Sisteme de Reglare Automata2

Sisteme de reglare automată

Cuprins

I. Introducere

II. Resurse

Tema 1. Sisteme de Reglare Automată (SRA); noțiuni generale

Fișa de documentare 1. Prezentarea Sistemelor de Reglare Automată (SRA)

Activitatea de învățare 1.1 SRA – definiție, rol, scop. Clasificarea SRA

Activitatea de învățare 1.2 Schema bloc a unui SRA. Mărimi de intrare/ieșire. Rolul componentelor

Activitatea de învățare 1.3 Descrierea funcționării după schema bloc

Tema 2. Semnale utilizate în SRA

Fișa de documentare 2. Semnale utilizate în SRA

Activitatea de învățare 2.1 Semnale utilizate în SRA

Tema 3. Regimuri de funcționare ale unui SRA

Fișa de documentare 3. Regim staționar și regim tranzitoriu

Activitatea de învățare 3.1 Regimurile de funcționare ale SRA

Tema 4. Performanțele unui SRA

Fișa de documentare 4. Performanțe staționare și tranzitorii

Activitatea de învățare 4.1 Performanțele unui SRA

Tema 5. Traductoare

Fișa de documentare 5. Generalități despre traductoare

Activitatea de învățare 5.1 Generalități despre traductoare

Tema 6. Tipuri de traductoare

Fișa de documentare 6. Tipuri de traductoare

Activitatea de învățare 6.1 Traductoare de poziție și deplasare

Activitatea de învățare 6.2 Traductoare de poziție și deplasare

Activitatea de învățare 6.3 Traductoare de forță și cupluri

Activitatea de învățare 6.4 Timbre tensometrice

Activitatea de învățare 6.5 Traductoare de presiune

Activitatea de învățare 6.6 Traductoare de nivel

Activitatea de învățare 6.7 Traductoare de debit

Activitatea de învățare 6.8 Traductoare de temperatură

Activitatea de învățare 6.9 Adaptoare

III. Glosar

IV. Bibliografie

I. Introducere

Materialul de învățare are rolul de a conduce elevul la dobândirea competențelor :

C27.1. – Identifică performanțele unui SRA

C27.2. – Prezintă funcționarea elementelor componente

Domeniul: Electronică și automatizări

Calificarea: Tehnician în automatizări

Nivelul de calificare: 3

Materialul cuprinde:

fișe de documentare

activități de învățare

glosar

Prezentul material de învățare, se adresează elevilor din cadrul liceelor tehnologice, domeniul Electronică și automatizări, calificarea Tehnician în automatizări.

După parcurgerea celor șase teme, ce vizează primele două competențe din standard, absolvenții nivelului 3, calificarea Tehnician în automatizări, vor fi capabili să recunoască un SRA în funcție de categorie, să descrie semnalele utilizate în SRA, să caracterizeze regimurile de funcționare și performanțele SRA cu legi de reglare obișnuite și speciale, să identifice tipuri de traductoare din construcția SRA, să explice funcționarea traductoarelor din SRA pe baza caracteristicilor generale, conform criteriilor de performanță din SPP.

II. Resurse

Prezentul material de învățare cuprinde diferite tipuri de resurse care pot fi folosite de elevi:

fișe de documentare

activități de învățare

Elevii pot folosi atât materialul prezent (în formă printată) cât și varianta echivalentă online.

Tema 1. Sisteme de Reglare Automată (SRA); noțiuni generale

Fișa de documentare 1. Prezentarea Sistemelor de Reglare Automată (SRA)

Rolul și obiectul unui SRA

Sistem de Reglare Automată (SRA) – un sistem în care, între mărimea de ieșire și mărimea de intrare, fără intervenția omului, se realizează automat o relație funcțională, care reflectă legea de conducere a unui proces.

Rolul SRA – asigură menținerea automată – fără intervenția omului – a unor mărimi tehnologice la o valoare prestabilită, de regim.

obiectul SRA – înlocuirea omului în realizarea diverselor operații din procesul de producție.

CRITERII DE Clasificare a SRA

După caracterul informației apriorice asupra IT:

SRA cu informație apriorică completă

SRA cu informație apriorică incompletă.

După dependențele – în regim staționar – dintre mărimile de ieșire și de intrare ale elementelor componente:

SRA liniare ;

SRA neliniare ;

După caracterul prelucrării semnalelor :

SRA continue ;

SRA discrete ;

După aspectul variației în timp a mărimii de intrare (și deci și a mărimii de ieșire) :

sisteme de reglare automată ;

sisteme cu program ;

sisteme de urmărire ;

După numărul de bucle principale (de reglare) :

SRA cu o buclă de reglare ;

SRA cu mai multe bucle de reglare ;

După viteza de răspuns a IT la un semnal aplicat la intrare :

SRA pentru procese rapide ;

SRA pentru procese lente ;

După modul de anihilare a mărimii perturbatoare :

SRA după abatere ;

SRA după perturbare ;

SRA combinate sau în cascadă ;

După caracteristicile construcției dispozitivelor de automatizare :

SRA unificate ;

SRA specializate ;

După agentul purtător de semnal :

SRA electronice,

SRA pneumatice,

SRA hidraulice,

SRA mixte.

SCHEMA BLOC SRA:

ELEMENTE COMPONENTE:

EC – element de comparație

RA – regulator automat

EE – elementu de execuție

Tr – traductor

IT – instalație tehnologică

MĂRIMI DE INTRARE/IEȘIRE:

Xi – mărimea de intrare în sistem

Xr – mărimea de reacție

ε – semnalul de eroare (abaterea)

Xc – mărimea de comandă

Xm – mărimea de execuție

Xp – mărimi perturbatoare

Xe – mărimea de ieșire

Rolul elementelor componente ALE SRA

Elementul de comparație (EC) – compară permanent mărimea de ieșire a instalației tehnologice cu o mărime de același fel cu o valoare prescrisă (considerată constantă), rezultatul comparației fiind semnalul de eroare ε (abaterea); este de regulă un comparator diferențial;

Regulatorul automat (RA) – efectuează anumite operații asupra mărimii ε primită la intrare, respectiv are rolul de a prelucra această mărime după o anumită lege, numită lege de reglare, rezultatul fiind mărimea de comandă Xc aplicată elementului de execuție;

Elementul de execuție (EE) – intervine în funcționarea instalației tehnologice pentru corectarea parametrilor reglați conform mărimii de comandă transmise de RA;

Instalația tehnologică (IT) – este, în cazul general, un sistem supus unor acțiuni externe numite perturbații și acțiunii comenzii generate de RA, a cărui mărime de ieșire este astfel reglată conform unui program prescris;

Traductorul (Tr) – transformă mărimea de ieșire a IT, de regulă într-un semnal electric aplicat EC; este instalat pe bucla de reacție negativă a SRA.

Convertorul electro/pneumatic sau pneumo/electric (CONV I/P sau P/I) – convertește semnalul obținut la ieșirea RA într-un semnal de altă natură fizică, necesar pentru comanda EE, atunci când acestea sunt diferite; dacă semnalul de la ieșirea RA și cel necesar pentru comanda EE sunt de aceeași natură fizică, atunci convertorul poate să lipsească;

Descrierea funcționării după schema bloc

Mărimile perturbatoare Xp acționează asupra instalației tehnologice IT, determinând variații ale mărimii reglate;

Variațiile mărimii reglate sunt măsurate, semnalizate și prelucrate, prin intermediul traductorului Tr, cuplat în sistem pe legătura de reacție negativă, obținându-se la ieșirea acestuia un semnal de reacție Xr, de aceeași natură fizică cu semnalul de intrare în sistem;

Prin intermediul elementului de comparație EC, semnalul de reacție Xr de la ieșirea traductorului este comparat cu mărimea de intrare Xi, proporțională cu valoarea prescrisă a mărimii de referință X0, rezultând la ieșirea comparatorului (de regulă diferențial, aflat în construcția RA, pe intrarea cestuia), un semnal de eroare ε = xi – Xr ;

Semnalul de eroare ε este amplificat prin intermediul unui amplificator din construcția regulatorului automat RA și transformat într-un semnal de comandă Xc (prin circuitul de reacție care fixează legea de reglare, circuit aflat în RA), la ieșirea RA;

Semnalul de comandă Xc, acționează asupra servomotorului elementului de execuție EE, punând în mișcare organul de reglare, în sensul anihilării erorii de funcționare ε ;

Dacă semnalul de comandă este de natură fizică diferită de semnalul necesar acționării servomotorului, atunci, între regulatorul automat RA și elementul de execuție EE se cuplează un convertor I/P sau P/I, care realizează conversia semnalului de comandă; altfel, convertorul poate să lipsească;

Dar mărimile perturbatoare Xp continuă să-și exercite influența asupra parametrului reglat din instalația tehnologică IT, ale cărui variații sunt percepute și prelucrate de traductorul Tr (de regulă, cuplat local pe IT) și procesul de reglare se reia (continuă).

Activitatea de învățare 1.1 SRA – definiție, rol, scop. Clasificarea SRA

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să definiți un SRA

să precizați rolul și scopul unui SRA

să recunoașteți un SRA în funcție de categorie

Durata:

Tipul activității: împerechere (potrivire)

Sugestii

activitatea se poate face individual, un elev la câte un calculator, folosind această fișă de lucru

Sarcina de lucru :

Pe baza cunoștințelor teoretice dobândite, veți asocia unei litere din coloana A, o cifră din coloana B, în cele două tabele :

Tabel 1.

Tabel 2. Criterii de clasificare

Răspuns:

Tabel 1: a-3; b-1; c-2.

Tabel 2: a-4; b-8; c-6; d-1; e-3; f-2; g-9; h-10; i-7.

Sugestii

Lucrați individual pentru rezolvarea cerințelor de mai sus;

Completați pe fișa de lucru răspunsurile la cerințele din tabelele 1 și 2;

Centralizați toate răspunsurile pe un flip-chart;

Profesorul, cu rol de moderator, corectează răspunsurile greșite;

Comparați răspunsurile voastre cu răspunsurile corecte. Cu o altă culoare faceți completări sau tăiați de pe fișa voastră răspunsurile care nu corespund.

Evaluare:

Vă apreciați singuri munca realizată prin unul din calificativele: foarte slab, slab, suficient, bine, foarte bine.

Activitatea de învățare 1.2 Schema bloc a unui SRA. Mărimi de intrare/ieșire. Rolul componentelor.

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să identificați elementele componente ale unui SRA

să precizați mărimile de intrare/ieșire ale fiecărei componente din sistem

să explicați rolul fiecărei componente în sistem

Durata:

Tipul activității: Cubul

Sarcina de lucru :

Pe baza cunoștințelor teoretice dobândite, veți preciza, pentru fiecare componentă a unui sistem de reglare automată (SRA), mărimile de intrare/ieșire ale componentei și, rolul îndeplinit în sistem de fiecare componentă

Sugestii:

activitatea se desfășoară sub forma unui concurs între echipele de lucru;

profesorul va fi moderatorul și arbitrul activității;

se împarte colectivul în grupe de câte 6 elevi;

se alege un lider care să controleze derularea acțiunii;

se împart activitățile între membri grupului: fiecare elev din grup primește o foaie de hârtie de formă pătrată ce va constitui în final o “față” a cubului, deci o componentă a sistemului de reglare automată;

pe foaia de hârtie primită va fi scrisă cerința de lucru a fiecărui elev și anume precizarea mărimilor de intrare/ieșire ale componentei și rolul îndeplinit în sistem:

,,fața” – 1 = elementul de comparație (EC)

,,fața” – 2 = regulatorul automat (RA)

,,fața” – 3 = convertorul (CONV I/P sau P/I)

,,fața” – 4 = elementul de execuție (EE)

,,fața” – 5 = instalația tehnologică (automatizată) (IT)

,,fața” – 6 = traductorul (Tr)

liderul coordonează și verifică desfășurarea acțiunii;

după rezolvarea sarcinilor se construiește cubul;

se compară rezultatele obținute de fiecare echipă.

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute

Activitatea de învățare 1.3 Descrierea funcționării după schema bloc

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați funcționarea sistemului de reglare automată după schema bloc

Durata:

Tipul activității: Expansiune

Sarcina de lucru :

Veți preciza, pe baza schemei bloc, funcționarea unui sistem de regmponentei și, rolul îndeplinit în sistem de fiecare componentă

Sugestii:

activitatea se desfășoară sub forma unui concurs între echipele de lucru;

profesorul va fi moderatorul și arbitrul activității;

se împarte colectivul în grupe de câte 6 elevi;

se alege un lider care să controleze derularea acțiunii;

se împart activitățile între membri grupului: fiecare elev din grup primește o foaie de hârtie de formă pătrată ce va constitui în final o “față” a cubului, deci o componentă a sistemului de reglare automată;

pe foaia de hârtie primită va fi scrisă cerința de lucru a fiecărui elev și anume precizarea mărimilor de intrare/ieșire ale componentei și rolul îndeplinit în sistem:

,,fața” – 1 = elementul de comparație (EC)

,,fața” – 2 = regulatorul automat (RA)

,,fața” – 3 = convertorul (CONV I/P sau P/I)

,,fața” – 4 = elementul de execuție (EE)

,,fața” – 5 = instalația tehnologică (automatizată) (IT)

,,fața” – 6 = traductorul (Tr)

liderul coordonează și verifică desfășurarea acțiunii;

după rezolvarea sarcinilor se construiește cubul;

se compară rezultatele obținute de fiecare echipă.

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute

Activitatea de învățare 1.3 Descrierea funcționării după schema bloc

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați funcționarea sistemului de reglare automată după schema bloc

Durata:

Tipul activității: Expansiune

Sarcina de lucru :

Veți preciza, pe baza schemei bloc, funcționarea unui sistem de reglare automată (SRA), respectiv modul de transmitere a semnalului de la intrarea în sistem până la ieșirea acestuia

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe de câte 6 elevi

fiecare elev din grupă reprezintă o componentă a sistemului de reglare

elevii se vor așeza pe pozițiile din schema bloc a sistemului

fiecare elev din grupă, când îi vine rândul, precizează ce face componenta respectivă în sistem din momentul primirii semnalului până la ieșirea componentei

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute.

Dacă ați realizat cerința, puteți trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceți activitatea.

Tema 2. Semnale utilizate în SRA

Fișa de documentare 2. Semnale utilizate în SRA

CLASIFICAREA SEMNALELOR UTILIZATE ÎN SRA :

(după A. Szuder)

Tipuri de semnale aplicate SRA:

Semnal treaptă unitară

Semnal rampă unitară

Semnal impuls unitar

Semnal sinusoidal

Formele de variație ale semnalelor:

semnal treaptă unitară

1 pentru t > 0

u(t) =

0 pentru t ≤ 0

b) semnal rampă unitară

t pentru t > 0

u(t) =

0 pentru t ≤ 0

semnal impuls unitar

(semnal impuls unitar Dirac)

pentru t = 0,

pentru t ≠ 0, u(t) = 0

d) semnal sinusoidal

u(t) = Umax sin ωt

Comportarea elementelor SRA se studiază în funcție de un semnal de intrare treaptă unitară.

Activitatea de învățare 2.1 Semnale utilizate în SRA

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să identificați tipuri de semnale utilizate în SRA

să precizați relațiile care descriu formele de variație a semnalelor

Durata:

Tipul activității: împerechere (potrivire)

Sugestii

activitatea se poate face individual, un elev la câte un calculator, folosind această fișă de lucru

Sarcina de lucru :

Pe baza cunoștințelor teoretice dobândite, veți asocia unei litere din coloana A, o cifră din coloana B, în tabelul următor:

Răspuns: a-2; b-5; c- 1; d-3.

Sugestii

Lucrați individual pentru rezolvarea cerințelor de mai sus;

Completați pe fișa de lucru răspunsurile la cerințele din tabel;

Centralizați toate răspunsurile pe un flip-chart;

Profesorul, cu rol de moderator, corectează răspunsurile greșite;

Comparați răspunsurile voastre cu răspunsurile corecte. Cu o altă culoare faceți completări sau tăiați de pe fișa voastră răspunsurile care nu corespund.

Evaluare:

Vă apreciați singuri munca realizată prin acordarea a două puncte pentru fiecare răspuns corect și două puncte din oficiu.

Tema 3. Regimuri de funcționare ale unui SRA

Fișa de documentare 3. Regim staționar și regim tranzitoriu

RegimUL staționar:

Este un regim de echilibru static, când mărimile de intrare și de ieșire sunt constante în timp; se mai numește și regim static.

Reprezentarea grafică a dependenței dintre mărimea de ieșire xe și mărimea de intrare xi a unui element al SRA, în regim static, se numește cacteristică statică a elementului.

Caracteristicile statice pot fi:

liniară – descrisă de ecuația: xe = K * xi (3.1)

– K este factorul de amplificare al elementului SRA :

K = xe / xi (3.2)

neliniară – pot fi liniarizabilă pe zona de funcționare a elementului SRA

Reprezentarea grafică a caracteristicilor statice :

caracteristică liniară caracteristică neliniară

Mai multe elemente conectate în serie (cascadă), pot fi înlocuite printr-un element echivalent, care are factorul de amplificare echivalent K egal cu produsul factorilor de amplificare ai elementelor conectate în serie:

Caracteristica statică a unui SRA :

– în regim staționar Xe = f ( Xi ) (3.3)

– dacă toate elementele sistemului sunt liniare, atunci și caracteristica statică a sistemului este liniară:

– sistemul SRA este descris de ecuația :

(3.4)

unde Ko = factorul global de amplificare al sistemului:

– ecuația caracteristicii statice a sistemului este dată de relația : (3.5)

unde Ko este factorul global de amplificare al sistemului :

regimUL tranzitoriu (DINAMIC):

Caracteristica dinamică a elementelor SRA

în regim dinamic, elementele SRA sunt descrise de ecuații care exprimă dependența dintre mărimile de ieșire și intrare, variabile în timp: Xe(t), Xi(t)

s-a convenit în practică, să se stabilească variația mărimii de ieșire, în regim dinamic pentru o mărime de intrare variabilă sub formă de treaptă unitară;

o astfel de caracteristică dinamică este numită răspuns la semnal treaptă sau răspunsul indicial;

comportarea dinamică a elementelor SRA are loc după anumite legi ca:

– proporționale

– integratoare

– derivative

– combinații ale acestora.

Elementul proporțional:

– este descris de legea:

– grafic – răspunsul indicial:

Elementul integrator :

– este caracterizat de legea:

– grafic – răspunsul indicial:

Elementul derivativ :

mărimea de ieșire a unui element derivativ este proporțională cu viteza de variație a mărimii de intrare, după legea:

grafic – răspunsul indicial:

Caracteristica dinamică a unui SRA :

comportarea dinamică a unui SRA este apreciată în funcție de răspunsul său indicial : Xe(t) = f(Xi(t));

comportarea dinamică a unui SRA depinde de comportarea dinamică a elementelor de automatizare din componența SRA.;

grafic:

răspunsul indicial al SRA reprezintă variația mărimii de ieșire a SRA la o variație sub formă de treaptă unitară a mărimii de referință (a mărimii de intrare):

mărimea reglată atinge valoarea prescrisă pentru mărimea de referință abia la infinit : t ∞ (t tinde la infinit)

cu cât constanta de timp To este mai mică, cu atât mărimea reglată se apropie mai repede de valoarea prescrisă Xo.

Activitatea de învățare 3.1 Regimurile de funcționare ale SRA

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să definiți cele două regimuri de funcționare ale unui SRA

să reprezentați grafic dependențele dintre mărimile de intrare/ieșire în regim staționar și în regim dinamic

să determinați relația matematică a caracteristicii statice de funcționare a unui SRA

să explicați comportarea sistemului în regim staționar și, respectiv, tranzitoriu

Durata:

Tipul activității: Harta conceptuală

Sarcina de lucru :

Pe baza cunoștințelor teoretice dobândite, veți realiza o hartă conceptuală a regimurilor de funcționare ale SRA, în care să se regăsească:

definirea regimului staționar, respectiv definirea regimului dinamic (tranzitoriu)

reprezentările grafice ale dependenței dintre mărimile de intrare/ieșire în regim static

reprezentările grafice ale răspunsurilor indiciale ale elementelor SRA în regim dinamic

deducerea factorului de amplificare pentru SRA în regim staționar

obținerea relației matematice a caracteristicii statice a SRA

reprezentarea grafică a caracteristicii SRA în regim dinamic

Sugestii:

Utilizați fișa de documentare 3

Folosiți internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Elevii vor lucra individual, iar rezultatele se vor prezenta întregii clase;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute

Tema 4. Performanțele unui SRA

Fișa de documentare 4. Performanțe staționare și tranzitorii

Performanțe staționare

– în regim staționar, mărimile din sistem sunt constante

– principalul indice de performanță în regim staționar este eroarea staționară

Calitatea reglării automate este exprimată prin precizia cu care SRA asigură menținerea mărimii de referință la valoarea prescrisă, indiferent de acțiunea perturbațiilor ;

Variația în timp a erorii ε(t) la variația treaptă a mărimii de referință

Între mărimea reglată Xe(t) și mărimea de referință Xo(t) există o diferență numită abatere dinamică ε(t).

La infinit, eroarea dinamică se anulează și sistemul intră în regim staționar. Pentru unele SRA, ε(t) nu se anulează total, existând în regim staționar o abatere permanentă, numită eroare staționară a SRA.

EROAREA STAȚIONARĂ A SRA:

– deoarece în regim staționar mărimile din sistem sunt constante, derivatele lor sunt nule și acest regim se stabilește teoretic la infinit, deci eroarea staționară este eroarea ε(t) pentru t ∞:

lim ε(t) = lim Xi (t) – lim Xe (t) (4.1)

t t t

atunci, eroarea staționară devine : εst = Xi – Xe.st

unde : Kr = factorul de amplificare al dispozitivului de prescriere a mărimii de

referință

K0 = factorul de amplificare al SRA

Xe = Kr*K0*X0 (4.2)

unde: (4.3)

Ecuația caracteristicii statice fiind :

eroarea staționară devine:

εst = (4.4)

– eroarea staționară poate fi modificată prin factorul de amplificare pe cale directă K, ce duce la micșorarea erorii; factorul de amplificare se poate modifica, modificând Kra:

– dacă SRA conține pe cale directă un element integrator atunci eroarea staționară a sistemului este nulă; pentru ca sistemul să funcționeze cu eroarea staționară nulă, se utilizează de regulă un SRA de tip PI.

Performanța staționară impusă unui sistem de reglare este de forma :

εst = 0 (4.5)

sau, prin raportare la valoarea Xe.st , poate fi de forma:

εst ≤ εst.imp [exprimată în %] (4.6)

unde εst.imp este valoarea impusă erorii staționare, maxim admisibilă din considerente legate de buna desfășurare a procesului tehnologic automatizat.

Performanțe TRANZITORII (REGIMUL DINAMIC)

performanțele sunt apreciate în funcție de eroarea dinamică (abaterea dinamică) ε(t) pe întreaga perioadă, din momentul apariției până la stabilizare ;

sistemele SRA pot fi comparate între ele după precizia reglării în regim dinamic, deci în funcție de răspunsurile lor la un semnal treaptă unitară (răspunsuri indiciale);

calitatea reglării poate fi apreciată în funcție de următorii indicatori de performanță:

suprareglajul σ – indică valoarea maximă cu care mărimea reglată depășește mărimea de referință Xo = Xe.st (primul maxim al mărimii reglate); σ = Xe.max – Xe.st

La sistemele stabile, cu evoluția regimului tranzitoriu de forma I, oscilațiile sunt amortizate și suprareglajul este σ ≠0 (primul maxim, prima depășire a valorii staționare), iar la sistemele cu regim tranzitoriu aperiodic, de forma II , suprareglajul este nul : σ = 0.

Performanța impusă suprareglajului are aspectul unei condiții de limitare, de forma : σ ≤ σimp [exprimată în %].

Valoarea maximă impusă sau maximă admisibilă a suprareglajului σimp depinde de tipul instalației tehnologice și al procesului care se desfășoară în această instalație ; depășirile mari ale valorii staționare duc la suprasolicitarea instalației și, în final, la deteriorarea acesteia.

timpul de răspuns (reglare) tr – indică valoarea duratei regimului tranzitoriu și reprezintă intervalul de timp dintre momentul inceputului procesului tranzitoriu și momentul în care absolută a diferenței Xe – Xe.st scade sub o valoare limită fixată

Durata regimului tranzitoriu exprimă timpul în care eroarea ε(t) scade sub 5% din valoarea mărimii de referință Xo (sau a valorii staționare Xe.st).

Xe – Xe.st ≤ ± 5% Xe.st (4.7)

Pentru asigurarea rapidității necesare desfășurării procesului de reglare, pentru timpul de răspuns se impune o performanță (valoare limită a tr) de forma:

tr ≤ tr.imp (4.8)

Valoarea maximă impusă timpului de răspuns tr.imp este valoarea maximă admisibilă și depinde de tipul instalației tehnologice și al procesului care se desfășoară în această instalație ;

În unele cazuri, se impun și alte performanțe tranzitorii, cum sunt:

Gradul de amortizare

Timpul de creștere

Lărgimea de bandă (în cazul regimurilor sinusoidale) etc.

Activitatea de învățare 4.1 Performanțe staționare și tranzitorii

Competența: C27.1. Identifică performanțele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să precizați indicii de performanță în regim staționar și tranzitoriu

să indicați relațiile matematice ale erorii staționare, suprareglajului și timpului de răspuns (reglare) ale unui sistem

să analizați variațiile mărimii de ieșire ale tipurilor de SRA în regim tranzitoriu

Durata:

Tipul activității: Problematizarea

Sarcina de lucru :

Utilizând cunoștințele acumulate, veți completa spațiile rubricile goale din tabelul următor, deducând relațiile matematice, unde este cazul:

Sugestii:

elevii vor utiliza fișa de documentare 4, internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

elevii se pot organiza în perechi

elevii din fiecare pereche vor completa împreună tabelul

câte un elev din fiecare grupă va prezenta rezultatul muncii echipei

profesorul, cu rol de moderator, corectează răspunsurile greșite;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute.

Dacă ați realizat cerința, puteți trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceți activitatea.

Tema 5. Traductoare

Fișa de documentare 5. Generalități despre traductoare

Generalități, performanțe, clasificare

În scopul măsurării mărimilor fizice care intervin într-un proces tehnologic, este necesară, de obicei, convertirea acestora în mărimi de altă natură fizică pentru a fi introduse cu ușurință într-un circuit de automatizare.

Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de a măsura valorile parametrului reglat și de a converti acest parametru (de obicei o mărime fizică neelectrică) într-o mărime fizică (de obicei electrică) dependentă de prima, compatibilă cu mărimea de intrare în elementul următor al sistemului.

Traductoarele sunt cunoscute și sub denumirea de elemente de măsură, destinate măsurării mărimilor conduse și a unor mărimi semnificative, pe baza cărora se pune în evidență echilibrul proceselor

Prin intermediul traductoarelor putem obține informațiile necesare conducerii automate a proceselor în circuit închis

Traductoarele sunt montate de regulă pe bucla de reacție.

Structura generală a traductoarelor este foarte diferită, de la un tip de traductor la altul, cuprinzând unul, două sau mai multe convertoare conectate în serie. În majoritatea cazurilor, structura generală a unui traductor este cea din figura următoare:

Elementul sensibil numit și detector, efectuează operația de măsurare propriu-zisă, luând contact cu mediul al cărui parametru se măsoară; este specific fiecărui parametru măsurat;

Adaptorul numit și transmiter asigură transformarea (adaptarea) semnalului măsurat într-un alt semnal, în general electric sau pneumatic, unificat, semnal ce se pretează pentru transmiterea la distanță.

De obicei, adaptorul cuprinde și sursa de energie care face posibilă convertirea mărimii Xo în mărimea Xe.

Funcționare:

Mărimea de intrare Xi (de exemplu: presiune, nivel, forță etc.) este convertită de către elementul sensibil într-o mărime intermediară X0 (deplasare liniară sau rotire), care este transformată în mărimea de ieșire Xe (tensiune electrică, rezistență electrică, inductanță, capacitate etc.), aplicată circuitului de automatizare cu ajutorul adaptorului.

Mărimea de ieșire a traductoarelor :

pentru sistemul electronic unificat E, este un semnal electric în gama 2-10 mA

pentru sistemul electronic nou de automatizare (S.N.A.) (sistemul electronic unificat F) este un semnal electric în gama 4-20 mA

pentru sistemul unificat pneumatic folosesc ca semnal unificat presiunea de 0.2-1daN/cm2.

Caracteristicile generale ale traductoarelor

La un traductor, mărimea de intrare Xi și cea de ieșire Xe sunt de natură fizică diferită, însă sunt legate între ele printr-o relație generală de dependență de forma:

Xe = f(Xi) (5.1)

Relația de dependență poate fi o funcție liniară sau neliniară, cu variații continue sau discontinue.

caracteristica statică a traductorului – este reprezentarea grafică a relației generale de dependență dintre mărimea obținută la ieșirea traductorului și mărimea aplicată la intrarea sa; este prezentată în figura următoare:

Performanțele traductoarelor pot fi apreciate pe baza următoarelor caracteristici:

natura fizică a mărimilor și de ieșire de intrare (presiune, debit, tempe-ratură, deplasare etc., respectiv rezistență electrică, curent, tensiune etc.);

puterea consumată la intrare și cea transmisă elementului următor (de sarcină); de obicei, puterea de intrare este relativ mică (câțiva wați, miliwați sau chiar mai puțin), astfel încât elementul următor în schema de automatizare este aproape totdeauna un amplificator;

liniaritatea – se referă la aspectul caracteristicii statice a elementelor și, această caracteristică nu trebuie să prezinte curburi și histerezis pe tot domeniul de variație al mărimilor de intrare și ieșire.

sensibilitatea absolută sau panta Ka – este raportul dintre variația mărimii de ieșire și a mărimii de intrare:

(5.2)

sensibilitatea – reprezintă limita raportului dintre variația infinit mică a mărimii de ieșire și cea de intrare, când ultima tinde spre zero, adică:

(5.3)

în mod normal, elementele de măsurat prezintă un anumit prag de sensibilitate,

adică o valoare limită Xi sub care nu mai apare o mărime măsurabilă la ieșire.

panta medie (Km) – se obține echivalând caracteristica statică cu o dreaptă având coeficientul unghiular:

Km = tg α ≈ Ka (5.4)

domeniul de măsurare – definit de pragurile superioare de sensibilitate Xi max și Xe max și de cele inferioare Xi min și Xe min; reprezintă intervalul în care variază mărimea de intrare și în care traductorul are precizia cerută.

precizia – definită în funcție de eroarea relativă a traductorului, exprimată în procente:

(5.5)

rapiditatea sau timpul de răspuns – reprezintă intervalul de timp în care un semnal aplicat la intrare se va resimți la ieșirea elementului; acest timp poate fi oricât de mic, dar niciodată nul, putând fi asimilat cu inerția.

finețea sau gradul de finețe – se caracterizează prin cantitatea de energie absorbită de traductor din mediul de măsură, recomandându-se să fie cât mai mică pentru a nu influența desfășurarea procesului; alegerea traductorului se va face în funcție de parametrul reglat, în funcție de mediul de măsură, în funcție de tipul semnalului: continuu, electric sau neelectric, discontinuu, ș.a.

comportarea dinamică – caracteristică ce se referă la capacitatea elementului traductor de a reproduce cât mai exact și fără întârziere variațiile mărimii măsurate.

reproductibilitatea – reprezintă proprietatea elementelor de a-și menține neschimbate caracteristicile statice și dinamice pe o perioadă cât mai lungă de timp, în anumite condiții de mediu admisibile.

Clasificarea traductoarelor

TRADUCTOARE PARAMETRICE

TRADUCTOARE GENERATOARE

Activitatea de învățare 5.1 Generalități despre traductoare

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați funcționarea unui traductor

să precizați rolul elementului sensibil și al adaptorului

să analizați performanțele unui traductor

să clasificați traductoarele

să alegeți un traductor pentru o aplicație dată

Durata:

Tipul activității: Expansiune

Sarcina de lucru :

Realizați un eseu de circa 20 – 25 rânduri, cu tema ,,Traductoare” după următoarea structură:

definiția traductorului

structura unui traductor

rolul elementului sensibil și al adaptorului

funcționarea traductorului

caracteristica statică a traductorului

performanțele traductoarelor în funție de caracteristicile lor

clasificarea traductoarelor

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual

elevii vor utiliza fișa de documentare 5, internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute.

Dacă ați realizat cerința, puteți trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceți activitatea.

Tema 6. Tipuri de traductoare

Fișa de documentare 6. Tipuri de traductoare

Traductoare de poziție și deplasare

transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variație a unui parametru al unui element pasiv de circuit electric (rezistență electrică, capacitate electrică, inductanță magnetică)

cele mai simple traductoare de deplasare sunt :

rezistive – transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variație a rezistenței unui reostat sau a unui potențiometru

capacitive – transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variație a capacității electrice a unui condensator

inductive – transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variație a inductanței unui circuit magnetic

variațiile parametrilor de circuit sunt măsurate prin determinarea curentului absorbit sau a tensiunii electrice corespunzătoare

I) Traductoare rezistive de deplasare

Pot fi de deplasare liniară și de deplasare unghiulară

I.1.deplasare liniară (a)

Funcționare: Subansamblul mobil a cărui deplasare liniară se măsoară, este conectat solidar cu cursorul ce alunecă pe înfășurarea rezistivă, astfel că variația rezistenței electrice este măsurată prin căderea de tensiune între capătul fix de rezistență zero și cursor:

(a) (b)

I.2.deplasare unghiulară (b)

Funcționare: Pentru deplasări unghiulare se utilizează un potențiometru de formă circulară, obținut prin bobinarea unui fir rezistiv pe un suport izolant circular, fir rezistiv peste care alunecă un cursor, astfel că, rezistența la ieșirea potențiometrului și tensiunea de ieșire, când acesta este alimentat la o tensiune continuă stabilizată, depind numai de unghiul de rotație α .

II) Traductoare inductive de deplasare

Clasificare:

traductoare inductive cu întrefier variabil (cu armătură mobilă – utilizate în cazul deplasărilor liniare mici (sub 2 mm )

traductoare inductive diferențiale cu întrefier variabil – în cazul unor deplasări între 2 mm și 4 mm

traductoare inductive diferențiale cu miez magnetic mobil – pentru deplasări de ordinul centimetrilor

Funcționare: Componentele mobile ale traductoarelor inductive (armătura mobilă, respectiv miezul magnetic mobil) sunt solidare cu subansamblul a cărui deplasare trebuie determinată, astfel că, prin modificarea distanței x dintre armătura mobilă și armătura fixă, respectiv deplasarea miezului magnetic mobil în bobina cilindrică, se modifică practic inductanța bobinei deci curentul absorbit de solenoid, respectiv de bobina cilindrică. Astfel, curentul indicat de ampermetru este direct proporțional cu deplasarea.

Traductor inductiv cu armătură mobilă Traductor inductiv cu

(pentru deplasări mici, de ordinul miez mobil

zecimilor de milimetru) (pentru deplasări mari)

Pentru reducerea perturbațiilor de natură electromagnetică, întreg ansamblul se ecranează.

III) Traductoare capacitive de deplasare

Se deosebesc trei categorii de traductoare capacitive de deplasare după relația capacității electrice a unui condensator:

Prin deplasarea dielectricului sau a unei armături (solidare cu dispozitivul a cărui deplasare se măsoară) se produce variația unuia din cei trei parametri (ε, S, d), variație ce duce la modificarea capacității condensatorului, mai ușor măsurabilă.

Sensibilitatea traductoarelor e dată de relația:

Toate traductoarele capacitive funcționează în curent alternativ, la o frecvență de cel puțin 1 kHz.

Se utilizează frecvent pentru măsurări de deplasări rapide (metoda compensării) sau prin montarea în punte a două traductoare identice, unde numai unul dintre traductoare este acționat de mărimea neelectrică măsurată sau controlată.

Armăturile se confecționează dintr-un material special numit invar, pentru înlăturarea erorilor datorate variațiilor de temperatură.

Traductoare de forță și cupluri

Pentru măsurarea forței se pot folosi fie traductoare specifice, fie traductoare de deplasare care captează forța și o transformă într-o deplasare.

Sunt traductoare elastice care se bazează pe modificarea reversibilă a formei unei structuri de bază (bară, inel) sub acțiunea forței aplicate: măsurând lungirea sau contracția structurii respective, se obțin informații despre mărimea forței care a determinat-o.

Odată cu modificările de natură mecanică (lungime l, secțiune S sau rezistivitate electrică ) ale unui corp metalic sau semiconductor, supus unei forțe, are loc și o modificare a rezistivității acestuia – efectul tensorezistiv, a cărui aplicație o reprezintă timbrele tensorezistive.

Acestea sunt realizate dintr-un fir conductor dispus în zig-zag sau dintr-o folie conductoare foarte subțire ce se depune pe un suport izolator și se lipește pe piesa solicitată. Suportul izolator și adezivul pentru lipire sunt materiale elastice și foarte durabile.

Caracteristica de transfer a unui timbru metalic

Un timbru tensometric are rezistența nominală între 100 și 500 Ω și poate măsura deformații de la câțiva milimetri până la câțiva centimetri

Traductoare de presiune

Presiunea se definește prin relația:

Principiul de funcționare al traductoarelor de presiune constă în convertirea unei presiuni într-o deplasare liniară care este convertită apoi într-o variație de tensiune cu ajutorul unui montaj potențiometric sau cu o punte de măsură.

În funcție de domeniul presiunilor de măsurat, elementele sensibile ale acestor traductoare diferă.

Elementele sensibile ale traductoarelor de presiune pot fi:

membrane elastice tuburi elastice pistoane cu resort

Au o sensibilitate relativ redusă, precizia lor fiind influențată de vibrații și șocuri, temperatură, umiditate, existența derivei de zero etc.

Pentru presiuni foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, la care elementul sensibil este executat de obicei din oțel inoxidabil și care, sub acțiunea unei presiuni, este supus unei dilatări. Acest lucru va duce la variația lungimii unui fir rezistiv bobinat, adică la variația rezistenței electrice a acestuia.

Pentru măsurarea subpresiunilor se utilizează :

vacuumetre Pirani,

traductoare de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece (Penning),

traductoare cu ionizare prin radiații (alfatron) și traductoarele de tip magnetron.

Traductoare de nivel

Măsurarea nivelului în recipienți este foarte importantă pentru multe procese tehnologice și pentru evaluarea stocurilor existente.

Funcționarea traductoarelor de nivel se bazează pe acțiunea forței arhimedice. Pot fi utilizate numai pentru lichide

Cele mai simple traductoare de nivel sunt:

Traductoare cu plutitor

Traductoare cu imersor

Traductorul de nivel cu plutitor

La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesară cunoașterea densității lichidului.

Schemă de principiu, construcție și funcționare:

Traductorul de nivel cu imersor

Schemă de principiu, construcție și funcționare:

Pentru traductorul cu imersor, este necesar să se știe valoarea densității lichidului.

Se poate adapta foarte ușor la un traductor de tipul balanță de forțe, metoda fiind aplicabilă dacă se cunoaște densitatea lichidului, principalele erori fiind date de dependența de temperatură a densității, aceste erori putând fi compensate.

Traductoare de debit

Măsurarea debitului este o problemă legată de curgerea unui fluid. Ca fenomen, curgerea este caracterizată prin viteză însă, de cele mai multe ori, interesează debitul.

Debitul poate fi:

volumic Qv = volumul de fluid care trece printr-o secțiune a conductei de curgere, în unitatea de timp

masic Qm = masa de fluid care trece printr-o secțiune a conductei de curgere, în unitatea de timp

Qm = ρ . Qv

Traductorul de debit cel mai simplu se bazează pe faptul că un fluid care curge, poate pune în mișcare de rotație un sistem mecanic.

Traductorul de debit cu paletă

Se obține prin montarea unei palete pe direcția de curgere a fluidului.

Funcționare: Datorită curgerii fluidului, asupra paletei acționează o forță care o rotește în jurul articulației, rotire care este pusă în evidență printr-un traductor de deplasare unghiulară; cu cât forța este mai mare, cu atât unghiul α este mai mare.

Deplasarea paletei în mediul conductor lichid aflat sub acțiunea unui câmp magnetic produce, conform legii inducției electromagnetice, o tensiune electromotoare proporțională cu viteza de deplasare a lichidului prin conductă.

Dezavantaje : măsurarea modifică debitul de curgere a fluidului iar informația care se obține este însoțită de erori.

Traductorul electromagnetic de debit

Schema de principiu a unui astfel de traductor este următoarea:

Indicația voltmetrului V este proporțională cu viteza de curgere, deci cu debitul fluidului.

Măsurătorile nu sunt influențate de vâscozitatea fluidului, densitatea sau conductibilitatea acestuia și nici de modul de curgere laminar sau turbulent.

Precizia de măsurare este de ± 1% la lichide cu o conductibilitate minimă de 100 μS/cm și viteze între 0 – 1 m/s până la 10 m/s.

Traductoare de temperatură

Sunt dispozitive care convertesc temperatura într-o deplasare sau dilatare (gaz sau metal), într-o variație a unui parametru al circuitelor electrice (de obicei rezistență) sau într-o tensiune electromotoare.

Funcționarea traductoarelor de temperatură are la bază proprietatea materialelor conductoare de a-și modifica rezistivitatea electrică (deci și rezistența electrică), în funcție de temperatură, conform relației :

Cele mai simple traductoare de temperatură sunt temometrele cu sau fără contact (reglabil sau nereglabil), ambele tipuri fiind cu mercur.

Măsurând (prin metode cunoscute) rezistența electrică a unui conductor cu o anumită temperatură, se pot obține informații despre valoarea temperaturii respective.

traductoarele termorezistive

Din această categorie fac parte :

termorezistoarele, care sunt traductoare termorezistive metalice, realizate cu materiale conductoare, fie ca o înfășurare pe un suport izolant (termorezistențe), fie ca un ansamblu de două conductoare (traductoare bimetalice), fie ca o peliculă (film) depusă pe o placă din aluminiu, oxidată (timbre termorezistive)

termistoarele, care sunt traductoare termorezistive realizate cu materiale semiconductoare

Termorezistențele – sunt traductoare la care, odată cu modificarea temperaturii se modifică rezistența electrică a materialului conductor. Aspectul exterior al termorezistențelor tehnice este similar cu cel al termocuplelor.

Elementul sensibil al termorezistenței este realizat dintr-o înfășurare conductoare plată sau cilindrică, peste un suport izolant din mică, izoplac, ceramică, textolit ș.a. ; înfășurarea conductoare este un fir din platină (-180 ÷ +6000 C și mai rar –200 ÷ +10000 C), nichel (-100 ÷ +2500 C), cupru, wolfram, fier, fir bobinat neinductiv pe suport.

Cele mai utilizate sunt termorezistențele din platină, care se folosesc și ca etaloane de temperatură în intervalul 0÷6000C.

Traductoare bimetalice – sunt realizate din materiale metalice, fabricate din table sau benzi din componente diferite, unite intim între ele și caracterizate de coeficienți de dilatare termică liniară diferiți.

Prin deformarea lamelei bimetalice la variații de temperatură, se pot închide sau deschide contacte electrice fixe sau reglabile cu temperatura.

În aplicațiile industriale traductoarele bimetalice sunt elemente esențiale în cazul protecției la suprasarcini a masinilor electrice, transformatoarelor, conductelor electrice, iar în scopuri mai puțin “industriale” sunt utilizate la aparatele și dispozitivele electrocasice (calorifere, perne, plite, uscătoare, fiare de călcat etc.).

Termistoarele – sunt traductoare de temperatură realizate din material semiconductor, fenomenele de conducție în acest caz fiind mult mai complexe.

Termistoarele de siliciu au o bună stabilitate pentru temperaturi între –50 ÷ +1200C. Până la 1200C, în mecanismul de conducție intervine dopajul ce reduce mobilitatea purtătorilor de sarcină, pentru temperaturi mai mari, datorită ionizărilor termice, rezistența scade cu temperatura.

Traductoare termoelectrice (termocuple)

Constructiv, se realizează din două conductoare metalice sau aliaje diferite (termoelectrozi) sudate împreună la unul din capete.

Funcționare : prin încălzirea locală a sudurii (joncțiunea de măsurare – capăt cald), datorită efectului termoelectric direct (efectul Seebeck) se va genera o tensiune termoelectromotoare la capetele libere ale conductoarelor (joncțiunea de referință – capăt rece) indicată de un milivoltmetru.

Electrodul M3 se utilizează la prinderea, lipirea, răsucirea sau sudarea capătului cald.

Cu toate că sensibilitatea termocuplelor este mai redusă decât a termorezistențelor, ele nu produc semnal de ieșire dacă nu există o diferență de temperatură, însă sensibilitatea scade foarte mult la temperaturi scăzute.

Pirometrele

Permit măsurarea temperaturii prin intermediul energiei radiante, fără contact, în concordanță cu legile radiației termice.

Măsurarea se face prin comparație, adică pe imaginea suprafeței radiante, ce emite o radiație în spectrul vizibil, se suprapune o lampă etalon.

Reglând curentul de filament se va modifica temperatura acestuia și implicit culoarea.

În funcție de temperatura filamentului Tf, valoarea curentului prin acesta constituie o măsură a temperaturii urmărite Tm .

Pirometrele obișnuite au domeniile: 7000C (filament roșu închis) și temperatura maximă a filamentului 15000C, dar pot fi extinse până la 30000C prin utilizarea unor atenuatoare optice.

Pirometrele sunt foarte mult utilizate în siderurgie (metalurgie) pentru măsurarea temperaturii șarjei în cuptoare, furnale etc.

Adaptoare

Pe lângă elementul sensibil, în construcția unui traductor intră și adaptorul . Mai cunoscute sunt :

Adaptorul tensiune (rezistență)-curent

Adaptorul ELT 160

Se folosește pentru obținerea semnalului electric unificat, curent 2 – 10 mA, prin cuplarea cu un element sensibil de tip termorezistență sau termocuplu.

Adaptorul se compune din:

bloc de gamă K71…H77 care servesc la obținerea, la ieșirea lui, a unui semnal standard de curent continuu ±10 μA, în funcție de semnalul de la ieșirea elementului sensibil;

un amplificator de curent continuu cu modulare, amplificatoare în curent alternativ și modulare;

un bloc de liniarizare sau corecție.

Semnalul de la ieșirea blocului de gamă se aplică înfășurării de comandă a modularului magnetic, fiind transformat într-un semnal alternativ cu frecvența de 1000Hz. Acest semnal este amplificat și se obține la ieșire un semnal unificat 2-10 mA, proporțional cu mărimea de intrare a elementului sensibil (temperatura).

Caracteristica statică a ansamblului element sensibil – bloc de gamă poate fi neliniară, motiv pentru care este prevăzut un bloc de liniarizare sau corecție, care are o caracteristică neliniară ce compensează neliniaritățile introduse de blocul de gamă sau elementul sensibil.

Adaptorul ELT162

Face parte din sistemul nou de automatizare (S.N.A.) – sistemul F (4–20 mA) și este destinat să înlocuiască adaptoarele ELT162 (161), din sistemul E. Conține un amplificator de curent continuu, realizat cu amplificator operațional integrat care asigură o precizie foarte bună, sensibilitate, stabilitate cu temperatura și amplificarea semnalelor obținute de la ieșirea blocului de gamă.

Se folosește combinat cu următoarele tipuri de detectoare de temperatură:

termorezistențe Pt 50 și Pt 100;

termocupluri PR10%, PR 13%, Cromel-alunel, Fier-constant.

Adaptoare electronice deplasare-curent

Aceste tipuri de adaptoare sunt frecvent utilizate în cadrul sistemului electronic E, întrucât multe dintre traductoarele acestui sistem conțin elemente sensibile care au ca mărime de ieșire o deplasare liniară sau unghiulară. Așa este cazul traductoarelor de presiune, nivel, debit.

Adaptorul deplasare unghiulară-curent ELT370

Folosește principiul convertirii unei deplasări mecanice (rotire) într-un semnal de curent alternativ, a cărui amplitudine este proporțională cu deplasarea. Adaptorul ELT370 este plasat în aceeași carcasă cu elementele sensibile ale traductoarelor în care este cuplat.

Adaptoare forță-curent

În cadrul traductoarelor din sistemul F se folosește un adaptor forță-curent bazat pe principiul balanței de forțe (echilibru de forțe).

Conține un traductor diferențial deplasare-tensiune de tip inductiv.

Adaptoare pneumatice de deplasare unghiulară-presiune

Adaptoarele pneumatice împreună cu elementele sensibile corespunzătoare fac parte din ansamblul denumit traductor pneumatic, utilizat pentru măsurarea și reglarea automată a unor procese din instalațiile industriale care folosesc diferite fluide.

Adaptorul pneumatic transformă deplasarea unghiulară în semnal unificat pneumatic 0,2…1 daN/cm2 sau 1…0,2 daN/cm2.

Adaptorul pneumatic deplasare unghiulară-presiune PLT370

Adaptorul pneumatic PLT370 este format dintr-o placă de bază pe care se montează mecanismul respectiv și care se compune din:

un sistem duză-clapetă;

un sistem de reacție compus dintr-o capsulă mecanică și un mecanism cu articulație elastică;

un amplificator pneumatic.

Funcționare : mișcarea de rotație primită de la axul 5 al elementului sensibil este transmisă sistemului duză-clapetă 2.

Dacă se apropie de clapetă și presiunea p în spatele duzei va crește, aceasta este transmisă amplificatorului pneumatic inversor AP – 3, la ieșirea căruia presiunea pe va scădea proporțional cu deplasarea duzei.

Totodată presiunea pe este transmisă și unei capsule mecanice 4 care, prin articulația elastică 1, asigură legătura inversă (reacția negativă) și mărește astfel stabilitatea ansamblului.

Activitatea de învățare 6.1 Traductoare de poziție și deplasare

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să precizați elementele componente ale fiecărui tip de traductor de deplasare

să explicați funcționarea fiecărui tip de traductor de deplasare

Durata:

Tipul activității: Diagrama păianjen

Sarcina de lucru :

Folosind surse de informare diferite, obțineți informații despre construcția fiecărui tip de traductor de deplasare și funcționarea fiecăruia.

Completați diagrama cu informațiile obținute pentru fiecare tip de traductor.

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual

elevii vor utiliza fișa de documentare 6, internet, manual, caiete de notițe, reviste de specialitate și cărți tehnice, pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de numărul informațiilor furnizate.

Dacă ați realizat cerința, puteți trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceți activitatea.

Activitatea de învățare 6.2 Traductoare de poziție și deplasare

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să alegeți tipul de traductor de deplasare necesar într-o măsurare

să realizați măsurarea unei deplasări

Durata:

Tipul activității: Experimentul

Sarcina de lucru:

Pe baza cunoștințelor teoretice dobândite la orele de curs, veți realiza măsurări ale deplasării unui subansamblu din dotarea laboratorului, pe o distanță de 5 mm, după următorul plan :

Alegerea tipului de traductor de deplasare;

Realizarea montajului de măsurare;

Verificarea montajului de măsurare;

Notarea rezultatelor într-un tabel;

Concluzii.

Sugestii:

Realizarea lucrării de laborator presupune lucrul în echipe de 2 – 4 elevi;

Fiecare membru trebuie să primească o sarcină de lucru și să-și asume responsabilitatea rezultatelor echipei;

Membrii grupului organizează și execută împreună sarcinile de lucru;

Profesorul observă și analizează nivelul de cooperare, atmosfera creată în timpul lucrului;

Elevii trebuie să cunoască normele de protecția muncii specifice domeniului.

Evaluare:

Se consideră lucrare realizată, dacă elevii refectuează cel puțin două detreminări cu tipul de traductor ales în funcție de subansamblul din dotarea laboratorului.

Activitatea de învățare 6.3 Traductoare de forță și cupluri

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să definiți efectul tensorezistiv

să descrieți principiul de funcționare al traductoarelor de forță și cupluri

Durata:

Tipul activității: Diagrama păianjen

Sarcina de lucru:

Realizați un eseu de circa 15 rânduri, cu tema ,,Traductoare de forță și cupluri” după structura prezentată în diagrama din figură:

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual

elevii vor utiliza fișa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Se consideră lucrare realizată, dacă elevii refectuează cel puțin două detreminări cu tipul de traductor ales în funcție de subansamblul din dotarea laboratorului.

Activitatea de învățare 6.4 Timbre tensometrice

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să alegeți tipul de timbru tensometric necesar într-o măsurare

să realizați măsurarea unei forțe cu timbrul tensometric

Durata:

Tipul activității: Experimentul

Sarcina de lucru:

Cunoscând relația dintre rezistența electrică și rezistivitate, realizați un scurt “îndrumar de laborator” pentru determinarea forței utilizând timbre tensometrice. Îndrumarul va cuprinde:

a) schema montajului de lucru;

b) aparatele necesare;

c) modul de lucru.

Sugestii:

Realizarea lucrării de laborator presupune lucrul în echipe de 2 – 4 elevi;

Fiecare membru trebuie să primească o sarcină de lucru și să-și asume responsabilitatea rezultatelor echipei;

Membrii grupului organizează și execută împreună sarcinile de lucru;

Profesorul observă și analizează nivelul de cooperare, atmosfera creată în timpul lucrului;

Elevii trebuie să cunoască normele de protecția muncii specifice domeniului.

Soluție:

a) Schema montajului de lucru

b) Aparate necesare: ohmmetru serie (sau multimetru)

c) Modul de lucru:

se reglează ohmmetrul (indicația pentru Rx = 0 și pentru Rx = ∞)

se măsoară rezistența nominală a timbrului tensometric (înainte de aplicarea forței)

Rn = ……. Ω

se măsoară rezistența timbrului tensometric în timp ce forța F este aplicată piesei

R1 = ……. Ω

se determină ΔR = R1 – Rn = …….. Ω

utilizând caracteristica de transfer a timbrului tensometric utilizat, se determină forța aplicată piesei (forță proporțională cu deformația Δ)

Evaluare:

Se consideră lucrare realizată, dacă elevii refectuează cel puțin două detreminări cu tipul de traductor ales în funcție de subansamblul din dotarea laboratorului.

Activitatea de învățare 6.5 Traductoare de presiune

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați principiul de funcționarea unui traductor de presiune

să precizați tipuri de elemente sensibile și adaptoare ale traductoarelor de presiune

să clasificați traductoarele de presiune

să alegeți un traductor pentru o aplicație dată

Durata:

Tipul activității: Expansiune

Sarcina de lucru :

Realizați un eseu de circa 15 rânduri, cu tema ,,Traductoare de presiune” după următoarea structură:

definiția presiunii

unități de măsură pentru presiune

principiul de funcționare al traductoarelor de presiune

tipuri de traductoare de presiune

tipuri de elemente sensibile și adaptoare aferente traductoarelor de presiune

utilizări ale traductoarelor de presiune

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual

elevii vor utiliza fișa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute.

Dacă ați realizat cerința, puteți trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceți activitatea.

Activitatea de învățare 6.6 Traductoare de nivel

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați principiul de funcționare a unui traductor de nivel

să precizați tipuri de traductoare de nivel

Durata:

Tipul activității: Problematizarea

Sarcina de lucru:

I. Se dă schema de principiu pentru măsurarea nivelului din figura următoare:

precizați tipul de traductor de nivel

indicați elementele componente și precizați rolul lor

indicați principiul fizic pe care se bazează construcția și funcționarea acestui tip de traductor

explicați modul de măsurare cu acest traductor

II. Investigați mediul în care vă desfășurați activitatea cotidiană, la școală și acasă, pentru a descoperi situații sau instalații în care se utilizează traductoare de nivel.

Ce fel de traductoare sunt acestea?

Completați tabelul următor:

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici (2 – 3) elevi sau pot lucra individual.

elevii vor utiliza fișa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Vă apreciați singuri munca realizată prin calificativele: foarte slab, slab, suficient, bine, foarte bine.

Activitatea de învățare 6.7 Traductoare de debit

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați principiul de funcționare a unui traductor de debit

să precizați tipuri de traductoare de debit

Durata:

Tipul activității: Problematizarea

Sarcina de lucru:

I. Se dăschema de principiu pentru măsurarea debitului, din figura următoare:

precizați tipul de traductor de debit

indicați elementele componente și precizați rolul lor

indicați principiul fizic pe care se bazează construcția și funcționarea acestui tip de traductor

explicați modul de măsurare cu acest traductor

analizați schema traductorului și aflați sensul tensiunii electromotoare induse aplicând regula mâinii drepte; reprezentați sensul respectiv, lăsând doar o săgeată dintre cele două reprezentate în dreptul voltmetrului (ștergând-o pe cea necorespunzătoare).

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici (2 – 3) elevi sau pot lucra individual.

elevii vor utiliza fișa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate și cărți tehnice pentru a completa cunoștințele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcție de exactitatea informațiilor obținute.

Dacă ați realizat cerința, puteți trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceți activitatea.

Activitatea de învățare 6.8 Traductoare de temperatură

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați principiul de funcționare a unui traductor de temperatură

să indicați tipuri de traductoare de temperatură utilizate în tehnica măsurărilor

să precizați caracteristicile tehnice ale diferitelor tipuri de traductoare de temperatură, precizănd tipurile de adaptoare utilizate

să utilizați traductoare de temperatură în procesul de măsurare

Durata:

Tipul activității: Rezumare

Sarcina de lucru:

Întocmiți într-o perioada de 1 săptămână un referat, utilizând surse de documentare concrete (internet, reviste de specialitate, cărți tehnice, pliante, cataloage ale firmelor producătoare) în care să prezentați cel puțin 3 tipuri de traductoare de temperatură folosite în automatizări.

Se vor avea în vedere următoarele:

proprietatea pe care se bazează funcționarea lor

construcția și funcționarea

caracteristici tehnice generale;

domeniul de utilizare

Sugestii:

Elevii se pot organiza în grupe mici (2 – 3) elevi sau pot lucra individual.

Evaluare:

Se consideră lucrare realizată, dacă elevul prezintă cel puțin 3 tipuri de traductoare de temperatură cu caracteristici tehnice și instrucțiuni de utilizare.

Activitatea de învățare 6.9 Adaptoare

Competența: C27.2. Prezintă funcționarea elementelor componente

Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activității veți fi capabili :

să explicați principiul de funcționare al unui adaptor

să indicați tipuri de adaptoare utilizate în construcția traductoarelor

Durata:

Tipul activității: Învățarea prin categorisire

Sarcina de lucru:

Completați următorul tabel cu răspunsurile pe care le considerați corecte;

După completarea fiecărei rubrici, veți confrunta răspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe folie.

Evaluare:

Vă apreciați singuri munca realizată prin unul din calificativele: foarte slab, slab, suficient, bine, foarte bine.

III. Glosar

GLOSARUL – poate fi completat pe măsura parcurgerii modulului și ar fi indicat ca, fiecare elev să aibă în portofoliu o listă cu cuvintele cheie propriei discipline de specialitate.

O parte dintre termenii specifici domeniului auotmatizărilor sunt definiți în cuprinsul fișelor de documentare, urmând ca profesorul și elevii să-i descopere și să-i adauge prezentului glosar.

IV. Bibliografie

Bălășoiu, T., ș.a., [2002] – Elemente de comandă și control pentru acționări și SRA, manual pentru clasele a XI-a și a XII-a, liceu tehnologic, specializarea electrotehnică, Editura Econimică Preuniversitaria, București

Bichir, N. și colectiv ,[1993]– Mașini, aparate, acționări și automatizări, manual pentru clasa a XI–a și a XII–a licee industriale și școli profesionale, Editura Didactică și Pedagogică, București

Călin Sergiu, Dumitrache I., Dimo Paul [1972] – Automatizări electronice – E.D.P. –

București

Mareș, Fl., Bălășoiu, T., Fetecău, Gr., Enache, S., Federenciuc, D. , [2002] – Elemente de comandă și control pentru acționări și sisteme de reglare automată, manual pentru clasele a XI-a și a XII-a, Editura Economică, București

Mareș, Fl., ș.a. , [2001] – Solicitări și măsurări tehnice. Laborator tehnologic. Auxiliar curricular pentru clasa a X-a, liceu tehnologic – profil tehnic, Editura Econimică Preuniversitaria, București

Mihoc, D., Simulescu, D., Popa, A. , [1982] – Aparate electrice și automatizări, Editura Didactică și Pedagogică

Mihoc Dan, Popescu Stelian [1978] – Automatizări – EDP, București

Mirescu, S.C., ș.a. , [2004] – Laborator tehnologic. Lucrări de laborator și fișe de lucru,

Vol. I și II. Editura Economică Preuniversitaria, București

Pintea Mihaela– Sisteme de automatizare – Auxiliar curricular pentru ciclul superior al

liceului, profil tehnic – Programul PHARE TVET RO 2003/005–

551.05.01– 02

Tertișco Mihai, Stamata Aurel, Antonescu Magdalena, Soare Corina, Neagu Ana, Glatz

Alexandru [1986] – Aparate de măsurat și automatizări în industria

chimică, E.d.p. – București

Tertișco Mihail, Stamata Aurelian, Magdalena Antonescu, Corina Soare [1994] –

Aparate de măsurat și control. Automatizarea producției – EDP,

RA București

Bibliografie

Bălășoiu, T., ș.a., [2002] – Elemente de comandă și control pentru acționări și SRA, manual pentru clasele a XI-a și a XII-a, liceu tehnologic, specializarea electrotehnică, Editura Econimică Preuniversitaria, București

Bichir, N. și colectiv ,[1993]– Mașini, aparate, acționări și automatizări, manual pentru clasa a XI–a și a XII–a licee industriale și școli profesionale, Editura Didactică și Pedagogică, București

Călin Sergiu, Dumitrache I., Dimo Paul [1972] – Automatizări electronice – E.D.P. –

București

Mareș, Fl., Bălășoiu, T., Fetecău, Gr., Enache, S., Federenciuc, D. , [2002] – Elemente de comandă și control pentru acționări și sisteme de reglare automată, manual pentru clasele a XI-a și a XII-a, Editura Economică, București

Mareș, Fl., ș.a. , [2001] – Solicitări și măsurări tehnice. Laborator tehnologic. Auxiliar curricular pentru clasa a X-a, liceu tehnologic – profil tehnic, Editura Econimică Preuniversitaria, București

Mihoc, D., Simulescu, D., Popa, A. , [1982] – Aparate electrice și automatizări, Editura Didactică și Pedagogică

Mihoc Dan, Popescu Stelian [1978] – Automatizări – EDP, București

Mirescu, S.C., ș.a. , [2004] – Laborator tehnologic. Lucrări de laborator și fișe de lucru,

Vol. I și II. Editura Economică Preuniversitaria, București

Pintea Mihaela– Sisteme de automatizare – Auxiliar curricular pentru ciclul superior al

liceului, profil tehnic – Programul PHARE TVET RO 2003/005–

551.05.01– 02

Tertișco Mihai, Stamata Aurel, Antonescu Magdalena, Soare Corina, Neagu Ana, Glatz

Alexandru [1986] – Aparate de măsurat și automatizări în industria

chimică, E.d.p. – București

Tertișco Mihail, Stamata Aurelian, Magdalena Antonescu, Corina Soare [1994] –

Aparate de măsurat și control. Automatizarea producției – EDP,

RA București