Download - Traductoare

Transcript

Cuprins

Argument

Capitolul 1. Traductoare

Prezentarea Traductoarelor

Generalităţi

Performanţe

Clasificare

Capitolul 2. Traductoare de nivel

Nivelmetre bazate pe proprietăţile electrice de material

Nivelmetre bazate pe foţa arhimedică

Nivelmetre cu radiaţii

Capitolul 3. Instrucţiuni specifice de securitatea

şi sănătatea muncii

Bibliografie

Argument

Procesele tehnologice rapide sunt caracterizate prin viteze

mari de variaţie a mărimilor reglate. Ele se întâlnesc în

domeniul acţionărilor electrice şi echipamentelor

electroenergetice. Acţionările electrice realizează comanda

şi reglarea motoarelor electrice de toate tipurile. Rolul

echipamentelor electroenergetice este de a furniza sau

transforma energia electrică, în această categorie intrând

generatoarele de energie electrică, redresoarele,

invertoarele, convertoarele de frecvenţă, traductoarele.

1. Traductoare

Prezentarea traductoarelor: generalităţi, performanţe, clasificare

În scopul măsurării mărimilor fizice care intervin într-un

proces tehnologic, este necesară, de obicei, convertirea acestora în

mărimi de altă natură fizică pentru a fi introduse cu uşurinţă într-un circuit

de automatizare.

Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor

automate care au rolul de a măsura valorile parametrului reglat şi de a

converti acest parametru (de obicei o mărime fizică neelectrică) într-o

mărime fizică (de obicei electrică) dependentă de prima, compatibilă cu

mărimea de intrare în elementul următor al sistemului.

Traductoarele sunt cunoscute şi sub denumirea de

elemente de măsură, destinate măsurării mărimilor conduse şi a unor

mărimi semnificative, pe baza cărora se pune în evidenţă echilibrul

proceselor

Prin intermediul traductoarelor putem obţine informaţiile

necesare conducerii automate a proceselor în circuit închis

Traductoarele sunt montate de regulă pe bucla de

reacţie.

În structura traductoarelor există, în general, o serie de

subelemente constructive ca, de exemplu: convertoare, elemente

sensibile, adaptoare etc.

Structura generală a traductoarelor este foarte diferită, de la

un tip de traductor la altul, cuprinzând unul, două sau mai multe

convertoare conectate în serie. În majoritatea cazurilor, structura generală

a unui traductor este cea din figura următoare:

Elementsensibil

AdaptorX

iX

oX

e

Traductor

Elementul sensibil numit şi detector, efectuează operaţia

de măsurare propriu-zisă, luând contact cu mediul al cărui parametru se

măsoară; este specific fiecărui parametru măsurat;

Adaptorul numit şi transmiter asigură transformarea

(adaptarea) semnalului măsurat într-un alt semnal, în general electric sau

pneumatic, unificat, semnal ce se pretează pentru transmiterea la

distanţă.

Mărimea de intrare Xi (de exemplu: presiune, nivel, forţă

etc.) este convertită de către elementul sensibil într-o mărime intermediară

X0 (deplasare liniară sau rotire), care este transformată în mărimea de

ieşire Xe (tensiune electrică, rezistenţă electrică, inductanţă, capacitate

etc.), aplicată circuitului de automatizare cu ajutorul adaptorului.

De obicei, adaptorul cuprinde şi sursa de energie care face

posibilă convertirea mărimii Xo în mărimea Xe.

Mărimea de ieşire a traductoarelor :

• pentru sistemul electronic unificat E, este un semnal electric

în gama 2-10 mA

• pentru sistemul electronic nou de automatizare (S.N.A.)

(sistemul electronic unificat F) este un semnal electric în gama 4-20

mA

• pentru sistemul unificat pneumatic folosesc ca semnal

unificat presiunea de 0.2-1daN/cm2.

Caracteristicile generale ale traductoarelor

La un traductor, mărimea de intrare Xi şi cea de

ieşire Xe sunt de natură fizică diferită, însă sunt legate între ele

printr-o relaţie generală de dependenţă de forma:

Xe = f(Xi)

Relaţia de dependenţă poate fi o funcţie liniară sau

neliniară, cu variaţii continue sau discontinue.

Performanţele traductoarelor pot fi apreciate pe baza

următoarelor caracteristici:

natura fizică a mărimilor şi de ieşire de intrare

(presiune, debit, tempe-ratură, deplasare etc., respectiv

rezistenţă electrică, curent, tensiune etc.);

puterea consumată la intrare şi cea transmisă

elementului următor (de sarcină); de obicei, puterea de

intrare este relativ mică (câţiva waţi, miliwaţi sau chiar mai

puţin), astfel încât elementul următor în schema de

automatizare este aproape totdeauna un amplificator;

caracteristica statică a traductorului - este

reprezentarea grafică a relaţiei generale de dependenţă

dintre mărimea obţinută la ieşirea traductorului şi mărimea

aplicată la intrarea sa; este prezentată în figura de mai jos:

liniaritatea - se referă la aspectul caracteristicii

statice a elementelor şi, această caracteristică nu trebuie să

prezinte curburi şi histerezis pe tot domeniul de variaţie al

mărimilor de intrare şi ieşire.

sensibilitatea absolută sau panta Ka - este

raportul dintre variaţia mărimii de ieşire şi a mărimii de

intrare:

%i

ea X

XK

∆∆=

sensibilitatea - reprezintă limita raportului dintre

variaţia infinit mică a mărimii de ieşire şi cea de intrare, când

ultima tinde spre zero, adică:

i

e

X X

Xi ∆

∆→∆ 0

lim

Xe min

Xe max

α

Xe

Xi min

Xi max

X i

2. Traductoare de nivel

Măsurarea nivelului în recipienţi este foarte importantă pentru multe procese

tehnologice şi pentru evaluarea stocurilor existente.

• În procesul de măsurare a nivelului pot apărea o serie de probleme

specifice ca, de exemplu: vase speciale sub presiune sau la temperaturi

înalte, prezenţa spumei la suprafaţa exterioară sau a turbulenţelor,

corozivitatea substanţelor folosite etc. Aceste probleme se rezolvă prin

soluţii constructive adecvate.

• Metodele de măsurare a nivelului au la bază măsurarea altor

mărimi şi pot fi:

• continue când se urmăreşte în permanenţă măsurarea

nivelului prin intermediul lungimii coloanei de substanţă

• discontinue când se urmăreşte măsurarea nivelului între

anumite limite, de obicei minime şi maxime.

• directe, caz în care se măsoară lungimea (înălţimea)

efectivă a coloanei de substanţă

• indirecte dacă nivelul se determină cu ajutorul unor mărimi

intermediaare (presiune, masă, parametri ai circuitelor electrice,

atenuarea unei radiaţii etc.).

• Cele mai simple nivelmetre utilizate sunt:

• nivelmetre cu sticle cilindrice sau prismatice ce se

montează pe conductă în paralel cu rezervorul (recipientul) al cărui

nivel se măsoară

• nivelmetre cu plutitor magnetic.

Nivelmetre bazate pe proprietăţile electrice de material

• Luând în considerare faptul că

materialele al căror nivel se măsoară pot să fie dielectrice sau

conductoare, rezultă că metodele de măsurare a nivelului

diferă.

• Pentru materialele dielectrice se

folosesc în mod uzual traductoare de nivel capacitive,

prezentate în schema principială din figura de mai jos.

• Pentru cazul materialelor conductoare, cu o

conductibilitate σ > 10-2 S/m, se pot folosi nivelmetre rezistive,

principiul funcţional al acestora fiind prezentat în figura de mai

jos.

• Astfel, în vasul – 1 ce conţine lichidul – 2, se plasează

rezistorul R .

1

2

R

C1234 C C h y

4

h

13

2x

Nivelmetre bazate pe foţa arhimedică

•Funcţionarea acestor traductoare fiind bazată pe forţa

arhimedică, pot fi utilizate numai pentru lichide;

•Se construiesc în variantele :

Traductoare cu plutitor

Traductoare cu imersor

Traductorul de nivel cu plutitor

Schemă de principiu, construcţie şi funcţionare:

• La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesară cunoaşterea

densităţii lichidului.

• Acest tip de traductor poate fi utilizat şi la măsurarea nivelului unor

pulberi sau granule, urmărindu-se tensiunea din firul de suspendare şi prin

dispozitive speciale, mentinând constantă această tensiune.

G

x

tambur: poziţia sa relativă dă

indicaţii despre nivelul lichidului contragreutate:

echilibrează mişcarea plutitorului

plutitor: se află permanent pe suprafaţa

lichidului

• În cazul substanţelor sub formă de pulbere sau granule,

determinarea nivelului are drept scop determinarea masei de substanţă:

pentru aceasta se recurge la cântărirea recipientului cu tot conţinutul său.

Masa de substanţă este egală cu diferenţa dintre masa măsurată şi masa

recipientului.

Traductorul de nivel cu imersor

Schemă de principiu, construcţie şi funcţionare:

• Funcţionează strict pe baza forţei arhimedice

• Pentru traductorul cu imersor, este necesar să se ştie

valoarea densităţii lichidului.

• La echilibru se poate

scrie:

• Se poate adapta foarte uşor la un traductor de tipul

balanţă de forţe, metoda fiind aplicabilă dacă se cunoaşte

densitatea lichidului, principalele erori fiind date de dependenţa

de temperatură a densităţii, aceste erori putând fi compensate.

resort: forţa sa elastică şi forţa arhimedică

sunt echilibrate de greutatea imersorului

imersor: parţial introdus în lichid şi suspendat de resort, îşi modifică poziţia în funcţie de

nivelul lichidului

G

x

Fa

Fe

GFF ae =+

Nivelmetre cu radiaţii

• Metodele de măsurare a nivelului cu ajutorul radiaţiilor

sunt foarte avantajoase pe motivul că nu există un contact între

material şi dispozitivul de măsurare.

• Aceste metode se pot folosi la măsurarea nivelului în

buncărele de alimentare din metalurgie, în condiţii speciale ca:

recipiente sub presiune la temperaturi ridicate, medii deosebit

de corozive sau toxice, medii inflamabile etc.

• În funcţie de natura radiaţiilor, nivelmetrele pot fi :

• cu ultrasunete,

• cu microunde

• cu radiaţii nucleare.

Traductoare de nivel cu ultrasunete

• Sunt realizate în variantele :

• cu undă continuă (dacă traductorul cu

ultrasunete funţionează continuu)

• în impuls.

• Ambele variante pot folosi :

• metoda prin transmisie, când în mod

obligatoriu se folosesc două traductoare,

• metoda prin reflexie, caz în care acelaşi

traductor îndeplineşte atât rolul de emiţător cât şi de

receptor.

• In practică, deoarece determinarea nivelului se face cu

ajutorul vitezei de propagare a ultrasunetelor ce depinde de

temperatură, e necesar să se prevadă circuite de corecţie a

acesteia în funcţie de temperatură cu ajutorul unor convertoare

tensiune – frecvenţă.

• Domeniul de măsurare al acestor traductoare este între

10 – 30 m, la frecvenţe de lucru între 20 – 40 mHz, cu erori de

măsurare sub 1%.

Traductoare de nivel cu microunde

• Funcţionează pe principiul reflexiei microundelor de

către materialele conductoare şi atenuării acestora de către

materialele dielectrice.

• În cazul materialelor conductoare, emiţătorul de

microunde E va transmite cu ajutorul antenei de emisie AE un

fascicul de microunde spre lichidul conductor din recipient.

receptor de microunde

lichid conductor (reflectă microundele) sau dielectric

(atenuează microundele)x

REAE - antenă de emisie

emiţător de microunde

AR - antenă de recepţie

AP SMP

DP A R E OAer

Lichid

• Prin reflexie, acesta este captat de antena de recepţie

AR şi transmis receptorului R, timpul de tranzit al impulsului

fiind o măsură a distanţei până la suprafaţa de separare, deci

timpul între emisia şi recepţia microundelor, respectiv

atenuarea acestora, reprezintă o măsură a distanţei până la

suprafaţa de separare între lichid şi aer.

• Ţinând cont că viteza de propagare este foarte mare

(viteza luminii), intervalul de timp măsurat este mic, ceea ce

face ca erorile de măsură să nu poată fi reduse sub 1 – 2%.

Nivelmetre cu radiaţii nucleare

• Funcţional, se bazează pe principiul de atenuare a

radiaţiilor nucleare de către pulberi sau lichide, utilizând de

obicei ca substanţe radioactive pe cele generatoare de radiaţii

γ ca: 60Co, cu perioada de înjumătăţire de 5,3 ani şi 137Ca, cu

perioada de înjumătăţire de 33 ani.

• Pe recipientul cu lichid se plasează traductorul

emiţător E şi traductorul receptor R, primul fiind comandat de

oscilatorul O şi transmiţând un fascicul de ultrasunete prin lichid

(cu atenuare mică) sau prin aer (cu atenuare mare).

• Semnalul recepţionat de R este amplificat prin A şi se

aplică detectorului de prag DP. Cu ajutorul unui amplificator de

putere AP şi servomotorului SM se dă comandă de deplasare

simultană a celor două traductoare în aşa fel încât acestea să

rămână în zona de separare aer – lichid.

• Cu precizarea că metoda este avantajoasă în cazul

unor recipiente cu acces numai din exterior, dificultăţile

constructive fiind legate de realizarea părţii mecanice, trebuie

reţinut că ultrasunetele se pot folosi numai în cazul lichidelor,

iar radiaţiile nucleare se pot utiliza pentru orice fel de substanţe,

în acest caz receptorul fiind un contor de radiaţii, emiţătorul fiind

sursa radioactivă.