SENZORI I TRADUCTOARE note de curs 2- Eugenie Posdrscu

1

CARACTERISTICI GENERALE ALE TRADUCTOARELOR

Studiul traductoarelor prin prisma sistemelor automate impune un studiu alcomportamentelor acestora att n regim static ct i n regim dinamic. Analiza unor traductoare este complet n condiiile n care se ine cont i de caracteristicile constructive, de exploatare, de consum energetic, de fiabilitate precum i de cele economice.

Caracteristicile statice i indicatori de calitate dedui din caracteristicile statice

Regimul staionar n care se definesc caracteristicile statice presupune c att intrarea ct i ieirea traductorului sunt invariante n timp pe o durat de observaie precizat. n practic este puin probabil ca dinamica parametrilor de proces s fie nul pe un timp de observaie mare. Totui, pe intervale scurte de timp, se poate considera c att intrarea ct i ieirea sunt invariante n timp:

0

parametrut

Indicatorii de calitate se pun n eviden pe caracteristica static y = f(x) 0z care exprim

legtura dintre intrarea i ieirea traductorului n absena mrimii perturbatorii (z = 0). n realitate, asupra traductoarelor acioneaz pe lng mrimea util x i o serie de alte mrimi de influen cu caracter intern (1 , 2 , . , n ) sau extern ( 1 , 2 , , m), astfel c, n realitate, un traductor ar fi:

Selectivitatea

Indicatorul de selectivitate al unui traductor este acea proprietate de a prelua din mediu saudintr-un mediu cu mai muli parametri doar acel parametru de interes.

Prin dezvoltare n serie Taylor obinem:

ateneliniaritdeeroareautila

ateasensibilit

fxxfy ...1

1

Principiul selectivitii ji

ffxf

,

()

Traductor

1 2 n

1 2 m

x y = f(x, z)

Influene externe, zgomot

2Selectivitatea trebuie vzut ca o sensibilitate util - aceasta trebuie s fie mult mai mare dect sensibilitile mrimilor de influen.

Vom considera n continuare c influena perturbaiilor externe i interne fac parte din eroarea de neliniaritate a traductorului.

Domeniul de msur

Dac considerm doar zona liniar:

xxfy

atunci putem spune c avem:

minminmax

minmaxmin xxxx

yyyy

,

Unde:

Dx = minmax xx reprezint domeniul maxim de msurare de la intrare

Dy = minmax yy reprezint domeniul maxim oferit la ieire

Pentru xminxmax traductorul asigur o funcionare normal. (xmax - xmin) (ymax - ymin)

Liniaritatea

Dependena liniar dintre intrare i ieire ce asigur proporionalitatea dintre semnalul de intrare i semnalul de ieire este stabilit de adaptor.

Dx - domeniuy - abaterea absolut a caracteristicii reale (neliniare) de la caracteristica ideal (liniar)

y = yreal - yideal

ymax

ymin

xmin xmax

A

B

x

y

y1 y2

caracteristica liniar aproximativ

caracteristica real

Dx

ymax

ymin

xmin xmax

SENZORI I TRADUCTOARE note de curs 2- Eugenie Posdrscu

3

Eroarea de neliniaritate:

100minmax

max

yyy

nl

unde yyxDx

maxmax

Se consider c un traductor are o caracteristic liniar dac:

adnl ( eroare admisibil)

Panta m, care definete sensibilitatea unei caracteristici liniare:

minmax

minmax

xxyytgm

n realitate, pe domenii mai mari de variaie a intrrii traductorului, avem o caracteristic static neliniar, aproximaia acesteia prin una liniar fcndu-se prin intermediul erorii de neliniaritate. Ecuaia care descrie dependena liniar a ieirii de marimea de la intrare devine:

minmin xxmyy

Sau nxmy , cu minmin yxmn

Liniarizarea unei caracteristici reale se face prin intermediul adaptorului. Caracteristicareal poate fi aproximat printr-un segment AB care nu e obligatoriu s se nchid la capete. Riscul este ca eroarea s depeasc uneori valoarea admisibil i s nu mai fie posibil liniarizarea. n acest caz apelm la soluii astfel nct capetele s coincid.

Sensibilitatea

dxdy

dxdfS ,

Acest raport se numete sensibilitate. Sensibilitatea unui traductor se dorete a fi mare.

n termeni absolui: 0

0

xxyy

xyS

, unde S este sensibilitatea absolut iar x0, y0 - puncte

unde se face msurarea

S = m dac traductorul este liniar

ymax

ymin

xmin xmax

A

B

x

y

4Sensibilitatea relativ (adimensional):

xx

yy

S r

Sensibilitatea unui ansamblu de traductoare

1) Dac avem dou blocuri n serie:

xuS

1 , u

yS

2

uy

xu

xySs

, deci 21 SSSs

2) Dac avem dou blocuri n paralel:

y = y1 + y2 = S1x + S2x

Sp = S1 + S2

3) Dac avem un bloc cu reacie:

221

1 11 SSS

SSr

Clasa de precizie

Eroarea admisibil de baz dat sub form normat (raportat la domeniu) o definim ca o clas de precizie:

[%]100minmax

xxx

c adm

Clase de precizie uzuale: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2

S1 S2x u y

S1

S1

y1

y2

yx

S1

S2

+

y=y

yx

-

SENZORI I TRADUCTOARE note de curs 2- Eugenie Posdrscu

5

Din relaia pentru clasa de precizie putem extrage eroarea admisibil de baz:

)(100 minmax

xxcxadm

Aceast eroare admisibil de baz este ntlnit pentru mrimi din mediu pentru care se face msurarea: temperatur, presiune, umiditate.

Mrimi de mediu date sub form de valori de referin sau intervale de referin n jurul unei valori de referin.

n afar de eroarea admisibil de baz apare i o component suplimentar numit eroare admisibil suplimentar datorat variaiei parametrului de mediu n afara intervalului de referin.

admbadmsadmbadmtadmxpxpxxx [%])1(

Eroarea admisibil suplimentar este exprimat de regul n procente. Procentul p este stabilit de regul de constructor, rezultnd fie n urma unor experimente efectuate n laboratoarele proprii, fie n urma unor atestri realizate n laboratoare independente.

Rezoluia

Rezoluia reprezint variaia minim produs la intrare pentru a obine un salt elementar la ieire. Este o proprietate specific traductoarelor cu ieire discontinu sau cvasicontinu.

La traductoarele numerice rezoluia se exprim prin numrul de bii ai conversiei care se reflect n treapta elementar.:

12minmax

n

xxx

Pragul de sensibilitate

Pragul de sensibilitate reprezint variaia minim a intrrii care produce o deviaie cert la ieire. Este o caracteristic foarte important n stabilirea clasei de precizie maxim posibile deoarece semnalul de la ieire, pe lng componenta continu, este caracterizat i de zgomote aferente.

Concluzie

Sensibilitatea este vzut ca o caracteristic de transfer a traductorului. Rezoluia este vzut ca o caracteristic de intrare. Pragul de sensibilitate este vzut ca o caracteristic de ieire.

6Repetabilitatea

Este abilitatea unui traductor de areproduce aceeai caracteristic de ieire ntr-un experiment la care metodele de msurare nu se modific, iar sensul de parcurgere a caracteristicii este acelai.

Experimentul se repet de un numr prestabilit de ori i se noteaz valorile n punctele caracteristice.

100)(

max

xxr it

itx)( - abaterea maxim

Reproductibilitatea

Reprezint caracteristica unui traductor de a da aceleai valori n condiii spaio-temporale diferite de cele experimentale.

y

x

(x)it