2. Sisteme de reglare automat (SRA) web/05_Cap02-95.pdf · Sisteme de reglare automată (SRA) 2.1 Structura SRA Sistemul de reglare automată este acel ... elementului de execuţie

AUT-01-CD1-KIE

10

2. Sisteme de reglare automată (SRA)

2.1 Structura SRA

Sistemul de reglare automată este acel sistem automat în care controlul şi modificarea mărimii de ieşire sunt realizate în buclă închisă astfel încît în regim staţionar: 0=−=∆ pr yyy

2.01

Pentru realizarea acestui deziderat, un sistem de reglare automată are structura din figura 2.01. EP - element de prescriere (poate fi con-siderat exterior SRA)

EC - element de comparaţie R - regulator automat E - element de execuţie M - element de măsurare (traductor) Această structură este una minimală, SRA

mai putând conţine elemente de calcul, adap-toare, elemente de prescriere, etc.)

Funcţionarea SRA este următoarea: Elementul de comparaţie EC, avînd la in-

trări mărimea de conducere w şi cea de reacţie xr calculează diferenţa:

rwa −= 2.02

numită mărime de acţionare (eroare, abatere). Aceasta se aplică regulatorului automat (con-

ProcesR EEP

MSRA

w ua

r

m y

fig.2.01

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com

AUT-01-CD1-KIE

11

stituit de regulă din circuite de amplificare şi de corecţie) care la rîndu-i furnizează mă-rimea de comandă u ce se aplică elementului de execuţie E. Acesta din urmă furnizează mărimea de execuţie m care aplicată procesului deter-mină obţinerea dependenţei (valorii) dorite pentru y.

Asupra procesului automatizat acţionează şi diferite mărimi perturbatoare care în ab-senţa reacţiei ar determina abateri inadmisi-bile ale mărimii de ieşire.

În cadrul SRA pe traseul y – M – C – R - E trebuie să se realizeze o astfel de dependenţă:

)(mfy = 2.03

care să determine o relaţie:

)(wfy = 2.04 cu imunitate maximă la perturbaţii.

Elementul de măsurare M măsoară mărimea de ieşire a sistemului şi o transferă corespun-zător, astfel încât să aibe acelaşi ordin de mărime şi aceeaşi natură fizică cu mărimea de conducere w. El este în multe cazuri un tra-ductor.

Elementul de comparaţie C primeşte la intrări mărimea de conducere w şi mărimea de reacţie r şi furnizează la ieşire mărimea de acţionare (eroare, abatere) a dată de relaţia 2.02.

În cazul în care mărimea de ieşire y are aceeaşi natură fizică şi acelaşi ordin de mări-me cu cea primă care este prezentată mărimea de conducere, elementul de măsurare poate lipsi, mărimea de acţionare fiind:

ywa −= 2.05

Regulatorul automat este de regulă partea cea mai complexă a SRA. El amplifică şi prelu-crează semnalul de acţionare conform unei anu-



AUT-01-CD1-KIE

12

mite legi de reglare şi furnizează la ieşire o mărime de comandă u care prin acţiunea asupra elementului de execuţie tinde să realizeze si-tuaţia de regim staţionar:

wy = 2.06 când:

0=∆y 2.07

Elementul de execuţie furnizează mărimea

de execuţie, care va determina modificarea mă-rimii de ieşire a sistemului în sensul insta-lării regimului staţionar. Elementul de execu-ţie are o structură diversă ce rezultă din tipul şi natura mărimii de comandă şi a mărimii de ieşire ce trebuie reglată de SRA. Pentru exemplificarea structurii unui SRA, com-parativ cu unul de comandă automată, în figura 2.02 se prezintă schema de reglare a tempera-

turii fluidului la ieşirea unui schim-bător de căldură. Funcţionarea SRA este următoarea: Cu ajutorul traduc-torului de tempera-tură T/Tr se urmăreş-te continuu tempera-tura produsului. Pe baza acestei infor-maţii sistemul de re-glare automată (SRA)

reglează debitul agentului) de încălzire (abur) cu ajutorul ventilului reglabil V astfel încât temperatura produsului obţinut să fie constantă sau să respecte o lege de variaţie impusă.

2.2. Clasificarea SRA

A. După modul de prelucrare al semnalelor deosebim:

DRA TTr

Ac

M R P R

SRA

w

fig.2.02



AUT-01-CD1-KIE

13

1. SRA continue - toate mărimile din structura sa sunt funcţii continue de timp.

2. SRA discontinue - una sau mai multe mărimi din structura sa sunt funcţii discon-tinue în timp. B. După numărul mărimilor de ieşire deosebim:

1. SRA cu o singură mărime de ieşire 2. SRA cu mai multe mărimi de ieşire

numite şi SRA multivariabile. C. După tipul dependenţei dintre mărimile de ieşire şi cele de intrare ale elementelor componente ale SRA deosebim:

1. SRA liniare în care toate dependenţele:

jije xx ,, = 2.08

ale elementelor componente sunt descrise de funcţii liniare.

2. SRA neliniare în care în una sau mai multe dependenţe ieşire-intrare sunt descrise de funcţii neliniare. D. După viteza de răspuns a procesului automatizat deosebim:

1. SRA pentru procese lente 2. SRA pentru procese rapide

E. După tipul elementelor componente sau/şi destinaţiei

1. SRA unificate - sunt acelea realizate cu elemente ce prelucrează sau/şi furnizează semnale unificate.

2. SRA specializate - sunt destinate auto-matizării unor procese particulare, iar elemen-tele lor nu prelucrează şi nu furnizează nea-părat semnale unificate. F. După numărul buclelor de reglare deosebim:

1. SRA cu o singură buclă de reglare, caracterizat prin prezenţa în structura sa a unui singur regulator automat.

2. SRA cu mai multe bucle de reglare. Acesta are în structură mai multe regulatoare automate. G. După legea de reglare deosebim:

1. SRA după abatere, care-şi compară va-



AUT-01-CD1-KIE

14

loarea curentă a mărimii de ieşire cu cea de referinţă reprezentată prin mărimea de condu-cere şi acţionează în sensul eliminării aba-terii (erorii) dintre ele

2. SRA după perturbaţie, care, suprave-ghind perturbaţiile ce acţionează asupra sistemului acţionează în sensul anulării efec-telor acestora, astfel încât starea curentă a sistemului să difere cât mai puţin de cea de referinţă

3. SRA după stare, care supraveghează starea (stările) procesului şi comandă regula-torul automat funcţie de relaţia existentă între aceasta şi mărimea de conducere. 4. SRA evoluate au devenit posibile dato-rită progreselor tehnicii de calcul şi electro-nicii. Ele necesită un volum mare de calcule, astfel în cât efectul neliniarităţilor să fie contracarat prin modificarea algoritmului de reglare în corelaţie cu starea (punctul de funcţionare) al procesului reglat. Structurile cu care se implementează aceste sisteme de reglare se numesc adaptive.

2.3. Elementele componente ale sistemelor automate

Conform schemei ce prezintă structura generală a unui sistem automat, componentele tipice ale acestuia sunt:

- elementul de măsură (traductorul)- M - elementul de comparare - C - regulatorul automat - R - elementul de execuţie - E

2.3.1. Elementul de măsură Elementul de măsură M este realizat în cele mai multe cazuri sub forma unui traductor. Acesta este elementul care măsoară o anumită variabilă a procesului (temperatură, presiune, debit, nivel, distanţă, vâscozitate, pH, etc.) şi furnizează la ieşire un semnal (de regulă unificat) proporţional cu valoarea acesteia.



AUT-01-CD1-KIE

15

Traductoarele sunt pla-sate pe calea de reacţie, măsoară mări-mea de ieşire, y, a SRA şi furnizează o mărime de reacţie, r proporţională cu aceasta, dar în majoritatea cazurilor de altă natură fizică.

Pentru realizarea funcţiei menţionate, traductorul are structura din figura 2.03. unde:

- ES - element sensibil - A - adaptorul - EL - elementul de legătură Elementul sensibil, cunoscut şi sub numele

de detector, captor, senzor, este elementul specific pentru sesizarea mărimii fizice (para-metrului) pe care traductorul o măsoară. El trebuie să fie astfel ales sau construit încît, în timp ce sesizează starea şi modificările supuse măsurării să elimine influenţele varia-ţiilor altor mărimi (variabile) ale procesului investigat.

Sub acţiunea mărimii de intrare u, se pro-duce o modificare a stării elementului sen-sibil. De regulă, oricare ar fi modificarea de stare a elementului sensibil semnalul furnizat nu este potrivit pentru utilizare directă, fiind necesară o prelucrare anterioară.

Adaptorul este acel bloc funcţional care adaptează informaţiile furnizate de elementul sensibil la cerinţele impuse de celelalte părţi componente ale dispozitivului de automatizare. El se caracterizează prin faptul circuitele sale de intrare sunt specifice elementului sensibil utilizat, iar circuitele de ieşire furnizează de regulă semnalele unificate de tensiune sau curent (uneori de presiune) adecvate utilizărilor ulterioare.

fig.2.03

ES A

SA

EL

T

u y



AUT-01-CD1-KIE

16

Vis-a-vis de cele de mai sus structura unui adaptor este complexă. Între circuitele de intrare şi cele de ieşire sunt interpuse cir-cuite de calcul, amplificare, atenuare, inte-grare. Adaptoarele furnizează la ieşire semnale analogice sau numerice, după cum interconexiu-nile se realizează cu circuite analogice sau circuite numerice.

În cazul adaptoarelor analogice, semnalul de ieşire este un semnal unificat de tensiune, de curent sau de presiune. Exemple:

a. semnale unificate de tensiune: 0 ÷ 10 Vcc 0 ÷ 20 Vcc -10 ÷ +10 Vcc

b. semnale unificate de curent: 2 ÷ 10 mA 4 ÷ 20 mA c. semnal unificat de presiune (aer)

20 ÷ 100 kN/m2 (0,02 ÷ 0,1 bari) Adaptorul furnizează la ieşire un semnal

proporţional cu mărimea (variabila) suprave-gheată, oricare ar fi caracteristica elemen-tului sensibil. Prin calibrare, intervalului de variaţie al mărimii măsurate i se asociază intervalul de variaţie al semnalului unificat. În cazul adaptoarelor numerice în structura lor este inclus un convertor analog numeric cu ajutorul căruia semnalul analogic este conver-tit, utilizându-se codul binar natural sau codul binar codificat zecimal.

În cazul în care adaptorul nu poate fi plasat în vecinătatea elementului sensibil din motive legate de specificul măsurării (tempe-raturi înalte, zone corozive, etc.) conexiunea între cele două părţi este realizată cu un element de legătură. Dacă semnalul furnizat de elementul sensibil nu este adecvat transmiteri directe la distanţă, elementul de legătură va include şi un conver-tor. În urma conversiei (transformării) reali-



AUT-01-CD1-KIE

17

zate de acesta, informaţia furnizată de ES de-vine transmisibilă până la adaptor. SA este sursa de alimentare cu energie a tra-ductorului şi poate fi considerată ca aparţi-nînd sau nu acestuia.

2.3.1.1 Caracteristicile traductoarelor

Aprecierea performanţelor unui traductor şi a gradului în care el corespunde unei anu-mite aplicaţii se realizează pe baza caracte-risticilor sale. Deosebim:

- caracteristici de regim staţionar, care furnizează informaţii asupra comportării tra-ductorului atunci când mărimea de intrare este constantă sau variază suficient de lent pentru ca mărimea de ieşire să poată urmări fidel această variaţie (să nu apară regimuri tranzi-torii).

- caracteristici de regim dinamic, care furnizează informaţii despre comportarea tra-ductorului la variaţii rapide ale mărimii de intrare (deci şi asupra regimurilor tranzi-torii).

A. Caracteristici de regim staţionar

A1. Caracteristica statică

Dacă se notează cu y mărimea de ieşire a traductorului şi cu u mărimea de intrare atunci funcţia:

)(ufy = 2.09 pentru variaţii lente ale mărimii de intrare, fig.2.04

uminumax u

ymin

ymax

y



AUT-01-CD1-KIE

18

prezentată sub formă analitică sau grafică, se numeşte caracteris-tică statică. Ea poate avea forme variate, una din sarcinile circuitelor de prelucrare din structura adaptorului fiind aceea de-ai asigura o cât mai bună liniaritate.

Un exemplu de caracteristică statică se prezintă în figura 2.04. Pe ea se disting punctele extreme:

umin şi umax, care delimitează domeniul de măsurare, şi

ymin şi ymax, care delimitează intervalul de variaţie al mărimii de ieşire.

A2. Erorile de neliniaritate şi histerezis Caracteristicile statice prezentate ante-

rior sunt caracteristici ipotetice idealizate. Raportată la întregul domeniu de măsurare caracteristica statică nu este perfect liniară. Acest neajuns al unui traductor se caracteri-

zeaza cantitativ prin abaterea de la liniaritate sau eroa-rea de neliniaritate. Fie caracteristica statica din figura 2.05.

Dacă domeniul pe care lucrează tra-ductorul este (umin, umax), atunci pentru

calculul abateri de la liniaritate se procedează astfel:

a) Se trasează o dreaptă AB care aproximează cel mai bine (cu abateri minime) caracteristica reală.

b) Se trasează două drepte paralele cu aceasta, A'B' şi A''B'' astfel încât în inter-

fig.2.05

y

u

ymax

ymin

umaxumin

,y∆

y∆,,

A,

,B

B,,

,,A



AUT-01-CD1-KIE

19

valul dintre ele să se încadreze la limită ca-racteristica reală.

c) Prin definiţie abaterea de la liniari-tate, ∆y este maximul dintre valorile ∆y`şi ∆y'', adică: ),max( yyy ′′∆′∆=∆ 2.10

Adesea se utilizează abaterea raportată, care este dată de relaţia:

0

0

minmax

100⋅−

∆=

yyy

rε 2.11

Eroarea de histerezis caracterizează func-

ţionarea diferită a traductorului pentru varia-ţii în sens diferit ale mărimii de intrare. Ca urmare a acestui fapt aceleiaşi valori a mări-mii de intrare îi vor corespunde două mărimi diferite ale mărimii de ieşire. Prin urmare histereza face ca între mărimea de intrare şi cea de ieşire să nu existe o legătură biuni-vocă.

Pentru univocitatea măsurării se impune ca ambele erori să se încadreze în limite prevă-zute de standarde metrologice. A3. Domeniul de măsurare

Se exprimă prin intervalul umin, umax în care traductorul efectuează corect măsurarea. El este de regulă astfel ales, încât să fie situat în zona liniară a caracteristicii.

Trebuie să precizăm câteva particularităţi şi anume:

a) umin poate fi egal cu zero sau diferit de zero

b) umax poate fi şi el egal cu zero sau diferit de zero

c) umin şi umax pot fi de aceeaşi polaritate sau de polarităţi diferite



AUT-01-CD1-KIE

20

d) ymin poate fi egal cu zero sau diferit de zero

e) în cazul traductoarelor cu semnal uni-ficat, aceluiaşi domeniu al mărimii de ieşire îi corespund diferite intervale umin÷umax ale mărimii de intrare. Exemplu: Traductoare de presiune:

a) umin = 1,2 MPa, umax = 12 Mpa; ymin = 4 mA , ymax = 20 mA

b) umin = 0,1 Mpa, umax = 1 Mpa ; ymin = 4 mA , ymax = 20 mA

A4. Sensibilitatea Conform relaţiei:

nn

vvydv

vydv

vydx

xydy ⋅

∂∂

++⋅∂∂

+⋅∂∂

+⋅∂∂

= ...22

11 2.12

variaţia semnalului la ieşirea traductorului este determinată de variaţia factorului util (u) şi a tuturor factorilor perturbatori (v1,… vn). Sensibilitatea unui traductor caracteri-zează componenta utilă şi dorită a acestei variaţii, adică:

uy

uyS

∆∆

=∂∂

= 2.13

În cazul unei caracteristici liniare sen-

sibilitatea este aceeaşi în întregul domeniu, adică:

minmax

minmax

uuyyS

−−

=, 2.14

în timp ce în cazul unei caracteristici neli-niare, sensibilitate se defineşte pentru o anumită valoare a mărimii măsurate:



AUT-01-CD1-KIE

21

000

uuuu uy

dudyS

== ∆∆

== 2.15

Uneori pentru caracterizarea traductorului

se utilizează sensibilitate relativă:

uuyySr /

/∆∆

=, 2.16

care este o mărime adimensională, utilă pentru compararea traductoarelor cu domenii diferite. A5. Rezoluţia

Este o caracteristică specifică traduc-toarelor la care pentru variaţiilor continue (analogice) ale mărimii de intrare îi corespund variaţii în salturi (digitale) ale mărimii de ieşire.

Intervalul maxim al mărimii de intrare care determină un salt al mărimii de ieşire se numeşte rezoluţie. Ea este utilizată îndeosebi în cazul traductoarelor cu ieşiri numerice, care au o caracteristică statică în trepte şi este egală în acest caz cu intervalul de cuantificare:

ur ∆= 2.17

O modalitate comodă de exprimare a rezolu-ţiei în cazul traductoarelor cu ieşiri numerice este specificarea numărului de biţi al ieşirii. Exemplu: Un traductor furnizează la ieşire un semnal în cod binar natural cu 10 biţi. Acesta înseamnă că intervalul de cuantificare este:

3

minmaxminmax10

minmax

1010242uuuuuuu −

≅−

=−

=∆, 2.18

adică:



AUT-01-CD1-KIE

22

%1,0≅∆u 2.19

din domeniul de măsurare. A6. Pragul de sensibilitate

Este variaţia minimă a mărimii de intrare care determină o variaţie măsurabilă a mărimii de ieşire. Aceasta este limitat în principal de frecări şi jocuri în angrenaje pentru dispo-zitive mecanice şi de zgomotul şi de deriva caracteristice elementelor electrice.

Semnificaţiile celor trei noţiuni: sensi-bilitate, rezoluţie respectiv prag de sensibi-litate trebuie abordate corelat întrucât sensi-bilitatea poate fi considerată (şi este) ca o caracteristică de transfer, pragul de sensibi-litate o caracteristică de intrare, iar rezo-luţia o caracteristică de ieşire.

A7. Precizia

Scopul utilizării traductoarelor este efectuarea unei măsurări pentru caracterizarea cantitativă a unui proces. Această caracteri-zare se face exprimând numeric valoarea mărimii măsurate. Valoarea numerică a unei mărimi este măsurată întotdeauna cu un anumit grad de certitudine, întrucât între valoarea reală (pe care nimeni nu o poate cunoaşte) şi cea măsurată, va exista întotdeauna o diferenţă numită eroare de măsu-rare. Din păcate, ea nu poate fi cunoscută, şi atunci se apelează la indicatorul calitativ, cel mai important al măsurării - precizia. Ea este cu atât mai bună cu cât pentru o probabi-litate dată, valoarea reală a mărimii măsurate este situată într-un interval cât mai restrâns. Exemplu: Cu un traductor de temperatură se măsoară tem-peratura unui lichid dintr-un vas. Indicaţia



AUT-01-CD1-KIE

23

instrumentului traductorului este 400. Clasa de precizie a traductorului cu domeniul de măsu-rare între 00 şi 800C este 2,5%. Între ce limite este cuprinsă sigur temperatura din vas? Clasa de precizie 2,5% înseamnă că eroarea introdusă de aparat este maxim 2,5% din capătul de scară (domeniu) adică:

C0280

1005,2

=⋅=ε 2.20

Temperatura reală va fi sigur cuprinsă

sigur în intervalul:

εε −≤≤− CTC r00 4040

2.21 adică:

00 4238 ≤≤ rTC 2.22

Problematica erorilor de măsurare este deosebit de complexă şi ea nu constituie obiec-tul cursului. Trebuie să ştim că la efectuarea unei măsurări aceasta poate fi afectată de trei tipuri de erori.

a) erori sistematice - acele erori care în condiţii neschimbate a măsurării se produc în aceleaşi condiţii respectiv sens şi au o lege de variaţie bine determinată în raport cu cau-zele ce le provoacă.

b) erori aleatoare - sunt acele erori care în condiţii identice de repetare a măsurărilor apar diferite ca sens, ca valoare, sau ambele, variind imprevizibil.

c) erori grosiere - sunt acele erori care fac ca rezultatele a două măsurări efectuate în condiţii identice să difere apreciabil. Ele pot proveni din funcţionarea defectuoasă a apara-turii de măsurare sau din aplicarea greşită a metodei de măsurare, fiind inadmisibile.



AUT-01-CD1-KIE

24

B. Caracteristici de regim dinamic

Regimul dinamic este acela în care mărimea de măsurat (şi deci şi cea de ieşire) variază în timp. Comportarea traductorului în acest regim este importantă dacă el este inclus în structura unui SRA.

Datorită inerţiei (mecanice, termice, electromagnetice), amortizărilor şi altor cau-ze, variaţiile mărimii de intrare se transmit cu întârziere la ieşire, apărând abateri faţă de caracteristica statică. Analiza regimului dinamic al traductorului uti-lizează aceleaşi metode ca şi analiza în regim dinamic a SRA şi va fi studiată în capitolul respectiv.

2.3.1.2 Elemente sensibile

Elementele sensibile constituie partea

specifică şi cea mai diversificată a unui tra-ductor. Ele trebuie să sesizeze variaţiile mărimii de măsurat şi să rejecteze la maxim influenţa oricăror alţi factori. Elementele sensibile se clasifică după două criterii mai importante: A) După principiul de conversie al mărimii de măsurat deosebim: - ES parametrice (de tip parametru) - ES generatoare (de tip generator) B) După natura mărimii fizice măsurate deose-bim: - ES pentru deplasare - ES pentru viteză - ES pentru forţă - ES pentru presiune - ES pentru temperatură

- etc. A1. ES de tip parametric

Sunt utilizate în cazul în care mărimea de măsurat este pasivă sau fenomenul fizic pe care



AUT-01-CD1-KIE

25

se bazează conversia nu permite obţinerea di-rectă a unui semnal electric. Denumirea de ES parametric provine de la faptul că mărimea de intrare, neelectrică ce urmează a fi măsurată determină variaţia unor proprietăţi de material (rezisitivitate, inductivitate, capacitate, etc.).

Pentru punerea în evidenţă a variaţiilor acestor parametrii este necesară o sursă de energie electrică auxiliară. Se va obţine un semnal electric ale cărui variaţii urmăresc variaţiile parametrului afectat de variaţia mărimii de intrare. Aşa cum am mai arătat elementele sensibile de tip parametric pot fi în principal de trei feluri:

a) rezistive – bazate pe modificarea re- zistenţei unui conductor omogen:

SlR ⋅= ρ 2.23

În cazul acesta conversia se bazează pe

unul din următoarele fenomene: - variaţia lungimii conductorului

- variaţia lungimii şi secţiunii - tenso-rezistenţe

- variaţia rezistivităţii cu temperatura - variaţia rezistivităţii prin procese chimice - variaţia rezistivităţii sub acţiunea radiaţiilor

Prin sesizarea acestor variaţii se pot măsura: - deplasări liniare şi unghiulare - grosimi - nivel - temperaturi - viteze - forţe - presiuni - concentraţii - umiditate



AUT-01-CD1-KIE

26

Inductive - bazate pe expresia inductivităţii unei bobine:

∑= ⋅

=n

k kk

k

Sl

NL

1

2

µ 2.24 unde: N = numărul de spire al bobinei. µk,lk,Sk = permeabilitatea, lungimea şi secţiunea tronsonului circuitului magnetic al bobinei.

L se poate modifica prin modificarea lui lk, µk sau Sk şi traductoarele de acest tip pot fi utilizate la măsurarea: - deplasărilor liniare şi unghiulare - dimensiunii obiectelor - grosimilor - nivelului - vitezei - acceleraţiei - forţei - presiunii

c) Capacitive - bazate pe relaţia ce defi-neşte capacitatea unui condensator plan:

dSC ⋅= ε 2.25

unde: - S - suprafaţa comună a armăturilor - d - distanţa dintre armături - ε - permitivitatea dielectricului dintre armături Traductorul de acest tip funcţionează pe principiul modificării unuia sau mai multora dintre elementele relaţiei 2.25 şi poate servi la măsurarea: - deplasării liniare sau unghiulare - presiunii - nivelului - grosimii

- umidităţii materialelor solide



AUT-01-CD1-KIE

27

A.2. ES de tip generator Aceste tipuri de ES sunt utilizate în

cazul mărimilor active, care au asociată o putere ce poate fi utilizată pentru conversie fară a afecta valoarea mărimii măsurate. În cazul acestui tip de element sensibil nu mai sunt necesare surse auxiliare de energie, el furnizând o tensiune cu curent sau o sarcină electrică cu valoare dependentă de mărimea de intrare. Pentru ca să nu se preia prea multă putere din mărimea măsurată şi în cazul acestor ele-mente sensibile, adaptoarele vor fi alimentate de la surse de energie separate. Realizarea ES de tip generator se bazează pe o mare diversitate de fenomene şi anume: - inducţia electromagnetică - termoelectricitatea - piezoelectricitatea

-magnetostricţiunea Pe baza acestor fenomene şi utilizând ele-mentul sensibil de tip generator adecvat se pot măsura: - turaţii - debite - temperaturi - forţe - presiuni - deplasări liniare şi unghiulare S-au prezentat până acum elementele clasi-ficate conform principiului de conversie al mă-rimii de intrare.

Vom prezenta în continuare câteva elemente sensibile funcţie de mărimea fizică măsurată.

B.1 Elementele sensibile pentru traductoare de presiune

1. ES bazate pe deformarea elastică a corpurilor

Aceste ES se bazează pe deformarea elas-

tică a unor elemente cum sunt:



AUT-01-CD1-KIE

28

- tuburile Bourdon - membranele - burdufurile Ele sunt sigure în funcţionare şi au o cons-trucţie simplă. a) ES cu tub Bourdon

Schiţa de principiu a unui element sensibil de acest tip se prezintă în figura

2.06. În secţiune transversală, tubul Bourdon poate avea una din urmă-toarele forme din figura 2.07.

Sub acţiunea pre-siunii tubul va tinde către o formă circu-lară a secţiunii şi-şi va reduce unghiul de înfăşurare. Dacă forma iniţială (în lipsa presiunii) a secţiunii tubului şi cea finală (după aplicarea

presiunii) sunt cele prezentate în figura 2.08, atunci variaţia unghiului de înfăşurare, ∆α,

care constituie mărimea de ieşire a ele-mentului sensibil, este:

Ryy

y⋅

∆+∆

=−=∆0

0 ααα 2.26

unde:

R - raza medie a tubului Se poate arăta că funcţia ∆α =f(p) este cu

bună aproximaţie liniară pe cea mai mare parte a domeniului de utilizare. Tubul Bourdon acoperă o gamă foarte largă de presiuni:

103N/m2 (1kPa) - 109 N/m2(103MPa). b) ES cu membrană

fig.2.06

α

α0

p

fig.2.07

xx0

y0 y

fig.2.08



AUT-01-CD1-KIE

29

Construcţia principială a unui asemenea element sensibil se pre-zintă în figura 2.09

1. carcasă 2. membrană

elastică 3. tijă Membrana elastică

care constituie elementul specific

este realizată din oţel, aliaj pe bază de Cu, sau din materiale sin-tetice elastice. Mărimea de ieşire a ES este săgeata membranei transmisă spre exterior cu ajutorul tijei 3 sub forma deplasării y. Se utilizează în gama de presiuni: 1 kPa - 4 Mpa.

c) ES cu burduf (tub gofrat)

este construit ca în figura 2.10. Presi-unea comprimă elementul elastic constituit din burduful 3 şi arcul 4. Mărimea de ieşire a ES este deplasarea y.

Domeniul de lucru al acestor traductoare este cuprins între 0,6 kPa şi 102 kPa.

2. ES bazate pe schimbarea

proprietăţii corpurilor la solicitare

Aceste elemente sensibile se bazează pe modificarea cu presiu-nea a parametrilor electrici (re-zistenţă, inductivitate, capaci-tate). În această categorie se încadrează:

ES tensometric (a) ES capacitiv (b) ES piezoelectric (c)

prezentate schematic în figura 2.11.

fig.2.09

yp

fig.2.10

43

p

y



AUT-01-CD1-KIE

30

a) R este timbru tensometric lipit cu ade-ziv special pe suprafaţa exterioară a tubului metalic.

Sunt utilizate într-o gamă largă de presiuni. b) Prin modificarea distanţei dintre armă-

turile condensatorului plan se modifică capa-citatea acestuia.

c) Datorită efectului piezoelectric pe feţele cristalului solicitat se acumulează sarcini electrice de semn contrar echivalente cu o tensiune:

)( pfU = 2.27

Avantajul acestui element sensibil constă în proprietăţile dinamice foarte bune, iar de-zavantajul în dificultatea preluării tensiunii de pe feţele cristalului (sunt necesare pentru aceasta aşa numite amplificatoare de sarcină).

B.2. Elemente sensibile pentru traductoare de debit

În industria alimentară trebuie măsurate

debite ale unor fluide prin conducte, ceea ce înseamnă ca în ultima instanţă trebuie determinată viteza fluidului. Aceasta se poate realiza prin:

- utilizarea presiunii diferenţiale

- utilizarea presiunii dinamice

- utilizarea inducţiei electromagnetice - utilizarea propagării oscilaţiilor sono-

re în mediul fluid

fig.2.11a cb

p

p pR

fig.2.12

pa

ba

pb

Q



AUT-01-CD1-KIE

31

Un element sensibil ce utilizează presiu-nea diferenţială pentru măsurarea debitului este de forma celei din figura 2.12. Măsurarea debitului se bazează pe relaţia:

Habba RQppp ⋅=−=∆ 2.28 unde:

RHab reprezintă rezistenţa hidraulică a tronsonului a-b. Acest ES are o construcţie simplă şi asociat unui manometru diferenţial oferă o posibilitate simplă de indicare a debitului.

Un ES ce prezintă un interes deosebit este cel bazat pe fenomenul inducţiei electromagne-

tice. Aceasta pentru faptul că oferind la ieşire un semnal electric este uşor de utili-zat în SRA. Construcţia

acestui ES se prezintă în figura 2.13, având următoarele elemente specifice:

1. Flanşe 2. Electromagnet alimentat în curent

alternativ 3. Ţeavă din material nemagnetic şi necon-

ductor (sau acoperit în interior cu un strat neconductor)

4. Electrozi ES poate fi utilizat în cazul fluidelor cu o conductivitate mai mare decât 100 mS/cm. Lichidul conductor ce se deplasează perpendi-cular pe direcţia liniilor câmpului magnetic este echivalent cu conductorul electric. Între electrozi (care constituie capetele conducto-rului) se generează o tensiune dată de relaţia:

vlBU ⋅⋅= 2.29

fig.2.13

22

24

3

1

U

a b



AUT-01-CD1-KIE

32

unde: l = lungimea conductorului = diametrul tubului = D Dar la curgerea laminară (cvasilaminară)

debitul volumic este:

vD

vSQv ⋅⋅

=⋅=4

2π

uQ

DBQ

DDBvDBu vv =⋅

⋅=⋅

⋅⋅⋅=⋅⋅=⇒

ππ44

2

2.30 Relaţia de mai sus reprezintă caracteris-

tica statică a ES electromagnetic şi ea pune în evidenţă o corespondenţă liniară între debit şi tensiunea indusă.

Alimentarea electromagnetului se reali-zează în curent alternativ pentru prevenirea fenomenului de polarizare şi pentru facilitarea prelucrării ulterioare în adaptorul traducto-rului. ES nu poate fi utilizat la măsurarea debitului gazelor şi al produselor petroliere.

ES electrotermic Pentru măsurarea debitelor mici de gaze se

utilizează ES electrotermic a cărui construc-ţie principală a acestuia se prezintă în figura 2.14,



AUT-01-CD1-KIE

33

1. Tub metalic sub-ţire 2. Carcasă protec-toare Rt - termorezistenţă Rî - Rezistenţă de în-călzire

Gazul al cărui debit urmează a fi măsurat este trecut prin tubul metalic cu pereţi subţiri (1). La debit nul distri-buţia temperaturii (1)

este simetrică faţă de mijlocul ţevii. Puntea formată din rezistenţele Rt egale şi re-zistenţele R egale, va fi în echilibru şi ten-siunea din diagonala punţii va fi nulă. La tre-cerea gazului caracteristica de distribuţie a temperaturii ţevii (2) se modifică, cele două termorezistenţe vor avea temperaturi diferite, deci valori diferite şi puntea se va dezechi-libra. Se poate arăta că diferenţa de tempera-tură este dată de o relaţie de forma:

mab qckTTT ⋅⋅=−=∆ 2.31

unde: k = constanta aparatului c = căldura specifică a gazului qm = debitul masic de gaz Se poate calcula că tensiunea din diago-

nala punţii este:

TTR

RUR

RUUt

ta

t

tad ∆⋅

∆⋅⋅∆

⋅=⋅∆

⋅≅ 2.32

dar:

Uî

l

UdR R

Rt Rî Rt

T∆

a

b

1

2

Q

fig.2.14



AUT-01-CD1-KIE

34

α=⋅∆

∆

T

t

RTR

2.33 se poate asimila unui coeficient de tempera-tură şi prin urmare:

dmmaad UqkqckUTUU =⋅=⋅⋅⋅⋅=∆⋅⋅=⇒ αα 2.34

Relaţia de mai sus, liniară, reprezintă caracteristica statică a ES electrotermic. Acest tip de ES se utilizează la măsurarea debitelor de gaz mici şi foarte mici.

B.3. Elemente sensibile pentru traductoare de temperatură

Elementele sensibile pentru traductoare de

temperatură sunt elemente parametrice ce utili-zează:

a) efectul termoelectric b) variaţia rezistenţei electrice cu tem-

peratura c) dilataţia corpurilor

ES ce utilizează efectul termoelectric

Aceste elemente sensibile se mai numesc curent şi termocupluri şi constă din doi elec-

trozi conductori sudaţi la un capăt ca în figura 2.15.

Ele utilizează efectul Seebeck, conform căruia într-un circuit compus din conductori diferiţi a căror puncte de conexiune se află la tempe-raturi diferite ia naştere un câmp imprimat. Capetele a şi b

ale termo-cuplului se vor afla la aceeaşi temperatură T0 (rece), iar capetele sudate la temperatura caldă T (caldă) care se doreşte a fi măsurată. Dacă:

fig.2.15

T0 T0

T

ba

c



AUT-01-CD1-KIE

35

0TT ≠ 2.35

între capetele a şi b aflate în gol apare o tensiune continuă dată de relaţia: )( 0112, TTkUU bas −⋅=≅= α 2.36

Prin urmare tensiunea US este o măsură a diferenţei de temperatură dintre capetele reci şi capătul cald. Menţinând constantă temperatu-rile capetelor reci (T0 = ct.), US devine o măsură a temperaturii punctului cald. Sensibilitatea ES este cuprinsă în gama:

CmV

TUS S 0/1,001,0 ÷=

∆∆

= 2.37

În cazul în care capătul cald lucrează la

temperaturi ridicate este necesară prelungirea electrozilor, utilizând conductoare de prelun-gire realizate din aceleaşi material sau mate-riale cu aceleaşi proprietăţi termoelectrice. Pentru protecţia termocuplului acesta se in-troduce într-un tub care se confecţionează dintr-un material ales conform aplicaţiei. ES termorezistiv

Aceste tipuri de elemente sensibile se bazează pe variaţia rezistenţei cu temperatura şi sunt realizate din metale pure: Cu, Ni, Pt şi se utilizează de regulă în domeniul de tem-peratură de la 1000C - 6000C.

Dependenţa rezistenţei cu temperatura este descrisă de relaţii de forma:

- pentru Cu (-50 - 2000C)

)1(0 TaRRT ⋅+⋅= 2.38

- pentru Pt (0 -6300)



AUT-01-CD1-KIE

36

)1( 2

0 TbTaRRT ⋅+⋅+⋅= 2.39 Se utilizează şi ES termorezistive din

materiale semiconductoare, numite termistoare. Rezistenţa acestora variază exponenţial conform relaţiei: ( )TcART /exp⋅= 2.40

Avantajul utilizării lor constă în varia-ţia mai pronunţată a rezistenţei cu tempera-tura. Atât termorezistentele cât si termistoa-rele se introduc în tuburi de protecţie meta-lice identice cu cele utilizate în cazul termo-cuplurilor.

ES ce utilizează dilatarea corpurilor

Se utilizează atât la realizarea traduc-toarelor cât şi a releelor termice. B.4 ES pentru traductoare de nivel

Realizarea acestui elemente sensibile se bazeaza pe sesizarea suprafeţei de nivel cu ajutorul unui plutitor (figura 2.16) sau pe măsurarea presiunii hidrostatice create (figura

2.17).

a b

fig.2.16

y y



AUT-01-CD1-KIE

37

În cazul ES bazate pe măsurarea presiunii hidrostatice se observă că diferenţa de

presiune ∆p, măsurabilă cu un traductor adecvat, este o măsură a nive-lului fluidului în recipientul considerat, conform relaţiei:

hAhgphgpp ⋅=⋅⋅=∆⇒⋅⋅=− ϕϕ21 2.41 Tot pentru măsurarea nivelului se utili-

zează elemente sensibile capacitive. Construcţia principială a unui asemenea

ES se prezintă în fig.2.18. Capacitatea condensatorului echiva-lent dintre recipient şi electrod este o măsură a nivelului materia-lului în recipient. Se poate utiliza atât la lichide cât şi la materiale granulare şi pulverulente. - avantaje:

- utilizare simplă - fiabilitate şi siguranţă în

exploatare - dezavantaj:

- etalonarea este dependentă de material B.5 ES pentru traductoare de forţă

Aceste ES se bazează pe modificarea unuia sau a mai multor parametri sub acţiunea solici-tării. Se utilizează ES tensorezistive, magne-toelastice, inductive, capacitive, etc.

ES tensorezistive

fig.2.17

p2

p1h

fig.2.18

C



AUT-01-CD1-KIE

38

Conţin ca element specific timbrul tenso-

metric (marca tensometrică) care are forma din figura 2.19, fiind realizat dintr-un conductor metalic

(depunere metalică) fixat pe o folie izolantă. Aceasta se lipeşte pe suprafaţa unui corp ce preia solicitarea , aşa cum se observă în fi-gura 2.20.

Sub acţiunea unei solicitări pe direcţia sensibilă marca îşi modifică rezistenţa conform relaţiei:

llk

RR ∆

⋅=∆

2.42 unde:

k = factor de marcă Conectarea timbrelor tensometrice la adap-

tor se va descrie la prezentarea adaptoarelor. La construcţia traductoarelor de forţă se

utilizează şi alte tipuri de elemente sensibile cum sunt:

- magnetoelastice - piezoelectrice - capacitive

Dintre ele, cele piezoelectrice şi capaci-tive au fost deja prezentate.

ES magnetoelastice

fig.2.19

dt

ds

fig.2.20

F

F

F

T

1

T

2

T

4

T

3

T

1

T

2

T

4

T

3

F

F



AUT-01-CD1-KIE

39

Se bazează pe utilizarea unor materiale care-şi schimbă proprietăţile magnetice sub

acţiunea unei forţe. Realizarea principală a unui astfel de ES se prezintă în figura 2.21.

Adaptorul asociat elementului sensibil prelucrează variaţia per-meabilităţii cu solicitarea. Acest element sensibil

prezintă avantajul unei bune rigidităţi şi robusteţi, dar este afectat de erori de histerezis. B.6 ES pentru traductoare de deplasare Se cunosc şi se utilizează o mare varie-tate de ES pentru deplasare şi anume:

- rezistive - inductive - capacitive - numerice

Acestea la rândul lor se diferenţiază în funcţie de mărimea deplasării (mici sau mari) pe care o măsoară. ES de deplasare rezistiv

Cel mai simplu element sensibil rezistiv este cel poten-ţiometric. În figura 2.22 se prezintă vari-antele pentru deplasări

lini-are şi unghiu-lare. În ambele cazuri organul a cărui depla-sare se măsoară este solidar cu cursorul poten-ţiometrului. Deplasările sunt date de relaţii-le:

fig.2.21

F

fig.2.22

UaUx

d l

UaUx

α

a b



AUT-01-CD1-KIE

40

dl

UUdl

UUd a

xx

a ⋅=⇒= 2.43

ααα

α⋅=⇒=

00

ax

a

x UUUU

2.44 Avantajul unui asemenea element sensibil este simplitatea prelevării mărimii de ieşire, însă dezavantajul major este cel al uzurii contactului dintre cursor şi rezistenţă. ES de deplasare capacitiv

Acest tip de ES care a fost prezentat şi în cazul măsu-rării presiunilor poate fi utilizat pentru măsurarea deplasărilor mici. În cazul în care factorul va-riabil al relaţiei

de definiţie a capacităţii:

dSC ⋅= ε 2.45

unde:

d este distanţa dintre armături. Capacitatea variază neliniar, ca în figura

2.23. Pentru variaţii mici, dependenţa cvasili-niară se poate liniariza. O mai bună liniari-tate se obţine în cazul utilizării unui conden-sator diferenţial, ca în figura 2.24.

Deplasarea armăturii mo-bile, determină modificarea capacităţilor C1 şi C2, conform relaţiilor:

fig.2.23a b

d0

x

C C

dd0-x d0+xd0

fig.2.24

d1d2



AUT-01-CD1-KIE

41

xdS

dSC

xdS

dSC

+⋅=⋅=

⋅⋅=⋅=

022

011

εε

εε

2.46 Acest ES este utilizat în montaje în punte aşa cum se va prezenta la capitolul adaptoare

electronice. Se utilizează şi elemente sensibile capa-citive cu modificarea suprafeţei, pentru detec-tarea deplasărilor liniare (a) şi unghiulare (b) prezentate în fig.2.25.

ES de deplasare inductive Acest tip de ES are construcţii deosebit

de diverse iar funcţionarea sa se bazează pe modificarea inductanţei proprii, mutuale sau pe modificarea interfierului. În figura 2.26 se prezintă construcţia şi caracteristica statică a unui asemenea ES.

Se observă că caracteristica nu este univocă (pentru aceaşi variaţie x∆± în jurul

poziţiei cen-trale cores-punde aceaşi valoare a in-ductanţei) şi este puternic neliniară, motiv pentru care sub

fig.2.25A1

A2a bd

x

A1

A2

fig.2.26a b

l

x

1 2l2

L

xl2



AUT-01-CD1-KIE

42

această formă el nu se foloseşte.

El se utilizează însă pe scara largă sub forma diferenţială, prezentată în figura 2.27. Caracteristica statică este mult mai liniară şi măsurarea deplasării se poate face pentru o

distanţă cel puţin dublă. Domeniul maxim de utilizare acestor tipuri de traductoare este ± 100 mm.

O variantă a acestui ES este transforma-torul diferenţial liniar variabil (TDLV), a cărui schemă de principiu, realizare construc-tivă şi caracteristică de transfer se prezintă în figura 2.28. Bobina primară (1) alimentată în curent alternativ induce în cele două bobine secundare (2 şi 3) tensiuni în opoziţie de fază. În poziţia de mijloc a miezului deplasa-bil axial tensiunile induse în cele două bobine secundare sunt egale şi suma lor Ue este nulă. În cazul deplasării miezului din poziţia de mijloc una din tensiunile din secundar va fi mai mare.

Prin prelucrarea sumei (Ue) se obţine o tensiune Ur, continuă având forma din figura c, ea reprezentând caracteristica statică a tra-ductorului realizat cu acest element sensibil. 2.3.2. Adaptoare

l

1 2

x

L1 L2

a

fig.2.27

l2

l2

L1-L2

x

b

fig.2.28

x

Ui

Ue

2

1

3**a

Ue

x

c

xma

x

xma

x

x

1 32b



AUT-01-CD1-KIE

43

Aşa cum s-a precizat, în structura traduc-

torului se disting două elemente esenţiale, elementul sensibil şi adaptorul. Acesta din urmă are rolul de a converti semnalul furnizat de primul în semnalul de ieşire electric (în marea majoritate a cazurilor unificat) al tra-ductorului. Întrucât prelucrarea semnalului de la ES se realizează electric, iar semnalul de ieşire este tot electric se utilizează şi denumirea de adaptoare electronice. Din motive de standardizare, adaptoarele furnizează aşa cum s-a mai arătat, semnale uni-ficate, de mărime suficientă pentru a putea acţiona circuitele cu care se interconectează. Din acest motiv, etajul de ieşire al adaptoa-relor este practic identic pentru acelaşi tip de semnal de ieşire. Partea specifică a adaptorului este cea de intrare, este determinată constructiv şi func-ţional de marea diversitate a mărimilor furni-zate de către elementul sensibil precum şi de caracterul parametric sau de generator al acestuia.

2.3.2.1 Adaptoare pentru elemente sensibile de tip parametric

Adaptoarele din această categorie se

caracterizează prin aceea că circuitele de intrare sunt realizate astfel încât să pună în evidenţă variaţiile rezistenţei, inductivităţii sau capacităţii. Structura unui adaptor pentru elementul sensibil rezistiv se prezintă în figura 2.29 în care:

- CM - circuit de măsurare în punte - C - circuit de comparaţie - A - amplificator - CL - circuit de liniarizare - CTC - convertor tensiune-curent - CR - circuit de reacţie



AUT-01-CD1-KIE

44

Circuitul de măsurare în punte prezentat în figura 2.30 este deosebit de răspândit atât în cazul elementelor sensibile inductive cât şi al celor capacitive.

De regulă ES rezistive Rx1 şi Rx2 sunt astfel amplasate încât sub acţiu-nea mărimii ce se măsoară, varia-ţiile lor sunt aproximativ egale şi de semn contrar, astfel:

xxx

xxx

RRRRRR

∆±=∆±=

2

1

2.44

Alimentarea punţii se realizează de regulă în curent alternativ, în cazul ES rezistive putând fi utilizată şi alimentarea în curent continuu, în oricare din cazuri tensiunea din diagonala punţii fiind:

)(222 2

21xx

xx

xxd RR

RUUR

RRUUU ∆−−=⋅+

−=

xxx

xxd R

Ru

RRRUU ∆⋅

⋅=

∆−−=⇒

2)1(

2 2.45 Din relaţia de mai sus rezultă necesitatea

ca valoarea tensiunii de alimentare (c.c sau c.a.) să fie riguros constantă pentru a nu se altera măsurarea. Totodată, în cazul utilizării curentului alternativ şi frecvenţa tensiunii de alimentare trebuie să fie riguros constantă. În cazul utilizării unor elemente sensi-bile inductive sau capacitive (deci reactive), relaţia 2.45 se transcrie sub forma:

fig.2.29

A CL

CR

CTCCIeUd

Ur

U∆CM( )R∆

fig.2.30

UdU

Rx2

Rx1 R

R



AUT-01-CD1-KIE

45

x

xdL Z

ZUU ∆⋅=

2 2.46 adică, pentru elemente inductive:

xx

xx

dL LLUL

LUU ∆⋅=∆⋅⋅

⋅⋅=

22ω

ω 2.47

sau pentru elemente capacitive:

∆+⋅⋅

∆+−⋅

⋅⋅=

=

∆+⋅

−⋅

⋅

⋅⋅

=

)(2

)(11

12,

xxx

xxxx

xxx

x

cd

CCCCCCCU

CCCC

UU

ωω

ωωω

2.48

Relaţia 2.47 este lineară, iar relaţia 2.48 cvasilineară şi linearizabilă pe porţiuni. Amplificatorul este de curent alternativ sau de curent continuu, după cum puntea de mă-surare necesită alimentare în c.c. sau în c.a. Avantajul alimentării în curent alternativ constă în posibilitatea utilizării unor ampli-ficatoare de c.a. ce nu trebuie să aibă perfor-manţe speciale în ceea ce priveşte deriva ter-mică. Se utilizează o gamă largă de tipuri de amplificatoare (începând cu cele simple – ope-raţionale - şi terminând cu altele complexe –instrumentale, cu separare galvanică, etc.



AUT-01-CD1-KIE

46

Convertorul tensiune-curent este realizat cu componente discrete sau integrate sau sub forma unui dispozitiv monobloc integrat. După cum sarcina sa este conectată (conectabilă) la un potenţial pozitiv sau negativ, convertorul tensiune – curent are una din schemele prezen-tate în figura 2.31.

Atât pentru cazul a. (corespunzător con-versiei tensiunilor pozitive) cât şi pentru cazul b. (corespunzător conversiei tensiunilor negative) sunt valabile relaţiile:

iii

ECS

EE

i

URR

UR

UIII

IIIIIRIU

⋅=≅⋅=⋅==

==+=⋅=

−−

1)0(

αα 2.49

adică:

iS UR

I ⋅=1

2.50 Această din urmă relaţie constituie caracteris-tica de transfer a convertorului.

Dacă sarcina are un terminal la masă, se utilizează unul din convertoarele tensiune - curent din figura 2.32.

fig.2.31

+E

D

IS

R

T

RS

Ui

I-

I

-E

D

IS

R

T

RS

Ui

I-

Ia b



AUT-01-CD1-KIE

47

Cel din figura a. se utilizează pentru cazurile în care o tensiune continuă pozitivă

se converteşte într-un curent cu sensul din figură, iar cel din figura b. pentru cazurile când o tensiune negativă se converteşte într-un curent cu sensul arătat. Se observă ca cele două scheme sunt simi-lare deosebirea constând în polaritatea tran-zistoarelor din componenţă. Tranzistoarele T2 şi T3 (care trebuie să fie de acelaşi tip şi cu parametrii apropiaţi) funcţionează în montaj de "oglindă de curent", curenţii prin ei fiind egali dacă cele două rezistenţe conectate în emitoarele lor, notate R1, sunt egale.

Aceasta întrucât curenţii prin tranzistoa-rele menţionate şi curentul prin sarcină sunt descrişi, în condiţiile menţionate de relaţiile 2.51.

ii

TBEt

T

BEtT

URR

UI

IIR

UUEI

RUUE

I

⋅==

≅≅−−

=

−−=

1

2

3

3

3

1

1

1

12

2.51

fig.2.32

RS

+E

D

IS

R

RS

Ui

I-

I

IS

R1

T3

R1

T2

T1

b

RS

-E

D

IS

R

RS

Ui

I-

I

IS

R1

T3

R1

T2

T1

a



AUT-01-CD1-KIE

48

Cea mai comodă şi performantă utilizare o oferă convertoarele tensiune-curent integrate.

Circuitul de liniarizare este destinat compensării neliniarităţii caracteristicii ele-mentului sensibil şi din acest motiv nu este utilizat în toate adaptoarele.

Circuitul de reacţie poate fi un divizor de tensiune sau curent. Circuitul de comparaţie (realizat sub forma unui comparator cu elemente discrete sau integrat compară mărimea de reacţie Ur cu cea furnizată de elementul sensibil şi oferă la ieşire o tensiune ∆U care amplificată asigură respectarea relaţiei intrare-ieşire, caracte-ristică adaptorului:

)( ie UfI = 2.52

2.3.2.2 Adaptoare pentru ES de tip generator

ES de tip generator furnizează la ieşire mărimi electrice (tensiuni continue sau alter-native, motiv pentru care structura adaptoa-relor este similară celei pentru elemente para-metrice, lipsind circuitul de măsurare şi parţial cel de comparare. Dintre componentele acestor adaptoare cele cărora li se par condiţii deosebite sunt ampli-ficatoarele. Aceasta întrucât adesea semnalele furnizate sunt mici (sub 1mV) sau elementele sensibile cu impedanţe intensive foarte mari.

2.3.2.3 Adaptoare cu circuite de măsurare cu echilibrare automată

Există cazuri când elemente sensibile de

tip generator au rezistenţa internă mare sau furnizează tensiuni mici ce pot fi măsurate doar prin metoda compensării care asigură efec-tuarea măsurării, practic fără consum de la ES. Este important însă ca aceste circuite de măsu-



AUT-01-CD1-KIE

49

rare să funcţioneze automat, asigurând preci-zia si operativitatea măsurării. Schema unui circuit de măsură cu compen-sare automată se prezintă în figura 2.33.

Semnificaţia notaţiilor este: C - comparator AP - amplificator de putere SM - servomotor R1, R2 - reductoare P1, P2 - potenţiometre Ux - tensiunea furnizată de ES (cea care

se doreşte a fi măsurată) UC1 - tensiunea folosită pentru compensarea

lui Ux UC2 - tensiunea folosită pentru obţinerea

tensiunii de ieşire Ue, de forma:

xce UkUkU ⋅=⋅= 2.53

Compensatorul funcţionează astfel: Tensiunile Ux şi UC (care va trebuie să o

compenseze)- obţinută dintr-o tensiune stabili- zată UC1 prin intermediul potenţiometrului P1 se aplică comparatorului C. Acesta sesizează di-ferenţa dintre ele şi prin intermediul amplifi-catorului de putere comandă servomotorul SM care prin reductorul R1 acţionează potenţiome-trul P1 în sensul reducerii acesteia. Când di-ferenţa Ux-UC este nulă se instalează starea staţionară. Simultan cu acţionarea lui P1 ace-laşi servomotor acţionează prin R2 şi asupra unui alt potenţiometru P2 între al cărui cursor

fig.2.33

SMAP

R1

R2

C

P1 Uc

Ux

Uc1

Ue

Uc

2P1



AUT-01-CD1-KIE

50

şi masă se obţine tensiunea de de ieşire a compensatorului, Ue, conform relaţiei: 2ce UkU ⋅= 2.54

Dezavantajul acestui tip de compensator automat este prezenţa pieselor în mişcare

(servomotor, potenţio-metru) care fac ca fiabilitatea să nu fie dintre cele mai bune. Se cunosc realizări de comparatoare automate electronice, fără piese în mişcare. Schema bloc a

unui asemenea compensator se prezintă în figura 2.34.

GT - generator de tact NBSR - numărător binar sincron reversibil CNA - convertor numeric analogic C - comparator de precizie CC - circuit pentru comanda comparării Precizia (rezoluţia) compensatorului de-

pinde de calităţile comparatorului utilizat şi de numărul de biţi ai CNA. 2.3.3 Traductoare de proximitate În sens larg proximitatea descrie gradul de apropiere dintre două obiecte, dintre care unul se consideră referinţă. Traductoarele de proximitate furnizează in-formaţii despre prezenţa sau absenţa dintr-un anume loc a unui obiect. Ele au de regulă o caracteristică de tip releu, ieşirea putând lua două valori distincte, indicând prezenţa sau absenţa obiectului în câmpul supravegheat. Se realizează şi se utilizează curent tra-ductoare de proximitate:

a) inductive b) magnetice c) capacitive

fig.2.34

..

..OSC

C

NBSR CNA

CCUx

Uc0

Ue



AUT-01-CD1-KIE

51

d) fotoelectrice e) fluidice f) integrale Datorită faptului că realizează perfor-

manţe ridicate şi stabile în condiţiile unui gabarit redus utilizate sunt printre cele mai răspândite fiind în continuă expansiune. Două tipuri reprezentative de astfel de traductoare sunt cel inductiv şi cel magnetic. Traductor inductiv de proximitate Acest tip de traductor are la bază circui-tul integrat TCA 105N a cărui schemă bloc in-ternă se prezintă în figura 2.35. iar schemele

tipice posibile de utilizare în figura 2.36. Prin conectarea unei bobine şi a unui conden-sator sau a două bobine împreună cu

un condensator (formând un circuit oscilant) se realizează un oscilator ce generează un semnal

sinusoidal cu frecvenţa cuprinsă între (1÷5) MHz. Dacă de bobină se apropie un obiect feromagnetic cir-cuitul oscilant LC se amortizează şi oscila-ţiile se întrerup. Filtrul din componenţa circuitului inte-grat detectează lipsa oscilaţiilor şi prin com-

fig.2.35

OSC

S

F CUe2

Ue1

7

5

32

4

8

6

fig.2.36

x RS

TCA105N Ue

CL

2

3

+E

x

RS

TCA105N Ue

C1L1

2

3

+E

L2

ab



AUT-01-CD1-KIE

52

paratorul C comandă ieşirile 1 şi 2. Cele două ieşiri sunt în antifază adică:

21 ee UU = 2.56 Traductor magnetic integrat de proximitate

Este un traductor ce utilizează efectul Hall şi are schema bloc internă prezentată în

fig.2.37. El poate sesiza câmpuri

magnetice de aproximativ 50 mT. Caracteristicile şi modul de utilizare se prezintă în cadrul unei lucrări practice.

Teste de autoverificare

2

1. Desenaţi schema bloc a unui SRA. Explicaţi semnificaţia şi rolul elementelor compo-nente.

2. Desenaţi structura unui SRA de reglare a temperaturii unui fluid.

3. Desenaţi schema bloc a unui traductor. 4. Enumeraţi şi definiţi caracteristicile de

regim static ale unui traductor. 5. Desenaţi şi explicaţi funcţionarea ele-

mentelor sen-sibile pentru traductoare de presiune.

6. Prezentaţi un element sensibil pentru tra-ductor de debit utilizabil pentru un lichid conductor.

7. Prezentaţi un element sensibil pentru tra-ductoarele de debit ale gazelor.

8. Prezentaţi un element sensibil pentru tra-ductoare de temperatură.

9. Prezentaţi un element sensibil pentru tra-ductoare de nivel.

10. Prezentaţi un element sensibil pentru traductoare de forţă.

fig.2.37

SI

DH

AE

C

Ue



AUT-01-CD1-KIE

53

11. Prezentaţi un element rezistiv pentru traductoare de deplasare.

12. Prezentaţi un element capacitiv pentru traductoare de deplasare.

13. Prezentaţi două elemente sensibile induc-tive pentru traductoare de deplasare.

14. Prezentaţi schema bloc a unui adaptor pentru element sensibil de tip parametric.

15. Prezentaţi schema bloc a unui convertor tensiune – curent.

16. Prezentaţi schema bloca unui adaptor cu echilibrare automată.

17. Ce este un traductor de proximitate ? 18. Prezentaţi schema bloc a unui traductor

de proximitate.



Documents

2. Sisteme de reglare automat (SRA) web/05_Cap02-95.pdf · Sisteme de reglare automată (SRA) 2.1 Structura SRA Sistemul de reglare automată este acel ... elementului de execuţie