ELEV : VARZOP CRISTI

 LICEUL CONSTANTIN BRANCUSI CLASA XIII – B 

1

PROIET:INSTALATII SI SISTEME

DE MASURARE

CUPRINS

1. CONSIDERENTE GENERALE

2. ELEMENTE COMPONENTE DE BAZA ALE INSTALATIILOR SAU ALE SISTEMELOR DE MASURARE

3. REPREZENTARI GRAFICE ALE STRUCTURII UNEI INSTALATII

4. TIPURI DE STRUCTURI ALE SISTEMELOR DE MASURARE

2

1. CONSIDERENTE GENERALE

Avand in vedere functiile pe cere le indeplinesc, instalatiile si sistemele de masurare pot fi clasificate in :

instalatii de verificare / testare si diagnosticare a echipamentelor, instalatiilor si sistemelor industriale;

instalatii de supraveghere si control a proceselor industriale.Instalatiile de masurare utilizate in automatele de control activ si pasiv

se clasifica in functie de prezenta sau absenta actiunii instalatiei de masurare asupra procesului tehnologic de prelucrare a piesei in :

instalatii de masurare utilizate in automatele de control activ ; instalatii de masurare utilizate in automatele de control pasiv.Automatele de control activ reprezinta cea mai avansata forma de

control tehnic al calitatii. Instalatiile de masurare utilizate modifica desfasurarea procesului tehnologic la prelucarea piesei pe masina-unealta, permitand :

- comanda intreruperii prelucarii atunci cand piesa ajunge la dimensiunea stabilita sau la comanda schimbarii automate a regimului de prelucare in orice moment ;

- reglarea masinii-unelte, deci a sculei pentru inceperea unui nou ciclu de fabricatie ;

- comanda opririi sau a blocarii masinii-unelte in cazul ruperii sculei, cand semifabricatul are dimensiuni necorespunzatoare sau in alte cazuri care pot provoca deteriorarea masinii sau care prezita pericol pentru cel care deserveste masina.

Luand in considerare principalii factori perturbatori care provoaca abateri de prelucare si erori de masurare, toate instalatiile de masurare utilizate in controlul activ pot prevenii aparitia rebutului.

Instlatiile de masurare utilizate in automatele de control pasiv efectueaza controlul pieselor fara a intervenii in procesul tehnologic de prelucare. De aceea, ele sunt folosite in productia de serie si de masa pentru realizarea unor produse cu precizie mare, cu productivitate mare si cu pret acceptabil.

Schemele structurale ale automatelor de control activ si pasiv sunt prezentate mai jos in figurile 1 si 2.

Instalatiile de masurare utilizate in controlul activ sau pasiv trebuie sa asigure urmatoarele cerinte : precizie mare, erori de justete si fidelitate mici si sensibilitate ridicata. O alta caracteristica metrologica, viteza de raspuns, trebuie sa fie mai mare la automatele de control pasiv. De asemenea, eroarea de zero (fuga zeroului) trebuie sa fie pe cat posibil, mai mica, aceasta impunand conditii speciale intregii instalatii de masurare.

3

Tinand seama de principiile de functionare, instalatiile de functionare pot fi mecanice, electrice, pneumatice, optice, cu radiatie etc. Aceasta clasificare este mai mult conventionala deoarece in realitate majoritatea instalatiilor de masurare reprezinta sisteme combinate formate din tipurile mentionate.

Se deosebesc instalatii de mesurare care vin in contact cu piesa masurata si instalatii de masurare cu actiune asupra piesei fara a intra in contact cu aceasta. Cel mai des utilizate sunt instalatiile de masurare cu contact cu piesa datorita simplitatii, robustetii si eliminarii influentei impuritatilor, geometriei piesei sau lichidului de racire asupra procesului de

4

marime

marime

prescrisa

controlata

1 2 3 4

5

Fig. 1 Schema structurala a automatului de control activ:1 - cap de masurare cu element de comparare ;2 – amplificator ;3 – element de executie ;4 – masina unealta ;5 – traductor dereactie.

1

4

2 3marimeprescrisa

marimecontrolata

Fig.2 Schema structurala a automatului de control pasiv:1 – cap de masurare cu element de comparare ;2 – amplificator ;3 – instalatie de sortare ;4 – proces controlat.

control. Intr-o serie de cazuri speciale, viteze foarte mari de deplasare a piesei, sensibilitate marita a suprafetei piesei controlate la actiuni mecanice, procese de productie care se desfasoara la temperaturi inalte, se folosesc instalatiile de masurare fara contact.

Lanţ de măsurare reprezinta o serie de elemente ale unui aparat de măsurat sau ale unui sistem de măsurare care constituie traseul semnalului de măsurare de la intrare până la ieşire.

Intslatiile de masurare mecanice prezinta robustete mare dar precizia lor este mica. Se pot realiza cu traductoare mecanice cu actiune directa : calibre rigide, calibre pana, calibre reglabile si cu traductoare mecanice cu amplificare mecanica.

Instalatiile de masurare electrice pot avea in componenta capete de masurare cu traductoare electrice cu contacte, tradutoare inductive si traductoare capacitive. Sunt robuste, insa au gabarit relativ mare si oarecare sensibiltate la vibratii, avand in constructii, in geneal, parghii.

Capul de masurare cu tradutor electric poate fi cu doua sau mai multe contacte, cu sau fara amplificarea deplasarii contactelor in raport cu deplasarea tijei de masurare. Amplificarea propriuzisa se obtine de preferinta pe cale mecanica sau pneumatica, partea electrica avand drept scop numai automatizarea procesului de control. El se foloseste in scopul unui control limitativ (de limite), pentru a vedea daca dimensiunile efective ale pieselor de controlat se incadreaza sau nu in campul de toleranta descris sau in intervalul stabilit (fara a preciza valoarea efectiva a fiecarei dimensiuni in parte). Schema de principiu a capului de masurare cu traductor electric cu doua contacte este redata in figura 3.

Capul de masurare cu traductor inductiv ofera avantajul unei sensibilitati si precizii ridicate. In figura 4 este prezentata schema de

FENOMEN

Element de palpare

Dispozitiv de transmitere

Dispozitiv de amplificare

Dispozitiv de afişare

FENOMEN

Traductor Dispozitiv de intrare

Dispozitiv de

măsurare

Afisare Înregistrare Transmitere

măsurand

5

principiu a unui cap de masurare cu traductor inductiv, prin intermediul caruia o marime mecanica, masurata, se transforma in variatia impedantelor unei bobine.

Instalatiile de masurare cu traductoare pneumatice au inertie mare (timp de raspuns ridicat) insa prezinta robustete, precizie ridicata, raport de amplificare mare, posibilitatea masurarii fara contact cu piesa, siguranta in functionare si folosirea in locuri greu accesibile. Cea mai utilizata schema cu traductor pneumatic este prezentata in figura 5 in care marimea de iesire - presiunea din camera de masurare - este modificata in anumite limite proportional cu variatia marimii de intrare si cu variatia interstitiului duza-calpeta.

Instalatiile de masurare cu traductoare optice si cu radiatie au o utilizare limitata datorita complexitatilor constructive.

Instalatiile de masurare digitale reprezinta lanţuri de măsurare digitale ce conţin o parte analogică şi alte câteva blocuri specifice. Semnalul analogic este prelucrat în blocul analogic şi apoi aplicat unui bloc de eşantionare – memorare (E/M) care prelevează valori instantanee şi le menţine la intrarea convertorului analog – digital (CAD) pe timpul necesar conversiei. Instalatia este dotata cu un microprocesor care, pe baza unui program impus de utilizator, asigură reglarea mărimii măsurate.

6

6

1

2

3

4

5

7

a

b 5

Fig. 3 Schema de principiu a capului de masurare cu traductorelectric cu doua contacte

1 – tija palpatoare ;2 – ghidaj ;3 – parghie ;4 – contacte ;5 – surub micrometric ;6 – acul fortei de masurare ;7 – arc.

2

1

4

3

Fig. 4 Schema de principiu a capului de masurare cu traductor inductiv

1 - tija de palpare2 - traductor inductiv3 - arcul fortei de masurare4 - piesa

7

2. Elemente componente de baza ale instalatiilor sau alesistemelor de masurare

O instalatie sau un sistem de masurare reprezinta un mijloc de masurare constituit din mai multe aparate de masurat (situate in fluxul semnalului) sau auxiliare (nesituate in fluxul semnalului), dar care livreaza energie auxiliara pentru mentinerea functiunii instalatiei, necesara pentru captarea si adaptarea unui semnal de masurare si pentru emiterea valorii masurate, ca imagine a marimi de masurat. Daca numarul aparatelor se reduce la unu, atunci instalatia devine un aparat.

8

duza de intrare

duza de masurare

camera de masurare

manometru

Fig. 5 Schema de masurare cu traductor pneumatic

Aparatul

Nr. 1 2 3 4 5

DenumireaTermometrucu rezistenta

Punte de masurat

Amplificator de masurat

Traductor electropneumatic

Indicator cu tablou de comanda

Denumirea dupa functie captor adaptor adaptor adaptor emitator direct

Denumirea dupa structura semnalului

traductor traductor traductor unitate

traductor unitate traductor

Marimea de masurat temperatura rezistenta tensiunea curentul temperatura

Domeniul de masurare 100...300 °C - - - 100...300 °C

Semnalul de intrare Xi temperatura rezistenta tensiunea curentul curentul

Domeniul semnalului Xi 100...300 °C 138,5...212,03Ω 0...60 mV 0...20mA 0...20mA

Semnalul de iesire Xe rezistenta tensiunea curentul presiunea lungimea scarii

Domeniul semnalului Xe 138,5...212,03Ω 0...60 mV 0...20mA 0,2...1.0bar 0...100mm

In figura 6 este reprezentat un exemplu de instalatie de masurat iar in figura 7 sunt prezentate componentele unei instalatii de masurat.

9

Marimea de masurat

t in °C

Termometrucu rezistenta

Aparatul 1

Semnalul de masurare 1

R in ΩPunte demasurat

Energieauxiliara

Aparatul 2

Semnalul de masurare 2 Amplificator

de masurat

Aparatul 3

Energieauxiliara

Traductor

Indicator cutablou decomanda

Aparatul 4

Aparatul 5

Semnalul de masurat 4 P in bar

Regulatorpneumatic

Semnalul de masurare 5

l in mm

Valoarea masurata

t in °C

Fig. 6 Instalatie pentru masurarea electrica a temperaturii

Aparat deauxiliar

Aparat demasurat

Aparat demasurat

Aparat demasurat

Xi Sm

Wa

Sm

Fig. 7 Componentele unei instalatii de masurat

Dupa rolul pe care il au in cadrul instalatiei de masurat, aparatele de masurat se numesc : captor, adaptor, emitator (v. Fig.8).

Captorul este un aparat de masurat care capteaza marimea de masurat la intrare si emite la iesire un semnal de masurare corespunzator (exemplu : termometru cu rezistenta).

Daca marimea de intrare este, in acelasi timp, si semnal de masurare, captorul, ca prim element al instalatiei, nu este necesar.

Cand energia semnalului de masurare este luata direct de la instalatie, captorul este activ, iar in cazul in care marimea de masurat comanda o energie auxiliara, livrata captorului de o sursa auxiliara, captorul este pasiv.

Partea captorului care sesizeaza direct marimea de masurat si care este sensibila la aceasta din urma, se numeste senzor sau sonda (exemplu : fotoelementele). Captorul trebuie sa micsoreze pe cat este posibil influenta marimilor perturbatoare asupra semnalului de masurare.

Adaptorul este un aparat de masurat dintr-o instalatie. Acesta este situat intre captor si emitator si are diferite functii. Astfel, el poate fi : amplificator de masurare, traductor, calculator etc.

10

Wa

Se

Aparat deauxiliar

EmitatorE

CaptorC

AdaptorA

Xi Sm

Fig. 8 Denumirea aparatelor de masurat, dupa rolul in cadrul instalatiei de masurat

Wa=energie auxiliaraSm=semnal de masurare

Senzorsesizor (sonda)

Marimea de masurat

AmplificatorCalculatorConvertizor

Emitator direct:indicatorinscriptornumaratorEmitator indirect

Amplificatorul de masurare este un aparat de masurat cu energie auxiliara la care energia de intrare comanda energia auxiliara de iesire (exemplu : amplificarea puterii).

Calculatorul este un aparat de masurat adaptor care serveste la prelucrarea ulterioara a semnalelor de masurare, efectuand operatii de calcul.

Se deosebesc : aparate de conexiune care servesc la conectarea a doua sau a mai

multor semnale de masurare ; aparate de functie care transforma semnalul de intrare Xi dupa o

anumita relatie matematica in semnal de iesire Xe ; aparate de temporizare care formeaza dependenta temporara dintre

semnalele de iesire si cel de intrare.Emitatorul este un aparat de masurat care foloseste energie auxiliara

si emite valoarea masurata a marimi de masurat. Emitatorul poate fi direct (vizual) sau indirect.

In cazul in care emitatorul este prevazut cu dispozitive care livreaza informatii suplimentare, la valoarea masurata cu aparate de semnalizare, este emitator de semnal limita sau semnalizator cu valoare limita.

Emitatorul direct livreaza (emite) valoarea masurata intr-o forma direct inteligibila pentru observator.

Cele mai importante emitatoare directe sunt : indicatoarele, inregistratoarele si numaratoarele.

Indicatorul este un emitator direct, care permite citirea directa a valorii masurate.

Indicatorul analog indica valoarea masurata, cu ajutorul unui indicator pe o scala (aparate cu indicator, osciloscoapele).

Indicatorul digital indica valoarea masurata in forma de numere, adica in valori discrete ale indicatiei. Daca o scara analoaga consta intr-un sir de cifre situate pe un element mobil fata de o fereastra sau fata de un reper este vorba de o indicatie analoaga cu ajutorul unei scari analoage cifrate.

Inregistratorul este un emitator direct care inscrie valoarea masurata – de cele mai multe ori proportionala cu timpul – pe o banda mobila, pe o diagrama polara etc.

Numaratorul este un emitator direct, care formeaza valoarea masurata ca suma sau ca integrala de timp, aceasta fiind emisa intr-o forma directa si vizibila.

Emitatorul indirect livreaza valoarea masurata intr-o forma recunoscuta numai cu dispozitive sau cu cunostinte speciale.

Dupa forma semnalului, mijloacele de masurat se clasifica in : traductoare si convertizoare (Fig. 9).

11

Mijloc demasurat

Traductor demasurat

Traductor demasurat unitate

Convertizor

Convertizoranalog-digital

Convertizordigital-analog

Convertizorde cod

Fig. 9 Denumirea mijloacelor de masurare dupa forma semnalului

Traductorul de masurare este un mijloc de masurare care transforma un semnal de intrare analog intr-un semnal de iesire analog, dependent de cel de intrare.

In cazul in care la intrarea si iesirea traductorului de masurare se afla aceeasi marime fizica si aparatul lucreaza fara energie auxiliara, traductorul se numeste transformator sau convertizor (exemplu : transformator de curent).

Traductorul unitate este un traductor cu domeniul semnalului de iesire normat, care necesita, de regula, energie auxiliara. Acest traductor se mai numeste transmitator sau convertizor standard de masurare.

Convertizorul este un aparat de masurat la care semnalul de intrare difera structural de cel la iesire (exemplu : analog-digital, digital-analog) sau care are numai o structura digitala.

Convertizorul analogic-digital transforma un semnal de intrare analog intr-un semnal de iesire digital.

Convertizorul digital-analog transforma un semnal de intrare digital intr-un semnal de iesire analog.

3. Reprezentari grafice ale structurii unei instalatii

Reprezentarea grafica a unei instalatii de masurat este descrisa de figurile 7 si 8.

Schema de montaj trebuie sa contina toate aparatele de masurat, aparatele auxiliare si elementele constructive ale instalatiei, sub forma de simboluri sau aparate-bloc.

Legaturile dintre aparate trebuie reprezentate simplificat, dar clar.Schema de montaj contine : simbolul aparatului, aparatul-bloc,

schema functionala.

12

Simbuloul aparatului reprezinta aparatul de masurat, aparatul auxiliar sau un element constructiv reprezentat intr-o forma simplificata sau printr-un semn normat (standardizat).

Aparatul-bloc reprezinta un aparat de masurat, aparat auxiliar sau un element constructiv reprezentat grafic simplificat sub forma de dreptunghi, in interiorul caruia se deseneaza sau nu simbolul normat al aparatului.

Schema functionala este o reprezentare simbolica a legaturilor dintre semnalele sistemului, adica dintre semnalele de masurare ale instalatiei, ale aparatului sau ale unui numar de aparate si instalatii.

In aceasta schema, elementele de transmitere ale instalatiei ori ale aparatului se reprezinta ca semnalele bloc, iar legaturile lor, prin linii de actiune cu sens.

Partile componente ale unei scheme functionale sunt : semnalul bloc, linial de actiune, sensul de actiune.

Semnalul-bloc se reprezinta de preferinta printrin dreptunghi, cu o linie dubla la legatura semnalului de iesire (figura 10).

13

X1 X2 X3 X4

(Xe) (Xe)

a) Structura in lant

X1

X1

X1

Xe

Xe

X21

X22

X2=X21+X22

b) Structura in paralel

c) Structura in cerc

Xi1

Xe2

Xi2=Xi1+Zez

Fig. 10 Structura semnalului bloc

Linia de aciune este o lnie continua subtire, care indica drumul unui semnal de masurare. Ea porneste, de regula, de la latura mica a semnalului bloc.

Sensul de actiune se reprezinta cu sageti, pe linia de actiune care determina un proces de masurare, de comanda, etc.

Sensul de actiune caracterizeaza un semnal de masurare ca semnal de intrare sau de iesire.

4. TIPURI DE STRUCTURI ALE SISTEMELOR DE MASURARE

Cela mai importante legaturi dintr-o schema functionala sunt : structura in lant, structura in paralel si structura in cerc, acestea fiind reprezentate in figura 10.

Principii de functionare – principiul energiei

Transmiterea semnalelor nu se poate face fara schimb de energie. Spre exemplu la masurarea piesei cu un aparat de tip Abbe vertical, piesa este palpata cu o forta de masurare F, care produce o deformatie elastica. In acest proces are loc un schimb de energie care influenteaza semnalul de masurare.

Ca urmare, la folosirea unui mijluc de masurare trebuie sa se controleze nu numai schema de functionare, ci si masura in care nivelul energetic nu determina erori de adaptare prea mari ale marimii de masurat. De aceea este necesar sa se intocmeasca schema fluxului de energie .

Schema fluxului de energie indica faptul ca transmiterea smnalului este legata de transmiterea puterii.

In fiecare semnal transmis, apar simultan doua marimi de masurat, al caror produs trebuie sa reprezinte puterea semnalului. Aceste marimi de masurat se numesc intensitati si trebuie urmarite intotdeauna in schema.

14