SENZORI SI TRADUCTOARE ELECTRONICE DEFINITII Senzor: (1) dispozitiv care recepteaz i rspunde la un semnal sau stimul. (2) dispozitiv care recepteaz un semnal sau un stimul i rspunde cu un semnal electric Traductor: (1) dispozitiv care convertete un tip de energie n altul. (2)-dispozitiv care convertete orice tip de energie n semnal electric Bibliografie Jacob Fraden, Handbook of Modern sensors. 1996, Springer-Verlag, New York. Randy Frank, Understanding Smart Sensors, Artech Houser Publishers , 2000, Boston, London. E. Nicolau, Manualul inginerului electronist,1979, Ed. Tehnic, Bucureti. Analog Device, Transducer Interfacing Handbook, 1980, Massachusetts, USA. I. Asavinei, C. Niculescu, Ghid pentru utilizarea termocuplurilor n msurri industriale, Ed. Tehnic, 1981, Bucureti. D. Stanciu, Senzori prezent i perspectiv. Editura tehnic, 1987, Bucureti. I. Ciascai, s.a. Masurarea electrice a traductoarelor din constructiile hidrotehnice, Ed. Casa Cartii de Stiinta, 2006, Cluj-Napoca. N-M. Barlea, Fizica Senzorilor, Editura Albastra, 2000, Cluj-Napoca. s.a. Adrese WEB www.turck.com www.gesensing.com www.balluff.com www.honeywell.com www.fgpsensor.com www.mtssensor.com www.adz.de www.omron.com www.honseberg.com www.hirschmann.com www.rose-mount.com www.nivelco.eu www.tac.com www.ftimeters.com www.novotechnik.com www.gillsensors.co.uk etc. Schema bloc de utilizare senzori si traductoare electronice Senzor Traductor Conditionare de semnal Indicator Inregistrator Procesor Controler Sursa de alimentare Marimea de masura Uniti de msur n SI lungime m (metru) mas kg (kilogram) timp s (secunda) curent A (Amper) temperatur K (Kelvin) cantitatea de substan mol intensitatea luminoas cd(candela) unghi rad (radian) unghi solid sr (steradia) Metru [m] 1650763,73 lungimi de unda in vid a radiatiei corespunzatoare tranzitiilor intre nivelele hiperfine de energie 2p10 si 5d5 ale atomului de kripton 86 (8636Kr). Secunda [s] durata a 9192631770 perioade ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre celenivele hiperfine de energie ale starii fundamentale ale atomului de cesiu 133 (13336Cs). Kilogram [kg] prototipul ramane cel confectionat cu prilejul primei Conferinte de Masuri si greutati din anul 1889. Se pastreaza la Biroul International de Masuri si Greutati in conditii de stabilitate stabilite in anul 1889. Amper [A] Intensitatea unui curent electric care mentinut intre doua conductoare paralele, rectilinii, cu lungime infinita si cu sectiune neglijabila, asezate in vid la distanta de 1 m unul fata de altul, produce in aceste conductoare o forta egala cu 210 -7 N, pe o lungime de 1 m. Grad Kelvin [K] este fractiunea 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei. Molul [mol] cantitatea de substanta care contine atatea entitati elementare cati atomi exista in 0,012 kg de carbon 12 (126C). Definit la CIMG din 1971 Candela [ca] intensitatea luminoasa in directia normalei a unei substante cu aria 1/600000 m2 a unui corp negru aflat la temperatura de solidificare a platinei si presiune de 101325 N/m2.Definitii unitati de masura fundamentale Rolul si locul traductoarelor in monitorizarea si automatizarea proceselor masurarea unor marimi fizice conditionarea marimilor furnizate de senzori si traductoare afisarea informatiei masurate stocarea datelor masurate conversia datelor in marimi de intrare pentru sistemele automate Clasificare senzori Dup principiu de funcionare senzori activi(senzori generatori) senzori pasivi(senzori parametrici) Dup mrimea furnizat la ieire analogici digitali Dup tipul de conversieintrare - iesire conversie direct conversie indirect Dup fenomen fizici chimici biologici Dup mrimea de intrare senzori pentru mrimi geometrice (lungime, arie, volum, nivel, unghi, rugozitate) senzori pentru mrimi mecanice (mas, for, presiune, debit etc) senzori de temperatur senzori pentru mrimi fotometrice senzori pentru mrimi de material (densitate, indice de refracie, vscozitate etc) senzori pentru compoziie i concentraie senzori pentru radiaii Dup material conductor semiconductor izolator anorganic organic lichid gaz plasm substan biologic Dup domeniul de utilizare agricultur, construcii, energie, distribuie, comer, finane, transport, auto, medicin, sntate marin, spaial, recreaie, cercetare tiinific industrial, militar, casnic, Dup caracteristici sensibilitate stabilitate precizie rezoluie liniaritate domeniu vitez de rspuns histerezis timp de via formatul de ieire a informatiei condiii de mediu cost, dimensiune, greutateIPxx grad de protectie. Norma EN 60529 Primul numar (Protectia contra solidelor)Al doilea numar (Protectie contra lichidelor) 0 Fara protetieFara protetie 1 Protectie contra obiectelor mai mari de 50mm diametru Protectie contra picaturilor verticale de apa sau condens 2 Protectie contra obiectelor mai mari de 12mm diametru Protectie contra picaturilor de apa sub un unghi mai mic de 15 fata de verticala 3 Protectie contra obiectelor mai mari de 2,5mm diametru Protectie contra picaturilor de apa sub un unghi mai mic de 60 fata de verticala 4 Protectie contra obiectelor mai mari de 1mm diametru Protectie contra picaturilor de apa din orice directie.5 Protectie limitata contra prafuluiProtectie contra unui jet slab de apa (joasa presiune) din orice directie. 6 Protectie totala impotriva prafuluiProtectie contra unui jet puternic de apa (inalta presiune) din orice directie. 7 -Protectie contra submersiei limitata (intre 15cm si 1m).8 -Protectie contra submersiei de lunga durata sub presiune (submersie peste 1 m) IP urmat de 2cifre. Optional pot fi 3 cifre sau 1 sau 2 litere. (International protection) A 3-a cifra - protectia la impact mecanic. Prima litera protectia la atingere. Caracteristicile senzorilor caracteristica static y=f(x) caracteristica dinamic y=f(dx) coeficientul de transfer mediu i diferenial Excitaia (daca senzorul are nevoie de excitatie) domeniu de intrare Fs_in (xmax xmin) domeniu de ieire Fs_out (ymax ymin) precizia rezoluia neliniaritate eroarea de calibrare a=/(s2+s1) histerezisul domeniu de saturaie domeniu de liniaritate repetabilitatea r=/FS (%) domeniu de insensibilitate (Dead band) de obicei n jur de zero proprieti speciale Ex. banda de sensibilitate a traductorilor optici condiii de mediu (temperatur, umiditate funcionare, transport) fiabilitate (MTBF - mean time between failure). Ex: 1000h. dimensiune, greutate, design incertitudinea Principiile fizice (electrice) ale unor senzori Cmpul electric (teorema lui Coulomb) Capacitate Condensator plan (cilindru unul in altul, paralelipiped); Cmp magnetic Forta Lorentz sau forta electromagnetica - forta ce se exercita asupra unui corp incarcat electric cu sarcina q;F=q (v B) Forta Laplace - forta care se exercita asupra unui conductor parcurs de curent; F=i(l B) Fora electrodinamic (Amper) = forta ce se exercita intre doua conductoare parcurse de curenti electrici - F=-kI1I2l / R unde k constanta, I1 si I2 curentii ce strabat conductoarele,l lungimea si R distanta dintre conductoare. Inducia electromagnetic: e=-/t Efectul piezorezistiv Efectul piezoelectric Efectul Hall Efectul Thomson Efectul Seebeck Efectul Peltier SENZORIDETEMPERATURA Tipuri de senzori de temperatura Efect termorezistiv - = 0[1+(T-T0)] Termistori- NTC si PTC ( Senzori de siliciu - KTY ) Termocuplu contact 2 metale Jonctiune semiconductoare Senzori in infrarosu non contact Modificare dimensiuni geometrice TERMOREZISTENTE Principiu - modificarea rezistentei electrice cu temperatura Materiale utilizate pentru confectionarea termorezistentelor cupru (coeficient 0,00427) nichel cel mai mare coeficient intre 0,00672(0 - 100C) peste 300 scadesi are caracteristica neliniara platina -200C pana la 600C cel mai utilizat material caracteristica aproape liniara si stabila wolfram, tungstam pentru temperatauri de peste 1000 C RTD [ resistive temperature detector ] Caracteristici pentru cateva tipuri de senzori de temperatura TipDomeniuSensibilitatePrecizieLiniaritateCostComentariu Termocuplu -270C +1800C 50V/C 0,5C Slaba 1$ - 50$ Necesita o referinta si conditionarea semnalului Termistori -100C +450C 5%/ C0,1C (-40C 100C) 0,01C(070C) 0,2C / liniarizare pentru un domeniu de 100 C 2$ - 10$ Sensibilitate ridicata. RTD platina -250CC +900C +0,4% /C 0,1C 0,01C pentru laborator 1C / liniarizare pentru un domeniu de peste 200 C 25$ - 1000$ Stabilitate ridicata Dide si tranzistoare -270C +175C -2,2mV /C (0,33% /C) 2 5 C (-55C +125 C ) 2C pentru tot domeniu de operare Mai putin de 0,5$ Necesita calibrare individuala. Sunt extrem de ieftine Circuite integrate -85C +125C 0,4% /C 3C (-55C+125 C ) 1C(0,2C pentru 0 +70C) 1$ - 10$ Iesire in curent, tensiune sau digitala Caracteristica de transfer RTD Cu R=R0(1+0,3910-2T) Pt- bobinate sau film depus pe suport izolator Pentru T0C: RRTD=R(0)[1+AT+BT2] Coeficientii din definitie sunt specifici fiecarui standard de definitie.In functie de tara sunt definiti coeficientii din formula de calcul, functie de puritatea platinii (0,003923 standard RC21-4-1966,0,003851 standard DIN Europa IEC 60751, 0,003900 standard British industry BS 1904_1984) O parte dintre aceste standarde sunt invechite, in prezent pentru compatibilitate sunt utilizate standardele ASTM 1137 (american) si IEC 60751 (european). R=R0 (1,0036+36,7910-4T) [ecuatie liniara] R=R0 (1+3,90810-3 T -5,810-7T2)[ecuatie simplificata] R=R0 (1+3,908310-3 T -5,77510-7T2)[IEC standard] R=R0 (1+3,969210-3 T -5,849510-7T2) [ASTM standard] Diferenta intre caracteristica liniara (a) si parabolica (b) la 150 C a) R=155,55 , b) R=157,32 , diferenta 1,76 , eroare -4,8C Diferenta intre cele doua standarde la 100C a) IEC si b) ASTM a) R=138,5055 , b) R=139,1071 , diferenta 10043 , eroare 2,61C Forme constructive pentru senzorii de temperatura tip PT100 Valorile rezistentei RTD - standard ITS 90 (IEC751) T(C)R()T(C)R()T(C)R()T(C)R()600313,71 -20018,520100200175,86400247,09650329,64 -15039,7250119,40250194,10450264,18700345,28 -10060,26100138,51300212,05500280,98750360,64 -5080,31150157,33350229,72550297,49800375,70 MODALITATI DE MASURARE A TERMOREZISTENTELOR Conexiune cu 2 fire Vout=VrefRt(1+R4/R3)/R3=VrefRt11/R3 Vo=0,0141025*Rt 50100150200300 0,705V1,41V2,115V2,82V4,23V 39K Uout Pt100 3K9 - + LT1014 3 1 2 39K Vref 3K9 MODALITATI DE MASURARE A TERMOREZISTENTELOR Conexiune cu 3 si 4 fire Traductori cu siliciu- KTYfabricati de Philips Au o liniaritate rezonabila si o buna stabilitate in timp (+/-0,05C/an) Siliciul are un coeficient de temperatura negativ. Daca este dopat (tip n) intr-un domeniu de temperatura scazuta(-80 ... 180C) coeficientul devine pozitiv (rezistivitatea variaza cu 0,7%/C). Peste 200C coeficientul devine negativ. KTY este un senzor de tip n cu dimensiune 500x500x240 m. Poate fi sensibil la polaritatea curentului, in special la variatii mari ale curentului la temperaturi mari. Problema se rezolva legand 2 senzori in opozitie, formand un senzor dual. RT=R0[1+A (T-T0)+B (T-T0)2]pentru KTY81Unde: R0=1000 / 25C, A=0,007874, B=1,87410-5 TermistoriNTC coeficient de temperatura negativ (-3 -5%) caracteristica de temperaturaR=AeB/T unde:A (se mai noteaza RA) este o constanta, se masoara in Ohmi si are semnificatia de rezistenta a termistorului cand temperatura tinde spre infinit B este o constanta de material masurata in K, B=ln(R1/R2)/(1/T1-1/T2) Valori uzuale pentru B: 2000 5000 K Caracteristica lnR functie de 1/T este o dreapta de unde se pot determina coeficientii A si B TermistoriNTC coeficientul de temperatura NTC In catalog se precizeaza coeficientul de temperatura (de obicei pentru 25C) =1/RdR/dT=- B/T2 O alta modalitate mai precisa de descriere a dependentei dintre temperaratura si rezistenta a unui termistor este urmatoarea: 1/T=A+BlnRT+Cln3RT unde A, B si C coeficienti ATENTIE!! Pentru termistori se precizeaza valoarea rezistentei la temperatura de 25C. Date de catolog pentru termistori Rezistenta nominala R25 valoarea rezistntei la 25C in conditii de disipatie nula Constanta B Coeficientul de variatie cu temperatura la temperatura de referinta de 25C Coeficientul de disipatie termica D [W/K] si este egal cu puterea disipata in termistor la o diferenta de temperatura de 1C (1K) intre corpul termistorului si temperatura ambianta Constanta de timp si reprezinta timpul dupa care temperatura corpului termistorului ajunge la 63,2% din diferenta dintre temperatura finala Tf si cea initiala Tila aplicarea unui salt de temperatura egal cu T=Tf-Ti

TermistoriPTC coeficient de temperatura pozitiv coeficientul pozitiv se pastreaza intr-un domeniu restrans de temperatura se utilizeaz de obicei pentru protecie datorit coeficientului mare de variaie a rezistenei cu temperatura ntr-un domeniu ngust de temperatura. variatia cu temperatura a rezistentei termistorului este exponentiala in domeniul T1-T2 formula se poate scrie functie de 3 constante de material A, B si C. Termistorul YSI 44005T=1/ [A+B(lnR)+C(lnR)3]-273.2 unde : T - temperatura in C,lnR logaritm natural din rezistenta A=1.405110-3 B=2.36910-4 C=1.01910-7 Rezistenta functie de temperatura a termistorului YSI 44005T(C)R()T(C)R()T(C)R()T(C)R() -50201.1k09796501081100203.8 -45141.6k5761855895.8105176.4 -40101.0k10597160746.3110153.2 -3572.81k15471465624.7115133.6 -3053.10k20374870525.4120116.8 -2539.13k25300075444.0125102.5 -2029.13k30241780376.913090.2 -1521.89k35195985321.213579.6 -1016.60k40159890274.914070.4 -512.70k45131095236.214562.5 15055.6 LINIARIZAREA CARACTERISTICII Liniarizarea caracteristicii prin plasarea in paralel a unei rezistente fixe RP Rt(t)=RNTCRP/(RNTC+RP) Rezistenta se alege astfel incat rezistenta rezultata Rt sa aiba in punctul central un punct de inflexiune(se anuleaza derivata a doua). RP=RNTC(B-2TC)/(B+2TC) TC temperatura centrala a domeniului ales pentru liniarizare O alta formula ce se poate utiliza pentru determinarea rezistentei ce se cupleaza in paralel este urmatoarea: RP=[RM(R1 R2)-2 R1 R2 ]/(R1 +R2 -2RM) Unde: R1 si R2 sunt rezistentele de la capetele comeniului iar RM este rezistenta de la mijlocul domeniului Graficul tensiunii de iesire pentru alimentare cu tensiune si curent constant pentru RTD 00.511.522.533.51 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31Schema pentru masurare termorezistenta Pt100. Alimentare cu o singura tensiune(+5V).AO1 AO2 AO3 AO4 Schema masurare rezistente aflate la distanta de punctul de masura cu AD 7705Coeficienti Callendar van Dusen Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]Metoda Callendar van Dusen Pentru calibrare se masoara: - R0 la 0C (inghet apa)- R100 la 100C (fierbere apa) - Rh la 419,53C (solidificare zinc) - Rl la -182,96C(fierbere oxigen) Se determina coeficientii , si ooo= + ==000 000 100,100RR Rtt R R RRR Rtt]100) 1100( [100) 1100(0 000t tt R R Rt tRR Rtth hthh + = =o oooSe calculeaza: parametru liniar (panta normalizata intre 0 si 100C), - parametru de ordinul 2 (introdus de Callendar) si - parametru de ordinul 4 (introdus de van Dusen) aplicat doar pentru temperaturi negative (t> precizia de masura 0,069 -100C 0,4063/C >> precizia de masura 0,081 500*5 = 2500 valori >> conversie AD pe 12 biti (4096) 60/-100C si 250/+400C 1/5 din domeniu nu se utilizeaza Alegem un convertor AD cu minim 14 biti (sigma-delta) AD7705 conversie AD pe 16 biti Rezistenta de 500 ca referinta cu precizie de 0,01% Termometru cu AD590 Sa masoare temperatura intre 0 si 100C Precizia de masura mai buna de 1C Afisare se face la peste 100m de locul de masura Temperatura ambianta 25C15CAlegem AD590 cu iesire in curent, deoarece curentul nu este afectat de tensiunea indusa pe firele de legatura Alegem AD590M pentru care, in domeniul 0 100C, precizia este de 0,3C Rezulta o diferenta de 0,7C pentru erorile introduse de celelalte componente ale schemei. SCHEMA DE MASURA +-U5AD521L< 100gradeCAD580132+E-EEOUTUout2,5V15kR596k3< 0gradeC10k R4P1200R31kR29k09AD590J1uA/KR11k 0,1%Schema preluata dupa Analog Device transducer interfacing handbook ERORI ALE SCHEMEI DE MASURA Alimentare AD590 [0,2A/V]. La o variatie cu 1% a tensiunii de alimentare de 5V rezulta o eroarea 5x1/100x0,2=0,01C Eroare de neliniaritate AD590: [0,3C pentru 0 - 100C] Coeficient de temperatura R1. [10ppm/C], rezulta pentru o variatie a temperaturii mediului 373,2Ax10-5Cx15C=0,06 Coeficient de temperatura AD580: [25ppm/C (maxim 61ppm/C pentru 0 - 70 C)]. 25x10-6x273mVx15C=0,10C Coeficient de temperatura divizor R2-R3. [10ppm/C].10-5/Cx273mVx15C=0,04 C Eroarea de mod comun AD521J [94dB] pentru 273mV este neglijabila 0,00 C Coeficientul de temperatura pentru AD521J [2V/ C maxim pentru intrare si 75V/ C pentru iesire, rezulta un total de 9,5V/Cx15C=143C] Variatia curentului de polarizare AD521 500pA/Cx30=15nAx1k=15mV Variatia amplificarii pentru AD521 [3,5ppm/C pentru amplificare de 10]. Rezistorul de domeniu contribuie cu 15ppm/C 3,5x10+15=50ppm/ C. 50x10-6x15=0,075C Neliniaritate AD521. [0,1%]. Rezulta o eroare de 0,1 C TOTAL 0,01C 0,3C 0,06C 0,1C 0,04C 0,00C 0,14C 0,02C 0,075 0,1C 0,84C SENZORIDE NIVELSI DEBIT Tipuri de senzori de nivel Traductoare cu plutitor Traductoare cu potentiometru Traductoare capacitive Traductoare optice Traductoare cu ultrasunete Traductoare cu relee reed Traductoare gravitationale Traductoare inductive Traductoare magnetice Traductoare cu efect Hall Traductoare cu relee reed Sunt realizate dintr-un tub in care sunt plasat un lant de relee reed. Un magnet permanent este plasat in exteriorul tubului (culiseaza pe tub) si care pluteste la nivelul superior al lichidului. Magnetul va inchide releul plasat la nivelul superior al lichidului. Exista mai multe scheme de citire a acestor relee. De asemenea senzorii de nivel realizati cu relee reed pot avea 2, 3, 4, . 1024 de relee. Traductoare cu plutitor Cu ultima relaia se poate face corecia valorii msurate x. Se observ c factorul de corecie este cu att mai redus cu ct constanta elastic este mai mic i suprafaa plutitorului mai mare.Msurarea nivelului cu plutitor presupune utilizarea unui traductor suplimentar ce convertete deplasarea plutitorului n semnal electric Pentru o deplasare a plutitorului sub 0,5 m se poate alege un traductor de tip WS10500R1K. Acest traductor asigur o precizie de 0,1%, suficient pentru astfel de msurtori FE FA G H h LichidS TRADUCTOR DEPLASARE ) ( I h H K h S g F F GE A+ + = + = 0 = A A + A h K H K S g h ||.|

\| + A = AS gKx H1Traductoare cu ultrasunete Pentru msurtori de precizie trebuie s inem seama de faptul c viteza de propagare n aer a ultrasunetelor nu este constant. Ea este dependent de temperatur i are valori cuprinse ntre 331 i 342 m/s pentru temperaturi ntre 0C i 20C. Dac asupra vitezei de propagare nu se fac coreciile de temperatur erorile de msur pot depi 3,5% pentru o variaie a temperaturii de 20C Ali factori de care trebuie inut seama la msurarea nivelului cu ultrasunete sunt: presiunea atmosferic i fenomenele de cea, ploaie etc 2T vd=t v + = | 1 3 , 331t v + ~ 53 , 0 3 , 331Traductoare cu fibre optice Traductoare de nivel capacitive C=A/d C=2l/ln(a/b) C=2l [H-h(1-k)]/ln(a/b) Co=2l H/ln(a/b) =0rr pentru apa este dependent de temperatura 85 pentru 0C- 67 pentru 100CSchema de citire 64 intrari digitale Preluare 32 intrri digitale (citite simultan) SENZORI DE DEBIT Principiile fizice pentru debitmetre Exista diferente intre masurarea debitelor pentru lichide si gaze Lichidele sunt incompresibile Gazele pot fi comprimate. Volumul in miscare este acelasi dea lungul unei conducte D=V/dt=dxdA/dx=vdA Viteza nu este constanta intr-o sectiune dintr-o conductavEcuatia lui Bernoulli .212const h g v pa= |.|

\| + + Ecuatia fundamentala aplicabila pentru lichide P2V1 V2P1P1 P2Sectiune calibrata( ) ( )p A qR v k v v p p pR v va a aa aA = = = = A =22 222122 2 12 112 2 R rezistenta sectiunii ingustate coeficient de calibrare Senzori de debit termici Se bazeaza pe masurarea temperaturii in lichid in apropierea unui punct in care lichidul se incalzeste local T2Sita pentru curgere linistitaIIncalzitorT1T1 masurarea temperaturii inainte de elementul de incalzire T2 masurarea temperaturii dupa elementul de incalzire Diferenta de temperatura este proportionala cu debitul Un astfel de debitmetru trebuie calibrat Traductoare de debit ultrasonice Se bazeaza pe principiu variatiei fazei sau frecventei cauzate unei unde sonore de miscarea lichidului in care se propaga undele2 2 2cos 2coscos 2coscv Dv cv DTv cDTccccuuuu ~+ = A =D distanta dintre emitator si receptor ungiul dintre directia de miscare a lichidului si directia de propagare a ultrasunetelor C viteza de propagare ultrasunete vc viteza medie de miscare a lichidului de-a lungului undei ultrasonice Este diferita de va vc =4 va /3 sau vc =1,07 va Senzori Doppler Se bazeaza pe modificarea frecventei semnalului receptionat fata de cel emis c v ff f fsr s2 ~ = Afs frecventa semnalului emis fr frecventa semnalului receptionat c viteza de propagare a ultrasunetului v - viteza de lichidului Apare + sau functie de directia de miscare a lichidului in raport cu directia de propagare a ultrasunetelor Traductoare de debit electromagnetice Sunt utilizate pentru masurarea lichidelor conductive Deplasare in camp magnetic a unui lichid conductor genereaza pe peretii perpendiculari pe directia campului o tensiune care este proportionala cu valoarea campului magnetic si viteza de miscare a lichidului: v-2aBv Pentru masurarea debitelor se poate folosi un contor de apa ETK - contor mecanic cu mecanism uscat (ETK-N) ETKI - contor mecanic cu mecanism uscat cu generator de impulsuri (releu reed) (ETK-IN) debit permanent [mc/h] = 1,5 1500l/h= 25l/min debit suprasarcina 3 mc/h Debit minim0,12 mc/h Presiunea maxima 10 bar Temperatura maxima 40 si 90 C Lecturare maxima 9999,999 mc Lecturare minima 5*10-4 mc Traductoare de debit indirecte Alte tipuri de debitmetre Debitmetre cu tub Pitot Debitmetre cu tub Venturi Debitmetre Votrex se bazeaza pe efectul de curgere turbulenta. Debitmetre Coriolis se bazeaza pe efectul Coriolis. Debitmetrele Coriolis sunt utilizate la masurarea debitelor lichidelor si gazelor. Pe langa debitul masic, debitmetrele cu efect Coriolis ofera informatii despre densitatea, fractia si temperatura agentului.Curgerea unui lichid - formula lui Toricelii Inaltimea coloanei de apa h este dependenta de debit. Acesta se poate deduce luand in calcul formulele de mai jos AvhsA sghAsghv21222 ~=Deversori TARATI Deversorul tarat servete pentru masurarea debitelor de infiltraie. Se executat dintr-un materian reizistent la coroziune (tabl de inox sau oel inoxidabil) cu decupaj triunghiular sau trapezoidal la partea superioar. Apa colectat n rigola (bazinul de cplectare) de scurgere, trece prin seciunea triunghiular sau trapezoidal a deversorului tarat. Este realizat pe baza unei relaii stabilit teoretic sau experimental ntre debit i nlimea suprafeei libere de scurgere a lamei de ap. Trebuie respectate anumite dimensiuni date de proiectant n ceea ce privete nalimea de montare a deversorului i dimensiuneile bazinului de captare a apei. Debitul se calculeaz pe baza nlimii lamei de ap deversat pe baza formulei Q = f (h), numit caracteristica de debit a deversorului. n figurile urmatoare sunt date i diagramele pe baza crora se poate determina debitul n funcie de nlimea lamei de ap deversat. Domeniu de msur este funcie de tipul deversorului iar precizia este de 1%. Formulele de calcul pentru deversor triunghiular i respectiv deversorul trapezoidal sunt date n relaiile urmatoare. Coeficienii utilizai n formule depind de dimensiunile geometrice ale deschiderii pentru scurgerea apei. ] / [ 343 , 147 , 2s l H Q =] / [ 2 42 , 03s m H g Q = 00.10.20.30.40.50.60.70 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500H (m)Q (l/s)00. 20. 40. 60. 811. 20 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2H (m)Q[ m3/ s ]Exemple de traductoare de debit EL2200, EL2400, EL500 SLF-500, SLF-200, SLF-100, 100ultrasonic SFE3 (0,05 50l/min SFE1 (1 200 l/min) MS6-SFE (200 5000l/min) PR-0-50 Contoare de apa: ETK - contor mecanic cu mecanism uscat ETKI - contor mecanic cu mecanism uscat cu generator de impulsuri (releu reed) ETK-N ETK-IN Etc. Senzori de debit tipuri si producatori Tip de senzoriNr. de senzoriProducatori Toate tipurile12051989 Debit pentru lichide10038369 Debitmetre vortex92953 Debitmetre ultrasonice67112 Debitmetre cu turbine1344177 Debitmetre Paddewheel84746 Swich pentru debit2204109 Debitmetre gaz/swich6831/1396255/58 SENZORI DE PROXIMITATE Senzori de proximitate inductivi Folosesc pentru masurare si detectie variatia inductantei cu proprietatile magnetice din interiorul si din vecinatatea bobinei.Mai jos sunt amintite cateva legi si relatii din electromagnetism Relatia dintre inductia magnetica si campul magnetic Intensitatea cmpului magnetic H [A/m] Conductor rectiliniu Spira de raza R Inductia magnetica B [T] Tesla (Gauss) [T=N/(Am)], (T=104gauss) Materiale paramagnetice, diamagnetice, feromagnetice Fluxul magnetic [W] Weber H B = ] / [ 10 42 7A N = t RIH2=dIHt 2= Inductanta L (Bobina ideala) Inductanta mutuala M Solenoid Toroid Inducia electromagnetic: e=-/t(legea lui Faraday) Forta Lorentz sau forta magnetica forta ce se exercita asupra unui corp incarcat electric cu sarcina q;F=q (v B) Forta Laplace forta care se exercita asupra unui conductor parcurs de curent; F=i(l B) Fora electrodinamic (Amper) F=-kI1I2l / R unde k constanta, I1 si I2 curentii ce strabat conductoarele,l lungimea si R distanta dintre conductoare. n I B = rn IB =t2tiL uLoo =nN R M2 =Senzori de proximitate capacitivi Folosesc variatia capacitatii cu permitivitate dielectrica, aria sau distanta Condensator plan Capacitatea variaza hiperbolic cu distanta Condensator cilindric dAC = c2 12 1/ 1 / 1 / 1 C C CC C CSP+ = + =hcbC =ln2tc0200400600800100012001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Variatia capacitatii cu distanta dintre armaturi Modalitati de conectare a armaturilor Conectarea serie si paralel a condensator elor Oscilatoare LC ce pot fi utilizate in schemele electronice ale senzorilor de proximitate ( ) LCfosc=t 21( ) 1 2 1 21C L Lfosc + =t2 12 11 21C CC CLfosc+ =t3 1 21C Lfosc =ta). Oscilator armonic LC cu cuplaj inductiv n baz b, c, d). Oscilatoare cu cuplaj n trei punce (Hartley, Colpitts i Clapp).Schema de principiupentru un senzor de proximitate inductivCaracteristici: fara contact si practic fara uzura In principiu detecteaza metal. Pot fi detectate si alte materialeDe obicei au un circuitul magnetic format din material feromagnetic de tip ferita. Functie de metalul folosit ca tinta factorul de detectie este 1 pentru materiale feromagnetice, 0,4 pentru Al, 0,3 pentru Cu etc. Senzori tip uprox construiti dintr-un sistem de trei bobine, fara circuit magnetic din ferita, au distanta mare de detectie si au un factor egal cu 1 indiferent de natura tintei (feromagnetica sau alt metal). Au imunitate mare la campurile magnetice intense de perturbatie. Schema blocpentru un senzor de proximitate capacitivi Senzor Oscilator Demodulator Trigger IesireMateriale ce pot fi detectate capacitiv: - stila,- hartie,- lemn, - plastic,- lihide,- metale,- nisip,- rasini etc. Distanta de detectie pentru senzorii de proximitate de tip capacitiv Distanta de detectie este specificata fata de un obiect metalic si se modifica functie de materialul ce trebuie sesizatMaterialFactor de corectie Metal 1 Apa0,95Bere0,95Cola0,95PVC0,95Sticla0,5Ceramica0,4Nisip0,35Rasina fenolica0,3 Cauciuc tare 0,3 Lemn0,3-0,7 (H) Cauciuc tare 0,15 Petrol0,15 Hartie0,15 Ulei pentru ungere0,1Iesirea senzorilor de proximitate In conectare cu 3 fire (NPN si PNP) pentru DC In conectare cu 2 fire pentru AC Pentru senzorii capacitive exista conectare cu 4 fire (NPN si PNP) cu iesire duala (NO+NC) Senzorii de proximitate atat DC cat si AC pot fi conectati: serie paralel Unii senzori au pentru conectare interfata NAMUR conectare cu doua fire la un amplificator diferential Iesire tip NPN Out negru0V albastruSenzor de proximitatecu circuitulelectronicV+ maroSarcina+V0VIesite tip PNP V+ maroOut negruSarcina0V0V albastruSenzor de proximitatecu circuitulelectronic+VIesire tip AC negru (albastru)SarcinaSenzor de proximitatecu circuitulelectronic~caal b (negru)Cum se alegerea un senzor de proximitate? Carcasa: mare/mica, cilindrica/dreptunghiulara etc. metal/plastic Conectivitate: conectare M8, M12 etc Cablu de legatura (tip, lungime etc) Distanta de detectie Contact normal deschis sau normal inchis: NO/NC Tip conexiune electrica: PNP 3 fire NPN 3 fire DC 2 fire AC/DC reed AC/DC 2 fire Interfata NAMUR Exemple de senzori de proximitate Bi2.- M12.-AP6X-H1141/S BC5-Q08.-AP6X2-V1131/S.. BIM-INT-AP6X-H1141/S MQ10.6OA P S KU0 Senzori HALL Senzorii de proximitate de acest tip se bazeaza pe efectul Hall (aparitia unei tensiuni pe fetele laterale ale unui semiconductor prin care trece un curent electric daca este plasat intr-un camp magnetic. De obicei iesirile senzorilor de tip Hall sunt de tip open colector (drena). In majoritatea cazurilor alimentarea se face la 5V Exemple de senzori Hall: S230,CYD543, CYD3144, CDY1024, SS406 etcSenzori de proximitate pe principiul curentilor turbionari Se bazeaza pe principiul curentilor turbionari. O bobina genereaza un camp magnetic de frecventa mare (kHz zeci de kHz) care induce intr-o tinta metalica curenti turbionari. Adancimea de patrundere este functie de frecventa, forma bobinei si tipul materialuli. Se poate detecta daca bobina este in apropierea tintei sau nu. Senzori de proximitate OPTICI Pot fi in domeniul vizibil, infrarosu sau (ultra)violet. Dintre cei mai eficienti senzori optici sunt cei ce utilizeaza radiatia LASER. Un senzor optic are in principiu un emitator si un receptor. Emitatorul si receptorul pot fi plasati in opozitie (obiectul optureaza vizarea) sau in acelasi loc cand raza emisa este reflectata de obiectul a carui prezenta se detecteaza sau de o oglinda. Pot fi realizati si cu fibre optice. Se poate detecta prezenta lichidului intr-un recipient, care schimba indicele de reflexie fibra-mediu astfel incat raza de lumina nu se mai intoarce ci se pierde in lichid. Un alt tip de senzori de proximitate sunt cei realizati cu lumina polarizata.Senzori in opozitie Senzorii n opoziie sunt alctuii din emitor i receptor separai. Acetia sunt montai fa n fa astfel nct lumina de la emitor sa cada direct pe receptor. Cnd un obiect ntrerupe sau micoreaz intensitatea luminii, senzorul comut. Senzorii n opoziie constituie cel mai bun mod de detecie pentru obiecte opace. Acest mod de detecie ofer un contrast excelent ntre condiiile obturat (dark) i neobturat (light) precum i un foarte bun raport "excess gain", permind utilizarea pentru distane foarte mari i condiii dificile de mediu. Senzori retroreflexivi La senzorii retroreflexivi emitorul i receptorul sunt inclui n aceeai carcas. Lumina emis este reflectat de reflector i ajunge napoi la receptor. Un obiect este detectat cnd acesta ntrerupe fasciculul. Senzorii retroreflexivi includ unele avantaje ale senzorilor n opoziie (excess gain i contrast ridicate). n plus este necesar montarea si conectarea a unui singur senzor. n cazul deteciei obiectelor cu factor de reflexie ridicat utiliznd senzori fr filtru de polarizare, posibilitatea de interferene i domeniul de detecie redus sunt dezavantaje importante. Senzori difuzi Senzorii cu mod difuz conin emitorul i receptorul n aceeai carcas. Senzorii difuzi nu detecteaz ntreruperea spotului ci reflexia acestuia pe obiectul de detectat. Un obiect este detectat dac el reflect o cantitate suficient de lumin napoi la receptor. Distana de sesizare pentru senzorii cu mod difuz depinde puternic de factorul de reflexie al obiectului detectat. Senzorul difuz este n mod special destinat deteciei obiectelor transparente Senzori magnetostrictivi Se bazeaza pe fenomenul de orientare a structurii moleculare (micromagneti) in prezenta unui camp magnetic. Fenomenul este prezent doar in materialele feromagnetice ca: fierul, nichelul, cobaltul si aliajele lor. La interactiunea dintre un camp magnetic generat de un magnet permanent si campul magnetic generat de un curent electric apare un zgomot care masurat poate indica distanta pana la pozitia magnetului.Senzori de proximitate cu ultrasunete Se bazeaza pe masurarea distantei cu ultrasunete Se emit ultrasunete si se masoara timpul pana la receptionarea ecoului Se poate utiliza un emitator si un receptor sau se foloseste acelasi cristal atat pentru emisie cat si pentru receptie Precizia de masura este functie de lungimea de unda a frecventei emise Trebuie realizata compensare cu temperatura si umiditatea Pentru o frecventa de 40kHz lungimea de unda este de 8,5mm. Senzori de proximitate Tip de senzoriNr. de senzoriProducatori Toate tipurile22852588 Inductivi9547162 Magnetici10244159 Capacitivi858137 Hall28167 Fibre optice188852 Ultrasonici182481 Curenti turbionari26867 Rezultatele cautarii pe web dupa senzori de proximitateSENZORI DE DEPLASARE Tipuri de traductoare de deplasare Traductoare de tip potentiometru Traductoare gravitationale Traductoare inductive Traductoare cu curenti turbionari Traductoare magnetice Traductoare magnetostrictive Traductoare magnetorezistive Traductoare cu efect Hall Traductoare capacitive Traductoare optice Traductoare cu ultrasunete Traductoare tip radar Traductoare de tip potentiometru Traductoarele de tip potentiometru pot fi de tip liniar sau de rotatie Principiu de operare este simplu: se alimenteaza cu o tensiune de referinta Vref si la iesire se culege o tensiune proportionala cu deplasarea d. V=Vrefd/D unde D este deplasarea pentru capatul de scala. Aceste traductoare sunt bobinale sau cu pelicula rezistiva depus pe un suport izolator Pentru traductoarele bobinate se poate realiza doar o anumita rezolutie data de numarul spire si diametrul conductorului utilizat pentru realizarea potentiometrului.Se realizeaza potentiometre cu diametrul conductorului de 0,01mm. Un potentiometru bun are o precizie de 0,1%. Se fabrica potentiometre rotative care permit un domeniu intre 10 si 3000 (potentiometre multitur). Exemple: LX-PA-P2K-L1M (analogic), LX-EP iesire digitala Traductoare tip gravitational Traductoarele de tip gravitational sesizeza pozitia sau masoara gradul de inclinare. Aceste traductoare sunt de tipul on-off sau au iesire de tip analogic proportionala cu unghiul de inclinare al traductorului. Traductoarele de tip on-off sunt realizate dintrun balon de sticla in care se gasesc 2 electrozi si o cantitate de mercur. Se realizeaza o legatura electrica intre cei doi electrozi doar in cazul in care, datorita gravitatiei mercurul scalda cei doi electrozi. Traductoarele cu iesire analogica cu electrolit sunt realizate dintrun tub de sticla putin curbat in care se afla un electrolit, care nu umple in totalitatea volumul tubului. La cele doua capetele ale tubului si in partea sa inferioara se afla un trei electrozi. In functie de pozitia tubului rezistenta electrolitului dintre electrozii de la capete si electrodul central se modifica. Masurarea celor doua rezistente se face in curent alternativ pentru a nu afecta calitatea electrolitului din interior. R1R2 Senzor gravitational optic Alt tip de traductoare gravitationale cu iesire analogica sunt traductoarele optice de inclinare. Acestea sunt realizate dintro semisfera de sticla la baza careia sunt plasate 4 fotodiode. In interiorul semisferei este indrodus un lichid transparent care nu umple in totalitate semisfera astfel incat in partea superioara se formeaza o bula care isi schimba pozitia functie de inclinare. Pe axul central al semisferei este plasata o sursa de lumina care genereaza in cele patru fotodiode tensiuni de iesire proportionale cu pozitia in spatiu a ansamblului. Figura preluata dupa Handbook of modern sensors Traductoare capacitive de deplasare dAC = chcbC =ln2tcCondensatoare: plane sau cilindrice Se bazeaza pe modificarea capacitatii cu distanta sau modificarea lui er. Se pot detecta tinte de la 8-10mm pentru dielectric sticla sau 2 mm pentru dielectric polietilena. Frecventa de operare este in jur de 3MHz. O masurare mai precisa se poate face prin utilizand metoda comparatei. Se utilizeaza doua codensatoare unul de referinta si unul de masura. Tensiunea de iesire este proportionala cu raportul celor doua capacitati.||.|

\| = 10rvrefCCKV VCapacitatea variabila se obtine prin introducerea intre armaturile condensatorului Cv a unui dielectric ce se misca solidar cu punctul de masura. Pentru un astfel de sistem factorul ce introduce cele mai multe erori este umiditatea. Variatia umiditatii intre 10 si 85% la 21C poate determina o eroare de 0,35% din capatul de scala.Conditionare semnalCvCrVoTraductoare inductive LVDT si RVDT Traductoarele inductibe bazate pe variatia inductantei prin deplasare miezului magnetic. Avem doua doua tipuri de traductoare inductive si anume: Traductoare diferentiale inductive liniare LVDT (liniar variable diferential transformer) Traductoare diferentiale inductive rotative RVDT (rotary variable diferential transformer) Prin deplasarea miezului magnetic inductanta unei bobine creste iar pentru cealalta scade. Cele doua bobine sunt bobinate in sens contrar astfel incat tensiune este zero pentru pozitia de mijloc a miezului. In functie de deplasarea miezului vom avea o tensiune mai mare pe una sau cealalta bobina. Prin redresare sincrona se obtine in iesire o tensiune a carei polaritate este functie de deplasarea miezului fata de pozitia de mijloc si are valoarea proportionala cu aceasta deplasare.VrefVo* *Avantajele senzorilor inductivi: senzorul este de tip noncontact, fenomenul de histerezis este neglijabil, impedanta de iesire este mica, zgomotul si erorile de interferenta sunt mici, constructiile sunt solide iar rezolutiile sunt foarte mici (de ordinul micronilor) Traductoare pe principiul curentilor turbionari Acest tip de traductoare au la baza legea inductiei electrmagnetice. Se bazeaza pe variatia inductantei unei bobine in campul careia se afla un material conductor in care apar curenti turbionari (circulari de inductie. In general acest tip de traductoare se utilizeaza pentru detectia unei tinte dar pot fi utilizate si pentru masurarea distantei dintre senzor si tinta. Relatia dintre distanta si impedanta nu este liniara. Frecventa de operare pentru acest tip de traductoare este intre 50kHz si 10MHz. Avantajul esential pentru acest tip de traductoare este faptul ca nu se realizeaza cuplajul mecanic EX. ECL100 Traductoare absolute de rotatie fara perii Principiul de functionare este asemanator cu cel al traductoarelor inductive diferentiale. In acest caz tensiunea de referinta se aplica celor doua bobine cuplate in serie. Constructiv acest tip de traductor este realizat dintrun stator pe care sunt plasate cele doua bobine si rotor pe care este montat miezul magnetic Prin masurarea raportului tensiunilor pe cele 2 bobine se poate face o masurare a pozitiei miezului magnetic fata de stator. Dependenta dintre pozitie si raport este neliniara. Se pot masura unghiuri de pana la 180. Prin plasarea unor bobine suplimentare se pot masura unghiuri de pana la 360. Pe acelasi principiu se pot realiza traductoare liniare de pozitie. CIRCUIT DE INTERFATARE~L1L2~Traductoare magnetorezistive Aceste traductoare pot fi realizate pentru masurare distanta sau unghi de rotatie sau ca traductoare de proximitate. Principiul de masura se bazeaza pe modificarea rezistentei electrice in prezenta unui camp magnetic Acest tip de senzori sunt similari senzorilor Hall. Masuratorile privind variatia rezistentei se fac prin metode de punte.S SN N NMRSNSSxSNAcest tip de senzori pot fi utilizati ca senzori incrementali de pozitie.Senzorii incrementali de pozitie au doua iesiri decalate cu 90 electrice. Pe baza celor doua iesiri se poate deduce atat unghiul de rotatie cat si sensul ei Traductoare magnetostrictive Se bazeaza pe fenomenul de orientare a structurii moleculare (micromagneti) in prezenta unui camp magnetic. Fenomenul este prezent doar in materialele feromagnetice ca: fierul, nichelul, cobaltul si aliajele lor. La interactiunea dintre un camp magnetic generat de un magnet permanent si campul magnetic generat de un curent electric apare un zgomot care masurat poate indica distanta pana la pozitia magnetului. Senzori optici - Senzori tip grila Exemple de senzori de deplasare FR05CM21AR FR12AM32AC FR05CM12AL SP2800 PD2300 PL300 Senzori de deplasare si pozitie Tip de senzoriNr. de senzoriProducatori Potentiometre liniare52 Senzori liniari de pozitie19333 Senzori de rotatie2298134 Capacitivi19 Senzori de nivel6116695 Inclinare275103 Ultrasonici113 Senzori de deplasareToate tipurile515 Rezultatele cautarii pe web dupa senzori de deplasareAPLICATIE- Masurarea senzorilor de inclinatie Sa se proiecteze o schema pentru masurarea unui senzor de inclinatie APLICATIE- Preluarea datelor de la un traductor optic de deplasare 00 : A=1 increment numarator 00 : B=1 decrement numarator 01 : A=1 increment decrement 01 : B=0 increment numarator 10 : A=0 decrement numarator 10 : B=1 increment numarator 11 : A=0 increment numarator 11 : B=0 decrement numarator 111A0 01000111B0 0 010 010TRADUCTOARE CU COARDA VIBRANTA Principiu de functionare Din punct de vedere constructiv un traductor cu coard vibrant este constituit dintr-o coard de oel inox fixat n interiorul unui tub i tensionat mecanic ntre dou flane situate la capetele tubului. Pentru o coard fixat ntre doi supori, frecvena proprie de oscilaie poate fi calculat cu urmtoarea relaie:

Flnfosc=2unde n=1, 2, 3, ..., l este lungimea corzii, F este tensiunea din fir iar este masa pe unitatea de lungime. Frecven obinut pentru n=1 se numete frecven fundamental, iar pentru n=2,3,4... avem armonicile superioare. Din formul rezult c acionnd asupra tensiunii din fir putem modifica frecvena de oscilaie a corzii.Vibraiile corzii vibrante pe armonici superioare determin msurarea frecvenei de oscilaie cu erori.Pentru a putea msura frecvena de oscilaie a corzii vibrante exist dou bobine montate n interiorul tubului, n apropierea corzii vibrante. Tipuri de traductoare cu coarda vibranta La traductoarele de for coarda din oel inox este tensionat mecanic i fixat n interiorul unui cilindru din oel. Extremitile cilindrului sunt fixate prin intermediul unor bare filetate, pe armtura din betonul construciei i rigidizate cu buce care tensioneaz armtura. Forele care iau natere n armtur acioneaz direct asupra traductorului, pe care l deformeaz, determinnd modificarea frecvenei proprie de oscilaie a corzii. Traductoarele de presiune total sunt constituite dintr-o serie de elemente elastice, fixate vertical ntre dou discuri din oel masiv de care este fixat i tensionat coarda din oel inox. Elementele elastice preiau variaiile de presiune exterioar, ceea ce provoac schimbarea tensiunii mecanice a corzii i deci a frecvenei proprii de oscilaie. La traductorul de deformaii unitare coarda din oel inox este tensionat mecanic i fixat n interiorul unui tub din alam. Sub aciunea deformaiilor axiale ale betonului se modific tensiunea mecanic a corzii i o dat cu aceasta se modific i frecvena ei proprie de oscilaie. Traductorul de presiune interstiial are coarda din oel inox fixat la un capt de o diafragm elastic sub form de arc. Un element filtrant (ceramic sau bronz) este poziionat n dreptul diafragmei i permite ptrunderea apei (sub presiune) din exterior n interiorul traductorului. ntreg ansamblul este protejat contra umezelii i influenei altor presiuni exterioare de o carcas metalic inoxidabil. Sub aciunea deformaiilor axiale provocate de deplasarea diafragmei datorit presiunii apei din materialul n care este montat traductorul, tensiunea mecanic a corzii se schimb, ceea ce duce la schimbarea frecvenei proprii de oscilaie. Traductor electroacustic de traciune (dinamometru) Traductorul electroacustic de traciune servete pentru msurarea eforturilor n armtura betonului. Acesta este construit dintr-o coard din oel inox, tensionat mecanic i fixat n interiorul unui cilindru din oel i din dou bobine. Frecvena proprie de oscilaie a corzii vibrante este dependent de tensiunea mecanic din coard. Punerea n oscilaie a corzii se realizeaz cu ajutorul bobinelor (sau a uneia dintre bobine). Traductorul electroacustic de traciune este nglobat n structura construciilor hidrotehnice. Extremitile cilindrului sunt fixate, prin intermediul unor bare filetate, pe armtura din betonul construciei i rigidizate cu buce care tensioneaz armtura. Forele care iau natere n armtur acioneaz direct asupra traductorului pe care l deformeaz, determinnd modificarea frecvenei proprii de oscilaie a corzii. Dinamometru este etalonat din fabricaie i este livrat cu un certificat propriu de etalonare. Domeniul de msur al dinamometrelor este cuprins ntre 0 25 daN i 0 100000 daN cu o sensibilitate de 0,5%. Msurarea frecvenei proprie de oscilaie a corzii vibrante a dinamometrelor se poate face att manual ct i automat. Prin intermediul unei bobine este pus n oscilaie coarda vibrant, dup care, este determinat frecvena proprie de oscilaie. Traductor de deformaii unitare (extensometru) Traductorul de deformaii unitare msoar deformaiile ce apar n structura unei construcii. Traductoarele de deformaii unitare pot fi nglobate n beton, montate la suprafaa construciei prin intermediul unor dispozitive de prindere sau n roc (pentru studierea deformaiilor rocii n fundaie). Dispunerea extensometrelor pentru msurarea deformaiilor unitare se poate face n urmtoarele moduri: dispunere pe dou direcii perpendiculare, dispunere dup laturile sau bisectoarele unui triunghi dreptunghic sau echilateral, dispunerea a trei extensometre dup laturile unui triunghi echilateral i al patrulea orientat diferit pentru a asigura controlul sau nlocuirea unui traductor defect. n cadrul msurrii deformaiilor, n apropierea traductoarelor montate pentru msurarea deformaiilor este montat un traductor martor utilizat pentru corecia msurtorilor. El se monteaz n poziie vertical i se nglobeaz ntr-un bloc de beton de aceeai marc i calitate cu cel din construcia n care sunt montate traductoarele propriuzise. Traductorul de deformaii unitare construit pe principiul corzii vibrante este constituit din dou bobine i dintr-o coard de oel inox fixat n interiorul unui tub din alam, tensionat mecanic ntre dou flane din oel mobile, situate la capetele tubului. Sub aciunea deformaiilor axiale ale betonului se modific tensiunea mecanic a corzii i o dat cu aceasta se modific i frecvena ei proprie de oscilaie. Domeniul de msur este de 3000m/m cu o sensibilitate de 10m/m. Frecvena iniial este n jur de 750Hz (100 Hz). Rezistena bobinelor este de 90 i este utilizat la corecia valorilor calculate cu temperatura. Traductorul de deformaii unitare este etalonat din fabricaie i este livrat cu un certificat de etalonare propriu.Traductor de presiune total Traductorul de presiune total servete pentru msurarea presiunilor totale n masa de beton, la contactul beton-fundaie sau umpluturi-fundaie. Principiile folosite la fabricarea traductoarelor de presiune totala: variaia frecvenei unei corzi vibrante variaia rezistenei unui fir din oel Traductorul de presiune total construit pe principiul corzii vibrante este constituit dintr-o serie de elemente elastice, fixate vertical ntre dou discuri din oel masiv, o coard din oel inox, tensionat mecanic, fixat ntre aceste discuri i doi electromagnei. Elementele elastice preiau variaiile de presiune exterioar, ceea ce provoac schimbarea tensiunii mecanice a corzii i deci a frecvenei ei proprii de oscilaie. Traductorul de presiune total este etalonat din fabricaie i este livrat cu un certificat de etalonare. Domeniu de msur de la 0 10 bar la 0 100 bar. Traductor de presiune interstiial Traductoarele de presiune interstiial servesc pentru msurarea presiunii apei din nucleul de argil i a nivelului apei din foraje. El este constituit dintr-o coard din oel inox fixat la un capt de o diafragm elastic sub form de arc, dou bobine i un element filtrant (ceramic sau bronz) poziionat n dreptul membranei, ce permite ptrunderea apei (sub presiune) din exterior n interiorul traductorului. ntreg ansamblul este protejat contra umezelii i influenei altor presiuni exterioare de o carcas metalic inoxidabil. Sub aciunea deformaiilor axiale provocate de deplasarea diafragmei datorit presiunii apei din materialul n care este montat traductorul, tensiunea mecanic a corzii se schimb, ceea ce duce la schimbarea frecvenei proprii de oscilaie. Traductorul de presiune interstiial este nglobat n construcie. Domeniul su de msur este ntre 0 i 20 bar. Rezistena bobinelor este 90 O i poate servi la corecia cu temperatura a valorii de presiune calculate. Traductorul de presiune interstiial este etalonat din fabricaie i este livrat cu un certificat de etalonare propriu (conine i constanta de transformare frecven presiune proprie traductorului respectiv). Consideraiile privitoare la msurarea traductoarelor cu coard vibrant sunt valabile i pentru acest tip de traductor.Masurarea traductoarelor cu coarda vibranta Din punct de vedere electric, toate traductoarele din aceast familie au schema simplificat ca in figura de mai jos. Capetele ntreinere respectiv Ascultare ale celor dou bobine sunt legate la blocurile de excitaie i respectiv ascultare iar capetele lor RI (retur ntreinere) iRA retur ascultare) sunt legate la un punct comun. ExcitaieAscultare ntreinere RI RAAscultare Comun Coard vibrant Relaia de calcul dintre frecven i deformare este:FLf=21 Undef - frecvena proprie de rezonan n Hz, L este lungimea firului, este masa firului pe unitatea de lungime,F tensiunea din fir.Masa firului poate fi exprimat astfel: g L GLmW W= = Unde:G greutatea lungimii LW de fir, iar - densitatea materialului din care este realizat coarda, A aria seciunii corziinlocuind n formula frecvenei de rezonan se obine AFLfW= 21Tensiunea din fir poate fi exprimat n funcie de modulul de elasticitate al firului E (modulul lui Young), i de deformarea firului W:A E FW = cc ELfWW=21WWLf c2101142=22 1210 75 . 97W WL f =cDac senzorul este ataat de o structur atunci deformarea corzii senzorului va fi dependent de deformarea structurii, n cazul acesta putem scrie:W W gL L = c cunde i Lg reprezint deformarea structurii respective, Lw lungimea deformrii.nlocuind pe W n ultima relaie putem exprima deformarea structurii cu relaia:32 1210 75 . 97gWWLLf =cSchema bloc de masura CV Bloc de comand Oscilator Amplificare a oscilaiei Amplificare FTB Bloc de conversie i afiare Afiare Domenii CV Dupa Soil Instruments 0,45 1,125 kHz 0,8 2,0 kHz 1,4 3,5 kHz 2,3 6 kHz Regimuri de masura Regim oscilator Sunt folosite ambele bobine ale traductorului, ntr-o schem de oscilator cu reacie. Cuplajul ntre bobine nu este direct, ci se realizeaz prin micarea mecanic a corzii vibrante. Aceasta are un rol de filtru ultra selectiv, care foreaz ntregul oscilator s funcioneze la frecvena de rezonan mecanic. Bobinele sunt numite dup rolul lor n acest regim: ntreinere = injecia de energie n coard, respectiv Ascultare = mrimea de reacie. Bobinele sunt identice, ele i i pot inversa rolurile, cu condiia respectrii polaritii (nceput / sfrit bobin). Dup atingerea regimului staionar, un frecvenmetru msoar frecvena oscilatorului prin metoda direct: numrul de oscilaii ntr-o secund (pentru rezoluie de 1Hz) sau 10 secunde (pentru rezoluie de 0,1Hz). Puls 200V n cazul n care una dintre bobine este defect, regimul oscilator nu mai poate funciona. De asemenea, exist senzori moderni care sunt prevzui din construcie cu o singur bobin. Regimul puls permite msurarea chiar n aceste condiii: n perioada de Excitaie, n bobina valid se injecteaz energie (un puls de tensiune de aproximativ 200V). Cmpul magnetic rezultat induce o micare oscilant amortizat n coarda vibrant. Se trece apoi n perioada de Ascultare, aceeai bobin este conectat la amplificatorul de msur. Semnalul indus de coarda vibrant este amplificat i msurat n frecven. Rezoluia de msur 0,1Hz nu este posibil n cazul msurrii directe, ntruct oscilaia mecanic se amortizeaz rapid. Metoda permite recuperarea senzorilor parial defeci, dar este agresiv.Aplicatie aparat manual pentru masurare coarda vibranta testarea continuitii bobinei, excitarea bobinei traductorilor cu coard vibrant, decelarea frecvenei naturale de oscilaie a corzii, n caz de instabilitate a frecvenei pe durata citirii, realizeaz supraexcitarea bobinei. Dac nici dup aceast operaie nu se obine o valoare stabil, se face o nou determinare indirect a frecvenei lund n calcul durata a 16 perioade ale semnalului de msur, afiarea valorii msurate pe 3 (5) cifre, reprezentnd frecvena msurat n Hz. Durata de afiare este de 3 secunde dup care se reia procesul de msur, afiarea mesajelor de eroare n caz de: Bobin ntrerupt (lips oscilaie), Msurtoare instabil.Scema boc a aparatului de masura Bloc de afiare Unitate central C Bloc de excitaie Bloc amplificator de intrare Senzor Bloc de alimentare Caracteristici tehnice: Principalele caracteristici tehnice ale aparatului manual pentru masurare coarda vibrant sunt urmtoarele: domeniu de msur frecven coard vibrant: 450...1100Hz (15003000Hz) precizia de msur 1Hz alimentare de la o baterie de 9V sau la o surs de 12V.Metode de masura Msurare Msurarea frecvenei de rezonan a corzii vibrante se face n perioada de Ascultare. Msurarea direct Se numr pulsurile pe durata unei secunde. Dac n timpul msurrii frecvena de rezonan a corzii se modific (frecven instabil sau amortizare rapid) se reia automat ciclul de msur excitnd cu energie dubl coarda vibrant. Dac nici aceast msurtoare nu se poate face se trece la msurarea frecvenei corzii prin metoda reciproc. Msurarea reciproc Se msoar perioada semnalului de rspuns i se calculeaz frecvena. Se mediaz mai multe msurtori, pentru un rezultat stabil. Metoda permite recuperarea unor senzori cu performane slabe (amortizare rapid), dar este mai puin precis dect msurarea direct.SENZORI DE FORTA, CUPLU SI PRESIUNE Consideratii teoretice Unitatea de masura in SI pentru forta deriva din legea a doua a lui Newton [N]. Pentru masurarea fortei se pot folosi diverse metode: Balansarea forti necunoscute in comparatie cu forta gravitationala care actioneaza asupra unei mase standard Masurarea acceleratiei unei mase cunoscute asupra careia actioneaza forta necunoscuta Balansarea fortei necunoscute in comparatie cu o forta electromagnetica cunoscuta Convertirea fortei in presiune si masurarea presiunii Masurarea efortului produs intr-o membrana elastica de forta necunoscuta Senzorii de forta se impart in doua categorii:calitativi si cantitativi. Senzorii cantitativi masoara fota si genereaza un semnal electric. Exemple de senzori: timbrele tensiometrice si celule de sarcina. Senzorii calitativi spun daca forta aplicata este suficienta sau nu. Traductoare piezorezistive pentru for i presiune Traductoarele de acest tip au la baz modificarea rezistenei electrice a unui fir metalic cu deformarea acestuia. Constructiv un traductor piezorezistiv este format dintr-un fir metalic, bobinat n lungul unui suport izolator. Supus unui deformaii n direcia de bobinare, dimensiunile firului se modific, ceea ce determin modificarea rezistenei sale electrice. Raportul dintre variaia rezistenei electrice i rezistena propriu-zis este proporional cu alungirea bobinei. e SRRe =Aunde Se este sensibilitatea iar e este alungirea. Pentru foarte multe metale sensibilitatea este n jur de 2. Pentru platin sensibilitatea este n jur de 6 iar pentru semiconductoare n jur de 100. n figura este prezentat principiul constructiv pentru traductoarele bazate pe principiul piezorezistiv. Traductoarele realizate pe acest principiu au n general dou bobine de msur, astfel nct, sub aciunea mrimii de intrare rezistena unei bobine scade iar a celeilalte crete. Practic raportul rezistenelor celor dou bobine este dependent de mrimea de intrare. Principiu constructiv pentru un traductor piezorezistiv. Traductorul de deformaii unitare piezorezistiv Este constituit din dou bare metalice, legate la capetele interioare prin cele dou bobine de msur iar la capetele exterioare de dispozitive de prindere la flane. ntregul sistem este protejat printr-un tub din alam, sudat la cele dou capete i ondulat pe o poriune pentru a se realiza elasticitatea pe direcia axial. Sub aciunea deformaiilor axiale ale betonului rezistena unei bobine crete iar a celeilalte scade. Compensarea cu temperatura a acestui tip de traductor se face prin msurarea rezistenelor celor dou bobine. Practic suma lor este dependent de temperatur i independent de mrimea de intrare. Traductorul de presiune total piezorezistiv Este constituit din dou plci circulare care nchid ntre ele un spaiu de 0,1 mm grosime umplut cu mercur i un tub perpendicular pe acestea. n interiorul tubului se gsesc dou bare metalice ntre care sunt fixate cele dou bobine de msur. Un capt al barei inferioare este nurubat ntr-o membran situat deasupra stratului de mercur, iar captul liber al barei superioare se reazem pe un dispozitiv situat superior n tubul traductorului. Presiunea exercitat asupra plcilor circulare, prin stratul de mercur, acioneaz asupra membranei elastice de care este prins bara metalic ce se deplaseaz proporional cu presiunea mercurului, deplasare sesizat electric prin modificarea rezistenei celor dou bobine. Senzori piezoelectrici de forta Se bazeaza pe modificarea dimensiunii unui cuart folosit ca element de rezonanta intr-un oscilator electronic. Ecuatia care descrie frecventele naturale de oscilatie ale unui oscilator piezoelectric este urmatoarea: clnfn2=Unde: n este numarul armonic, l dimensiunea de rezonanta, c constanta elastica si densitatea cristalului. Senzori de forta Presiunea este data de ecuatia P=F/A 1 Pa = 1 N/m2 Unitati pentru masurarea presiunii: tabel preluat dupa [1] kPascalmm Hg-torr milibarInch H2OPSI[pound / inch2] 1 atm101,3257601013,25406,79514,696 1kPa17,50062104,014750,145038 1 mmHg0,13332211,333220,5352570,0193368 1milibar0,10,75006210,4014750,0145038 1 inch H2O0,2490811,868262,4908110,0361 1PSI6,8947351,714868,947327,68071 1cm H2O0,098060,73550,98060,39370,014223 Senzori de presiune cu mercur p VRRV VoutA =A= |Senzori de presiune piezorezistivi Exemple de senzori de forta si presiune Senzori de presiune: PT Series, PTi18, SPD xxx Celule de forta: RLC Series (250-15000kg), RLS (5-100kg), RLT (5-2500 kg), RLU (250-10000kg), RLW (10-1500kg) Motorola MPX Corning DS200 Senzori de forta, presiune si cuplu Tip de senzoriNr. de senzoriProducatori Senzori de presiune12597710 Chipuri - senzori de presiune55623 Comutatoare presiune3466478 Senzori tactili3710 Marci tensometrice4799744 Forta si celule de sarcina4666356 Celule de sarcina4095228 Forta si cuplu350224 Rezultatele cautarii pe web dupa senzori de presiuneMasurare in punte cu amplificator diferential R(1-x)R(1+x)R2R1R(1+x)U4TLE2425123INCOMOUTR4Vcc-+TLC450132184VccR3VccR(1-x)Uout pentru R4/R2=R3/R1 ( ) VRRV V Vout 5 , 2132 1 +|.|

\| =Masurare in punte cu amplificator de instrumentatie -+TLC4502321R1R1 R(1-x)R(1+x)Uout-+TLC4502321R3R2R3VccR3 R3-+TLC4502321U4TLE2425123INCOMOUTR(1-x)R3 apox 10kRi aprox 1000 GohmiVccR(1+x)( ) VRRV V Vout 5 , 221 21 2 1 +|.|

\|+ =Masurare in punte VinV1RRV2RR(1+x)UinxxVout + =2141V1VinR R(1+x)R R(1+x)V2UinxxVout + =2121R RR(1-x)VinV2R(1+x)V1UinxxVout |.|

\|+ =22121Principiu de masurare in punte R(1+x)R(1-x)VinR(1-x)V1R(1+x)V2Uin x Uout =RRR(1-x)V2VinR(1+x)V1Uin x Vout =21AO configuratii de intrare IN+VCCVcc Vicr+/-15V-15V ... 13,55V 0V ... 3,5VLM124/324, LM2904AO bipolareIN-GND-ValimVin(max)+ValimVin(min)Domeniu de intrareCONDITIONAREA SENZORILOR IN+Vsd=1VTL071, TLE2071Vcc Vicr+/-15V -11,5V ... 15V+/-5V -1,9V ... 5V(Vcc-)+1,5VAO BiFETVbeVCCIN-VCCVbeIN-TLC2252/62/72, TLV2252/62VCCVcc Vicr+/-5V -,5V ... 4V+3V 0V ... 4VAO BiFETVCCIN+AO configuratii de iesire Vcc-Iesire Repetor pe EmitorOUTVCCVCCVcc-OUTCrossoverAO - I/O rail to rail IN+VCCRail-to-Rail INPUTIN-GNDVcc-OUTVCCIesire Rail-to RailOUTIesire Rail-to RailVCCVcc-Alimentare cu una sau doua tensiuni VDD/2R1VDD+VDD/2-+ 574116R2VDD/2UoutUinUout-+ 574116R2 R1VEE-UinVDD+TLE 2425 ref 2,5V20mATLE 2426 Vcc/220mA Scheme AO