Always leading the pack

MODU-LUL PENTRJ STUDIUL SENZORILOR SI A CONTROLILOR

DL 2312R

DL 2312R

II

aalbPagina (

DL 2312R

III

CURPINS 2312RP1 Traductor tensometric 2312RP2 Traductoare de input 2312RP3 Traductoare pentru aplicatii de masurare a Pozitiei lineare si fortei 2312RP4 Dispozitiv de codificare

Viteza de control al unei bucle deschise si al Unei bucle inchise 2312RP5 Controlul luminii: "regulator de stralucire" 2312RP6 Transductori de temperatura: transductor ic Senzori de temperatura: termocuplu DRT Termistor 2312RP7 Traductor de presiune diferentiala Pompa Rezervorul 2312RP7A Caracteristica pompei 2312RP7B Caracteristicile sistemului de masurare 2312RP7C Controlul direct al procesului 2312RP8A Caracteristicile sistemului de masura 2312RP8B Controlul direct al nivelului 2312RP9 Senzor de pozitie

Control al pozitiei buclei inchise 2312RP10 Senzori capacitivi

DL 2312R

IV

aalbPagina (

DL 2312R

P1.1

TRADUCTOR TENSOMETRIC Amplasarea folosita pentru Traductor este cea din figura 1. Rezistente Fizica Schema electrica

Figura 1 Rezistentele sunt introduse electric într-un substrat pe un bloc de contact în partea dreapta a ansamblului cu doi indicatori activi integrati de-a lungul axului si doua false integrate în unghiurile din dreapta acestora. Principalele caracteristici ale dispozitivului sunt:

Capacitatea de încarcare 200g. Sensibilitatea 25 µV/g Longitudinea 5mm Deformarea 2 a 4% Coeficientul termic ±0,015%/°C Rezistenta 350Ω ± 0,5%

Tabelul 1

DL 2312R

P1.2

Figura 2 Figura 2 prezinta constructia unui traductor tensiometric ce consta în principal dintr-o grila din fire subtiri sau materiale semi-conductoare pe un material suport. În timpul folosirii, unitatea este cimentata de elementul de testare si este setata astfel încât variatia longitudinala în conditii de sarcina este situata de-a lungul axei sensibile a indicatorului. Cresterea de sarcina creste apoi lungimea firului si astfel creste rezistenta acestuia. Indicatorul este de obicei conectat la o Punte Wheatstone cu o punte de echilibru în absenta sarcinii. Orice modificare a rezistentei produce un dezechilibru al puntii (detectate cu ajutorului unui Galvanometru).

FORTA FORTA

OBIECT

VEDERE de SUS

Traductor tensometric cimentat pe obiectul

tensionat

DL 2312R

P1.3

Introducere Senzorii de forta sunt compusi din structuri deformabile de-a lungul unor directii diferite, pe care sunt montate elemente sensibile pentru a detecta deformarile suferite in diferite zone si, astfel, pentru a calcula tensiunea aplicata. Ca si elemente sensibile, se folosesc transductori piezoelectrici sau, mult mai frecvent, traductori tensometrici. Un traductor tensometric este un gratar metalic avand forma unui traforaj grecesc care este creat prin fotogravurarea pe un suport izolant. La capetele acestui gratar se afla terminale de conectare pentru circuitul ce urmeaza a fi masurat. Principala caracteristica a unui traductor tensometric este aceea ca isi poate varia rezistenta electrica odata cu schimbarea deformarii la care acesta este supus. Particularizand, obtinem urmatoarea relatie:

eKRR

⋅=∆

unde R∆ reprezinta variatia rezistentei pe care o sufera gratarul metalic, R este rezistenta sa initiala, K o constanta numita "factorul de calibrare" iar lle ∆= reprezinta deformarea traductorului tensometric care este masurata de-a lungul directiei de orientare a traforajului. Suportul izolant este lipit pe suprafata elementului care este supus deformarilor create ca urmare a aplicarii unei solicitari externe. Traductorul tensometric, care este, prin urmare, atasat la suprafata mentionata, este astfel supus aceleasi deformari la care este supusa si suprafata si acest lucru permite masurarea deformarii printr-o variatie a rezistentei electrice. Valoarea masurata este obtinuta prin introducerea unui traductor tensometric intr-o punte de masurare (Puntea Wheatstone). Mai mult decat atat, este important sa evidentiem modul in care traductorii tensometrici sunt atat de sensibili la variatiile de temperatura. De fapt, ei isi modifica rezistenta electrica nu numai ca urmare a variatiilor produse de deformare, dar si in urma variatiilor proprii de temperatura.

Traductor tensometric Experiment Circuitul pe care il vom utiliza este cel din figura 5.1 si aceasta figura infatiseaza functia indeplinita de blocul TRADUCTOR TENSOMETRIC. Senzorul are capacitatea de a-si varia rezistenta in functie de deformarea la care este supus. Oricum, aceste variatii sunt foarte slabe si, astfel, este necesar sa utilizam un amplificator pentru a le putea masura. Masuratoarea este efectuata prin intermediul unei punti care este alcatuita dintr-un traductor tensometric si din R1, R2, R3. R5 si R0 au menirea de a reseta tensiunea de iesire a puntii atunci cand traductorul tensometric nu este supus la nici un efort: aceasta tensiune se datoreaza doar tolerantelor rezistentelor.Variatia rezistentei traductorului tensometric este realizata prin intermediul unui surub care deformeaza o foaie de aluminiu pe care este lipit senzorul.

DL 2312R

P1.4

Tinand cont de tensiunea foarte scazuta de iesire a puntii, este necesar sa utilizam amplificatorul blocului APARATURA de AMPLIFICARE. Acest amplificator face parte din tipul de “aparatura”, ceea ce inseamna ca, acesta prezinta impedante care sunt foarte inalte si egale la ambele intrari (inversor si non-inversor), tensiune de deviatie scazuta si curent de polarizare scazut. Prin urmare, utilizarea acestuia este adecvata in acele cazuri cand este necesar sa lucram cu tensiuni foarte scazute. Mai mult decat atat, amplificatorul blocului APARATURA de AMPLIFICARE are drept caracteristica principala faptul ca amplificarea sa poate fi determinata din pozitia comutatoarelor de faza actionate de picior: amplificarea poate avea valorile de 1, 10, 100, 1000.

Figura 3 Masurarea deformarii prin intermediul amplificatorului blocului din APARATURA de AMPLIFICARE Aparatura necesara: multimetru Conectati, prin intermediul a doi conductori, terminalul care este conectat la R4 la terminalul de intrare inversor iar terminalul care este conectat la R1 conectati-l la terminalul de intrare non-inversor al APARATURII de AMPLIFICARE. Aduceti, prin intermediul comutatoarelor de faza actionate de picior, amplificarea APARATURII de AMPLIFICARE la valoarea G = 1000; 1, 2, 3 in pozitia OFF (INCHIS), in timp ce cel de al patrulea comutator de faza actionat de picior trebuie asezat in pozitia ON (DESCHIS). Introduceti multimetrul, setat pentru masurarea tensiunilor directe, intre terminalul Vo al blocului APARATURA de AMPLIFICARE si impamantare si apoi masurati tensiunea. Asigurati-va ca surubul nu atinge foaia pe care se afla montat traductorul tensometric. Resetati tensiunea de iesire a amplificatorului actionand R0. Miscati surubul pana ce acesta atinge foaia de aluminiu. In acest moment rotiti surubul jumatate de spira.

TRADUCTOR TENSOMETRIC

DL 2312R

P1.5

Notati valoarea masurata pe care o puteti citi pe multimetru in tabelul 2. Repetati aceasta masurare pentru toate pozitiile enumerate in tabel. Faceti comentarii asupra comportamentului tensiunii masurate ca functie a pozitiei surubului.

Pozitionarea surubului Tesiunea Vo ½ tura de spira 1 ture de spira

1,5 ture de spira 2 ture de spira

2,5 ture de spira

Tabelul 2 Intrebari Care cantitate fizica este masurata de catre traductorul tensiometric ? A: Curentul B: Forta C: Rezistenta D: Puterea

DL 2312R

P1.6

NOTE

DL 2312R

P2.1

TRADUCTOARE DE INPUT TRADUCTOARE REZISTOR CU APLICARE ÎN POZITIONAREA LINIARA UNGHIULARA Acest tip de traductor rezistor se bazeaza pe dispozitive ce favorizeaza rezistenta fixa de cursa conductoare cu ajutorul unui cursor mobil si care determina în orice moment doua rezistente ale caror suma este similara rezistentei totale a cursei. În momentul în care una dintre ele variaza de la 0 la valoarea R a cursei, cealalta evolueaza în sens invers. Traductoarele prezinta urmatoarele dispozitive de a cest tip (vezi figura 1) Tip rotativ Tip paralel

Figura 1 Pentru masurarea pozitiei liniare se foloseste un potentiometru rectiliniar. Pentru masurarea pozitiei rotative se foloseste un potentiometru rotativ

Potentiometru Circular pentru Cursa de Carbon. Asa cum puteti vedea în figura 1 cursa este fixata în jurul axei solidare pe cursor. Distributia rezistentei de-a lungul cursei poate fi liniara sau logaritmica, depinzând astfel spus de domeniul de aplicatie al dispozitivului; daca urmeaza a fi inclus într-un circuit este necesar sa tinem cont atât de valoarea sa în ohmi cât si de principiul sau de variatie. În cazul nostru valoarea rezistentei este de 10kΩ cu distributie liniara. Potentiometru pentru Cursa Longitudinala de Carbon. Diferenta fata de potentiometrul anterior consta în dispunerea în linie dreapta a cursei si a cursorului cu mecanism de alunecare si sistem de control extern ce permite transferul de-a lungul cursei asa cum se observa în figura 1. La fel ca în cazul anterior, distributia rezistentei de-a lungul cursei poate urma un mod de distributie linear sau logaritmic. În cazul nostru valoarea în ohmi este de 10kΩ iar tipul de variatie este linear.

Contact variabil Banda

Conexiune

Arc

Contact variabil

Banda

Conexiune

DL 2312R

P2.2

Exercitiul Variatia tensiunii de iesire intr-un potentiometru folosit ca traducator de pozitie.

Figura 2 Conectati circuitul cum este demonstrat in figura 2, folosina un potentiometru cu valoarea de 100 kΩ?, si un multimetru pozitionat la iesirea lui Puneti potentiometrul in pozitia zero Observati la tensiune de iesire (1) uzati doar volmetrul digital (2) uzati doar volmetrul electrodinamic (3) uzati cei doi volmetri impreuna Complectati tabela 1 Puneti potentiometrul a un ¼ de la sua cursa de rotare, si repetati citirile de valori pentru aceasta pozitie, scrieti valorile obtinute in tabela 1. Repetati procedurile pentru pozitiile ½, ¾ si sfirsitul cursei, notati citirile in respectivele coloane. Resistenta Controlul masurat

Digital Mcm Voltmetru

D. 100k

carbune O/P

Voltaj Dig. & CM. C.

Tabela 1

Analizati rezultatele. Tensiunea masurata cu instrumentul digital rezulta mai mare de acela ce vine masurat cu instrumentul cu o bobina mobila. Ideea de aceasta aplicatie este efectul de incarcatura in iesirea circuitului cind se utilizeaza un instrument cu o bobina mobila.

DL 2312R

P2.3

Instrumentul digital are o impedanta de intrare de 10MΩ Repetati procedurile folosina un potentiometru cu valoarea de 10kΩ si un potentiometru a carbune. Se efectuati citirile cu: (1) doar cu multimetrul digital (2) cu cele doua instrumente impreuna Complecati tabelele 2 si 3 cu valorile citite Resistenta Controlul masurat

Digital Mcm Voltmetru

D. 10k O/P

Voltaj Dig. & CM. C.

Tabela 2

Resistenta Controlul masurat

Digital Mcm Voltmetru

D. 50k O/P

Voltaj Dig. & CM. C.

Tabela 3

Efectul incarcaturii instrumentului cu bobina mobila este foarte putin accentuata datorita faptului minor al rezistentei potentiometrului. Faceti graficul tensiunilor in functie de pozitia potentiometrului, folosina doar un multimetru digital a celor trei potentiometri si complectati urmatori grafici.

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

0/P Volt

0 0 0.25 0.5 0.75 1

Masuri controlate (100k carbune)

Tabela 4

DL 2312R

P2.4

10

9 8 7 6 5 4 3 2 1

0/P Volt

0 0 0.25 0.5 0.75 1

Masuri controlate (10k carbune)

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

0/P Volt

0 0 0.25 0.5 0.75 1

Masuri controlate (50k potentiometru a carbune)

Tabela 4

DL 2312R

P3.1

TRADUCTOARE PENTRU APLICATII DE MASURARE A POZITIEI LINEARE SI FORTEI Transformatorul Diferential Variabil Linear (L VDT). Constructia si circuitul unui L VOT sunt prezentate în figura 1, si consta din trei bobine montate pe un suport obisnuit cu un miez magnetic ce se deplaseaza în interiorul bobinelor.

Spirale secundare

Miez

Sursa de amplificare curent alternativ

Figura 1 Spirala din centru este spirala principala si alimenteaza cu c.a., iar spiralele laterale sunt spirale secundare, anume cele notate A si B din figura 1. Spiralele A si B au acelasi numar de spire si sunt conectate în serii, având polaritate opusa, astfel încât tensiunea de redare reprezinta diferenta dintre tensiunile induse în spire.

Bobina principala

Spirala "A" Spirala "B" Spirala principala

DL 2312R

P3.2

Figura 2 valorile de rezultate ce pot fi obtinute pentru diferite pozitii ale miezului magnetic.

Figura 2 Având miezul în pozitia centrala ca în figura 2b, va rezulta aceeasi tensiune indusa în ambele spirale A si B pentru actiunea unui transformator normal, apoi tensiunea rezultata va fi 0. Având miezul în partea stânga asa cum se arata în figura 2a, tensiunea indusa din spirala A (Va) va fi mai mare decât cea din spirala B (Vb). Prin urmare vom obtine tensiunea de Voutput = (Va - Vb) în aceeasi faza ca si tensiunea de alimentare. Având miezul în partea dreapta asa cum se arata în figura 2c tensiunea indusa din spirala A (Va) va fi mai mica decât cea indusa în spirala B (Vb) si din nou vom obtine o tensiune Voutput = (Va - Vb) dar pentru faza de 1800 la tensiunea de alimentare. Deplasarea miezului din partea centrala (sau neutra) produce o tensiune de iesire ce creste treptat pâna la valoarea maxima. Apoi, valoarea tensiunii rezultate ofera indicii despre deplasarea din pozitia neutra, dar nu privind directia. Daca se foloseste împreuna cu un detector de faza, se obtine o tensiune de iesire ce depinde de amploarea directiei de deplasare din pozitie neutra.

DL 2312R

P3.3

Figura 3 prezinta detectorul de faza al circuitului principal.

Pozitie centrala

Figura 3 Asa cum putem vedea în figura 3, prin deplasarea miezului catre stânga, tensiunea de iesire va fi pozitiva iar prin deplasarea catre dreapta, tensiunea de iesire va fi negativa. Figura 4 prezinta schema circuitului din unitatea Traductorului.

Figura 4 Nota: Circuitul de detectie a fazei nu este inclus cu Traductorul. Principalele caracteristici ale dispozitivului sunt:

Tensiunea de amplificare 1V = 10V -rms Rezistenta principala 69 ohmi Rezistenta secundara 200 ohmi Frecventa de amplificare 1 kHz - 20kHz Tensiunea de redare 10mV/mm Tensiunea reziduala zero 0.3 % scala completa de deformare

Coeficientul termic ±0.015%/°C

Tabelul 1

DL 2312R

P3.4

LVDT LVDT este deja conectat la modelul de circuit. Circuitul principal este conectat între masa si inelul alternativ. Jacul intermediar al circuitului secundar este conectat la masa, cele doua capete fiind conectate la terminale S1 e S2.

Capatul transformatorului este prevazut cu un oscilator Wien cu oscilatie de 38kHz, dar frecventa poate fi mai mare sau mai mica în functie de toleranta membrilor. Conectând osciloscopul între terminalele alternative si masa, este posibila vizualizarea frecventei si valorii semnalului. Pentru a identifica punctul central al nucleului, conectati un osciloscop dublu la terminalele S1 si S2, deplasati nucleul pâna când cele doua unde au aceeasi amplitudine. Puteti conecta terminalele S1 si S2 de asemenea în punctele X si Y ale osciloscopului iar când figura este dreapta si oblica ati ajuns la jumatatea nucleului. Avem acum o cursa de 3 mm.

DL 2312R

P3.5

REGULI Condensatorul de reglare regleaza amplitudinea sinusoidului ce alimenteaza circuitul primar al LVDT masurat într-un centru de testare (terminalul alternativ).

Atunci când nucleul este la 3 mm catre punct - Condensatorul P1 regleaza valorile de zero dintre masa si terminal AO 0V. Atunci când nucleul trece de la 3 mm de la 0 catre punct + Condensatorul P2 regleaza rezultatele obtinute între masa si terminal AO 1 0V

P1 P2

DL 2312R

P3.6

NOTE

DL 2312R

P4.1

DISPOZITIV DE CODIFICARE VITEZA DE CONTROL AL UNEI BUCLE DESCHISE SI AL UNEI BUCLE INCHISE CALIBRAREA PWM (Sectiunea 8) 1) sa regleze varful de incercare ale sondei canalului CH1 al osciloscopului la punctul 8 al

MODULATORULUI LATIMII IMPULSULUI si impamantarea la impamantarea punct-lui (Figura 1);

2) sa regleze, pe ecranul de afisare a osciloscopului, amplitudinea imaginii, selectand 5V/DIV;

3) sa roteasca butonul TIMP/DIV la valoarea de 50 microsecunde; 4) sa mute selector cu trei pozitii (AC - GND - DC) la DC; 5) sa regleze trimerul / condensatorul de reglare R3 pentru a obtine o unda delta egala cu

10Vpp; 6) sa regleze trimerul / condensatorul de reglare R5, pana la reglarea la maximum a undei

delta pana la 0V (Figura 2); 7) sa mute sonda osciloscopului de la punctul 6 pan la punctul 9; 8) sa conecteze, cu ajutorul unui cablu, punctul 7 la punctul 10 (+V); 9) sa regleze tensiunea (+V) intre 0 si 10V sis a observe, pe ecranul de afisare al

osciloscopului, faptul ca frcventa de lucru a semnalului undei patrate este variabil chiar daca perioada acestuia ramane constanta;

CALIBRARE DE SENZOR 10) sa efectueze legaturile asemenea celor din Figura 3; 11) sa regleze intrerupatorul S1 in pozitia OFF (INCHIS); 12) sa conecteze terminalul unui multimetru, programat sa functioneze ca dispozitiv de

masurare a frecventei, la punctul 2 iar pe celalalt sa il impamanteze; 13) sa conecteze terminalul unui multimetru, programat sa functioneze ca voltmetru, la

punctul 11 iar pe celalalt sa il impamanteze; 14) sa porneasca motorul regland potentiometrul +V pana cand va citi pe dispozitivul de

masurare a frecventei, valoare de 2.5kHz; 15) sa multiplice valoarea frecventei cu 60 (de minute) si de asemenea sa imparta rezultatul

cu 100 (impulsuri pe rotatie) astfel incat sa obtina un numar de rotatii pe minut, ex:

100602500×

= 1500 rotatii/minut

16) sa regleze trimerul / R6 astfel incat sa citeasca pe voltmetru valoarea tensiunii

corespunzatoare numarului de rotatii pe minut, ex:

1500 rotatii/minut = 1,5V

DL 2312R

P4.2

17) sa mute terminalul voltmetrului de la punctul 11 la punctul 14; 18) sa regleze trimer-ul R11 astfel incat sa citeasca pe voltmetru o tensiune care este de patru

ori mai mare decat tensiunea reglata la punctul 16, (ex. 1.5 x 4 = 6V): calibrarea dispozitivului de codificare a fost prin urmare efectuata, stabilindu-se ca, la iesire (punctul 14), 1V = 250 rotatii/minut;

19) sa regleze tensiunea +V la 0V; CARACTERISTICA DISPOZITIVULUI DE CODIFICARE 20) sa efectueze conexiunile ca in Figura 3; 21) sa regleze tensiunea +V pentru toate valorile introduse in Tabelul 2; 22) sa citeasca pe dispozitivul de masurare a frecventei frecventa corespunzatoare pentru

toate valorile de tensiune transcrise in Tabelul 2 si isi transcrie valoarea; 23) sa calculeze numarul de rotatii/minut (n) utilizand urmatoarea formula:

n = *toaresecnumar

f60× =

10060 f×

* Pe dispozitivul de codificare un disc cu 100 de sectoare alternativ negre si albe este

conectat axial. Prin urmare de la punctul 2 iese o unda patrata datorita alternantei sectoarelor de disc cu 100 de impulsuri pentru fiecare rotatie.

24) sa transcrie rezultatul fiecarei valori in Tabelul 2; 25) sa deseneze schema de tensiune in functie de numarul de rotatii [V = f (n)] in Fig. 4; 26) sa analizeze rezultatele. Schema topografica

+15V

–15V

+

–

N1a

–

+

N1b

10

+V

9

7

R7

8 6

R5

4

5

C4

R4

R3

3 2C3

+15V R2 R1 1 C 1

C2

DISCH TRIG THRES

GND C ONT

N2Vs

RESET

OUT

8

PULSE WIDTH MODULA TOR

R6

INTEN FOCUS

X POSITION

VARIABLE

TIME/DIV

AUTO NORMAL

SLOPE COUPLING

LEVEL

+

–

ACHFTVDC

CH1 ALT CHOP ADD CH2Y POSITIO N Y POSITION

VOLI/DIV INTTRIG

VOLI/DIV

CH1 CH2

X X

AC

GND

DC

AC

GND

DCCAL

OUT

Figura 1

DL 2312R

P4.3

Figura 2

A COM V - Ω

ON

+15V

+

–

N2

–15V

+15V

+

–

N3

–15V

+15V

N1

C1 Vs RC

GND FO RI

IO THRES

+15V

8

7

+5V

7

5

4

R9

R8

R2 R1

R10 R11

10

R3

9

C4

C32

3

11

R7 C5

R5

R6

SPEED SYSTEMBV

+15V

R4

C21

ENCODER

BV

TX

RX

C1

+15V

14 S1 15 R12

R13 R14

GAIN

R16

R15

UREF

LOAD

M

01234

M+15V –15V

+5V GND

6

8

V1

13

12

+15V

–15V

+

–

N1a

–

+

N1b

10

+V

9

7

R7

8 6

R5

4

5

C4

R4

R3

3 2C3

+15V R2 R1 1 C1

C2

DISCH TRIG THRES

GND CONT

N2Vs

RESET

OUT

8

PULSE WIDTH MODULATOR

R6

1

+V

5

V4

7DRIVER 1

4

V3

R2

V1

V2

R1

23

made in Italy

6V~ 6V~

+V –V

+15V –15V

+5V –5V

A COM

ON

Instrumentar

REF. DESCRIERE PRODUCATOR TRASATURI

Tabelul 1

DL 2312R

P4.4

Rezultate obtinute

+V [V]

4 5 6 7 8

f [Hz]

n [rpm]

Tabelul 2

+V

n

Figura 4

DL 2312R

P4.5

CONTROLUL VITEZEI SI DE LA ACCELERATIE UNEI BUCLE DESCHISE

1) sa efectueze conexiunile ca in Figura 5; 2) sa regleze intrerupatorul S1 la functia OFF (INCHIS; 3) sa introduca un terminal al multimetrului digital, reglat ca voltmetru cu curent continuu,

in punctul 14 al Modulului si celalalt in punctul impamantat; 4) colegare un osciloscop între punctul 15 si masa 5) sa regleze tensiunea +V to 4V; 6) sa citeasca valoarea tensiunii de pe voltmetru si sa transcrie valoarea in Tabelul 4; 7) sa regleze SARCINA la valoarea 1; 8) sa citeasca valoarea tensiunii de pe voltmetru si sa o transcrie in Tabelul 4; 9) sa regleze SARCINA la valoarea 2; 10) sa citeasca valoarea tensiunii de pe voltmetru si sa o transcrie in Tabelul 4; 11) sa repete valoarea tensiunii de pe voltmetru si sa o transcrie in Tabelul 4;

CONTROLUL VITEZEI UNEI BUCLE INCHISE 12) sa efectueze conexiunile ca in Figura 6; 13) sa regleze intrerupatorul S1 la pozitia ON (DESCHIS); 14) sa porneasca potentiometrul R14 (GAIN / AMPLIFICARE) la 25% din valoarea sa; 15) sa introduca un terminal al multimetrului digital, programat ca voltmetru cu curent

continuu, in punctul 7 al Modulului si celalalt la punctul de impamantare; 16) sa regleze tensiunea Uref (Modulul 3155M33A - punctul 8) la 4V; 17) sa citeasca valoarea tensiunii de pe voltmetru si sa o transcrie in Tabelul 5; 18) sa regleze SARCINA la valoarea 2; 19) sa citeasca valoarea tensiunii de pe voltmetru si sa o transcrie in Tabelul 5; 20) sa repete operatiunile anterioare programand potentiometrul R14 (GAIN /

AMPLIFICARE) la 50%, 75% din valoarea sa si sa transcrie rezultatele in Tabelul 5; 21) sa analizeze rezultatele si sa le compare cu cele obtinute obtinute prin studierea reglarii

vitezei unei bucle deschise; 22) sa aleaga optiunea "2" (Testare) si sa raspunda la intrebari folosind butonul de apasare

"F1" pentru a citi raspunsurile si "↵" (Return) pentru a confirma raspunsul; 23) sa aleaga optiunea "3" (Fault Simulation / Simulare de defect), pentru a repeta

procedura de la punctele antrerioare si pentru a detecta defectul introdus in circuit; 24) sa raspunda la intrebari folosind butonul de apasare "F1" pentru a citi raspunsurile si

"↵" (Return) pentru a confirma raspunsul; 25) sa noteze rezultatul;

DL 2312R

P4.6

Schema topografica

A COM V -Ω

ON

+15V

+

–

N2

–15V

+15V

+

–

N3

–15V

+15V

N1

C1 Vs RC

GND FO RI

IO THRES

+15V

8

7

+5V

7

5

4

R9

R8

R2 R1

R10 R11

10

R3

9

C4

C32

3

11

R7 C5

R5

R6

SPEED SYSTEMBV

+15V

R4

C21

ENCODER

BV

TX

RX

C1

+15V

14 S1 15 R12

R13 R14

GAIN

R16

R15

UREF

LOAD

M

01234

M+15V –15V

+5V GND

6

8

V1

13

12+15V

–15V

+

–

N1a

–

+

N1b

10

+V

9

7

R7

8 6

R5

4

5

C4

R4

R3

3 2C3

+15V R2 R1 1 C1

C2

DISCH TRIG THRES

GND CONT

N2Vs

RESET

OUT

8

PULSE WIDTH MODULATOR

R6

1

+V

5

V4

7DRIVER 1

4

V3

R2

V1

V2

R12

3

made in Italy

6V~ 6V~

+V –V

+15V –15V

+5V –5V

INTE N F OCUS

X POSITION

VARIABLE

TIME/DI V

AUTO NORMAL

SLOPE COUPLING

LEVE L

+

–

ACHFTVDC

CH 1 ALT CHOP ADD CH 2Y POSITION Y POSITION

VOLI/DIV INTTRI G

VOLI/DIV

CH1 CH2

X X

AC

GND

DC

AC

GND

DCCA L

OUT

Figura 5

A COM V - Ω

ON

+15V

+

–

N2

–15V

+15V

+

–

N3

–15V

+15V

N1

C1 Vs RC

GND FO RI

IO THRES

+15V

8

7

+5V

7

5

4

R9

R8

R2 R1

R10 R11

10

R3

9

C4

C3

23

11

R7 C5

R5

R6

SPEED SYSTEMBV

+15V

R4

C21

ENCODER

BV

TX

RX

C1

+15V

14 S1 15 R12

R13 R14

GAIN

R16

R15

UREF

LOAD

M

01234

M+15V –15V

+5V GND

6

8

V1

13

12+15V

–15V

+

–

N1a

–

+

N1b

10

+V

9

7

R7

8 6

R5

4

5

C4

R4

R3

3 2C3

+15V R2 R1 1 C1

C2

DISCH TRIG THRES

GND CONT

N2Vs

RESET

OUT

8

PULSE WIDTH MODULATOR

R6

1

+V

5

V4

7DRIVER 1

4

V3

R2

V1

V2

R1

23

made in Italy

6V~ 6V~

+V –V

+15V –15V

+5V –5V

Figura 6

DL 2312R

P4.7

Instrumentar

REF. DESCRIERE PRODUCATOR TRASATURI

Tabelul 3

Rezultate obtinute

Tabelul 4

V [V] 4 5 6 7

U mas. (fara sarcina)

[V]

n (fara sarcina)

[rpm]

U mas. (sarcina)

[V]

SARCINA1 n

(sarcina) [rpm]

U mas. (sarcina)

[V]

SARCINA2 n

(sarcina) [rpm]

DL 2312R

P4.8

Tabelul 5

V [V] 4 4 4

Kp 25% 50% 75%

U mas. (fara sarcina)

[V]

n

(fara sarcina) [rpm]

U mas. (sarcina)

[V]

SARCINA2 n (sarcina)

[rpm]

DL 2312R

P5.1

CONTROLUL LUMINII: "REGULATOR DE STRALUCIRE" Lampa L = 12 V /3 W Fotorezistor LDR = L761 Potentiometru de reglare a stralucirii PI = 10 kΩ Rl = 390 Ω R4 = R5 = 10 kΩ R2 = 2k2 Ω R6 = 1MΩ R3 = 3k3 Ω 1 – REGULATOR DE STRALUCIRE Reglarea gradata a luminii lampii incandescente se poate realiza prin controlarea curentului alternativ (sau direct) prin partitionarea pazei. De fapt, SCR-urile sau tiristorul pot fi comutate din pozitia oprit în cea de conductibilitate maxima prin simpla schimbare a unghiului de tragere. 1.1 SCHEMA BLOCULUI

Semnalul de referinta Vset pentru nivelul necesar de stralucire deriva din distribuitorul de tensiune; traductorul care transforma variatia stralucirii în variatie de tensiune Vf se compune dintr-un forotezistor LDR conectat la un circuit de distributia a tensiunii. Nodul de jonctiune se compune dintr-un amp-op în ordine algebrica ce modifica configuratia si emite semnalul de eroare Ve. Acesta este folosit pentru a controla generarea pulsului pentru actionarea fluxului de reglare a tensiunii dispozitivului catre lampa L. Fororezistenta este complet lipsita de lumina prin închiderea ferestrei F, iar valoarea sa de rezistenta este minima. Astfel, Ve ≅ -Vset, se obtine un puls de actionare continuu, având ca rezultat intensitatea maxima as stralucirii. Prin deschiderea progresiva a ferestrei F a fotorezistorului, tensiunea Vf creste, reducând pierderea de tensiune:

Ve = -(Vset - Vf) Astfel se reduce durata de puls, crescând intensitatea de iluminare a lampii. NOTA: Lumina difuzata în mediu (turbulenta)nu trebuie sa contribuie semnificativ la

iluminatul fotorezistorului .

DL 2312R

P5.2

1.2 FOTOREZISTOR Detectorul fotoconductor pentru lumina vizibila foloseste sulfat de cadmiu CdS drept material semiconductor. Acesta este folosit drept Rezistor Dependent de Lumina, LDR.

Fotorezistenta este prevazuta cu doua terminale fara polaritate negativa deoarece nu include nici o jonctiune. La acestea sunt conectati electrozii duali de metal inter-digitali case sunt separati de un strat CdS. Valoarea nominala a rezistentei si a tensiunii de operare a detectorului depind de geometria electrozilor. Rezistenta fotorezistorului poate fi: − Mai mare de 2 MΩ pentru întuneric total (rezistenta la întuneric) − Mai mica de 10 Ω pentru lumina puternica. În general pentru o luminiscenta de 10,000 lx, valoarea rezistentei variaza în trei decade. Fororezistenta poate fi folosita drept: − Dispozitiv de pornire/oprire pentru detectarea prezentei sursei de lumina; − Nivelul de activare, determinat de valoarea limita a rezistentei corespunzatoare nivelului

de stralucire curent.

DL 2312R

P5.3

REZISTENTE DEPENDENTE DE LUMINA

Date tehnice 2322 600 93001 > 10 MΩ Rezistenta la întuneric RD 2322 600 93002 > 1 MΩ 2322 600 93001 75 – 300 Ω Rezistenta la lumina RL 2322 600 93002 < 110 Ω

Rata de recuperare > 200 kΩ/s Disipare max la 40°C 0,1 W Variatia temperaturii mediului -30 - +60°C Aplicatie LDR-urile sunt destinate aplicatiilor pornit-oprit ne-critice, în care lampa sau releul sunt operate fie direct (la putere mica) fie prin intermediul unui amplificator potrivit (putere mare) de ex. la jucarii. Descriere Aceste rezistente sub forma de disc sunt realizate din sulfat de cadmiu. Sunt prevazute cu doua fire din cupru solide cu strat izolator din plastic. Date mecanice Dimensiuni (mm)

DL 2312R

P5.4

2 600 93001 2 600 93002 FOTOREZISTENTE

Marcaj Nu exista Greutate Aproximativ 0.75 g Montaj În orice pozitie, prin lipirea conductoarelor la cel putin 10 mm de corp. Rezistenta terminalelor Rezistenta la întindere 5 N Rezistenta la încovoiere 2,5 N Lipire Lipire max. 240 °C. max.. 4 s Rezistenta termica max. 265 °C, max. 11 s DATE ELECTRICE

2322 600 93001 min., 10 MΩ Rezistenta la întuneric RD 2322 600 93002 min 1 MΩ 2322 600 93001 75 - 300 Ω Rezistenta la lumina RL 2322 600 93002 max, 110 Ω

Rata de recuperare min. 200 kΩ Disipare max. la 40°C 0,1 W Capacitate la 1000 Hz max. 8 pF Tensiune maxima repetata ce nu depaseste disiparea maxima de 150 V Tensiune maxima dielectrica opusa între terminale si corp Min. 200 V Tensiune de testare dielectrica c.c. între terminale pentru 1 sec de întuneric total 200 V

Variatia temperaturii mediului - 30 to +60 °C

DL 2312R

P5.5

2 600 93001 2 600 93002 FOTOREZISTENTE

Caracteristici tipice

Fig. 2 Rezistenta în functie de iluminare

Fig. 3 Disiparea tolerata în functie de temperatura mediului

DL 2312R

P5.6

TEST DE DETERMINARE Testul de determinare este de asemenea denumit control automat al intensitatii de iluminare. Efectuati conexiunile conform schemei cu ajutorul comutatorului S1 al punctului de rezumare S1 deschis si scoateti capacul folocelulei. Reglati "potentiometrul" PI pentru intensitatea luminii si R2 al puntului de însumare pâna când becul apare iluminat. Notati într-un tabel valorile de alimentare în punctele 1 si 2 al punctului de jonctiune 6. Închideti usor fotocelulele si veti observa cresterea stralucirii. TEST DIRECT Testul direct este folosit pentru controlul automat al intensitatii luminii din galerii. Lumina este aprinsa iar luminozitatea externa este puternica si este întrerupta în conditii de întuneric . Efectuati conexiunile conform schemei cu ajutorul comutatorului S1 al punctului de rezumare 1 închis si scoateti capacul folocelulei. Reglati "potentiometrul" R2 al puntului de însumare pâna când becul apare iluminat. Notati într-un tabel valorile de alimentare în punctele 1 si 2 al punctului de jonctiune 6. Închideti usor fotocelulele si veti observa scaderea stralucirii.

DL 2312R

P6.1

1 TRANSDUCTORI DE TEMPERATURA: TRANSDUCTOR IC 1.1 INTRODUCERE Un transductor de temperatura circuit integrat (Transductor Circuit Integrat) este un circuit integrat care este alimentat cu o tensiune constanta si care are o tensiune de iesire ce este proportionala cu temperatura sa. Forma si dimensiunile unui transductor IC sunt de obicei foarte apropiate de cele ale unui tranzistor; caracteristicile sale principale sunt: fiabiliate sporita, comenzi simple si comportament linear. Totusi, acestia au un interval de temperatura limitat: de la -40° la 125° C. Transductorul ce este utilizat in modul este codificat LM35 iar caracteristica sa este aceea ca prezinta o tensiune de iesire de 10mV pentru fiecare grad de temperatura (Celsius). Principiul sau de operare se bazeaza pe faptul ca toti semiconductorii sunt sensibili la temperatura, dar in timp ce acest fapt reprezinta in mod normal o problema, in cazul de fata el reprezinta chiar principiul sau de operare. Prin polarizari si reglari interioare (care sunt de asemenea obtinute prin procedee laser) ale componentelor interne ale TRANSDUCTORULUI IC, este posibil sa obtinem o variatie a tensiunii de iesire care este lineara cu temperatura.

IC

DL 2312R

P6.2

1.2 EXPERIMENT Circuitul pe care il vom utiliza este cel din figura 1.1 care reprezinta functia indeplinita de blocul TRANSDUCTOR IC. Tensiunea ce este generata de IC1 (proportionala cu temperatura) o regasim la terminalul de iesire al blocului IC1 si aceasta trebuie conectata la terminalul de intrare non-inversor al amplificatorului operational, in timp ce terminalul inversor de intrare trebuie conectat la terminalul de impamantare. Transductorul masoara temperatura cipului de rezistenta care este situat in blocul CORP DE INCALZIRE: pentru a modifica temperatura cipului de rezistenta, acesta este alimentat cu curent de la blocul de INCALZIRE. Regland acesta energie este posibil sa variem temperatura cipului de rezistenta. Pentru a incalzi blocul CORP DE INCALZIRE, unde se afla plasat in mod real senzorul de temperatura, trebuie sa conectati prin intermediul unui conductor terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE. Rotind complet in sensul acelor de ceasornic trimerul blocului de INCALZIRE, veti obtine o INCALZIRE minima (racire), in timp ce, rotind complet trimerul in sensul invers al acelor de ceasornic, veti obtine o INCALZIRE maxima. De vreme ce tensiunea de iesire a TRANSDUCTORULUI IC este de 10mV/°C iar amplificarea G a amplificatorului este egala cu 10, tensiunea pe care o puteti citi la terminalul Vo (in Volti) corespunde celei de a zecea parti din grade (de exemplu, o temperatura de 54.5 grade °C corespunde unei tensuni de 5.45V).

Figura 1.1 1.2.1 Masurarea temperaturii prin intermediul unui transductor circuit integrat Aparatura necesara: multimetru Conectati terminalul de iesire al blocului IC1 la terminalul de intrare non-inversor al amplificatorului operational. Conectati terminalul inversor de intrare la terminalul de impamantare. Conectati prin intermediul unui conector terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE. Introduceti multimetrul, setat pentru efectuarea de masuratori ale tensiunilor directe, intre terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE si impamantare si masurati tensiunea aplicata. Captati, prin intermediul trimerului blocului de INCALZIRE, tensiunea aplicata terminalului H al blocului CORP DE INCALZIRE la valoarea de 12Vdc (amintiti-va ca tensiunea masurata este contrara atunci cand este raportata la tensiunea aplicata rezistentelor de INCALZIRE).

DL 2312R

P6.3

Masurati tensiunea de iesire Vo: pentru ca tensiunea de iesire a TRANSDUCTORULUI IC este de 10mV/°C iar amplificarea generata de amplificator este G = 10, tensiunea citita (in Volti) corespunde celei de a zecea parti din grade (de exemplu, o temperatura de 54.5 de grade °C corespunde unei tensiuni de 5.45V). Asteptati pana ce temperatura se stabilizeaza si notati valoarea rezultata in urma masuratorii in tabelul 1.1. Repetati masuratoarea pentru toate valorile tensiunii mentionate in tabel. Faceti comentarii asupra comportamentului temperaturii ca functie a puterii de alimentare.

Tensiunea corpului de incalzire

Temperatura

12V 10V 8V 6V 4V 2V

Tabelul 1.1

1.2.2 Masurarea temperaturii prin intermediul unui transductor circuit integrat iesire de curent Aparatura necesara: multimetru Realizati aceleasi conexiuni pe care le-ati efectuat in experimentul precedent. Conectati prin intermediul unui conductor iesirea Vo a TRANSDUCTORULUI IC la intrarea Vi a blocului TRANSDUCTOR de 4-20 mA. Introduceti multimetrul, setat pentru efectuarea de masuratori ale tensiunilor directe, intre terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE si impamantare si masurati tensiunea aplicata. Captati, prin intermediul trimerului blocului de INCALZIRE, tensiunea aplicata terminalului H al blocului CORP DE INCALZIRE la valoarea de 12Vdc (amintiti-va ca tensiunea masurata este contrara atunci cand este raportata la tensiunea aplicata rezistentelor de INCALZIRE). Masurati curentul de iesire Io al blocului TRANSDUCTOR 4-20 mA: curentul poate fi masurat calculand tensiunea de la capetele lui RL (RL=100 ohmi) Asteptati pana ce temperatura se stabilizeaza si notati valoarea rezultata in urma masuratorii in tabelul 1.2. Repetati masuratoarea pentru toate valorile tensiunii mentionate in tabel.

DL 2312R

P6.4

Faceti comentarii asupra comportamentului temperaturii ca functie a puterii de alimentare si comparati rezultatele cu cele din experimentul anterior.

Tensiunea corpului de incalzire

Curent

12V 10V 8V 6V 4V 2V

Tabelul 1.2

1.3 INTREBARI Care dintre urmatoarele caracteristici este tipica pentru transductori intr-un circuit integrat? A: Sa-si modifice rezistenta in functie de temperatura B: Sa-si modifice capacitanta in functie de temperatura C: Sa-si modifice tensiunea de iesire D: Sa-si modifice impedanta de intrare

DL 2312R

P6.5

2. SENZORI DE TEMPERATURA: TERMOCUPLU 2.1 INTRODUCERE Termocuplul este creat prin intermediul unei jonctiuni a doua metale ce prezinta caracteristici diferite. In punctul de contact se formeaza un circuit deschis, in care diferenta de potential este o functie a temperaturii data de legea: TSV ∆⋅=∆ . S, care reprezinta coeficientul Seebeck (efectul termoelectric direct de la Thomas Seebeck care a descoperit fenomenul in 1821), variaza la randul lui in functie de temperatura: acest lucru presupune ca tensiunea V∆ reprezinta o functie non-lineara a temperaturii. Din masurarea tensiunii V∆ devine astfel posibil sa calculam temperatura. Termocuplurile sunt marcate cu litera mare, ceea ce reprezinta tipul de termocuplu in functie de metalele folosite in producerea lor. In cazul nostru, am utilizat tipul K de termocuplu, in care au fost folosite cromul si aluminiul. Termocuplurile genereaza un semnal foarte slab (tensiune, in functie de mV). Din acest motiv semnalul de iesire din termocuplu este adesea amplificat in mod adecvat.

2.2 EXPERIMENT Circuitul pe care il vom utiliza este cel din figura 2.1 care reprezinta functia indeplinita de blocul TERMOCUPLU. Tensiunea care este generata de catre termocuplu poate fi regasita la terminalele indicate prin simbourile “+” si “–”. Tensiunea pe care o veti gasi la aceste terminale, datorita efectului Seebek, este atat de mica incat este necesar sa amplificam acest semnal: prin urmare, conectati prin intermediul a doi conectori terminalul + la terminalul de intrare non-inversor iar terminalul – la terminalul de intrare inversor al APARATURII de AMPLIFICARE. Iesirea Vo a celui din urma trebuie sa fie conectata prin intermediul unui conector la intrarea non-inversor a blocului TERMOCUPLU. In blocul APARATURII de AMPLIFICARE trebuie sa selectati amplificarea de 1000 miscand numai catre dreapta comutatorul de faza actionat de picior. Termocuplul masoara temperatura cipului de rezistenta situat in blocul CORP DE INCALZIRE: pentru a modifica temperatura cipului de rezistenta, se alimenteaza cu energie electrica blocul de INCALZIRE. Modificand acesta energie putem varia temperatura cipului de rezistenta.

Termocopia

+ _

DL 2312R

P6.6

Pentru a incalzi blocul CORPULUI DE INCALZIRE trebuie sa conectati prin intermediul unui conector terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE. Rotind complet in sensul acelor de ceasornic trimerul blocului de INCALZIRE, veti obtine o INCALZIRE minima (racire), in timp ce, rotind complet trimerul in sensul invers al acelor de ceasornic, veti obtine o INCALZIRE maxima.

Figura 2.1 2.2.1 Masurarea temperaturii prin intermediul unui termocuplu Aparatura necesara: multimetru Conectati prin intermediul a doi conductori, terminalul “+” la terminalul de intrare non-inversor iar terminalul “–” la terminalul inversor de intrare al APARATURII de AMPLIFICARE. Conectati iesirea Vo a APARATURII de AMPLIFICARE prin intermediul unui conductor la intrarea non-inversor a blocului TERMOCUPLU. Mutati comutatoarele de faza actionate de picior 1, 2, 3 ale APARATURII de AMPLIFICARE in pozitia OFF (INCHIS) in timp ce cel de al patrulea comutator de faza actionat de picior trebuie setat in pozitia ON (DESCHIS) (G = 1000). Conectati prin intermediul unui conductor terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE si rasuciti complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul acelor de ceasornic. In blocul TRANSDUCTOR IC conectati terminalul de iesire al blocului IC1 la terminalul de intrare non-inversor al amplificatorului operational si apoi conectati terminalul de intrare inversor la terminalul de impamantare. Iesirea Vo a acestui bloc va reprezenta tensiunea de referinta. Asteptati pana ce temperatura indicata de TRANSDUCTORUL IC se stabilizeaza la valoarea ambientala. Introduceti multimetrul, setat pentru efectuarea de masuratori ale tensiunilor directe, intre terminalul Vo al blocului TRANSDUCTOR IC si impamantare iar apoi masurati “temperatura” la care s-a ajuns. Rasuciti complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul invers al acelor de ceasornic. Atunci cand multimetrul inregistreaza temperatura de 40 °C mutati multimetrul catre terminalul VO al blocului TERMOCUPLU, masurati tensiunea si notati-o in tabelul 2.1. Aduceti inapoi multimetrul intre terminalul Vo al blocului TRANSDUCTOR IC si impamantare si apoi masurati “temperatura” la care s-a ajuns: asteptati pana ce temperatura atinge 45°C si repetati masuratoarea tensiunii termocuplului. Repetati masuratoarea pentru toate valorile tensiunii mentionate in tabel.

DL 2312R

P6.7

Faceti comentarii asupra comportamentului temperaturii masurate de catre termocuplu ca functie a temperaturii inregistrate de TRANSDUCTORUL IC.

Temperatura Tensiunea termocuplului

40 °C 45 °C 50 °C 55 °C 60 °C 65 °C

Tabelul 2.1

2.3 INTREBARI De vreme ce tensiunea de iesire a termocuplului este foarte scazuta, ce trebuie sa faceti intotdeaua atunci cand folositi acest tip de transductor ? A: Trebuie sa folositi temperaturi ridicate B: Trebuie sa folositi temperaturi scazute C: Trebuie sa amplificati semnalul de iesire al termocuplului D: Trebuie sa nu amplificati semnalul de iesire

DL 2312R

P6.8

NOTE

DL 2312R

P6.9

3. DRT 3.1 INTRODUCERE DRT-urile (Detectori de Rezistenta la Temperatura) sunt confectionate prin aplicarea unor tehnici de bobinare din foi de sarma sau metal (de obicei platina). Atunci cand sunt incalzite, DRT-urile isi sporesc rezistenta; dimpotriva, atunci cand sunt racite, acestea si-o pierd. Un curent circuland printr-un DRT genereaza o tensiune la capete care, in cazul in care este masurata, ofera atat valoarea rezistentei cat si a temperaturii. Acest tip de senzori intruneste caracteristici de precizie si stabilitate sporite. Ei sunt utilizati pentru masurarea temperaturilor cuprinse intre 0° si 450° C in timp ce unele dintre modele pot atinge chiar si o temperatura de pana la 800° C. Totusi, acestia manifesta o rezistenta scazuta ceea ce inseamna ca masuratorile nu sunt foarte precise atunci cand se utilizeaza DRT-ul departe de punctul de masurare al tensiunii: de fapt, caburile lungi pot avea rezistente comparabile din punct de vedere al rezistentelor cu cele ale DRT-urilor.

Dispozitiv DRT Material Platina (foarte intalnita), Aur, Cupru, Nichel Coeficient de temperatura Pozitiv Rezistenta 10 Ω la 1 kΩ 3.2 EXPERIMENT Circuitul pe care il vom utiliza este cel din figura 3.1 si aceasta figura infatiseaza functia indeplinita de blocul DRT. In modul am folosit o termo-rezistenta PT100 care are caracteristica de 100 Ohm la 0 °C. Variatia rezistentei care este generata de termo-rezistenta se masoara prin intermediul unui sistem punte. Tensiunea de iesire din punte reprezinta o tensiune diferentiala (diferenta dintre tensiunile celor doua sectoare ale puntii); prin urmare, acesta trebuie conectat la amplificatorul diferential al blocului DRT. Conexiunea trebuie realizata in felul urmator: terminalul lui PT100 trebuie conectat la intrarea inversor, in timp ce celalalt terminal al puntii trebuie conectat la intrarae non-inversor. Amplificarea generata de amplificator este de 100. Termo-rezistenta masoara temperatura cipului rezistiv situat in interiorul blocului CORP DE INCALZIRE: pentru a modifica temperatura cipului rezistiv, trebuie alimentat cu energie electrica blocul de INCALZIRE. Modificand acesta energie, este posibil sa variem temperatura cipului rezistiv.

DRT

DL 2312R

P6.10

Pentru a incalzi blocul CORP DE INCALZIRE trebuie sa conectati prin intermediul unui conductor terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE. Rotind complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul acelor de ceasornic, veti obtine un minim de INCALZIRE (racire), in timp ce, rotind complet trimerul in sensul invers al acelor de ceasornic, veti obtine o INCALZIRE maxima.

Figura 3.1 3.2.1 Masurarea temperaturii prin intermediul unei rezistente termice Aparatura necesara: multimetru Conectati, prin intermediul a doi conductori, terminalul lui PT100 la terminalul intrarii inversor iar celalalt terminal al puntii la intrarea non-inversor a amplificatorului din blocul DRT. Conectati prin intermediul unui conductor terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE si rotiti complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul acelor de ceasornic. In blocul TRANSDUCTOR IC conectati terminalul de iesire al blocului IC1 la terminalul de intrare non-inversor al amplificatorului operational si conectati de asemenea terminalul de intrare inversor la terminalul de impamantare. Iesirea Vo a acestui bloc va reprezenta tensiunea de referinta. Introduceti multimetrul, setat pentru masurarea tensiunilor directe, intre terminalul Vo al blocului TRANSDUCTOR IC si impamantare si apoi masurati “temperatura” care a fost atinsa (1 V = 10°C). Asteptati pana ce temperatura indicata de TRANSDUCTORUL IC se stabilizeaza la valoarea ambientala. Rotiti complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul invers al acelor de ceasornic. Cand multimetrul masoara o temperatura de 40 °C mutati multimetrul la terminalul VO al blocului DRT, masurati apoi tensiunea si notati valoarea in tabelul 3.1. Aduceti multimetrul inapoi intre terminalul Vo al blocului TRANSDUCTOR IC si impamantare si masurati “temperatura” care a fost atinsa: asteptati pana ce temperatura atinge valoarea de 45°C si repetati masurea tenasiunii termo-rezistentei. Repetati masuratorile pentru toate valorile temperaturii inscrise in tabel.

DL 2312R

P6.11

Faceti comentarii asupra comportamentului temperaturii masurate de catre termo-rezistenta ca functie a temperaturii masurate de TRANSDUCTORUL IC.

Temperatura Tensiunea termo-rezistentei

40 °C 45 °C 50 °C 55 °C 60 °C 65 °C

Tabelul 3.1

3.3 INTREBARI O termo-rezistenta (DRT) este alcatuita din: A: Un semiconductor B: Un material inzolator C: O sarma din material conductor D: O rezistenta mare

DL 2312R

P6.12

NOTE

DL 2312R

P6.13

4. TERMISTOR 4.1 INTRODUCERE Un Termistor este un dispozitiv care a fost proiectat pentru masurarea temperaturilor; este alcatuit dintr-un semiconductor, obtinut dintr-un oxid metal: ca o prima aproximare acesta se poate obtine dintr-o rezistenta care provine dintr-un semiconductor. Caracteristica unui termistor este aceea de a-si modifica rezistenta in functie de temperatura proprie. In mod mormal, puteti gasi in comert termistori cu un coeficient pozitiv al temperaturii (o crestere a rezistentei provoaca o crestere a temperaturii) numiti CPT (coeficient pozitiv al temperaturii) precum si termistori cu un coeficient negativ de temperaturii (provoaca scaderea rezistentei odata cu cresterea temperaturii) care sunt cunoscuti sub numele de CTN (coeficient de temperatura negativ) In modulul DL 3155E25 s-a folosit un CTN. Termistorul are, de obicei, o foarte mare rezistenta si o foarte mare sensibilitate (~200 Ω/°C), dar acesta poate de asemenea manifesta o linearitate scazuta, si, ca toti ceilalti semiconductori, poate fi supus unor intervale limitate de temperatura. De fapt, acesta este utilizat de obicei pentru intervale de temperatura pana in 150° C.

Dispozitiv Termistor Material Semiconductor Coeficient de temperatura Negativ Rezistenta 1 kΩ la MΩ

4.2 EXPERIMENT Circuitul pe care il vom utiliza este cel din figura 4.1 si aceasta figura infatiseaza functia indeplinita de blocul TERMISTOR. In modulul s-a utilizat un termistor NTC. Variatia rezistentei generate de termistor se masoara prin intermediul unui divizor rezistiv alcatuit din R1 si un termistor. Rezistenta R2 are rolul de a face caracteristica termistorului lineara. Tensiunea data de divizor, proportionala cu rezistenta termistorului si, prin urmare, proportionala si cu temperatura sa, este conectata la intrarea non-inversor a amplificatorului operational, actionand astfel ca un amortizor (etaj separator) al tensiunii divizorului care permite utilizarea tensiunii divizorului fara a influenta tensiunea mentionata. Termistorul masoara temperatura cipului rezistiv care este amplasat in interiorul blocului CORP DE INCALZIRE: pentru a modifica temperatura cipului rezistiv, acesta este alimentat cu energie electrica prin intermediul blocului de INCALZIRE. Modificand aceasta energie, putem varia temperatura cipului rezistiv.

Termistor

DL 2312R

P6.14

Pentru a incalzi blocul CORP DE INCALZIRE trebuie sa conectati prin intermediul unui conductor terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE. Rotind complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul acelor de ceasornic, veti obtine un minim de INCALZIRE (racire), in timp ce, rotind complet trimerul in sensul invers al acelor de ceasornic, veti obtine o INCALZIRE maxima.

Figura 4.1 4.2.1 Masurarea temperaturii prin intermediul unui termistor Aparatura necesara: multimetru Conectati, prin intermediul unui conductor terminalul H al blocului de INCALZIRE la terminalul H al blocului CORP DE INCALZIRE si rotiti complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul acelor de ceasornic. In blocul TRANSDUCTOR IC conectati terminalul de iesire al blocului IC1 la terminalul de intrare non-inversor al amplificatorului operational si apoi conectati terminalul de intrare inversor la terminalul de impamantare. Iesirea Vo a acestui bloc va reprezenta tensiunea de referinta. Introduceti multimetrul, setat pentru masurarea tensiunilor directe, intre terminalul Vo al blocului TRANSDUCTOR IC si impamantare si apoi masurati “temperatura” care a fost atinsa (1 V = 10°C). Asteptati pana ce temperatura indicata de TRANSDUCTORUL IC se stabilizeaza la valoarea ambientala. Rotiti complet trimerul blocului de INCALZIRE in sensul invers al acelor de ceasornic. Cand multimetrul masoara o temperatura de 40 °C mutati multimetrul la terminalul VO al blocului TERMISTOR, masurati apoi tensiunea si notati valoarea in tabelul le 4.1. Aduceti multimetrul inapoi intre terminalul Vo al blocului TRANSDUCTOR IC si impamantare si masurati “temperatura” care a fost atinsa: asteptati pana ce temperatura atinge valoarea de 45°C si repetati masurea tenasiunii termistorului. Repetati masuratorile pentru toate valorile temperaturii inscrise in tabel.

DL 2312R

P6.15

Faceti comentarii asupra comportamentului temperaturii masurate de termistor ca functie a temperaturii masurate de TRANSDUCTORUL IC.

Temperatura Tensiunea termistorului

40 °C 45 °C 50 °C 55 °C 60 °C 65 °C

Tabelul 4.1

4.3 Intrebari Cand spunem ca un termistor este NTC ? A: Atunci cand coeficientul sau de temperatura este pozitiv B: Atunci cand coeficientul sau de temperatura este negativ C: Atunci cand are o rezistenta negativa D: Atunci cand are o rezistenta pozitiva

DL 2312R

P6.16

NOTE

DL 2312R

P7.1

TRADUCTOR DE PRESIUNE DIFERENTIALA Modulul DL 2312R este echipat cu un traductor de presiune diferentiala care, conectat la un tub metalic (tub de imersie) ce este introdus in rezervorul racordat la panou, permite masurarea presiunii aerului din interiorul tubului; dat fiind ca variatiile de presiune sint foarte reduse (sub 17 mbar), se poate considera, la o prima evaluare, ca aerul continut in tub este incompresibil, motiv pentru care citirea presiunii poate fi utilizata ca informatie cu privire la valoarea presiunii hidrostatice si, prin urmare, cu privire la nivelul atins de lichid in rezervorul racordat la panou. Caracteristici tehnice • Semnal in iesire: - 10.....+10 V • Selector scara de conversie: 0,2 V/bar – 0,66 V/mbar • Presiune maxima diferentiala masurabila: 70mbar = 7000Pa (aproximativ 1 psi)

N.B.: Alimentati cu energie electrica panoul timp de 10 minute inainte de efectuarea experimentelor; electronica de conversie necesita atingerea temperaturii de lucru careia ii corespunde semnalul corect de zero

N.B.: Semnalul in iesire (in tensiune) poate rezulta nestabil datorita variatiilor temperaturii aerului din interiorul tubulului de plastic transparent care porneste de la tubul de imersie pana la traductor.

O continua cadere a semnalului poate fi, prin urmare, atribuita apei (in general mai rece decat aerul) care tinde sa raceasca aerul continut in tub.

Trebuie sa se evite atingerea cu miinile a tubului din plastic transparent pentru a nu induce o crestere a temperaturii si, prin urmare, a presiunii si, deci, a semnalului in tensiune.

Descriere 1. Traductor de presiune diferentiala 2. Intrare pentru presiunea de masurat (racord pentru tub 6/8 mm) 3. Selector scara de conversie 4. Semnal in tensiune proportional cu presiunea masurata (si, deci, cu nivelul de controlat) 5. Intrare cu presiune atmosferica (racord pentru tub 6/8 mm)

Tub de imersie

DL 2312R

P7.2

DEBITMETRU CU TURBINA Modulul DL 2312R3 este echipat cu un debitmetru cu turbina pentru masurarea debitului de la 3 l/h pana la un maxim de 90 l/h. Caracteristici tehnice • Debit: 3-90 l/h • Iesire TTL: 175 Hz la un debit de 90 l/h (ex: 23 Hz la un debit de 12 l/h) • Iesire analogica: 1 V la fiecare 10 l/h (ex: 5,2 V la un debit de 52 l/h) Descriere 6. Debitmetru cu turbina 7. Racord de intrare (pentru un tub cu diametrul de 8/10 mm) 8. Racord de iesire (pentru un tub cu diametrul de 8/10 mm) 9. Semnal TTL: 175 Hz pentru un debit de 90 l/h 10. Semnal analogic: 1 V la fiecare 10 l/h

12 5 10

9

768

43

DL 2312R

P7.3

POMPA

Caracteristici tehnice − Alimentare 0 – 10V DC − Debit maxim al pompei 60 l/h − Putere maxima absorbita: 25 W NB: Se recomanda ca pompa nu lucreze mai mult de 10 minute incontinuu

Se recomanda respectarea unui interval de pauza (racire) de aproximativ 5 minute dupa utilizarea pompei

DL 2312R

P7.4

REZERVORUL Modul-il este constituit dintr-un rezervor (pentru apa) utilizat pentru a realiza la sistema de control. Jnserarea unor supape ghidate permit modificarea caracteristicilor sistemei de control Caracteristici tehnice Capcitatea rezervorului este 1,6 litri. 3 Ghidaje pentru inserarea supapelor ghidate. Furnizarea modulu-lui, este compusa din 6 supapelor ghidate, cu diverse caracteristici de deschidere, si toate sunt compuse cu orificiul a maximul nivel. Furnizarea modulu-lui este compuså din 10 foi trasparente, gradate cu o scara orizzontala sau verticala, pentru o registrare manuala a caracteristicilor de la sistema de control. Furnizarea modulu-lui este compusa dintru-un set de bastoane solubile in apa. Descriere

1 Rezervorul cu capacitatea de 1,6 litri circa. Volumul este inchis intre cele doua supapelor ghidate (tipul A). Inserate intre cele doua ghidaje externe pina la maxima inaltime (este acela ce corespunde al orificiul de maximul nivel), este de un litru.

2 Ghidaje pentru inserarea supapelor ghidate. Supapele vin inserate cu deschizatura de maximul nivel in sus.

DL 2312R

P7A.1

CARACTERISTICA POMPEI Obiective Analizarea caracteristicilor tehnice ale pompei din dotare Determinarea liniaritatii debitului, in functie de tensiunea de alimentare a pompei Determinarea functiei de transfer Kp, caracteristica pompei, inteleasa ca raport intre variatia debitului si variatia tensiunii de alimentare a pompei Schema de montaj

POZITII Caracteristica Tensiune de alimentare – Debit • Umpleti rezervorul cu apa pana la nivelul maxim • Introduceti cele doua distribuitoare cu sertar, de tip A, in ghidajele laterale, cu orificiul de

nivel maxim pozitionat spre partea superioara; in acest fel, volumul inchis intre cele doua distribuitoare si delimitat de orificiile de nivel maxim, corespunde exact unui litru. N.B.: Pentru a evita ca jetul de apa, provenind de la racordul de alimentare, sa treaca

dincolo de primul distribuitor cu sertar, prin orificiul de nivel maxim, introduceti un al treilea distribuitor cu sertar (cu orificiul de nivel maxim spre partea inferioara), pozitionandu-l diagonal in fata racordului de alimentare a rezervorului

• Executati racordurile hidraulice dupa cum este aratat in desen Executati conexiunile electrice dupa cum este aratat in schema cu potentiometrul la +.V la

zero Reglati potentiometrul + V la toate valorile din tabel

• Masurati cu un cronometru, in secunde, timpul folosit pentru umplerea partii centrale a rezervorului de masurat corespunzatoare unui litru. Debitul in l/h rezulta dat de raportul: 3600 (timp de umplere in secunde).

• Goliti rezervorul ridicand usor distribuitorul cu sertar aflat in ghidajul din dreapta • Repetati toate operatiunile descrise mai sus pentru semnale de set-point de 9V, 8V, 7V,

6V, 5V, 4V, 3V, 2V, 1V. • Repetati de cel putin 3 ori aceste evaluari si inscrieti valoriile medii intr-un tabel.

DL 2312R

P7A.2

Prelucrarea datelor culese • Utilizand datele din tabelul creat anterior, realizati un grafic de tensiune – debit • Evaluati liniaritatea debitului in functie de tensiunea de alimentare a pompei • Evaluati functia de transfer Kp (raport intre variatia debitului si variatia tensiunii de

alimentare a pompei)

Date experimentale

Tensiune de alimentare U (V)

Debit Q (l/h)

10 56 9 50 8 45 7 38 6 31 5 24 4 16 3 6 2 0 1 0

Caracteristica Tensiune de alimentare – Debit • Observati ca la o alimentare de sub 4 Volt, nu se obtine un debit semnificativ

DL 2312R

P7A.3

Prelucrarea datelor culese • Functia de transfer Kp a pompei, pentru intervalul de liniaritate descris mai sus, poate fi

determinata prin ecuatia:

≅

∆∆

=∆∆

=V

h/l1.7

UQ

yx

Kp

in care x este variabila controlata si y variabila de reglare (in acest caz coincide cu variabila de referinta w).

Observatii Datele numerice furnizate mai sus ar un caracter indicativ intrucat pot varia in functie de modelul de pompa montat. Unele modificari ale rezultatelor numerice pot fi atribuite: - unor pierderi prin distribuitoarele cu sertar, avand ca urmare cresterea timpului de

umplere; - unor pierderi interne ale pompei, datorate incalzirii acesteia, pot determina o reducere a

debitului; - unei insuficiente acuratete in determinarea timpului de umplere. Interpunerea unor elemente ulterioare intre pompa si rezervor, cum ar fi flusometre si electrovalve, determina o crestere a pierderilor de sarcina in linie si localizate; din acest motiv, caracteristica de debit a pompei poate rezulta usor modificata, cu valori inferioare ale debitului. N.B.: Se recomanda ca pompa sa nu fie utilizata mai mult de 10 minute incontinuu.

Se recomanda respectarea unui interval de pauza (racire) de aproximativ 5 minute dupa fiecare utilizare continua a pompei.

DL 2312R

P7A.4

NOTE

DL 2312R

P7B.1

CARACTERISTICILE SISTEMULUI DE MASURARE Obiective Cunoasterea dispozitivului si a principiilor fizice utilizate pentru masurarea debitului de lichid Analizarea caracteristicilor sistemului de masura utilizat (semnal voltmetric in iesire, liniaritate, functie de transfer). Schema de montaj

POZITII Caracteristica Debit – Semnal al traductorului • Umpleti rezervorul cu apa pana la nivelul maxim • Introduceti cele doua distribuitoare cu sertar, de tip A, in ghidajele laterale 1 si 3, cu

orificiul de nivel maxim pozitionat spre partea superioara; volumul inchis intre cele doua distribuitoare si delimitat de orificiile de nivel maxim, corespunde exact unui litru. N.B.: Pentru a evita ca jetul de apa, provenind de la racordul de alimentare, sa treaca

dincolo de primul distribuitor cu sertar, prin orificiul de nivel maxim, introduceti un al treilea distribuitor cu sertar (cu orificiul de nivel maxim spre partea inferioara), pozitionandu-l diagonal in fata racordului de alimentare a rezervorului

• Masurati cu un cronometru, in secunde, timpul folosit pentru umplerea partii centrale a rezervorului de masurat care corespunde unui litru. Debitul Q in l/h rezulta dat de raportul: 3600 (timp de umplere in secunde).

• DL 2312R3 – Cititi cu ajutorul multimetrului valoarea F (V) a tensiunii continue furnizate la priza 4 de catre traductorul de debit cu turbina.

• Goliti rezervorul ridicand usor distribuitorul cu sertar aflat in ghidajul 3. • Repetati toate operatiunile descrise mai sus pentru semnale de set-point de 9V, 8V, 7V,

6V, 5V, 4V, 3V, 2V, 1V. • Repetati de cel putin 3 ori aceste evaluari si inscrieti valoriile medii intr-un tabel.

DL 2312R

P7B.2

Prelucrarea datelor culese • Utilizand datele din tabelul creat anterior, realizati un grafic de debit – semnal traductor • Evaluati linearitatea semnalului voltmetric furnizat de traductorul cu turbina, in functie de

debitul care il traverseaza • Evaluati functia de transfer Kp (raport intre variatia debitului si variatia debitului care

traverseaza traductorul) Date experimentale

Tensiune de alimentare

U (V) Debit Q (l/h)

Semnalul traductorului de debit cu turbina

F (V) 10 56 5.7 9 50 5.1 8 45 4.5 7 38 4.0 6 31 3.2 5 24 2.5 4 16 1.6 3 6 0.5 2 0 0.0 1 0 0.0

Caracteristica Debit – Semnal traductor • Observati ca la o alimentare de sub 4 Volt, nu se obtine un debit semnificativ

DL 2312R

P7B.3

Prelucrarea datelor culese • Functia de transfer Kp a traductorului de debit, pentru intervalul de liniaritate descris mai

sus, poate fi determinata prin ecuatia: Kp = (variatie F) / (variatie Q) = 0.1 V (l/h) in care F este semnalul analogic in tensiune furnizat de traductorul de debit cu turbina si Q este debitul care traverseaza aceeasi turbina

• In ceea ce priveste comportamentul dinamic al sistemului de masura adoptat, variatiile semnalului in tensiune furnizat de traductorul de debit urmeaza, fara intarzieri apreciabile, variatiile debitului insusi. Din acest motiv, comportamentul dinamic al sistemului de masura adoptat poate fi echivalat cu cel al unui sistem proportional de ordin zero

Aprofundari • Repetati intreaga procedura considerand, in loc de semnalul analogic in tensiune

continua, semnalul TTL furnizat de traductorul de debit cu turbina.

Observatii Datele numerice furnizate mai sus au un caracter indicativ intrucat pot varia in functie de modelul de pompa montat la bordul panoului. Unele modificari ale rezultatelor numerice pot fi atribuite: - unor pierderi prin distribuitoarele cu sertar, avand ca urmare cresterea timpului de

umplere; - unor pierderi interne ale pompei, datorate incalzirii acesteia, pot determina o reducere a

debitului; - unei insuficiente acuratete in determinarea timpului de umplere. Interpunerea unor elemente ulterioare intre pompa si rezervor, cum ar fi fluxometre si electrovalve, determina o crestere a pierderilor de sarcina in linie si localizate; din acest motiv, caracteristica de debit a pompei poate rezulta usor modificata, cu valori inferioare ale debitului. N.B.: Se recomanda ca pompa sa nu fie utilizata mai mult de 10 minute incontinuu.

Se recomanda respectarea unui interval de pauza (racire) de aproximativ 5 minute dupa fiecare utilizare continua a pompei.

DL 2312R

P7B.4

NOTE

DL 2312R

P7C.1

CONTROLUL DIRECT AL PROCESULUI Controlul direct este folosit pentru a mentine cursul regulat. Realizati conexiunile hidraulice ca în schema cu comutatorul S1 al PUNCTULUI DE JONCTIUNE 1 deschis. Reglati “potentiometrul” R2 al punctului de jonctiune pâna când pompa începe sa se învârta. Notati într-un tabel valorile puntelor ce alimentare 1 si 2 al punctului de jonctiune 6. Punctul 1 este setat peste fluxul necesar, 2 reprezinta fluxul real. Închizând usor valva veti observa ca viteza motorului creste pentru a mentine fluxul stabil.

DL 2312R

P7C.2

NOTE

DL 2312R

P8A.1

CARACTERISTICILE SISTEMULUI DE MASURA Obiective Cunoasterea dispozitivului si a principiilor fizice utilizate pentru masurarea nivelului atins de lichid in rezervor Analizarea caracteristicilor statice ale sistemului de masura utilizat (semnal voltmetric in iesire, liniaritate, functie de transfer) si comportamentul sau dinamic. Schema de montaj

POZITII Caracteristica Nivel – Semnal traductor • Umpleti rezervorul cu apa pana la nivelul maxim • Introduceti, in rezervorul de masurat, cele doua distribuitoare cu sertar, de tip A, in

ghidajele laterale, cu orificiul de nivel maxim pozitionat spre partea superioara. • Lipiti, cu banda adeziva, o folie transparenta gradata pe suprafata frontala a rezervorului,

astfel incat sa inlesniti identificarea si masurarea nivelului atins. N.B.: Pentru a evita ca jetul de apa, provenind de la racordul de alimentare, sa treaca

dincolo de primul distribuitor cu sertar, prin orificiul de nivel maxim, introduceti un al treilea distribuitor cu sertar (cu orificiul de nivel maxim spre partea inferioara), pozitionandu-l diagonal in fata racordului de alimentare a rezervorului

• DL 2312R3 – Selector de scara in pozitie 0,66 V/mbar; tub de imersie introdus vertical in rezervor DL 2689, dupa cum este aratat in schema de montaj. Introduceti suportul Traductorul de presiune diferentiala, conectat la un tub de imersie introdus in rezervor, permite masurarea presiunii aerului inchis in interiorul tubului; dat fiind ca variatiile de presiune rezulta foarte reduse, aerul inchis in tub se poate considera, la o prima evaluare, ca incompresibil, motiv pentru care citirea presiunii poate fi utilizata ca informatie privitoare la valoarea presiunii hidrostatice si, prin urmare, privitoare la nivelul atins de lichid in rezervor. Verificati, cu ajutorul multimetrului din dotare, semnalul in tensiune furnizat de traductor.

DL 2312R

P8A.2

• Executati racordurile hidraulice dupa cum este aratat in desen. Executati conexiunile electrice dupa cum este aratat in desen cu potentiometrul la +.V la zero. Reglati potentiometrul + V pana ce pompa incepe sa se invarta. Opriti pompa si evacuati la 2cm.

• Masurati tensiunea U (V) furnizata de traductor in dreptul nivelului h (mm) atins de lichid • Repetati ultimele trei operatiuni, astfel incat sa se masoare tensiunea furnizata de traductor

in dreptul diverselor nivele de lichid atinse in rezervor : 2,4,6,8,10,12,14,16 cm. • Inscrieti intr-un tabel (nivel – tensiune) datele experimentale astfel culese. Prelucrarea datelor culese • Utilizand datele din tabelul creat precedent, realizati un grafic de nivel – tensiune • Evaluati liniaritatea semnalului in tensiune, in functie de nivelul de lichid atins in rezervor • Evaluati functia de transfer Kp (raport intre variatia semnalului in tensiune si variatia

nivelului lichidului) • In scopul obtinerii unei evaluari calitative a comportamentului dinamic al sistemului de

masura adoptat, deplasati vertical tubul de imersie si verificati daca variatia semnalului in tensiune urmeaza aceasta deplasare sau rezulta intarziata fata de aceasta.

Date experimentale

Nivelul lichidului h (mm)

Semnalul traductorului U (V)

0 0,06 20 1,85 40 3,21 60 4,56 80 5,79

100 7,09 120 8,39 140 9,68 160 10,92

Caracteristica Nivel – Semnal al traductorului • Semnalul in tensiune, corespunzator nivelului de 0 mm apa, cu greu are o valoare de 0

Volt; de obicei, valoarea acestuia este cuprinsa intre 5 si 15 mV. Aceasta se datoreaza faptului ca electronica de conversie necesita atingerea unei determinate temperaturi de lucru careia ii corespunde semnalul corect de zero.

• In timpul citirilor tensiunii, cu nivelul de lichid constant, cu greu se obtine un semnal stabil. O continua scadere a semnalului poate fi atribuita racirii aerului continut in tubul de imersie, operata de apa care il inconjoara si care rezulta de obicei mai rece decat aerul. Pe langa acestea, evitati atingerea cu miinile a tubului din plastic transparent, pentru a nu induce o crestere a temperaturii aerului din interiorul acestuia si, prin urmare, o crestere consecutiva a presiunii si a semnalului in tensiune. Trebuie observat ca pierderi usoare dar continue prin distribuitoarele cu sertar complica ulterior citirea care, din aceste motive, trebuie sa fie suficient de rapida, astfel incat tensiunea citita sa fie cea efectiv corespunzatoare nivelului examinat.

DL 2312R

P8A.3

Prelucrarea datelor culese • Se poate observa ca raspunsul traductorului de presiune diferentiala, in functie de nivelul

atins de lichid in rezervor, este liniar, dupa cum este evidentiat de linia rosie obtinuta ca dreapta de regresie (aplicatie EXCEL)

• Functia de transfer Kp a traductorului de presiune diferential, pentru intervalul de liniaritate descris mai sus, poate fi determinata prin ecuatia:

≅

∆∆

=cmV

66,0hU

Kp

in care h este nivelul lichidului si U semnalul in tensiune furnizat de traductor (cu selectorul de scara 0,66 V/mbar).

• In ceea ce priveste comportamentul dinamic al sistemului de masura adoptat, variatiile semnalului in tensiune furnizat de traductorul de debit urmeaza, fara intarzieri apreciabile, variatiile nivelului lichidului. Din acest motiv, comportamentul dinamic al sistemului de masura adoptat poate fi echivalat cu cel al unui sistem proportional de ordin zero.

Aprofundari Repetati masuratorile si prelucrarile sus-mentionate, pozitionand, pe panoul DL 2312R3, selectorul de scara in pozitie 0,2 V/mbar. Observatii N.B.: Se recomanda ca pompa sa nu fie utilizata mai mult de 10 minute incontinuu.

Se recomanda respectarea unui interval de pauza (racire) de aproximativ 5 minute dupa fiecare utilizare continua a pompei.

DL 2312R

P8A.4

NOTE

DL 2312R

P8B.1

CONTROLUL DIRECT AL NIVELULUI Controlul direct este folosit pentru a mentine un nivel constant. Realizati conexiunile hidraulice conform schemei Realizati conexiunile electronice ca în schema cu comutatorul S1 al PUNCTULUI DE JONCTIUNE 1 deschis. Reglati “potentiometrul” R2 al punctului de jonctiune pâna când pompa începe sa se învârta. Notati într-un tabel valorile puntelor ce alimentare 1 si 2 al punctului de jonctiune 6 Punctul 1 este setat peste fluxul necesar, 2 reprezinta fluxul real.

Dupa ce nivelul a fost atins, deschideti usor valva rezervorului de masurare; veti observa ca viteza motorului creste; reia lucru pentru a mentine fluxul stabil.

DL 2312R

P8B.2

NOTE

DL 2312R

P9.1

SENZOR DE POZITIE CONTROL AL POZITIEI BUCLEI INCHISE CALIBRAREA SENZORULUI 1) Sa efectueze conexiunile ca in Figura 1; 2) Sa conecteze un terminal al multimetrului, programat ca voltmetru, la punctul 2 si pe

celalalt la impamantare; 3) Sa regleze trimerul R1 pentru a citi pe multimetru o tensiune de 10V; CARACTERISTICILE DISPOZITIVULUI DE CODIFICARE 4) Sa efectueze conexiunile ca in Figura 2; 5) Sa conecteze un terminal al multimetrului, programat ca voltmetru, la punctul 3

(Modulul 3155M33C) si pe celalalt la impamantare; 6) Sa regleze the trimerul R2 (Sectiunea 4) pentru a programa senzorul de pozitie la 30°; 7) Sa citeasca pe voltmetru valoarea tensiunii corespunzatoare pozitiei senzorului sis a o

transcrie in Tabelul 2; 8) Sa repete operatiunile anterioare pentru toate valorile de pozitie ale senzorului de pozitie

in tabel sis a scrie rezultatele; 9) Sa deseneze schema tensiunii ca pe o functie a pozitiei in Figura 3; 10) Sa analizeze rezultatele.

DL 2312R

P9.2

Schema topografica

A COM V - Ω

ON

+15V

+

–

N1

–15V1

4

3

5

4

R1

POSITION SYSTEM

BQ

M

M

+15V –15V

GND

0 20

BQ

1

2

+15V

made in Italy

6V~ 6V~

+V –V

+15V –15V

+5V –5V

Figura 1

A COM V - Ω

ON+15V

+

–

N1

–15V1

4

3

5

4

R1

POSITION SYSTEM

BQ

M

M

+15V –15V

GND

0 20

BQ

1

2

+15V

made in Italy

6V~ 6V~

+V –V

+15V –15V

+5V –5V

R1

V3

4

DRIVER 2

5

–15V

V1

R3

R2

V4

+15V

–5V

+5V

R4

V2

2 1

3

4

Figura 2

DL 2312R

P9.3

Instrumentar

REF. DESCRIERE PRODUCATOR TRASATURI

Tabelul 1

Rezultate obtinute

Pozitia

30°

60°

90°

120°

150°

180°

210°

240°

270°

300°

330°

360°

V

[V]

Tabelul 2

Tensiunea

[V]

Pozitie[grade]

Figura 3

DL 2312R

P9.4

CONTROLUL VITEZEI UNEI BUCLE INCHISE 1) sa efectueze conexiunile din Figura 4; 2) sa regleze intrerupatorul S1 la functia OFF (INCHIS); 3) sa regleze butonul Kp al CONTROLORULUI PROPORTIONAL la 50%; 4) sa introduca un terminal al multimetrului digital, reglat ca voltmetru cu current direct, in

punctul 1 (Sectiunea 1) si cealalta la punctul de impamantare; 5) sa regleze tensiunea Uref a PUNCTULUI DE REZUMARE (Sectiunea 1) la 2.5V; 6) sa mute terminalul voltmetrului de la punctul 1 la punctul 3 (Modulul 3155M33C); 7) sa regleze intrerupatorul S1 la functia ON (DESCHIS); 8) sa astepte ca motorul sa se opreasca pentru a citi valoarea pozitiei senzorului; 9) sa transcribe valoare de pozitie in Tabelul 4; 10) sa repete operatiunile anterioare pentru toate valorile tensiunilor transcrise in tabel; 11) sa repete operatiunile anterioare regland butonul Kp al CONTROLORULUI

PROPORTIONAL la 75% si la 100% respectiv sis a transcribe valorile in Tabelul 4; 12) sa analizeze rezultatele; Schema topografica

A COM V - Ω

ON

+15V

+

–

N1

–15V1

4

3

5

4

R1

POSITION SYSTEM

BQ

M

M

+15V –15V

GND

0 20

BQ

1

2

+15V

made in Italy

6V~ 6V~

+V –V

+15V –15V

+5V –5V

R1

V3

4

DRIVER 2

5

–15V

V1

R3

R2

V4

+15V

–5V

+5V

R4

V2

2 1

3

4

1

SUMMING POINT

+15V

+

–

N1

–15V

R4

R1

R2R5

1 2

3

4

R6

100%0

50

Uref

C1

+15V

65S1

2PROPORTIONAL CONTROLLER

+15V

+

–

N1

–15V

R3R2

R1

R4

1

2

3

100%0

50

kP

C1

6SUMMING POINT

+15V

+

–

N1

–15V

R4R1

R2

R3

1

2 3

4

Figura 4

DL 2312R

P9.5

Instrumentar

REF. DESCRIERE PRODUCATOR TRASATURI

Tabelul 3

Rezultate obtinute

Uref [V]

2.5 5 7.5

Pozitie

50%

Pozitie

75%

Pozitie

100%

Tabelul 4

DL 2312R

P9.6

NOTE

DL 2312R

P10.1

SENZORI CAPACITIVI 1 INTRODUCERE Conceptul de detectare a unei sarcini electrice isi are radacinile in studiile de inceput despre electricitate realizate intre anii 1740 si 1750 aproape in paralel in Anglia de catre William Watson si in Statele Unite ale Americii de catre Benjamin Franklin. In 1747, datorita inventarii “condensatoului cu sticla/de Leyda”, in realitate doar un condensator mare care era realizat prin intermediul unui demijohn, ambii au ajuns la concluzia ca atunci cand un obiect acumuleaza o sarcina electrica intr-o cantitate oarecare, un alt obiect pierde aceeasi cantitate de sarcina. Astazi, stim ca acest lucru echivaleaza cu principiul potrivit caruia electronii nu pot fi distrusi (doar daca nu se provoaca o reactie sub-atomica!), ci doar transferati. Acest principiu, enuntat de Watson si demonstrat de Franklin, este cunoscut in zilele noastre drept principiul conservarii de sarcina. Updatat prin intermediul unor comutatoare la un MOSFET, a unui amplificator operational si cu putina procesare digitala, acesta poate fi folosit pentru a creea noi tipuri de dispozitive, foarte sensibile, stabile si cu costuri reduse, cunoscute drept senzori transfer de sarcina (senzori QT). Acesti senzori sunt din ce in ce mai importanti pentru aplicatii care erau considerate imposibile pana acum; ei reprezinta o alternativa eficienta cu costuri reduse in cazul unor tehnologii mult mai complexe, precum in fotoelectrica, acustica, RF si tehnologii de procesare a imaginii. Aplicatiile posibile sunt practic infinite si se extind in domenii foarte variate: de exemplu, acestea pot fi folosite in mod efectiv pentru a detecta prezenta oamenilor, a animalelor sau a obiectelor, pentru a creea tastaturi cauciucate sau intrerupatoare lipsite de anumite parti mecanice, pentru a realiza pad-uri sensibile la atingere cu costuri reduse, pentru a controla nivelul lichidelor din tancuri, pentru a detecta umiditatea sau chiar pentru a analiza compozitia unor materiale. Domeniile in care acestea pot fi utilizate sunt nenumarate de vreme ce acest tip de senzori isi gaseste imediat aplicabilitatea in producerea de sisteme anti-furt, racorduri automate, butoane de control ale luminii, tastaturi si comutatoare, pad-uri sensibile la atingere pentru laptop-uri, traductori de cod, senzori de ocupare, sisteme anti-coliziune, echipament pentru tomografii si multe altele.

DL 2312R

P10.2

PRINCIPIUL DE OPERARE Daca ne intoarcem la legea de conservare a sarcinii care a fost enuntata de Watson si de Franklin, principiul sau de baza este acela ca, daca conectam un condensator neizolat Cx la unul plan Cs, primul condensator va transfera celui de al doilea condensator o parte din incarcatura sa iar sarcina totala ce va fi distribuita ambelor condensatoare va fi egala cu sarcina initiala prezenta in primul condensator Cx. Este de asemenea cunoscut faptul ca un condensator este alcatuit din doi conductori care sunt situati unul in vecinatatea celuilalt (armaturi) cu potentiale diferite si cu semn al sarcinii opus, astfel incat relatia intre ei este urmatoare:

)1(CVQ ⋅= in care Q reprezinta sarcina din una dintre armaturile condensatorului, V reprezinta diferenta de potential dintre armaturi iar C capacitatea condensatorului. Daca conectam in paralel doi condensatori, Cx si Cs, valoarea capacitatii totale este data de suma capacitatilor individuale. In cazul in care Cx este mult mai mare decat Cs din relatia (1) vom observa ca sarcina totala se datoreaza aproape integral lui Cx. Cu alte cuvinte, daca incarcam la inceput Cx si apoi conectam Cx in parallel cu Cs, vom obtine un transfer aproape complet de sarcina de la primul la cel de al doilea condensator.

Urmariti, acum, circuitul simplu reprezentat in figura. Pentru a determina valoarea capacitatii necunoscute Cx, sa presupunem la inceput ca vom inchide comutatorul S1 si ca vom incarca Cx la potentialul de referinta Vr. Apoi, sa presupunem ca vom deschide S1 si vom inchide S2 pentru a transfera unei capacitati cunoscute Cs o portiune din sarcina Qx care a fost initial acumulata de catre Cx. In acest moment, putem redeschide S2 pentru a citi valoarea tensiunii la capetele lui Cs si, astfel, vom putea determina valoarea sarcinii Q adica a capacitatii necunoscute Cx. Relatia care descrie circuitul precedent este urmatoarea:

)2(xrx CVQ ⋅= ( ) )3(xssx CCVQ +⋅=

Relatia (2) este adevarata cand S1 este inchis iar S2 este deschis, itimp ce relatia (3) este adevarata cand S1 este deschis si S2 este inchis iar sarcina Qx este in mod adecvat distribuita in paralel fata de cele doua capacitati Cs si Cx. Daca comparam cele doua relatii vom obtine:

( ) )4(rsxsx VVCCC ⋅+=

S1 S2

CX CS

Vr

Vs

DL 2312R

P10.3

Dupa cum am remarcat anterior, daca xs CC >> vom obtine un transfer de sarcina practic complet iar relatia (4) se simplifica dupa cum urmeaza:

)5(rssxx VVCC ⋅= Cu alte cuvinte, este posibil sa determinam capacitatea necunoscuta Cx printr-o simpla masurare lui Vs atunci cand Cs si Vr sunt cunoscuti a priori. In practica, comutatoarele reprezentate in diagrama figurii 2 sunt realizate din intrerupatoare CMOS; lor li se adauga un circuit special pentru a imbunatati citirea tensiunii Vs. Daca vom imbunatati circuitul din figura 3 adaugand un convertor A/D pentru masurarea lui Vs, un hardware specializat in efectuarea de operatii de filtrare adecvate, algoritmi pentru compensarea curgerii de electroni si pentru controlul scaderii de sarcina si le vom integra pe toate acestea intr-un singur cip, vom putea obtine urmatoarele avantaje: - Solutia cu un singur cip: utilizarea unor componente externe poate fi redusa la nivelul unei

singure capacitati Cs; - Consum scazut: de obicei 20 uA @ 2,5V; - Independenta pe electrod: orice obiect poate fi transformat cu usurinta intr-un senzor; - Usurinta in utilizare: cipul este conectat in mod direct la electrodul ales; - 100% calibrare prorie si suprimarea capacitatilor de fundal; - Compensarea abaterilor reziduale care se datoreaza unor cauze diferite, precum

imbatranirea, vremea, temperatura, prezenta apei, murdarie, alte obiecte, etc.; - Repetabilitatea si fiabilitatea masuratorilor; - Rezolutie inalta: putem detecta fractiuni ale fF pe capacitatile de fundal de 1000 pF; - Imunitate excelenta datorata EMI; - Posibilitatea de a inlatura efecte capacitive nedorite, ca de exemplu cele cauzate de

prezenta apei; Orice obiect poate fi transformat intr-un senzor; acest lucru este pentru prima data posibil multumita faptului ca tehnologia curenta este capabila sa tolereze o dinamica foarte vasta a semanlului. Acest lucru face posibila realizarea unor eletrozi cu dimensiuni care variaza de la un ac de par pana la suprafete de zeci de metri patrati. Fireste ca, electrozii, in functie de natura materialului din care sunt alcatuiti, precum si a dimensiunilor sau a formei lor, pot fi mai mult sau mai putin sensibili si adecvati pentru iferite tipuri de aplicatii. Doar ca sa aveti o imagine a dimensiunilor: o mana la o distanta de 30 cm fata de o suprafata conductoare uniforma are o capacitate de de aproximativ 100 fF in raport cu cea din urma, capacitatea unei ghiveci fata de pamant este de aproximativ 30 pF, in timp ce pentru o minge de ping-pong, aceasta este de aproximativ 2pF. Inca o data, proximitatea corpului uman fata de un electrod din metal poate induce diferente de de sute de pF intre cel din urma si pamant. De exemplu, pentru a controla deschiderea unui robinet de apa, acelasi robinet, fiind metalic, poate fi folosit drept electrod pentru a detecta prezenta mainii. O sarma electrica ascunsa in glaful de la usa, sau manerul aceleasi usi, poate detecta prezenta omului sau a unui animal, si asa mai departe.

DL 2312R

P10.4

EXPERIMENT Urmariti Figura 1. Puneti in contact sau doar in apropierea suprafetei verticale a blocului SENZOR CAPACITIV suprafete diferite formate din materiale diferite (de exemplu, o mana, o pereche de foarfece, etc.) care formeaza un contact cu alunecare pentru condensatorul de masurare si apoi verificati comutarea (aprinderea led-ului).

Figura 1 INTREBARI Care dintre caracteristici este utilizata de catre transductorul capacitiv? A: Transfer de sarcina B: Rezistenta parazitiva a condensatorului C: Inductanta parazitiva a condensatorului D: Impedanta condensatorului

SENZOR DE CAPACITATE

© 1996 - 2005 DE LORENZO SRL - Printed in Italy - All right reserved

DE LORENZO SRLV.le Romagna, 20 - 20089 Rozzano (MI) ItalyTel. ++39 02 8254551 - Telefax ++39 02 8255181E-mail: delorenzo@delorenzo.itWeb site: www.delorenzogroup.com