = 5

c)Caracteristica tubului de protecţie.

Diametrul 10 [mm]; L=250[mm]

Cod 01 c = 01

d)Materialul tubului de protecţie - teacă de oţel – inox

Cod 3 ; d = 3 .

Teacă de protecţie cu lungimea de 250 mm

e) Domeniul de temperatură în lucru

Cod 3 ; e = 3 ; (- 50˚C….. + 150˚C )

f) Dispozitivul de fixare

Cod 2 ; f = 2 ; flanşă mobilă

g) Lungimea de imersie

Cod 8 ; g = 8 ; [150-200-425-500-800-1050-1400]

h) Tipul execuţiei şi al protecţiei climatice .

Cod 1 ; h = 1 ; tipul execuţiei - normală

protecţie climatică - temperat

SCHEMA BLOC A

TRADUCTORULUI

U1 =

Puntea ce lucrează în regim de echilibru sau dezechilibru sensibil

R = R2 + R3 + R4 = R min

U1 = se calculează U1

∆≤ R min + R3

Tabel :

T [ ˚C ] R [ Ω ] U1 [ V ] U2 [ V ]

50 0 0 0

60 2,13 0,042 0,772

SENZORCIRCUIT DE

ALIMENTARECIRCUIT

ADAPTOR AMPLIFICATORU2U1U0

RE

Uout

CIRCUIT DE

AFISARE

SURSA DE

ALIMENTARE

UP Ua

UA

UA

70 4,26 0,084 1,544

80 6,39 0,127 2,334

90 8,52 0,169 3,106

100 10,65 0,212 3,896

Puntea se înlocuieşte cu schema bloc .

Schema echivalentă cu puntea de masură şi sursa Up .Valoarea

rezistenţei sunt aceleaşi, curentul prin fiecare ramură este de 10 mA.

Valoarea tensiunii de ieşire din punte în funcţie de modificarea

rezistenţei la temperaturi minime.Up se aleage astefel încât I = 10 mA.

Re1

Re

UpUp

Valori iniţiale :

T [˚C] R [Ω]

50 60,65

60 62,78

70 64,91

80 67,04

90 69,17

100 71,3

Se va calcula ∆R :

∆=R2 – R1

∆R= 62,78 – 60,65 R1 = 2,13

∆R =64,91 - 60,65 R2 = 4,26

∆R =67,04 - 60,65 R3 =6,39

∆R =69,17 - 60,65 R4 = 8,52

∆R =71,3 - 60,65 R5 =10,65

Rmin = 60,65

Up = Rmin = V V Up =1,21 V

U1 = V ;

U1 = V;

U1 = V

U1 = V;

U1 = V;

U1 =

CIRCUITUL

AMPLIFICATOR

R5 = R6 ;

R7 = R8 ;

R9 = R10 ;

Din datele de proiectare vom lua U min = 0 V şi U max = 4 V.

Vom afla valoarea fiecarei rezistenţă în parte pentru :

.

548,0096,12096,12096,221 45454

5

4

5 RRRRR

R

R

R

Valorile rezistenţenlor trebuie aproximate cu cele din catalog cu o valoarea

de .

A`=18,382V

Tabel :

T[˚C] U1[V] U2[V]=U1A

`

Ui [V] I [%]

50 0 0 0 0

60 0,042 0,772 0,779 0,8

70 0,084 1,544 1,558 0,8

80 0,127 2,334 2,337 0,1

90 0,169 3,106 3,116 0,3

100 0,212 3,896 3,896 0,8

Ui= f (T)

= 100% ;

CIRCUITUL DE LINIALIZARE

Dz1 Dz2

R11 R12

R2

R1

U`

SURSA DE

ALIMENTARE

TR 230 / 2 x 18 V.

PM – punţi de măsură ; 2 PM : 1 PM 05

- condensator de filtraj : 2500 / 25 V ;

- condensator de 100 / 18V ;

1 A – siguranţe fuzibile de 1 A.

CIRCUITUL DE AFIŞARE

Pentru reprezentare sub formă numerică a rezultatului masurării,

se va folosi circuitul de afişare ICL 7106 . Afişajul se poate face cu

diode semiconductoare electroluminescente (LED)au cristale

lichide.

Diodele electroluminescente ,cunoscute şi sub denumirea de

LED,sunt diode semiconductoare care au proprietatea de a emite

lumina când sunt în stare de conducţie.

Pentru a indica cele zece cifre zecimale,se folosesc grupuri de

diode care se selectează cu ajutorul unor circuite logice pentru a

forma cifra dorită. Cel mai frecvent se folosesc grupuri de şapte

diode astfel aşezate încât atunci cand toate sunt în stare de

conducţie,să afişeze cifra 8. Pentru afişarea altor cifre o parte din

diode rămân blocate.

Dispozitivele de afişare cu cristale lichide sunt realizate de obicei

pe principiul segmentelor luminoase ,cu ajutorul cărora se pot

forma cifre de la 1 la 9.Un asemenea dispozit este format din două

plăci de sticlă cu rol de suporţi, pe care se depun electrozi peliculari

transparenti, între plăci se introduce un strat subţire de cristal

lichid cu grosimea între 6µm şi 25µm.

Placa suport frontală are electrozii sub formă a şapte segmente cu

terminale individuale amplasate pe marginea a plăcii.

Placa suport posterioară are un singur electrod a cărui contur

corespunde cu figura formată de cele şapte segmente. Când se

aplică o diferenţă de potenţial între electrodul de pe placă

posterioară şi toţi cei şapte electrozi de pe placă frontală se afişează

cifra 8. Pentru afişarea altei cifre unii dintre electrozii de pe placă

frontală nu primesc tensiuni.

MANUAL DE UTILIZARE

Traductoarele de temperatură cu termorezistenţă îşi bazează

funcţionarea pe proprietatea metalelor (materiale conductoare) de a

produce o sarcină electrică spontană ca rezultat al modificării bruşte a

temperaturii (efectul piro-electric).

Traductoarele de temperatură cu termorezistenţă sunt realizate din

metale a căror rezistenţă creşte cu temperatura.

.În acest caz s-a ales un traductor de temperatură cu termorezistenţă

de cupru permite realizarea unei bune reproductibilităţi deoarece se poate

obţine cu puritate înaintată pe cale electrolitică, termorezistenţele tehnice

se utilizează în domeniul -50C…+180C, întrucât peste +180C apare

fenomenul de oxidare, producând alterarea ireversibilă a proprietăţilor de

reproductibilitate.

Pentru o variaţie mică de temperatură rezistivitatea creşte liniar cu

temperatura:

t=

0[1+(t-t

0)] (2)

unde t = rezistivitatea la temperatura t;

0 = rezistivitatea la temperatura t

0;

=coeficient de temperatură al termorezistenţei (C-1).

Măsurarea temperaturii este esenţială în industrie. Această sarcină

revine traductoarelor de temperatură cu termorezistenţe.Un astfel de

traductor de temperatură cu termorezistenţă este prezentat în acest

proiect care are rolul de a prelua temperaturii dintr-un vas cu apă

încălzit.

Acest traductor are o clasă de precizie normală, cu elementul sensibil

de cupru aflat intr-un tub de protecţie reprezentând o teacă de oţel-inox

având o lungime aproximativ de 250 mm.

Domeniul de temperatură în lucru va fi cuprins între - 50˚C şi + 150 ˚C

deoarece cuprul nu va rezista la temperaturi mai ridicate decât cele

indicate din catalog.

Acest traductor cu termorezistenţă prezintă ca dispozitiv de fixare o

flanşă mobilă,şi ca protecţie climatică – temperat.

Listă componente

Circuit adaptor :

Rq, R1,R2, R3

Amplificator :

AO1,AO2,AO3

R4,R5,R6,R7,R8,R9;

Circuit de liniarizare:

R1,R2,R11,R12

Dz1,Dz2

AO4,AO5

Sursa de alimetare :

Tr. 230/2 x 18 V

Pr1, Pr2

C1,C2,C3,C4,C5,C6

Ci1,Ci2,Ci3,Ci4

Rp,Rf

Circuit de afisare :

R13,R14,R15,R16,R17

C7,C8,C9,C10,C11