of 50 /50
Bibliografie: Perju Delia : „Automatizarea proceselor tehnologice în industria chimică”, vol. II, Centrul de Multiplicare IPTVT, Timişoara, 1981 Perju Delia : „Automatizarea utilajului tehnologic în industria chimică”, vol. I, Centrul de Multiplicare IPTVT, Timişoara, 1983 Perju Delia, Todinca T. : „Automatizarea şi utilizarea calculatoarelor în industria chimică”, Centrul de Multiplicare IPTVT, Timişoara, 1988 Perju Delia, Todinca T., Barna R. : „Automatizări şi optimizări în industria chimică”, I.P. Timişoara, 1990 Perju Delia, Şuta M., Geantă M., Rusnac Carmen : „Automatizarea proceselor chimice – Partea I”, Editura Mirton, Timişoara, 1998 Perju Delia, Todinca T: „Automatizarea proceselor chimice – Partea a II-a”, Editura Politehnica, Timişoara, 1995 Delia Perju, M. Şuta, C. Rusnac - Echipamente de automatizare pneumatice de joasă presiune, Editura Politehnica, Colecţia Pneumatică, Timişoara, 2003 1

Aparate de Masura Si Automatizari

Embed Size (px)

Text of Aparate de Masura Si Automatizari

Bibliografie: PerjuDelia: Automatizareaproceselortehnologicenindustriachimic, vol. II, Centrul de Multiplicare IPTVT, Timioara, 1981 PerjuDelia : Automatizarea utilajului tehnologic n industria chimic, vol. I, Centrul de Multiplicare IPTVT, Timioara, 1983 PerjuDelia, TodincaT. : Automatizareai utilizareacalculatoarelor nindustria chimic, Centrul de Multiplicare IPTVT, Timioara, 1988 Perju Delia, Todinca T., Barna R. : Automatizri i optimizri n industria chimic, I.P. Timioara, 1990 PerjuDelia, uta M., Geant M., Rusnac Carmen : Automatizarea proceselor chimice Partea I, Editura Mirton, Timioara, 1998 Perju Delia, Todinca T:Automatizarea proceselor chimice Partea a II-a, Editura Politehnica, Timioara, 1995 Delia Perju, M. uta, C. Rusnac - Echipamente de automatizare pneumatice de joas presiune, Editura Politehnica, Colecia Pneumatic, Timioara, 2003 Delia Perju, T. Todinca, M. uta, R. Barna, M. Geant, A. Magda, M.Trnoveanu - Automatizri i optimizri nindustriachimic-ndrumtor delaborator - pentruuzul studenilor -Editura Mirton Timioara, 1995 Delia Perju, M. uta, T. Todinca, C. Rusnac - Echipamente de automatizare pneumatice de joas presiune. Aplicaii., Editura Politehnica, Colecia Pneumatic, Timioara, 2001 Perju Delia, uta M., Todinca T., Rusnac Carmen : Echipamente de automatizare pneumatice de joas presiune. Aplicaii, Editura Politehnica Timioara, 20011I. IntroducereDezvoltareainvestigaiilor tiinificede-alungul timpului apermis evidenierea unor trsturi comune pentru clase ntregi de fenomene, fapt ce a permis ulterior tratarea unitar a acestora. S-a elaborat astfel teoria sistemelor n cadrul creia un rol important l are noiunea de sistem. Sistemulse definete ca un ansamblu de elemente aflate n interaciune, cruia i sunt specifice o anumit organizare i un anumit scop. Efectiv interaciunile din interiorul unui sistem reprezint fluxurile de mas,energie sau informaii.Scopul asociat fiecrui sistem este dependent de destinaia acestuia.Ceea ce nu aparine unui sistemeste numitmediu nconjurtorsaumediu exterior. ntre sistem i mediul exterior exista de regul schimburi permanente de mas, energie sau informaie. Unele fluxuri de mas, energie sau informaie care intr sau ies din sistemsunt utilizatedreptcomenzi. nurmamodificrii acestorcomenzi dupanumite strategii se asigur evoluii convenabile ale sistemelor, proprietate numit contrabilitate.Alte mrimi care pot influena sistemul ntr-un sens nefavorabil cumar fi impuritile din materiile prime,anumite debite care se modific aleator, temperatura i presiunea mediului ambiant, etc. sunt denumite mrimi de perturbaie sau perturbaii (z).Comenzile i perturbaiileasociate unui sistemreprezint mulimea variabilelor independente numite i variabile de intrare (i).Mrimile asociate calitii produselor i uneori cantitii acestora reprezint mulimea variabilelor dependente respectiv variabile de ieire(e).Dac variabilele de intrare i ieire sunt invariante nraport cutimpul, starea permanent n care se afl procesul este o stare staionar sau static.Dac n proces au loc fenomene de acumulare de energie sau mas, variabilele de ieire sau de intrare devin funcii de timp.Caracterizarea sistemului sau a procesului n aceasta situaie este denumit caracterizare dinamic.Automatizareaunui sistem(proces tehnologic) const n dotarea instalaiei tehnologicecuanumiteechipamentetehnicespecialenvedereaefecturii automatea operaiei de conducere a acestuia n condiii prestabilite. Cu alte cuvinte, automatica este o tiin inginereasc ce se refer la conducerea proceselor i are drept studiu automatizarea acestora. Automatizareasedefinetecaoperaiadeintroducerentr-unfluxtehnologica unor echipamente speciale cu scopul de a realiza conducerea procesului respectiv.Procesul (P)este instalaia tehnologicsauutilajul asupracruiase realizeaz operaiadeautomatizare. Procesul este caracterizat prinuna saumai multe variabile msurabile care trebuie meninute la o anumit valoare, modificabil dup anumite legi prestabilite.Principalele operaii impuse de automatizare sunt: msurarea saudeterminarea princalcul a principalelor variabile ale procesului condus; semnalizarea depirii anumitor limite de ctre anumite variabile ale procesului;2 reglarea la o anumit valoare constant sau modificabil a uneia sau a mai multor variabile supuse influenei perturbaiilor; modificarea programat a unor variabile; modificareasaumeninereaunorrapoartedeterminatentreanumitevariabileale procesului; meninerea unor variabile sau funcii de variabile la o valoare extrem maxim sau minim; protecia instalaiei n caz de avarie sau pericol.Automatizarea poate fi implementat n numeroase variante de realizare, funcie de urmtorii parametri: natura procesului automatizat; gradul de cunoatere respectiv cantitatea de informaie avut la dispoziie referitoare la procesele tehnologice respective; echipamentele tehnice puse la dispoziie de firmele productoare; gradul de pregtire profesional a personalului de proiectare i de exploatare.Indiferent de varianta de realizare, ntotdeauna automatizarea este i o problem de optimizare. Cnd se implementeaz o operaie de automatizare trebuie sa fie aleas soluia optim de automatizare, trebuie sa fie alese echipamentele tehnice optime pentru procesul tehnologicrespectivi trebuiessealeagoperareaoptimaechipamentelor tehnice alese.Automatizareareprezint nultiminstanceamairidicattreapt deconducere care poate s asigure performane ridicate pentru procesul condus.Performanele procesului condus sunt apreciate cu un anumit criteriu, numit criteriu de performan.Criteriul de performan trebuie ntotdeauna s respecte o serie de restricii privind calitatea produciei i securitatea instalaiilor tehnologice.Dispozitivul de automatizare (DA) sau de conducere (DC)este ansamblul echipamentelor tehnice care se ataeaz procesului n vederea realizrii operaiei de automatizare.Sistemul automat (SA)este ansamblul alctuit din proces i dispozitivul de automatizare: SA=P + DAElementul dereglare(ER)esteoriceelement component dincadrul sistemului automat ninteriorul cruia se transmite oanumit informaie. Elementul de reglare prezintovariabildeintrare( i ) careestedeobicei ovariabilindependenti o variabil de ieire ( e ) care este o variabil dependent. Elementul de reglare stabilete o anumit dependen n regim static i dinamic ntre cele dou variabile de intrare i de ieire.Schema bloc este o schem simplificat a unui sistem automat n care elementele de reglare sunt reprezentate prin mici dreptunghiuri legate ntre ele prin linii cu sgei n vrf. Sensul sgeii indic sensul de propagare a informaiei n interiorul sistemului automat, ca n figura 1.1:3Figura 1.1I.1. Msurarea. Noiuni generale.Msurareaeste operaia de comparare a dou mrimi de aceiai natur n scopul constatrii de cte ori unitatea de msur se cuprinde n mrimea de msurat.Operaia de msurare este caracterizat de relaia : M = Mi U(1)unde: M-mrimea de msurat, Mi-multiplu al unitii de msur, U-unitatea de msur.Mrimea de msurat este un parametru fizic sau chimic care poate fi evaluat prin msurare, comparare sau reperare i exprimat numeric.Unitatea de msur este mrimea care servete ca msur de baz pentrutoi parametrii de acelai fel. Materializarea fizic a unitii de msur este etalonul.In mod ideal o operaie de msurare definit de relaia (1) poate fi reprezentat prin schema bloc din figura 1.2.ES- elementul sensibil al elementului de msurare e = x-variabila de ieire care intereseaz.Figura 1.2Celetrei elemente: procesul (mediul), elementul demsurarei dispozitivul de redare constituie sistemul de msurare.Dac nu exist perturbaii, rezultatul msurrii depinde numai de valoarea mrimii de msurat (M) i unitatea de msur ( U ).Deci : Mi = f(M, U)Observaie:operaiademsurareidealesteunsistemdetransmitereauneiinformaii ntr-un singur sens, semnalul final rezultnd la dispozitivul de redare.In practic, exist o serie de mrimi de perturbaie i reacii inverse care provoac erori de msurare. Erorile de msurare depind de variaia n timp a mrimilor de perturbaie existente.La o msurare real schema bloc este mult mai complicat (figura 1.3):4Figura 1.3Un sistem de msurare poate fi utilizat :1. numai n scopul msurrii, rezultatul aprnd direct la dispozitivul de redare.2.ca element component ntr-un dispozitiv de automatizare sau de conducere, cnd sepuneproblemacavariabiladeieiresfiemeninutlaoanumitvaloare, cndla dispozitivul de redare apare un semnal analogic denumit mrime de reacie ( r ).Toate perturbaiile i reaciile interne care acioneaz asupra elementului de msurare conduc la eronarea rezultatului msurrii. 1.Perturbaiile externe zipot s se suprapun peste semnalul de msurare aprnd sub diferiteforme: cmpelectricsaumagneticextern, modificareatemperaturii, presiunii, umiditii mediului ambiant n care se afl elementul de msurare, deplasarea nulului activ al scalei, etc. putnd aciona i n zona n care se afl ES. 2. Perturbaiile interne apar la elementul de msurare sub forma jocurilor elementelor mobile n lagre, frecri n articulaii, histerez, intervalul de insensibilitate, etc.3. Reaciile inverse apar ca semnale cu un anumit coninut informaional care au sensul depropagareinversfaadesensul informaiei utiledelaESlaelementul deredare. Acestea apar mai ales cnd se msoar presiuni sau temperaturi.Pentruunanumit sistemdemsurare, oanalizasensibilitii poatestabili care mrime de perturbaie influeneaz prin variaia ei rezultatul msurrii. Se poate stabili o ierarhizareamrimilor deperturbaiefunciedeinfluenaacestoraasuprarezultatului msurrii deoarece orice sistem de msurare poate fi considerat ca un sistem multivariabil.Clasificarea erorilor de msurareEroriledemsurarenoperaiademsurareapar datoritaciunii perturbaiilor interne i externe ct i datorit reaciilor inverse. Eroarea absolut, notat cu Mi exprim abaterea rezultatului msurrii Mi fa de valoarea mrimii de msurat Mo care ar fi indicat de un aparat de msurare ideal : Mi =Mo -MiEroarearelativsedefinetecaraportul dintreeroareaabsoluti rezultatul msurrii : = Mi / Mi = (Mo -Mi )/ Mi *100 %Termenul de corecieCreprezint acea valoare numeric egal cu valoarea absolut, dar de semn schimbat :C = -Mi = Mi -Mo

Utilizarea termenului de corecie este important deoarece astfel se compenseaz, ntr-o anumit proporie influena mrimilor de perturbaie.5Deoarece nu se cunoate valoarea adevrat Mia mrimii de msurat, de cele mai multe ori nu se cunoate nici Mi. Din acest motiv una din cele mai importante probleme aleprelucrrii matematicearezultatelor msurrilor esteestimareaadevratei valori a mrimii msurate sau estimarea unei valori pentru Mi ct mai apropiat de Mo.Valoarea aproximativamrimiide msuratcuoeroarectmai micposibil se poate determina prin calcul matematic aplicat asupra unui ir de valori msurate, fiecare din acestea fiind afectat de o eroare necunoscut. Metoda de prelucrare a irului de valori msurate utilizeaz calcule statistice, de probabilitate i de foarte multe ori de regresie (ca de exemplu metoda celor mai mici ptrate ).Erorile de msurare se ncadreaz n dou clase :a). erori statice Erorile statice apar n cazul msurrii unor mrimi invariabile n timp.b). erori dinamiceEroriledinamiceapar lamsurareaunor mrimi variabilentimp, depinzndn mare msur att de valoarea momentan a mrimii de msurat ct i de variaia n timp a acesteia.Erorile statice se clasific n funcie de cauzele care le produc n :1. erori ntmpltoare 2. erori grosolane 3. erori sistematice1. Erorile ntmpltoare se datoreaz modificrii condiiilor exterioare sau aciunii unor mrimi de perturbaie exterioare accidentale. Caracteristica principal a acestor erori const n faptul c acestea difer ntre ele att ca mrime ct i ca semn, fr a rezulta din niruirea datelor vreo regul sistematic de ordonare. Aceste erori se repartizeaz dup legi statistice ca de exemplu curba lui Gauss.In marea majoritate a situaiilor mrimea adevrat a erorii ntmpltoare rmne necunoscut deoarece rmne necunoscut valoarea adevrat a mrimii msurate.2. Erorilegrosolaneintervinatunci cndsemanifestneglijenefienrealizarea condiiilor de msurare fie n aplicarea corect a metodelor de msurare. Aceste erori sunt momentane i foarte uor de descoperit deoarece sunt incomparabil mai mari dect erorile ntmpltoare.3. Erorile sistematice apar n mod sistematic n timpul operaiei de msurare i se clasific n dou clase :-dup sursa de apariie -dup aspectul analitic.In practic apar: -erori instrumentale provenite din defecte ale aparatelor (element de msurare sau dispozitiv de redare ) -erori personale datorate organelor de sim care percep diferit auditiv i vizual semnalul de ieire -erori datorate metodei nepotrivite de msurare.Erorile sistematice au o aciune unilateral i deosebit de periculoas prin efectul lor cumulativ asupra operaiei de msurare, motiv pentru care trebuie eliminate.Erorile dinamice au cauze multiple. Astfel forele masice, sistemele de amortizare, capacitile calorice a prilor componente a aparaturii mecanice, condensatorii i rezistenele ohmice sunt cteva surse de erori dinamice.Aceste erori sunt mai mari dac n componena instalaiei de msurare intr elemente de reglare cu timp mort. Din aceast categorie fac parte analizoarele de gaze i 6lichide care trebuiesc montate la o anumit distan de utilaj sau instalaie, conductele de legtur sunt elemente de ntrziere pur ce introduc timpi mori n comportarea dinamic a acestor echipamente. Caracteristicile instalaiilor de msurareInstalaiile de msurare prezint urmtoarele caracteristici :-statice-metrologice-tehnice-dinamice.Caracteristicile statice sunt :-domeniul de msurare-limita de suprancrcare-limita de siguran-constanta sistemului de msurare -caracteristica static de etalonare.Domeniul de msurare este domeniul de valori ale mrimii de msurat pentru care erorile de msur sunt reglementate prin norme legale individualeLimita desuprancrcare estevaloarea maximamrimiide msuratpentru care dup revenirea n limitele domeniului de msurare nu se modific caracteristicile statice sau dinamice ale elementului de msurareLimita de siguran este valoarea maxim admisibil a mrimii de msurat la care poate fi expus elementul de msurare fr a fi distrus, cutoate c apar modificri ireversibile a caracteristicii statice a acestuia.Constanta de msurare este raportul dintre valoarea mrimii de msurat i valoarea citit pe scala aparatului. Valoarea mrimii msurate se obine nmulind indicaia obinut cuconstantademsurare. Inpracticpotsapar2,3scalepentrudomenii diferitede valori ale aceluiai parametru. Caracteristicastaticestedependenaredatgrafic, matematicsautabelar dintre indicaia aparatului i mrimea msurat.Caracteristicile metrologice sunt :-precizia-justeea-fidelitatea-sensibilitatea-pragul de sensibilitate-domeniul de histerez.Precizia reflect gradul de exactitate al rezultatelor msurrilor. Cea maiutilizat form de exprimare a preciziei este cea ca un raport ntre valoarea absolut maxim M i i valoarea domeniului de msurare. Acest raport se numete eroare de baz relativ i se exprim n procente. Clasa de precizie reprezint de fapt mrimea erorii de baz relativ iar precizia erorii de baz relativ exprimat procentual. Elementele de msurare ale cror erori maxime tolerate sunt exprimate n erori absolute sunt repartizate n clase de precizie crora le sunt atribuite numere de ordine. Cele mai mari numere desemneaz elementele de msurare ale cror erori maxime tolerate sunt cele mai mari. 7Justeea este proprietatea de a da rezultate apropiate de valoarea adevrat a mrimii de msurat.Fidelitatea se refer la proprietatea unui element de msurare de a avea variaii ct mai mici alerezultatului lavariaiarepetataaceleiai mrimi ncondiii identicede msurare. Sensibilitateaesteproprietateadeapercepei aredavariaii ct mai mici ale mrimii demsurat. Incadrul elementelordemsurarecucaracteristicastaticliniar, sensibilitatea este chiar panta caracteristicii statice care este egal curaportul dintre variaia indicaiei scalei dispozitivului de reglare i variaia corespunztoare a mrimii de msurare M.Pragul de sensibilitate se definete ca cea mai mic valoare a mrimii de msurat M pentru care se obine o variaie sesizabil la indicaia dispozitivului de redare.Domeniul de histerez este diferena maxim a valorilor indicaiei dispozitivului de redarecareseobinepentruaceleai valori amrimii demsurat M, daclaaceast valoare se ajunge printr-ovariaie lent cresctoare saudescresctoare a mrimii de msurat M.Caracteristicile tehnice sunt determinate de principiul de funcionare, form, gabarit i modul n care influeneaz msurarea factorii perturbani. Aceste caracteristici sunt :-stabilitate-inerie-generalitate-fiabilitateStabilitatea const n meninerea calitii metrologice n timp, indiferent de condiiile externe.Ineria reflectmodul ncareelementulde msurare rspunden timp la variaia mrimii de msuratGeneralitatea este caracteristica unui element de msurare de a putea fi nlocuit n determinri similare cu echipamente de acelai fel cu aceleai caracteristici metrologice i tehnice.Fiabilitatea este proprietatea care se exprim prin probabilitatea ca un element de msurare s-i ndeplineasc funcia impus n anumite condiii prescrise n cursul unei perioade de timp date.Cei mai importani parametrii ce caracterizeaz fiabilitatea i care trebuiesc precizai pentru un element de msur sunt :-durata de via : durata de timp din momentul n care aparatul iese de la fabric pn la uzura total -numr de porniri-timpul de reparare : timpul total afectat reparaiilor n durata de via -durata de bun funcionare exprimat prin suma timpilor de bun funcionare-mentenabilitatea - exprimat prin probabilitatea ca un element de msurare s poat fi supravegheat, ntreinut, reparat ntr-o anumit perioad de timp-disponibilitatea exprimat prin probabilitatea ca un element de msurare s fie n stare de funcionare n orice moment n intervalul dintre operaiile de ntreinere planificate.8Caracteristicile dinamice sunt reflectate prin rspunsurile la semnal tip a elementelor demsurare. Cel mai desesteutilizat rspunsul lasemnal treapt. Cel mai important indicator ce caracterizeaz proprietile dinamice este constanta de timp Tcare este obligatoriu s fie inserat n orice prospect n care este prezentat elementul de msurare.ConstantaTreflectntrziereatransmiterii informaiei ninteriorulinstalaiei de msurare de la locul n care se afl montat elementul sensibil la scala dispozitivului de redare.Dac n structura elementului de msurare exist i elemente de reglare de ntrziere pur, acestea trebuie s se specifice, avnd ca caracteristic dinamic timpul mort t m. I.2. Aparate de msurareAparateledemsurareaurolul deatransforma unparametru(omrime deo anumit natur - fizic, chimic, etc.) ntr-o mrime de natur electric, pneumatic, etc. Aceast transformare s-a impus datorit avantajelor pe care le ofer semnalele electrice sau pneumatice n ceea ce privete liniile de transmisie i aparatele de msurare utilizate. Datorit creterii gradului de complexitate aparatele de msurare sunt tratate ca i sisteme. ncadrul dispozitivelordeautomatizare, traductoarele(sistemul demsurare) au rolul de a transforma mrimea de ieire e a procesului automatizat, n mrime de reacie r. Mrimea de reacie r apare sub forma unui semnal informaional, care de cele mai multe oriestedealtnaturfizic, dect mrimeadeieiree(mrimeareglatx). ncadrul sistemelor de reglare automat, traductoarele se afl plasate pe calea de reacie, asigurnd transmiterea informaiei la intrarea regulatorului.Schema bloc a unui sistem de msurare (traductor) este redat n figura 1.4:Figura 1.4Elementul demsurare(M) denumit i traductor demsurare, estealctuit din elementul sensibil(M1) i traductorul de baza (M2) i adaptorul de intrare AiElementul sensibil (M1)seaflncontact direct cumediul ncareseurmrete variaia variabilei de ieire, e. Prin intermediul elementului sensibil se transform variaiile variabilei de ieire (mrimii reglate), n variaiile unei mrimi auxiliare. De exemplu, cu ajutorul unui termocuplu, se transform variaii de temperatur, n variaii de tensiune; prin intermediul unei diafragme, variaiilededebit setransformnvariaiileunei presiuni diferenial. De cele mai multe ori, mrimea auxiliar care constituie semnalul de ieire al elementului sensibil, nu este adecvat prin natura fizic sau prin valoarea ei, pentru a fi aplicatdirectelementului calculator. Dinacest motivsemnalul deieiretrebuiesupus unei prelucrri intermediare. Aceast operaie orealizeaz traductorul de baza (M2). Variabila de ieire a traductorului de baz, denumit mrime de reacie r, este o mrime electric (curent, tensiune, etc.).Rolul elementului de msurare,n cadrul dispozitivului de automatizare este de a stabiliodependen univoc icontinu ntrevariabila deieireede o anumitnatur 9fizic i mrimea de reacie r de natur electric. n general, se urmrete ca dependena dintre r i e s fie liniar, astfel ca ecuaia caracteristicii statice a elementului de msurare s fie de forma: r = KM . edin care s rezulte c acesta este un element proporional cu coeficient de transfer KM.Dac ntrzierile de transmitere a semnalului de reglare n elementul de msurare sunt neglijabile n comparaie cu cele ale altor elemente din circuitul de reglare, se poate admite c, elementul de msurare este de ordinul zero, ecuaia comportrii dinamice fiind de forma: r(t)=KM.e(t)Deoarece n elementul calculator, mrimea de reacie r trebuie s ajung sub forma unui semnal electricsaupneumaticunificat (4-20mA; 0,2-l ats.), duptraductorul de baz, se intercaleaz adaptorul de intrare Ai , care are rolul mai sus amintit. De multe ori se ntmpl ca acesta s formeze cu elementul de msurare un singur ansamblu constructiv sau s lipseasc cu totul din structura dispozitivului de automatizare, dac traductorul de baz are ca variabil de ieire un semnal unificat. Traductoarelepot fi utilizate att ca elemente de msurare pentru controlul parametrilor ct i ca elemente componente ncadrul dispozitivelor de automatizare intercalate n sisteme de reglare automat.Traductoarele se pot clasifica dup urmtoarele criterii:1. Dup parametrul msurat:-traductoare de temperatur, presiune, debit, nivel, pH, compoziie, concentraie, etc. Traductoarele i bazeaz funcionarea pe fenomene sau proprieti ale materialelor care permit transformarea unor mrimi fizice n altele cum ar fi: dilatarea corpurilor, variaia rezistenei electrice, pierderea de presiune pe rezistene hidraulice sau pneumatice etc.2. Dup natura fenomenului care st la baza funcionrii lor.traductoare: electrice, pneumatice, chimice, de radiaie etc.Calitatea i stabilitatea circuitelor de reglare depind n mare msur de caracteristicile tehnice i metrologice ale traductoarelor. Cu ct aceste caracteristici sunt mai bune, cu att performanele sistemelor de reglare automat sunt mai ridicate.n general, traductoarele nu au ntotdeauna caracteristici tehnice i metrologice care s satisfac cerinele procesului tehnologic automatizat. Din acest motiv, de cele mai multe ori, nconstrucia lor trebuies nglobeze i nite elemente intermediare cumar fi: amplificatoare, adaptoare, montajedecompensareainfluenei unorfactori perturbatori etc.1.2.1. Msurarea presiuniiCele mai importante tipuri de traductoare sunt cele bazate pe deformarea elastic a corpurilor, cu coloan de lichid i cele bazate pe schimbarea proprietilor corpurilor cu presiunea.Traductoare bazate pe deformarea elastic a corpurilorAceste traductoare se bazeaz pe deformarea sub aciunea presiunii a unor elemente elastice cum sunt: resortul manometric, membrana, burduful, etc. Ele au cptat o larg rspndire datorit siguranei n exploatare i domeniului larg de msurare. Resortul manometric cel mai rspndit este tubul Bourdon:10Figura 1.5 - Tubul Bourdon Deformarea tubului n seciune Tubul Bourdon este simplu curbat, n form de arc de cerc cu un unghi la centru de aproximativ 270 i este confecionat n general din aliaje neferoase sau oel inoxidabil. n seciune transversal, acest tub se execut sub forma unor profile diferite, dintre care cele mai utilizate sunt: plat oval, oval ascuit, semioval, etc.n figur este reprezentat modul n care se deformeaz tubul i seciunea transversal, atunci cnd este supus aciunii presiunii P. Variaia unghiului de desfurare al tubului, care constituie mrimea de ieire a acestui traductor, se exprim n funcie de variaia y a axei mici a seciunii transversale astfel:Py yy0 + n care R reprezint raza medie a tubului Bourbon.inndseamai deeforturileceaparnpereii tubului, carepot fi exprimaten funcie de presiunea P, de dimensiunile geometrice i proprietile materialului se obine : ) P ( f care reprezint ecuaia caracteristicii statice a acestui tip de traductor. Mrimea de intrare este presiunea P, iar mrimea de ieire, variaia unghiului de nfurare a tubului, .Caracteristica static este n general liniar pe cea mai mare parte a domeniului de funcionare pentru care traductorul a fost construit.Traductorul cu tub Bourbon acoper, n trepte, un domeniu vast de presiuni, de la 103 N/m2 (1 KPa) pn la 109 N/m2 (106 KPa), precum i depresiuni de la 0 la 1,01325105 N/m2 (1,01325102 KPa). Traductoarele de presiune cu membranau elementul elastic supus deformrii omembranasupracreiaacioneazpresiuneademsurat, carereprezint mrimea de intrare: 11Figura 1.6 Tipuri de membrane Sgeata y a membranei reprezint mrimea de ieire a traductorului. Membranele sunt confecionate din oel, aliaje pe baz de cupru, sau materiale sintetice elastice.Traductoarele de presiune cu membran se construiesc pentru presiuni de la N/m2 (1 KPa) pn la 4106 N/m2 (4000 KPa). Traductoareledepresiunecuburdufsebazeazpedeformareaelastica burdufurilor la creterea presiunii, aplicat ninteriorul sauexteriorul lor. Elementul elastic este alctuit att din burduful 1 ct i din resortul 3 din interior.Domeniul de lucru al acestor traductoare este cuprins ntre 6102 N/m2 (0,6 KPa) i 105 N/m2 (102 KPa).Figura 1.7- Traductor presine cu burduf Figura 1.8 Traductor de presiune cu lichidTraductoare de presiune cu lichidLa aceste traductoare, presiunea de msurat se compar direct cu presiunea hidrostaticaunei coloanedelichid. Dei simple, acestetraductoaresecaracterizeaz printr-oprecizie mare. Prezint ns oserie de neajunsuri dinpunctul de vedere al exploatrii(gabarite mari, domenii demsuraremici etc.),fapt pentrucare nindustrie sunt mai puin rspndite dect traductoarele cu elemente elastice. n tehnica de laborator, mai ales n domeniul presiunilor mici, traductoarele de presiune cu lichid sunt ns foarte utilizate.Dingrupa acestor traductoare, cele cutub Usuntconstructiv cele maisimple 12(figura 1.8).Lichidul din tub poate fi mercur, ap, alcool etilic etc., acesta fiind ales funcie de natura fizic a fluidului a crui presiune dorim s o msurm i de valoarea acesteia.Dependena nlimii coloanei de lichid de diferena de presiune P=P1 P2 este:Pg ) (1hf n care: masa specific a lichidului de umplutur; f masa specific a fluidului a crui presiune se msoar; g acceleraia gravitaional.n cazul n care presiunile de msurat sunt foarte mici se utilizeaz traductoare de presiune cu tub nclinat (figura 1.9). Psin g ) (1yf Figura 1.9Lungimea y a coloanei de lichid din tubul nclinat se determin cu relaia dat.Aceste traductoare au o sensibilitate mai ridicat dect cele cu tub U.Traductoare bazate pe schimbarea proprietilor corpurilor cu presiuneaAceste traductoare i bazeaz funcionarea pe dependena de presiune a rezistenei, inductanei sau capacitii unor circuite electrice, a proprietii de piezoelectricitate a unor cristale, avariaiei gradului deionizareagazelor etc. nfigura1.10sunt reprezentate principial unele tipuri mai importante dintre aceste traductoare: tensometric, capacitiv i piezoelectric.Figura 1.10n cazul traductorului tensometric, valoarea rezistenei mrcii se modific funcie de deformarea elastic acorpului metalic al traductorului, respectivfuncie depresiune. Traductoareletensometricesunt utilizateattpentrupresiuni foartemici 102N/m2(0,1 KPa), ct i pentru presiuni mari, pn la 108 N/m2 (105 KPa).Capacitatea traductorului din figura 1.10.b se modific funcie de valorile presiunii fluidului ce acioneaz asupra membranei.13Traductoarele piezoelectrice ( figura 1.10.c) prezint avantajul deosebit al unei inerii mici, n raport cu toate celelalte traductoare de presiune.Traductorul de presiune diferenial Presiunile P1i P2se aplic pe suprafeele burdufului (2) ale traductorului de presiune diferenial prezentat principial n figur:Difereneledepresiunegenereaz o deplasare orizontal a axului (3), proporional cuP. Deplasrile axului (3) sunt transmise tubului de torsiune (4) care se deformeaz cu o anumit valoare unghiular .Adaptorul (5) al traductorului de presiunediferenialprezentat are ca mrime de intrare valoarea unghiuluiatubuluidetorsiune, iar ca mrime de ieire un semnal electric:(2-10)mA.Figura 1.11 Traductorul de presiune diferenial1.2.2. Msurarea debituluiDebitul unui fluid este fluxul vectorului v sau al vectorului ( v ) prin suprafaa , n conformitate cu relaiile: d n v Qv [m3/s] - volumic d n v Qm [kg/s] - masicn care: v- vectorul vitez; - masa specific;n- versorul normal la suprafaa .Suprafaaesteconstituitngeneral, dinseciuniletransversalealeconductelor prin care sunt vehiculate fluidele.Funcionarea traductoarelor de debit se bazeaz pe determinarea direct sau indirect a vitezei fluidului. Aceasta se poate face cuajutorul presiunii difereniale, presiunii dinamice, induciei electromagnetice, proceselordetransfertermic, propagrii oscilaiilor sonore n mediu fluid etc.Traductoare de debit realizate cu rezistene hidrauliceSchema unui astfel de traductor (sistem de msurare) este:14Figura 1.12In calitate de element sensibil pentru sesizarea valorii debitului de lichid care trece princonductesteutilizatrezistenahidraulicR.H. Mrimeadeintrarearezistenei hidraulice este debitul volumic de lichid care o strbate, mrimea de ieire fiind cderea de presiune (proporional cu debitul). Traductorul de presiune diferenial, TPD, are rolul de a converti mrimea de intrare, cderea de presiune cauzat de rezistena R.H. n circuitul de lichid, ntr-o mrime de ieire proporional r (un semnal electric unificat 4-20 mA).Traductoare electromagneticeAcestetraductoarei bazeazfuncionareapeexistenafenomenului deinducie magnetic. Constructiv, traductorul electromagnetic este realizat dintr-un tub din material izolant sau metalic acoperit cu un strat izolant, fixat ntre polii unui electromagnet (figura 1.13). Materialul tubului trebuiesfientoatecazurilenemagnetic(oel austeniticsau PVC). Prin pereii tubului trec electrozii 3, ntre care apare o tensiune electromotoare ut, indus n tubul de lichid dintre acetia. Lichidul care se gsete la un moment dat ntre electrozii 3poatefi imaginat caunconductorcesedeplaseazcuvitezavncmpul magnetic de inducie B (figura 1.13). n acest presupus conductor de lungime l, care se deplaseaz ntr-un plan perpendicular pe liniile de cmp, se induce tensiunea electromotoare exprimat prin produsul mixt al vectorilorB,l i v: v l B ut Figura 1.13Distana l dintre electrozi reprezint diametrul D al tubului, iar v reprezint viteza de curgere a lichidului prin conduct. nlocuind expresia vitezei i innd seama de faptul c cei trei vectori sunt ortogonali se obine:154DQv2v v tQDB 4u Relaiadedusesteecuaiacaracteristicii staticeaacestui traductor, indicndo dependen liniar ntre tensiunea indus ut i debitul volumic Qv.Pentru ca acest tip de traductor s fie utilizat, este necesar ca lichidul a crui debit se msoarsprezinteoconductibilitatemai marede100S/cm. Esteutilizat lalichide electrolitice; la gaze i produse petroliere nu se poate folosi.Alimentarea electromagnetului n curent alternativ asigur nlturarea fenomenului depolarizarei obinereaunuisemnal periodiccarepoatefi mai uoramplificat dect semnalul de curent continuu. Tensiunea ut, care se culege la bornele 3 ale traductorului variaz n domeniul 1 2 mV.Aceste tipuri de traductoare sunt utilizate pentru debite cuprinse ntre 1,5 cm3/min. i 10000m3/h. nara noastrI.E.A. Bucureti, produce acest tipde traductor, care realizeaz precizii de msurare de t1%. Traductoare electrotermiceTraductorul electrotermic se utilizeaz la msurarea debitelor mici de gaze, mai ales n instalaii de laborator, pilot sau de mic tonaj.Schema de principiu a acestui traductor este prezentat n figura 1.14. Gazul a crui debit semsoarestetrecut printr-untubmetaliccupereii subiri, careconducbine cldura. Pe tub sunt plasate izolat fa de acesta, o nfurare de nclzire Ri i simetric fa de Ri dou nfurri n calitate de termorezistene (R 1 i R 2) nglobate ntr-un montaj cu punte. n lipsa debitului prin tub, de-a lungul acestuia se formeaz o distribuie simetric de temperatur cu maximul la mijloc (diagrama din figura 1.14).Figura 1.1416Aceast distribuie de temperatur se deformeaz sub influena curentului de gaz i caatarendoupunctesimetricefadenfurareadenclzireapareodiferende temperatur , care este o msur a debitului n conformitate cu relaia:m p 1q c k n care: k1 constant, care depinde de construcia aparatului; cp cldura specific a gazului, [J/kg C] qm debitul masic, [kg/s]nacestecondiii, tensiuneadedezechilibruapunii traductorului (nipotezac aceast tensiune este mult mai mic dect tensiunea de alimentare ua) este direct proporional cu diferena de temperatur :au 5 , 0 u n care: - coeficientul de temperatur al rezistenei electrice.Din relaiile de mai sus se obine ecuaia de funcionare a traductorului electrotermic:m p 1 aq c k u 5 , 0 u sau:mq A u Caracteristica static a acestui traductor este liniar, n domeniul de debite pentru care a fost proiectat. ntregul tub metalic este introdus ntr-o cma cu perei groi din material cu conductibilitate termic ridicat, care are rol de a egaliza temperatura de la cele dou capete ale tubului metalic. Acest traductor msoar debite masice foarte mici, pn la 1 mg/s.1.2.3. MsurareatemperaturiiCele mai utilizate traductoare de temperatur sunt cele care au la baz fenomenul termoelectric, variaia rezistenei electrice cu temperatura i dilatarea termic a corpurilor. Traductoare termoelectrice Aceste traductor denumite frecvent i termocuplu este compus din doi electrozi A i B, confecionai din metale diferite, care se sudeaz la unul din capete. Capetele nesudate se numescreci sau liberei au aceeai temperatur T0. Punctul de sudur al electrozilor se numete capt cald sau sudat al termocuplului i se gsete la o anumit temperatur T (fig.1.15). Funcionareaacestor traductoaresebazeazpefenomenul termoelectric, efectul Seebeck, careconstnapariiaunui cmpelectricimprimat, i deci aunei tensiuni electromotoare, ntr-uncircuitalctuit dinmai muli conductoridenaturi diferitei cu puncteledecontact latemperaturi diferite. Daccapeteleliberealetermocuplului se gsesc n gol, ntre acestea apare o diferen de potenial egal cu tensiunea electromotoare Seebeck:) T T )( T ( U U U U0 AB b a AB S 17n care AB este coeficientul Seebeck relativ la conductorii A i B.Fig. 1.15 Fig. 1.16Din relaia tensiunii se observ c dac temperatura capetelor reci T0 este meninut constant, atunci, prin msurarea diferenei de potenial UABse poate determina temperatura T a captului sudat care, n regim staionar coincide cu temperatura mediului ncare se afl acesta. Valoarea coeficientului SeebeckAB, depinde de perechea de electrozi A i B ce alctuiesc termocuplul i prin aceasta determin forma caracteristicii statice a fiecrui termocuplu.nfigura1.16sunt prezentatecaracteristicilestaticepentrutermocuplurilefier constantan (Fe Const.), cromel alumel (C A) i platin rodiu platin (Pt Rh Pt).S-a artat mai sus c pentrua putea determina temperatura Tprinmsurarea tensiunii termoelectrice, temperatura T0 a capetelor libere trebuie meninut constant la o valoare cunoscut. Aceast cerin este mai uor de realizat n zone cu temperaturi mai joase, ndeprtate de punctul de msurare. Aceasta necesit prelungirea termoelectrozilor pn la camerele de msurare sau n alte locuri convenabile. Prelungirea se realizeaz cu ajutorul adouconductoare, numiteconductoaredeprelungire, carepot fi dinacelai material cutermoelectrozii saudinaltemetalesaualiaje, carenintervalul 30C +100C, au aceleai proprieti termoelectrice cu termoelectrozii.Pentru a nu fi expui continuu mediului n care se msoar temperatura, electrozii termocuplului sunt introdui ntr-un tub protector (teac). Materialul din care se confecioneaz teaca protectoare este ales funcie de temperatura i mediul n care lucreaz termocuplul. n general acesta este fie oel obinuit sau special, fie material ceramic. n acest caz, comportarea dinamic a termocuplului este diferit, constanta de timp care apare n transmiterea cldurii nu poate fi neglijat (2 20 s).Tensiunea electromotoare dezvoltat de termocuplu se poate msura prindou metode:- metoda deviaiei - milivoltmetrul magnetoelectricseleagdirect latermocuplu (figura 1.17), scala aparatului fiind gradat direct n uniti de temperatur.- metoda compensaiei -(poteniometric), care const n compensarea tensiunii necunoscut UABa termocuplului cu o tensiune cunoscut, culeas de pe poriunea RX a rezistenei R (figura 1.18).18Fig. 1.17 Fig. 1.18.a Fig. 1.18.bPoziia 1 a comutatorului K corespunde msurrii. n acest caz tensiunii UABi se opunecderea detensiune UCculeas pe rezistena RX(UC=RX I). Sepoate afla o asemeneapoziieacursorului C, astfel nct UAB=UC, poziiepusnevidendeun galvanometru. Prin urmare fiecrei valori UAB, i corespunde o anumit poziie a cursorului C. DacResteorezistencalibrati liniar, aparatul sepoateetalona, atandu-se acestei rezistene o scal gradat direct n uniti de temperatur.Lainstalaii industrialeseutilizeazpoteniometreleelectroniceautomate(figura 1.18.b). DactensiunileUCi UABnusunt egale, laintrareaamplificatorului Aapare semnalul de eroare I, respectiv o tensiune asociat acestuia. Amplificatorul electronic A comand motorul M, care, rotindu-se ntr-unsens corespunztor, deplaseaz cursorul reostatului R, i nacelai timpcuacesta, acul indicator i nregistrator al aparatului. Astfel dac UAB>UC, cursorul reostatului va fi deplasat spre dreapta i dac UAB