S.L. Dr. Ing. Alexandru Magdalena Tudor Mihail George [622651]

Universitatea din Pitești
Facultatea de Electronică Comunicații și Calculatoare
Specializarea: Electromecanică
SISTEM DE MASURA SI CONTROL A
UMIDITATII
Indrumator: Absolvent:
S.L. Dr. Ing. Alexandru Magdalena Tudor Mihail George

Anul universitar 2012-2013
CUPRINS
1

Capitolul I.
No iuni generale………………………………………………………………………………….pag.3 ț
1. Traductoare de umiditate……………………………………………………………………pag.3
1.1 Traductoare de umiditate cu oscilator cu cuar ……………………………………pag.4 ț
1.2 Traductoare de umiditate cu senzori macromoleculari …………………………pag.8
1.3 Clasificarea senzorilor………………………………………………………………………pag.12
1.4 Caracteristicile metrologice ale traductoarelor………………………………………pag.13
1.5 Caracteristicile i performan ele traductoarelor…………………………………….pag.16 ș ț
1.6 Traductor psihrometric………………………………………………………………………pag.32
1.7 Traductor umidometric rezistiv…………………………………………………………..pag.35
1.8 Traductor umidometric capacitiv…………………………………………………………pag.35
1.9 Măsurarea con inutului de umiditate al gazelor………………………………………pag.39 ț
Capitolul II.
2 Proiectarea la nivel de schemă bloc ……………………………………………………………pag.40
2.1 Caracteristicile electrice………………………………………………………………………….pag.41
2.2 Senzori i traductoare pentru temperatură…………………………………………………..pag.46 ș
2.3 Structura generală a sistemelor de măsurat cu senzori cu fibre optice ……………pag.48
Capitolul III
3. Proiectare la nivel de schemă electrică a sistemului de măsură i control a ș
umidită ii………………………………………………………………………………………………………pag.49 ț
Capitolul IV
4. Prezentarea datelor experimentale………………………………………………………………….pag.51
Capitolul V
5. Concluzii……………………………………………………………………………………………………….pag.56
5.1 Anexe…………………………………………………………………………………………………………..pag.56
Capitolul VI
2

6. Bibliografie……………………………………………………………………………………………………..pag.58

CAP 1.TRADUCTOARE DE UMIDITATE
Traductorul efectuează transformarea analogică sau digitală a mărimii de măsurat intr-o
mărime fizică de aceea i natură sau de natură diferită, avand calitatea importantă de a fi u or ș ș
măsurabilă.Datorită avantajelor care le caracterizează, traductoarele electrice s-au dezvoltat
considerabil, fiind traductoarele care convertesc mărimea de intrare intr-o mărime de ie ire de ș
natură electrică.

În foarte multe instalații se folosește cu multă eficientă familia traductoarelor de umiditate.
Acestea sunt dispozitive care fie că sesizează prezen a sau lipsă umidității fie că măsoară ț
cantitativ valoarea acesteia. Atât intr-un caz cât i in celălalt traductorul poate semnaliza optic sau ș
acustic depășirea unui prag sau poate ac ionă asupra unor regulatoare care in final să pună in ț
funcțiune pompe, robinete, ecluze, etc.
Principiul de funcționare al detectorului de umiditate, aflat în structură traductorului poate fi
diferit. Astfel vom intalni detectoare de tip mecanic, de tip electrochimic, de tip rezistiv i de tip ș
capacitiv.
Traductoarele capacitive fac parte din grupă traductoarelor parametrice i au că principiu de ș
funcționare convertirea unei mărimi neelectrice într-o variație de capacitate.Se realizează din cele
două tipuri de condensatoare : plan i cilindric. ș

NOTIUNI GENERALE .
Conducerea unui proces presupune cunoa terea unor informa ii cât mai corecte i cât mai ș ț ș
complete asupra parametrilor mărimilor fizice ce caracterizează acel proces.În cazul unui proces
ne-automatizat, condus manual de operator,mărimile fizice care nu sunt accesibile sim urilor ț
umane sunt măsurate cu aparate de măsurat.Pe bază indica iilor aparatelor,operatorul uman ț
supraveghează procesul i ia decizii corespunzătoare. ș

În cazul unui proces automatizat, conducerea sistemului se face fără interven ia omului, pe bază ț
informa iilor culese din proces cu ajutorul ț traductoarelor.

TRADUCTOARE DE UMIDITATE
Umiditatea reprezinta continutul de apa dintr-un material soldi,lichid sau gazos.Umiditatea
materialelor lichide sau solide se exprima ca umiditate relativa,iar masurarea ei se realizeaza cu
umidimetre.
Masurarea umiditatii gazelor se realizeaza cu higrometre.
Exista ma multe tipuri de traductoare de umiditatea si anume:
-macromoleculari;
3

-cu oscilatori cu cuart;
-cu infrarosu;
Traductoarele pot fi definite ca dispozitive care realizează conversia unor mărimi fizice
(temperatura,deplasare,presiune,forță,etc) în alte mărimi fizice,cel mai adesea electrice,sau a unor
mărimi electrice în alte mărimi electrice, în scopul măsurării parametrilor acelor mărimi și
informării, repectiv luării unor decizii în consecință.
Structura generală a unui traductor.Tipuri de traductoare.
Structura generală a unui traductor este prezentata in figura de mai jos :
Structura generală a unui traductor.
Elementul sensibil (detector,captor,senzor) este elementul specific pentru detectarea mărimii fizice
pe care traductorul trebuie să o măsoare.El are capacitatea de a elimina sau reduce la minim
influen ele exercitate de alte mărimi decât cea care se măsoară i care ac ionează simultan asupra ț ș ț
traductorului.
Elemente de transmisie sunt elemente auxiliare care realizează conexiuni electrice,mecanice,
optice sau de altă natură, în situa iile în care tehnologiile de realizare a traductorului o impun. ț
Adaptorul are rolul de a modifică informa ia de la ie irea elementului sensibil la cerin ele impuse ț ș ț
de aparatură de automatizare utilizată. Func iile realizate de adaptor sunt complexe,ele incluzând i ț ș
adaptarea de nivel,putere (sau impedan ă) cu referire la semnalul de ie ire, în raport cu dispozitivele ț ș
de automatizare.Adaptorul asigură conversia varia iilor de stare ale elementului sensibil în semnale ț
calibrate la ie ire, ce reprezintă(la o altă scară) valoarea mărimii de intrare.Deci adaptorul realizează ș
opera ia specifică măsurării,adică compara ia cu unitatea de măsură adoptată. ț ț

TRADUCTOR DE UMIDITATE CU OSCILATOR CU CUART
4

Își bazează functionarea pe proprietatea oscilatorului a cărui frecventă de rezonantă variază cu
grosimea și densitatea cuartului .
Umiditatea aerului conduce la aparitia unei cantităti de vapori care se fixează pe oscilator prin
intermediul unei membrane de absorbtie a umiditătii depusă pe suprafata cuartului.
Din punct de vedere constructiv traductorul de umiditate are structura prezentată ȋn figura.
1. TRADUCTOR DE UMIDITATE CU OSCILATOR CU CUART
Schema bloc a traductorului de umiditate cu oscilator cu cuart este prezentată
în figura de mai jos:
Plasarea traductorului intr-un sistem de regalj automat(SRA)-Schema
SRA.
Traductor – element al SRA care realizează convertirea unei mărimi fizice de obicei
neelectrică într-o mărime de altă natură fizică de obicei electrică proporțională cu prima sau
dependentă de aceasta într-un fel prestabilit, în scopul utilizării într-un sistem de automatizare.
Într-un SA, traductorul este poziționat pe calea de reacție .
5

În general traductorul cuprinde:
– elementul sensibil (ES) sau detectorul – specific mărimii măsurate, are rolul de a capta
mărimea ce trebuie măsurată;
– adaptorul (A) prelucrează și convertește semnalul dat de ES într-o mărime direct utilizabilă în
sistemul automat.
Mărimea de intrare u (de exemplu: presiune, nivel, forță etc.) este convertită de către elementul
sensibil (ES) într-o mărime intermediară X0 (deplasare liniară sau rotire), care este transformată
în mărimea de ieșire y (tensiune electrică, rezistență electrică, inductanță, capacitate etc.),
aplicată circuitului de automatizare cu ajutorul unui adaptor( A).
Umiditatea reprezintă reprezintă cantitatea de apă con inută în aer.În limbajul comun termenul ț
de umiditate se referă în general la umiditatea relativă.
6

Există trei moduri de a clasifica umiditatea:
-umiditatea absolută;
-umiditatea relativă;
-umiditatea specifică;
Umiditatea absolută reprezintă cantitatea de apă într-un anumit volum de aer.

Umiditatea relativă se define te că fiind cantitatea de vapori de apă din aer comparativ cu ș
cantitatea maximă de vapori de apă care ar putea există în aer la satura ie.Cantitatea de ț
maximă de vapori de apă la satura ie depinde de temperatură.Umiditatea relativă este ț
cuprinsă între 0 i 100%. ș

Umiditatea specifică reprezintă cantitatea de vapori de apă din aer într-un volum de aer dat.

În figura de mai jos este reprezentată dependen a umidită ii relative de ț ț
temperatură.

Dependen a vaporilor de apă din aer de temperatură. ț
Descrierea sistemului proiectat .
Controlerul de umiditate i temperatură are următoarele blocuri principale: ș
-circuitele de interfa ă cu senzorul; ț
-microcontroller-ul cu circuitele aferente;
-interfa ă cu utilizatorul (tastatură i afi ajul); ț ș ș
-driver-ele pentru comandă triacelor;
7

-sursă de alimentare.
Traductoarele de umiditate sunt de mai multe tipurii:
– Macromoleculari;
– Cu oscilator cu cuar ; ț
– Cu infraro u; ș

Traductor de umiditate cu senzori macromoleculari
Î i bazează funtionarea pe modificarea capacită ii rezisten ei ca urmare a modificării ș ț ț
permitivită ii, respective a rezistivită ii la varia ia umidită ii. ț ț ț ț

Traductor de umiditate cu infraro u ș.
Principiul de func ionare este bazat pe absor ia apei de anumite lungimi de undă din spectrul ț ț
infraro u (NIR). ș

Determinarea umidității aerului și gazelor.
Umiditatea absolută a atmosferei se definește ca fiind masa vaporilor de apă, exprimată în
grame, dintr-un metru cub de aer.
Umiditatea relativă este definită ca raportul procentual dintre presiunea vaporilor și
presiunea maximă a vaporilor saturați la o temperatură dată.
HigrometreMijloace de măsurare
Psihrometre Hidrografe
8

HIGROMETRU
Psihometrul cu aspiratie.
Se compune dintr-un ventilator acționat de un arc sau de un motor electric alimentat de o baterie,
care aspiră aer cu o viteză constantă (≥2 m/s) prin ambele traductoare de temperatură.Termometrul
uscat este expus direct aerului.
Termometrul umed este înconjurat de gaze menținute umede.
9

Datorită curentului de aer, o cantitate de apă se evaporă consumând o cantitate de căldură luată din
aer. Temperatura indicată de termometrul umed va scade și va coborî cu atât mai mult cu cât se
vaporizează o cantitate mai mare de apă, adică cu cât aerul inițial este mai uscat.
Diferența de temperatură între termometrul umed și cel uscat se numește diferență psihrometrică și
permite determinarea presiunii parțiale a vaporilor de apă.
TRADUCTORUL DE UMIDITATE A AERULUI.
Traductorul realizat incorporeazã un senzor de umiditate capacitiv produs de Valvo. Acest
senzor este un senzor de tip capacitiv alcatuit dintr-o folie dielectrica speciala pe care s-au depus, pe
ambele parti, o pelicula subtire de aur, întreg ansamblul fiind încapsulat intr-o carcasa din masa
plastica perforata. Ansamblul mai sus amintit se constituie intr-un condensator plan al carui
dielectric îsi modifica constanta dielectrica sub influenta umiditatii mediului ambiant, astfel
modificându-se capacitatea electrica. Introducând acest condensator într-un circuit electric oscilant
variatia capacitatii duce în final la o variatie a frecventei de oscilatie.
Marimile fizice care descriu cantitativ umiditatea sunt:
umiditatea absoluta – H abs – reprezinta cantitatea de apa continuta într-un volum
definit de aer.
umiditatea de saturatie – H sat(J ) – reprezinta cantitatea maxima de apa ce poate fi
continuta într-un volum definit de aer.
10

Figura de mai sus prezinta dependenta umiditatii de saturatie H sat de temperatura J.
umiditatea relativa – H rel – reprezinta raportul dintre umiditatea absoluta si cea de
saturatie.
Schema electrică de utilizare.
11

Traductorul realizat măsoară umiditatea relativă 0-100%.Schema electrică con ine un ț
amplificator diferen ial realizat cu circuitul LM308 ce generează la ie ire o tensiune între 2,9- ț ș
3,9V.
METODE DE DETERMINARE A UMIDITATII.
Metode directe – se măsoară direct masa materialului umed și masa apei conținută in
materialul de analizat.
Metode indirecte – prin care se măsoară o altă mărime a materialului de analizat care
variază cu umiditatea (temperatura, rezistența electrică).
 Mijloacele pentru măsurarea umidității se numesc umidometre.
UMIDOTESTUL
Este un aparat care, utilizând metoda directă se foloseste pentru determinarea umidității
nămolurilor de la tratarea și epurarea apelor.
Clasificarea senzorilor
Senzori activi sau senzori generatori – au la baza principiul de functionare un efect fizic ce
asigura conversia directa in energie electrica.
In continuare se prezinta o descriere a acestor efecte fizice, pentru a pune in avidenta modul lor de
aplicare :
• Efect termoelectric. Un circuit format din doua conductoare de natura chimica diferita, avand
jonctiunile la temperaturaturile T 1 si T2, genereaza o tensiune termoelectrica E T = S(T1 – T2).
•Efectul Hall. Un materiam, in general semiconductor, sub forma de placuta este parcursa de un
curent de intensitate I si introdus in camp magnetic. In acest caz, va aparea, pe directia
perpendiculara pe planul format de inductia magnetica B si de curentul I, o tensiune electrica U H =
kHIB, constanta Hall k H depinzand de material si de dimensiunile placutei.
•Efect piezoelectic. Anumiti dielectrici cristalini au proprietatea de a se polariza in urma
modificarilor dimensionale ca urmare a unei forte aplicate.
•Efectul inductiei electromagnetice. Daca un conductor se deplaseaza intr-un camp magnetic de
inductie constanta, atunci apare o tensiune electromotoare, proportionala cu viteza de deplasare. De
asemenea, in cazul unui circuit inchis aflat intr-un camp magnetic cu inductie variabila in timp, se
induce o tensiune electromotoare egala cu viteza de variatie a fluxului magnetic prin suprafata
circuitului.
•Efectul fotoelectric. Are la baza echilibrarea sarcinilor electrice intr-un material sub influenta
inei radiatii luminoase, cand lungimea de unda este inferioara celei proprii ce caracterizeaza
materialul.
Senzori pasivi sau senzori perametrici.
Ei se caracterizeaza prin aceea, ca marimea de intrare le influenteaza prorietatile, fiind
convertita intr-o marime pasiva, cum ar fi : rezistenta, inductivitatea, capacitatea, etc.
In tabelul de mai jos sunt prezentate principiile fizice ce satu la baza functionarii senzorilor
parametrici, precum si tipurile de materiale utilizate pentru obtinerea acestora.
12

Din realizarile existente se poate remarca, in special, locul important pe care il ocupa, in cadrul
acestei categorii, senzorii rezistivi, inductivi si capacitivi. Posibilitatea de conversie a unor marimi
de natura neelectrica in marime naturala electrica se datoreaza, deci, unor legi fizice, care exprima
dependenta parametrilor electrici ai senzorului fata de aceste marimi.
CARACTERISTICILE METROLOGICE ALE TRADUCTOARELOR
Caracteristici metrologice in regim stationar
Dintre aceste caracteristici se pot enumera:
1 .Caracteristica statica de transfer;
2. Intervalul de masurare;
3. Sensibilitatea;
4. Pragul de sensibilitate ;
5. Rezolutia;
6. Exactitatea;
7. Repetabilitatea;
8. Liniaritatea;
9. Histerezisul;
10. Rapiditatea
1.Caracteristica statică de transfer reprezintă dependența mărimii de ieșire de mărimea de
intrare:
y=f(x)
2.Intervalul de măsurare (domeniul nominal) corespunde condițiilor normale de utilizare a
traductorului;limitele sale reprezintă valorile extreme care pot fi măsurate fără modificarea
caracteristicilor constructive.
3.Sensibilitatea se definește ca fiind raportul dintre variația mărimii de ieșire și variația mărimii
de intrare, în jurul unei valori xi a mărimii urmărite:
xixdxdyS
Valoarea sensibilității unnui traductor este indicată de fabricant și permite utilizatorului:
-să estimeze ordinul de mărime al semnalului de răspuns,cunoscând ordinul de mărime al
semnalului măsurat;
-să aleagă traductorul de așa manieră încât lanțul de automatizare în care intră să satisfacă
condițiile de lucru impuse.
Unitatea de măsură cu care exprimă sensibilitatea depinde de regulă de fenomenul fizic care stă
la baza construcției sale.
Exemple: C/, pentru o rezistentă termometrică;
CV/, pentru un termocuplu.
4 .Pragul de sensibilitate este cea mai mică valoare a mărimii de intrare ce poate fi măsurată.
13

5. Reazolutia reprezintă cea mai mică variație de intrare care produce o modificare sesizabilă a
semnalului de ieșire.
6 .Exactitatea reprezintă concordanța dintre valoarea măsurată și valoarea adevărată.

7.Repetabilitatea caracterizează variația mărimii de ieșire când se aplică aceeași valoare a
mărimii de intrare, succesiv, în aceleași condiții.

8.Liniaritatea-un traductor de spune că este liniar pentru o plajă bine determinată a mărimii
urmărite dacă sensibilitatea sa este independența de valoarea mărimii urmărite.

9.Histerezisul unui traductor este datorat existenței a două valori ale mărimii de ieșire pentru
aceeași valoare a mărimii de intrare, în funcție de sensul de variație a acestei mărimi
(crescător sau descrescător).

10.Rapiditatea, sau timpul de răspuns, este acea caracteristică tehnică a unui traductor care
permite aprecierea modului în care mărimea de ieșire urmărește în timp variațiile mărimii de
intrare.Rapiditatea este așadar legată de timpul necesar pentru a reduce influența regimului
tranzitoriu al mărimii de ieșire la o valoare neglijabilă, în condiții de precizie bine definite
pentru un traductor.

Caracteristicile metrologice in regim dinamic.
În regim dinamic mărimea aplicată la intrarea traductorului este variabilă în timp x(t) și
mărimea la ieșirea lui este tot o mărime funcție de timp y(t).De aceea un rol important în
descrierea funcționării dinamice a traductoarelor îl au ecuațiile de funcționare, funcțiile de
transfer și răspunsul la diferite semnale.

Pentru caracterizarea comportării în regim dinamic a traductoarelor, se determină răspunsul
lor atunci când la intrare se aplică diverse tipuri de semnale.
Erorile de neliniaritate si histerezis
Pentru ca toate traductoarele îndeplinesc funcția de măsurare a unei mărimi fizice ele trebuie
să se supună acelorași reguli ca și aparatele de măsură și anume,să îndeplinească o serie de
condiții metrologice.

Erorile de măsură
Singurele mărimi fizice ale căror valori sunt exact cunoscute sunt mărimile etalon, a căror
valoare a fost aleasă convențional.Toate celelalte mărimi fizice măsurate sunt cunoscute cu
aproximație ce este dictată de precizia de execuție a sistemului de măsurare.
Sunt definite o serie de tipuri de erori legate de procesul de măsurare, și anume:

a. Erorile sistematice
Pentru o valoare dată a mărimii măsurate, eroarea sistematică este constantă.Ea introduce un
decalaj constant între valoarea reală și cea măsurată pentru mărimea urmărită.Existența unei
14

erori sistematice poate fi depistată prin diferența care apare între valorile cele mai probabile
extrase din două seturi de măsurători efectuate asupra aceleași mărimi măsurate și efectuate
cu traductoare și metode diferite.
Dintre tipurile frecvente de erori sistematice amintim:
– eroarea asupra mărimii de referință:
eroarea de zero a aparatului;
alegerea greșită a mărimii de referință;
necunoașterea valorii precise a tensiunii de alimentare.

– eroarea asupra caracteristicilor traductorului:
necunoașterea sensibilității sau curbei de etalonare;

– eroarea datorată modului defectuos de folosire:
eroare de rapiditate;
eroare de sensibilitate;

-eroare la prelucrarea datelor brute.
b. Erori accidentale
Aceste erori au următoarele cauze generatoare:

– erori datorate proprietăților intrinseci ale traductorului;
erori de mobilitate;
erori de citire.

-erori datorate semnalelor parazite cu caracter aleatoriu:
zgomotele generate de purtătorii de sarcină electrică în rezistente sau în componente
active;
inducții parazite sau radiații electromagnetice, în special cele de frecvență industrială.

Reducerea erorilor accidentale se poate face menținând un ambient controlat în jurul
traductorului: controlul temperaturii și umidității, folosirea suporturilor antigravitaționale,
utilizarea regulatoarelor de tensiune la alimentare, ecranări și puneri la masă corecte,
filtrarea semnalelor parazite.
Finețea, corectitudinea, precizia
Erorile accidentale conduc la dispersarea rezultatelor în cazul măsurărilor repetate, iar
prelucrarea lor statistică permite:
– cunoașterea valorii celei mai probabile a mărimii urmărite;
– fixarea plajei de erori.
15

Dacă măsurarea repetată ( de n ori) a unei acelea i mărimi necunoscute a condus la o serie ș
de valori ale mărimii urmărite: m1, m2,m3,…., mn, atunci, valoarea medie a mărimii
măsurate este prin defini ie: ț

nmnmmm…21
Fine ea ț este calitatea unui traductor de a avea erori accidentale mici.Se traduce prin valori
de măsură grupate în jurul valorii medii.

Corectitudinea reprezintă calitatea traductorului care reduce erorile sistematice.Valoarea
cea mai probabilă a mărimii urmărite este situată în imediata vecinătate a valorii adevărate.
Precizia reprezintă calitatea traductorului de a da valori ale mărimii măsurate situate fiecare
în vecinătatea valorii urmărite.

Limitele de utilizare a traductoarelor
Solicitările mecanice,termice sau electrice la care este supus un traductor pot determina
modificarea caracteristicilor traductorului (definite de fabricant prin curbele de etalonare).

Se definesc următoarele domenii de utilizare ale traductoarelor:

1. domeniul nominal : corespunde condi iilor normale de utilizare a traductorului. ț
Limitele acestui domeniu reprezintă valorile extreme care pot di măsurate fără modificarea
caracteristicilor constructive.

2. domeniul de deteriorare : odată depă ite valorile nominale ale domeniului de măsură,dar ș
rămânând în anumite limite prescrise care nu duc la distrugerea traductorului, caracteristicile
acestuia riscă să se modifice, dar nu ireversibil. Revenirea la domeniul nominal readuce
traductorul în parametrii nominali prescri i de fabricant. ș

3. domeniul de distrugere : odată depă ite valorile domeniului de deteriorare, dar ș
rămânând în anumite limite care nu duc la distrugerea fizică, caracteristicile traductorului se
modifică ireversibil. Folosirea traductorului în domeniul nominal de func ionare necesită o ț
nouă etalonare.

4. domeniul de lucru : se define te ca fiind diferen a între valorile limită nominale de ș ț
func ionare.ț
CARACTERISTICILE ȘI PERFORMANȚELE
TRADUCTOARELOR
1.1 Caracteristici și performanțe în regim staționar
16

Caracteristicile funcționale ale traductoarelor reflectă (în esență) modul în care se realizează
relația de dependență intrare-ieșire (I-E).
Performanțele traductoarelor sunt indicatori care permit să se aprecieze măsura în care
caracteristicile reale corespund cu cele ideale și ce condiții sunt necesare pentru o bună
concordanță între acestea.
Caracteristicile și performanțele de regim staționar se referă la situația în care mărimile de intrare
și de ieșire din traductor nu variază, adică parametrii purtători de informație specifici celor două
mărimi sunt invarianți.
Caracteristica statică a traductorului este reprezentată prin relația intrare – ieșire (I-E):
y = f(x) (1.1)
în care y și x îndepli nesc cerințele unei măsurări statice.
Relația (1.1) poate fi exprimată analitic sau poate fi dată grafic printr-o curbă tra sată cu perechile
de valori (x , y).
Caracteristica y = f(x) redă dependența I-E sub forma ideală deoarece, în realitate, în timpul
funcționării traductorului, simultan cu mărimea de măsurat x, se exercită atât efectele mărimilor
perturbatoare externe n321…,,,, cât și a celor interne r321…,,,, care determină
modificări nedorite ale caracteristicii statice ideale.
În afara acestor perturbații (nedorite), asupra traductorului intervin și mărimile de reglaj, notate
prin q321C…,,C,C,C . Aceste reglaje servesc la obținerea unor caracteristici adecvate
domeniului de variație al mărimii de măsurat în condiții reale de funcționare a traductorului.
Ținând seama de toate mărimile care pot condiționa funcționarea traductorului, acesta se poate
reprezenta printr-o schemă funcțională restrânsă, ilustrată în figura 1.1.
Reglajele q321C…,,C,C,C nu provoacă provoacă modificări nedorite ale caracteristicii
statice ideale și sunt necesare pentru:
-alegerea domeniului de m ăsurare;
-prescrierea sensibilit ății traductorului,
-calibrarea internă și reglarea zeroului.
Fig. 1.1
17

 Mărimile perturbatoare externe 1 , 2 , 3 , …, n cele mai importante sunt de natura unor
factori de mediu: presiunea, umiditatea, temperatura , câmpuri electrice sau magnetice etc.
Aceste perturbații (nedorite) pot acționa atât asupra mărimii de măsurat, cât și asupra
elementelor constructive ale traductorului.
 Mărimile perturbatoare interne se datorează zgomotelor generate de rezistoare, de
semiconductoare, frecări în lagăre, îmbătrânirea materialelor care-și schimbă proprietățile,
variații ale parametrilor surselor de alimentare etc. Datorită mărimilor perturbatoare, traductorul
va funcționa după o relație de dependență (I-E) reală, descrisă de funcția:
)…,,,,,…,,,,,x(fy r321n321  ; (1.2)
Este important de observat că erorile sunt generate de variațiile mărimilor perturbatoare și nu de
valorile lor absolute, care dacă ar rămâne constante ar putea fi luate în considerare ca atare în
expresia caracteristicii.
Modul în care mărimile perturbatoare influențează ieșirea , admițând că variațiile lor sunt mici,
se pune în evidență prin dezvoltarea în serie Taylor a funcției (2.1) cu neglijarea termenilor
corespunzători derivatelor de ordin superior. Se obține:
rr11nn11f…ff…fxxfy  (1.3)
Derivatele de ordinul I au semnificația unor sensibilități:
xf
 – este sensibilitatea utilă a traductorului
if
 și if
sunt sensibilități parazite
Cu cât sensibilitatea utilă va fi mai mare, iar sensibilitățile parazite vor fi mai mici, cu atât
caracteristica reală a traductorului va fi mai apropiată de cea ideală (1.1)
Dacă sensibilitățile parazite au valori ridicate se impune introducerea unor dispozitive de
compensare automată.
Prin concepție (proiectare) și construcție, traductoarele se realizează astfel încât mărimile de
influență (perturbatoare) să determine efecte minime si deci , să se poată considera valabilă
caracteristică statică ideală y = f(x) în limitele unei erori tolerate.
În ipoteza de liniaritate și admițând că influențele mărimilor perturbatoare nu depășesc eroarea
tolerată , forma uzuală pentru caracteristica statică a traductoarelor analogice este:
00y)xx(ky; (1.4)
în care x0 și y0 pot lua diverse valori pozitive sau negative, inclusiv zero.
Caracteristicile statice liniare sunt tipice pentru traductoare, dar pot apărea, în anumite cazuri
particulare, (cerute de un S.R.A.), caracteristici neliniare. În cele ce urmează se prezintă câteva
exemple de caracteristici statice – pentru traductoare :
a)liniară unidirecțională – (figura 1.2), defintă prin funcția:
00y)xx(ky;
x  x0
k = tg  (panta caracteristicii)
18

Fig. 1.2 Fig. 1.3
b) proporțională liniară bidirecțională – (figura 1.3), definită prin funcția:
xky ; k = tg  (1.5)
c)liniară pe porțiuni cu zonă de insensibilitate și saturație – (figura 1.4) definită prin funcția:




   

2 s2 s2112 111
xxpentruyxxpentruyxxx;xxx:pentru)xx(kxxxpentru0
y (1.6)
d)liniară pe porțiuni cu zonă de insensibilitate, saturație și histerezis – (figura 1.5), definită
prin funcția:



          

2 2 s2 2 s2 1 1 2 12 1 1 2 11 1 1
xx;'xx: pentru yxx;'xx: pentru y'xx'x,'xx'x: pentru)'xx(kxxx,xxx: pentru)xx(k'xx0;0x1x;xx0;0x'x: pentru0
y (1.7)
Fig. 1.4 Fig. 1.5
Pentru traductoarele cu ieșiri numerice caracteristica statică este cvasiliniară având forma
din figura 1.6.
19

Reprezentarea este pur convențională, graficul corespunzând echivalentului în sistemul de
numerație zecimal al codului redat de semnalul Y N de la ieșirea traductorului, pentru diverse
valori ale mărimii de intrare, considerând un interval de cuantificare x.
Prin unirea punctelor corespunzătoare valorilor medii ale nivelelor de cuantificare se obține o
dreaptă (reprezentată printr-o linie discontinuă) ce reprezintă caracteristica statică a traductorului
numeric.
Exceptând discontinuitățile datorate operației de cuantificare, această caracteristică se consideră
liniară. Estimarea mărimii de ieșire a traductorului (Y N) este cu atât mai precisă, cu cât intervalul
de cuantificare x este mai mic.
Fig. 1.6 Fig. 1.7
Erorile de neliniaritate și histerezis
Caracteristicile statice sunt determinate de legile fizice pe care se bazează funcționarea
elementelor componente din structura traductorului. Aceste caracteristici se deduc prin calcul sau
experimental. Raportate la un domeniu larg de variație a mărimii de intrare, caracteristicile
statice se obțin neliniare.
Datorită avantajelor pe care le au caracteristicile liniare se procedează fie la limitarea funcționării
traductorului pe anumite zone ale caracteristicii (unde neliniaritatea este redusă), fie se
liniarizează pe porțiuni caracteristica cu ajutorul unor dispozitive special introduse în structura
traductorului. Astfel, caracteristicile statice liniare constituie o aproximare a caracteristicilor
reale neliniare, aproximare acceptabilă pentru condițiile de utilizare a traductorului.
O măsură a aproximării o reprezintă abaterea de la liniaritate sau eroarea de neliniaritate ,
ilustrată în figura 1.7.
În domeniul (xmin , xmax), în care ne interesează determinarea erori de neliniarizare se trasează
dreapta AB (linie continuă), care aproximează cât mai bine caracteristica reală. Paralel cu AB se
trasează dreptele A’B’ și A”B” care să încadreze între ele, caracteristica reală. Cea mai mare
dintre diferențele y’ și y” reprezintă abaterea absolută de la liniaritate , notată prin ymax.
20

“Abaterea relativă de la liniaritate” se definește prin relația:
%100
yyy
minmaxmaxr
 ; (1.8)
unde: ymax este abaterea absolută de la liniaritate, definită prin relația:
ymax = y”-y’; (1.9)
Alt tip de eroare, care poate fi estimată pe caracteristicile statice este eroarea de
histerezis. Din figura 1.5 se observă că fenomenul de histerezis se manifestă prin aceea că se
obțin două nivele diferite ale semnalului de ieșire (y) pentru aceeași valoare a mărimii de intrare,
în raport cu sensul crescător (  ) sau descrescător (  ) de variație prin care acesta atinge
valoarea respectivă.
Eroarea de histerezis este dată de diferența dintre cele două nivele ale semnalului de ieșire (y).
Pentru a asigura univocitatea valorii măsurate, eroarea de histerezis trebuie să se încadreze, ca și
cea de neliniaritate, sub o limită admisibilă.
 Domeniul de măsurare se situează pe caracteristica statică în zona în care aceasta este liniară.
Domeniul de măsurare se exprimă prin intervalul [x min…xmax] în cadrul căruia traductorul permite
efectuarea corectă a măsurării. Valorile limită minime atât pentru intrarea x min , cât și pentru
ieșirea ymin pot fi zero sau diferite de zero , de aceeași polaritate sau de polaritate opusă limitei
maxime.Pentru traductoarele cu semnal unificat se întâlnesc cazuri în care y min0 pentru xmin=0,
precum și invers: y min=0 când xmin0. Motivația care justifică
existența acestor situații se va explica ulterior. De regulă domeniul de măsurare se definește
pentru intervalul în care eroarea rămâne în limitele admisibile.
La traductoarele cu semnal unificat, limitele semnalelor de ieșire y min și ymax rămân constante
indiferent de limitele x min și xmax ale semnalelor de intrare.
 Sensibilitatea (S)
Sensibilitatea traductorului se definește în raport cu mărimea de intrare, neglijând sensibilitățile
parazite introduse de mărimile perturbatoare. Pentru variații mici x și y sensibilitatea se
definește prin raportul dintre variația ieșirii și variația intrării. În cazul unei caracteristici statice
liniare sensibilitatea este reprezentată de coeficientul unghiular al dreptei.
S = dy/dx  y/x = k = tg (1.10)
O altă exprimare a sensibilității, ce ține seama de domeniul de măsurare, este dată de relația:

minmaxminmax
xxyyS
 (1.11)
Din relația (1.11) rezultă că sensibilitatea este constantă pentru întregul domeniu de măsurare. În
cazul unor caracteristici statice neliniare se pot defini numai valori locale ale sensibilității sub
forma:
21

i iixxxy
xxdxdyS

 ; (1.12)
unde x și y sunt variații mici în jurul punctului de coordonate (x i, yi).
Sensibilitatea Si – se numește și sensibilitate diferențială. Din relațiile (1.10) și (1.11) se observă
că sensibilitatea este o mărime ale cărei dimensiuni depind de dimensiunile mărimilor de intrare
și de ieșire, iar valoarea sa depinde de unitățile de măsură utilizate pentru mărimile respective.
În cazurile caracteristicilor liniare, la care natura mărimilor x și y este aceeași, sensibilitatea (S)
se va numi factor de amplificare , dacă este supraunitară (S > 1), iar dacă S < 1 sensibilitatea se
va numi factor de atenuare .
Acești factori sunt adimensionali și sunt frecvent utilizați pentru caracterizarea traductoarelor.
Când domeniul mărimii de intrare este foarte extins, amplificarea sau atenuarea se exprimă în
decibeli [db] prin relația:
A=20 log (y x); [db] (1.13)
Uneori se utilizează noțiunea de sensibilitate relativă exprimată prin:
x/xy/ySr (1.14)
unde yy este variația relativă a ieșirii, iar xx este variația relativă a intrării.
Sensibilitatea relativă (S r) se exprimă printr-un număr adimensional, iar valoarea sa nu depinde
de sistemul de unități și ca urmare S r este utilă la compararea traductoarelor atunci când acestea
au domenii de măsurare diferite.
Determinarea sensibilitatea unui traductor analogic .
Sensibilitatea unui traductor este determinată de sensibilitățile elementelor componente și de
modul de conectare a acestora în schema structurală a traductorului. Dacă elementele care
compun traductorul au caracteristicile de transfer (I-E) liniare, sensibilitatea totată a traductorului
(St) se deduce ușor din sensibilitățile parțiale ale elementelor traductorului, considerând aceste
sensibilități constante pe întreg domeniul de măsurare.
Se prezintă modul de calcul al sensibilității totale (S t) pentru câteva scheme tipice de conectare a
elementelor componente (descrise de caracteristici liniare).
a)Pentru conexiunea serie (figura 1.8):
n
1iitSS (1.15)
b)Pentru conexiunea paralel (figura 1.9):
;SSn
1iit
 (1.16)
c) Conexiunea cu reacție negativă (figura 1.10):
211tSS1SS (1.17)
22

Fig. 1.8
Fig. 1.9 Fig. 1.10
În cazul conexiunii cu reacție negativă, deoarece (de regulă S 11), se poate admite
aproximarea:
2tS1S; (1.18)
Deci se observă că sensibilitatea elementului de pe calea de reacție este determinantă în
calculul sensibilității totale a traductorului.
 Rezoluția
Sunt traductoare care au caracteristici statice ce nu sunt perfect netede. Ca urmare, la variații
continue ale mărimii de intrare (x) în domeniul de măsurare, semnalul de ieșire (y) se modifică
prin salturi având valori bine precizate (deoarece are variații discrete).
Intervalul maxim de variație al mărimii de intrare necesar pentru a determina apariția
unui salt la semnalul de ieșire, se numește rezoluție.
Rezoluția este utilizată, mai ales, la traductoare cu semnale de ieșire numerice, a căror
caracteristică statică este dată printr-o succesiune de trepte (figura 1.6). În acest caz rezoluția este
dată de intervalul de cuantificare x al mărimii de intrare, iar pentru un domeniu de măsurare
fixat prin x se stabilește numărul de nivele analogice ce pot fi reprezentate de către semnalul de
ieșire.
23

Rezoluția reprezintă un indicator de performanță și în cazul unor traductoare considerate (de
obicei) analogice, cum sunt traductoarele pentru deplasări liniare sau unghiulare bobinate, la care
variațiile de rezistență (sau de tensiune – la montajele potențiometrice) prezintă un salt la trecerea
cursorului de pe o spiră pe alta.
Pragul de sensibilitate
Cea mai mică variație a mărimii de intrare care poate determina o variație sesizabilă
(măsurabilă) a semnalului de ieșire, se numește prag de sensibilitate.
Pragul de sensibilitate este important, întrucât condiționează variațiile minime la intrare care pot
fi măsurate prin intermediul semnalului de ieșire.
Factorii care determină pragul de sensibilitate sunt fluctuațiile datorate perturbațiilor interne și
externe: zgomotul în circuitele electrice, frecările statice și jocurile în angrenaje pentru
dispozitive mecanice.
Calitatea traductoarelor este cu atât mai bună cu cât sensibilitatea S este mai mare, iar rezoluția și
pragul de sensibilitate sunt mai reduse.
 Precizia (eroare de măsurare)
Scopul fundamental al oricărei măsurări, acela de a determinarea și exprima numeric valoarea
mărimii de măsurat, poate fi realizat numai cu un anumit grad de incertitudine.
Oricât de perfecționate ar fi metodele și aparatele utilizate și oricât de atent ar fi controlat
procesul de măsurare, rezultatul măsurării va fi întotdeauna diferit de valoarea reală sau
adevărată a măsurandului.
Eroarea de măsurare reprezintă diferența dintre rezultatul măsurării și valoarea reală. Este
evident că, din punct de vedere calitativ măsurările sunt cu atât mai bune cu cât erorile respective
sunt mai mici. Problematica erorilor de măsurare este complexă și pentru detalii se recomandă
lucrăruile [1] și [4]. În cele ce urmează se prezintă succint noțiunile necesare pentru înțelegerea
semnificației preciziei traductoarelor . Cauzele erorilor de măsurare sunt multiple și se pot
evidenția printr-o analiză atentă a operațoiei de măsurare. Acestea sunt:
– Eroarea de interacțiune este provocată de faptul că ES al traductorului exercită o
acțiune asupra valorii reale a mărimii de măsurat, astfel încât valoarea efectiv convertită diferă
de cea reală. Erorile de interacțiune pot apărea și între diversele componente din structura
traductorului.
– Eroarea de model este determinată de faptul că se idealizează caracteristicile statice,
ignorându-se anumiți factori care le pot influența. Determinarea experimentală a caracteristicilor
statice prin utilizarea unor etaloane cu precizie limitată, generează eroarea de model.
– Erori de influență care apar atunci când mărimile perturbatoare au variații mari și nu
pot fi compensate (prin mijloace tehnice).
În raport cu proprietățile lor generale s-au stabilit următoarele criterii de clasificare a erorilor :
24

a)Caracterul variațiilor și valorilor pe care le pot lua:
–erori sistematice;
–erori aleatoare;
–erori grosiere.
 Erorile sistematice se produc în același sens în condiții neschimbate de repetare a măsurării și
au valori constante sau variabile, după o lege determinată în raport cu sursele care le generează.
 Erorile aleatoare (întâmplătoare sau accidentale) variază imprevizibil la repetarea măsurătorii,
putând lua valori diferite atât ca sens cât și ca valoare.
 Erorile grosiere (inadmisibile) afectează prea grav rezultatele măsurătorii, încât rezultatele nu
pot fi luate în considerare. Aceste erori au două cauze:
–funcționarea incorectă a aparatelor;
–utilizarea unei metode incorecte de măsurare.
b) Modul de exprimare valorică prin care se face deosebirea între erorile absolute și erorile
relative.
Erorile absolute sunt: xi, vi pozitive (sau negative) exprimate în aceleași unități de măsură cu
vi.
Eroarea relativă (reală sau convențională) a unei măsurări individuale se definește prin relațiile:
;
vvv
vvv;
xxv
xxxiiiriiir (1.19)
Erorile relative sunt exprimate prin numere fără dimensiune. Acestea pot estima precizia de
măsurare, deoarece înglobează și informația cu privire la valoarea mărimii măsurate.
c) Mărimea de referință în funcție de care se deosebesc erorile reale față de erorile
convenționale.
Eroarea reală (a unei măsurări individuale) este notată xi și exprimă diferența dintre
valoarea măsurată vi și valoarea reală (adevărată) x:
xi = vi-x; (1.20)
Eroarea convențională (a unei măsuri individuale) este diferența
vi = vi-v; (1.21)
unde: v – valoarea de referință (admisă); v i – valoarea măsurată.
Eroarea admisibilă (sau tolerată) reprezintă valoarea limită a erorii ce nu poate fi
depășită în condiții corecte de utilizare a aparatului. Cunoscând valoarea admisibilă absolută
xad, intervalul în care se află valoarea reală (x) a mărimii de măsurat este determinat cu
probabilitatea 1, conform relației:
x [vi – xad , vi + xad]; (1.22)
care poate fi exprimat și în formele:
25

vi – xad  x  vi + xad ; (1.23)
sau:
x = vi  xad ; (1.24)
În cazul traductoarelor, în general, se prevăd dispozitive pentru compensarea automată a
erorilor suplimentare, astfel încât precizia măsurărilor să fie determinată numai de eroarea
intrinsecă, chiar la variații mari ale factorilor de mediu.
În final eroarea tolerată de aparat, sub formă absolută, prin care se poate exprima corect precizia
măsurării efectuate în condiții reale de funcționare, este dată de relația:
xtot =  xb  xs ; (1.25)
unde:
xb – este eroarea tolerată intrinsecă (de bază) determinată în primul rând de clasa de
precizie ;
xs – este eroarea tolerată suplimentară, calculată corespunzător intervalelor în care se află
mărimile de influență.
La traductoarele cu ieșiri numerice, datorită faptului că adaptorul conține un convertor
analog-numeric (CAN), apare o eroare inerentă de metodă, numită eroare de cuantificare, egală
cu 12 din intervalul de cuantificare x, adică 12 din bitul cel mai puțin semnificativ (LSB).
Reducerea acestor erori la valori acceptabile se face prin micșorarea lui x.
Erorii de cuantificare i se poate adăuga eroarea de zero, ilustrată în figura 1.11-a, și/sau
eroarea de domeniu prezentată în figura 1.11-b. Detalii asupra altor tipuri de erori generate de
conversia analog-numerică se pot găsi în [6] și [7].
a) Eroare de zero b) Eroare de domeniu
Fig. 1.11
26

1.2 Caracteristici și performanțe în regim dinamic
Regimul dinamic al unui traductor corespunde funcționării acestuia în situația în care
mărimea de măsurat (x) și implicit semnalul de ieșire (y) variază în timp. Variațiile mărimii de
intrare nu pot fi urmărite instantaneu la ieșire , datorită inerțiilor care pot fi de natură: mecanică ,
electromagnetică , termică etc.
Funcționarea traductorului în regim dinamic este descrisă de o ecuație diferențială de tipul:
m
0q)q(qn
0k)k(k txbtya (1.26)
unde )q(x, )k(y sunt derivatele în raport cu timpul de ordinul q și k ale intrării x(t) și respectiv
ieșirii y(t); kași qb – sunt coeficienți (de regulă invarianți).
Ecuația (1.26) caracterizează complet regimul dinamic al traductorului dacă sunt
prevăzute: condițiile inițiale, valorile mărimilor x(t), y(t) și valorile derivatelor la momentul
inițial t0.
Pentru ca traductorul (ca element fizic) să poată fi realizat practic este necesară condiția: n >
m, deci se impune ordinul ecuației diferențiale. Pentru determinarea soluției ecuației (1.26) se
utilizează tehnicile uzuale de rezolvare a ecuațiilor diferențiale liniare cu coeficienți constanți.
După rezolvarea ecuației diferențiale (1.26) se obține soluția ecuației pentru condiții inițiale date
și mărimea de intrare cunoscută sub forma unei anumite funcții de timp:
y(t) = ytl (t) + ytf (t) + ysf (t) (1.27)
Cei trei termeni ai soluției (1.27) au semnificațiile:
– ytl (t)  componenta tranzitorie liberă, care nu depinde de intrare, dar depinde de dinamica
traductorului, cât și de condițiile inițiale nenule de la ieșire ;
– ytf (t)  componenta tranzitorie forțată, care depinde atât de dinamica traductorului cât și de
intrare (x) ;
– ysf (t)  componenta forțată în regim stabilizat (sau permanent), în care, datorită neliniarității,
se regăsește forma de variație a intrării.
Traductorul ideal, din punct de vedere al comportării dinamice, ar fi acela la care să existe numai
ultima componentă în (1.27), fără componente tranzitorii.
Analiza comportării dinamice a traductoarelor utilizând rezolvări ale ecuației (1.26) reprezintă
operații complicate (deși posibile). Din acest motiv se utilizează metode mai simple care să
asigure suficientă precizie, dar aprecieri și comparații mai rapide referitor la performanțele
dinamice ale traductoarelor.
Adoptând ipotezele simplificatoare: condiții inițiale nule, intrări (x) – standard (impuls sau
treaptă) se poate aplica transformarea directă Laplace ecuației diferențiale și rezultă funcția de
transfer a traductorului:
27




n
0iiim
0jj
sasb
sXsYsH ; (1.28)
Funcția de transfer permite (f.d.t.) determinarea răspunsului (traductorului) în formă explicită
pentru orice tip de variație a intrării (x). De asemenea, funcția de transfer permite o corelare între
analiza teoretică a regimului dinamic și determinările experimentale.
Analiza performanțelor în regim dinamic (pentru traductoare) utilizând H(s) se poate face astfel:
1)În domeniul timpului – utilizând funcția indicială (răspuns la treaptă) sau funcția
pondere (răspunsul la impuls);
2)În domeniul frecvenței, pe baza răspunsului permanent armonic la variația sinusoidală
a intrării (x).
Analiza în regim dinamic este similară cu cea de la circuitele electronice (sau din teoria SRA)
cu precizarea că valoarea benzii de stabilizare nu trebuie să depășească valoarea de 2% din
semnalul de la ieșire în regim staționar (stabilizat) y s.
Fig.1.12 Funcția indicială a unui traductor analogic echivalent
cu un element de ordinul II (oscilant – amortizat).
Principalii indicatori de regim dinamic pentru traductoarele analogice sunt :
a) M – abaterea dinamică maximă (influențată de factorul de amortizare al traductorului);
b) Suprareglarea (supracreșterea) definită prin relația:
100
y%
sM
 (1.29)
c) Abaterea (eroarea) dinamică curentă definită prin relația
28

D = y(t)-ys ; (1.30)

d) Timpul tranzitoriu (timp de răspuns) t t – definit ca la disciplina de B.S.A. Criteriul de
delimitare a timpului tranzitoriu (t t) este stabilit prin relația :
t sD ttpentru,B)t(  (1.31)
1.3 Indicatori de regim dinamic pentru traductoare
numerice
În cazul traductoarelor numerice care operează cu mărimi eșantionate, caracteristicile
dinamice sunt descrise cu ajutorul ecuațiilor cu diferențe finite, sau al funcțiilor de transfer,
utilizând variabila complexă sTez, unde T este perioada de eșantionare.
Pentru traductoarele numerice, care au conectate la ieșire CAN (convertori analog –
numerici), indicatorii tipici specificați sunt: timpul de conversie sau (uneori) rata de conversie
care reprezintă numărul de conversii posibile în unitatea de timp.
Însumând timpul de conversie al CAN cu timpul tranzitoriu (t t) al părții analogice se obține
timpul de stabilizare al mărimii la ieșirea traductorului numeric.
1.4 Caracteristici energetice
Orice operație de măsurare implică un consum energetic. Puterea, prin integrarea căreia
rezultă energia consumată poate fi preluată total sau parțial de la mărimile de măsurat.
Există mărimi active, care au asociată o putere suficientă pentru ca, prin intermediul unor ES
adecvate, să asigure conversia directă într-un semnal electric. Când mărimile de măsurat sunt
pasive este obligatoriu necesară, pentru conversia lor în semnal electric, o sursă de energie
auxiliară.
Pentru a nu afecta rezultatul măsurătorii este necesar ca puterea preluată de la mărimile de
măsurat să fie cât mai mică. În practica utilizării traductoarelor se pune problema adaptării
impedanței aparatului de măsură (Z m) sau a traductorului (Z tr), în raport cu impedanța sursei Z s ,
astfel încât consumul energetic și erorile de măsurare să se mențină în limitele admise.
Acest procedeu se numește adaptare de amplitudine sau nivel și se realizează prin utilizarea
unor amplificatoare. În acest fel pe lângă adaptarea de nivel se realizează și o adaptare în putere.
Consumurile de putere pot avea valori de la 310W până la 210 W, valorile fiind specificate
pentru fiecare traductor.
Pentru caracterizarea puterii solicitate de la măsurand, fiecărui traductor i se precizează în
catalog sau pe placa indicatoare: impedanța de intrare pentru aparatul receptor, tipul sursei
29

auxiliare (c.c. sau c.a.), valoarea parametrilor (tensiune, curent) și limitele admisibile de variație
ale acestor parametri.
1.5 Caracteristici constructive
Calitatea efectivă a unui traductor este determinată, atât de concepția care dă principiul de
funcționare, cât și de modul în care este realizat constructiv acesta.
Condițiile efective de funcționare oferite de industrie pot impune cerințe constructive diferite,
chiar dacă măsurandul și intervalul de variație al acestuia sunt aceleași.
Caracteristicile constructive determină modul în care un traductor își păstrează caracteristicile
funcționale sub acțiunea mărimilor de influență care se exercită în cazul diverselor aplicații. În
cele ce urmează se prezintă câteva din caracteristicile constructive ale traductoarelor:
1.5.1 Robustețea
Robustețea este o noțiune de ordin calitativ. Este dată de capacitatea traductorului de a
funcționa corect în condiții de șocuri, vibrații, variații mari de temperatură, umiditate, presiune,
agenți nocivi (chimici sau biologici).
1.5.2 Capacitatea de supraîncărcare
Această noțiune definește proprietatea unui traductor de a suporta valori ale mărimii de măsurat
care depășesc limita superioară a domeniului – fără ca prin aceasta să rezulte modificări ale
performanțelor funcționale (liniaritate, precizie, sensibilitate) sau deteriorări constructive.
Capacitatea de supraîncărcare se exprimă prin raportul între: valoarea maximă nedistructibilă și
limita superioară a domeniului.
Prin valoare nedistructibilă se înțelege valoarea măsurandului peste limita superioară a
domeniului care după ce își încetează acțiunea, permite revenirea traductorului la caracteristicile
inițiale.
Capacitații de supraîncărcare i se asociază un timp de exercitare: timp scurt (când solicitarea
este numită șoc); timp îndelungat (pentru suprasarcină) .
1.5.3 Protecția climatică
Acest tip de protecție reprezintă ansamblul de măsuri care se iau în cadrul calculelor de
dimensionare și alegere a materialelor, pieselor și componentelor, în proiectarea formei și
detaliilor constructive (în special ale carcasei), în stabilirea acoperirii suprafețelor și a
tehnologiei de execuție, pentru a se asigura că acțiunea complexă a factorilor climatici pe o
anumită durată să nu influențeze nefavorabil proprietățile funcționale sau aspectul traductorului –
în condițiile reale de utilizare.
Conform STAS 6535-83 și recomandărilor CEI (Comitetului Electrotehnic Internațional)
tipurile de protecție climatică sunt:
N  protecție pentru climat temperat;
30

F  protecție pentru climat rece;
TH  protecție pentru climat tropical umed;
TA  protecție pentru climat tropical uscat;
EF  protecție pentru climat foarte rece;
M  protecție pentru climat temperat marin rece;
MT  protecție pentru climat tropical marin.
Simbolurile au semnificațiile: T  tropicus; A aridus; H humidus;
F  frigidus.
Fiecare tip de protecție climatică cuprinde mai multe categorii:
Categoria 1: pentru aparate (inclusiv traductoare) utilizate în aer liber ;
Categoria 2: aparate utilizate în spații exterioare acoperite (fără: șocuri vibrații, radiații solare,
precipitații);
Categoria 3: pentru aparate ce funcționează în spații închise și care nu au modificări rapide de
temperatură, fără praf, șocuri, precipitații sau radiații solare.
Categoria 4: pentru aparate (traductoare) ce funcționează în spații închise având condiții climatice
reglate artificial.
Valorile standard ale solicitărilor factorilor climatici sunt date în tabelul T – 1.1.
Tabelul 1.1
Simbolul zonei macroclimatice
Caracteristicile
factorilor
climaticiN F TH TA M MT
Media temperaturii
minime anuale-33oC -60oC +1oC -10oC -30oC +1oC
Media temperaturii
maxime anuale+40oC +40oC +45oC +50oC +40oC +45oC
Temperaturi maxime
absolute+45oC +45oC +50oC +55oC +45oC
Temperaturi minime
absolute-50oC -65oC -10oC -20oC -40oC
Umiditate relativă <80% <80% >80% <60% <80%
Umiditatea reprezintă cantitatea de apă conținută în unitatea de masă sau de volum a unui
corp gazos sau solid. Această definiție generală apli cabilă în speță la lichide și solide capătă forme
mai precise în cazul umidi tății gazelor.
Cantitatea ue vapori de apă dintr-un amestec gazos se caracterizează prin umiditatea relativă
si absolută a acestui amestec.
31

Umiditatea absolută reprezintă cantitatea (masa) vap>rilor de apă con ținută într-un metru
cub de amestec gazos (g/m3).
Umiditatea relativă reprezintă raportul dintre cantitatea vaporilor de apă conținută într-un
metru cub de gaz si cantitatea maximă posibilă (saturație) a vaporilor de apă dintr-un metru cub de
gaz la aceeași tempe ratură.
Punct de rouă. în procesul de măsurare a umidității se folosește uneori o mărime specifică
numită punct de rouă care reprezintă temperatura la care vaporii de apă dintr-un gaz ajung la
saturație.
Unitatea de măsură a umidității absolute este gramul pe metru cub (g/m3), iar umiditatea
relativă se exprimă în procente (°/o) — adimensio-nală.
Aparatul pentru măsurarea umidității poartă denumirea generală de umidometru.
Pentru a măsura umiditatea gazelor se aplică metode prin care se rea lizează o dependență
între diverse mărimi fizice și umiditate.
Metoda gravimetrică se bazează pe determinarea prin cîntărire a cantității de apă absorbită
de o substanță chimică dintr-o cantitate anu mită de gaz analizat. Făcînd raportul dintre cantitatea de
apă extrasă si volumul de gaz vehiculat (cîntărind substanța înainte si după parcurgerea probei de
gaz) se obține valoarea umidității absolute.
Metoda higrometrică se bazează pe modificarea directă sau indi recta a proprietăților fizice
ale unor substanțe în funcție de umiditatea unui gaz de măsurat.
• Metoda punctului de rouă permite determinarea gradului de umi ditate prin măsurarea
temperaturii de condensare (saturație) a vaporilor de apă dintr-un gaz (punct de rouă).
• Metoda psihrometrică se bazează pe sesizarea cantității de căldura necesară procesului de
evaporare a apei conținute într-un volum de gaz. Măsurarea umidității unui gaz cu ajutorul
psihometrului se reduce, de fapt, la determinarea diferenței de temperatură dintre două termometre
cu termorezistențe: un termometru măsurînd temperatura gazului uscat, iar al doilea pe cea a
gazului umed.
TRADUCTOR PSIHROMETRIC
Umiditatea relativă u a unui gaz depinde de diferența psihrometrică tus-ium) după relația:
În care:
Pum este presiunea vaporilor saturați din mediul de încercat la tempe ratura tum a
termometrului umed;
PUS — presiunea vaporilor saturați din medial de încercat, la tem peratura tus a
termometrului uscat;.
P — presiunea barometrică (exterioară);
K — constanta psihrometrică
Traductorul psihrometric (fig. 5.44) cuprinde două termorezistențe Tus Și Tum (avind
rezistențele Rus si respectiv Rum) și constituie împreună cu rezistențele Rl , R2. R3, respectiv R5, R6, R7
brațele a două punți de măsu rare P1 si P2.. Ambele punți sînt alimentate de la aceeași sursă de
tensiune continuă e. Rezistența RM din diagonala punții P 1 reprezintă reostatul unui potențiometru
automat care acționează pe baza curentului I 0 aplicat amplificatorului A. Astfel, motorul M de
curent continuu cu excitație sepa rată alimentat prin amplificato rul A deplasează cursorul K al
reostatului RM si nu oprește decît atunci cînd I 0 se anulează.
Tensiunea Uab din diagonala punții P 1 depinde de valoarea RUS a termorezistenței Tus, care
este la rîndul său o funcție de temperatură tus, conform caracteristicii statice a traductorului
32

Rus=f(tus); similar, tensiunea Ucd este o funcție de t um. Se observă că ambele punți funcțio nează în
regim dezechilibrat.
Valoarea curentului de dezechilibru I 0 ce alimentează amplificatorul A (deci motorul)
reflectă diferența de dezechilibru a celor două punți:
I0=RaUUako
, (5.50)
în care:
RA este rezistența de intrare a amplificatorului A;
Uak — un procent din tensiunea Uab dat de raportul rezistențelor determinate de cursorul
K;
UabUak
RabRakRak este rezistența între bornele a si k;Rab=RM.
Ca urmare, cînd umiditatea este zero (gazul este uscat), rezultă Rum =Rus, deci Uca=Uab, si
pentru ca să avem I 0= 0 (relația 5.50) este necesar ca Uak=Uab, adică cursorul K este deplasat de
motorul M la capătul b, indicând pe scara gradată S valoarea u°/o= 0, caz în care și motorul se
oprește. Pentru altă valoare a umidității Rvm, se modifică și curentul de dife rență I 0, iar motorul
acționează cursorul K pînă ce sistemul se echilibrează (I 0=0), indicînd valoarea respectivă a
umidității.
33

34

• Traductorul de umiditate tip U22 , a cărui vedere de ansamblu este reprezentată în figura
5.45,a, permite prin conectarea la aparatul înregis trator serie E 736 măsurarea si controlul continuu
ale umidității. Aparatul respectiv (fig. 5.45, b) este compus dintr-un corp în care sînt montate două
termorezistențe, una umedă, iar cealaltă uscată (fig. 5.44), un bazin pentru umezirea
termorezistenței umede si un ventilator pentru circulația for țată a gazului analizat. Aparatul poate fi
prevăzut și cu un rezervor su plimentar de alimentare cu apă care comunică cu bazinul traductorului
prin două conducte de cauciuc.
35

TRADUCTOR UMIDOMETRIC REZISTIV
Determinarea umidității se face prin determinarea rezistivității (con ductivității) unui volum bine definit
din corpul respectiv, în acest scop, se folosesc incinte speciale de dimen siuni stabilite, numite celule de măsurare.
Ca exemplu, în figura 5.46 este arătată o secțiune printr-o ce lulă de măsurare pentru corpuri so lide pulverulente
(praf sau granule).
Corpul Mx este introdus în celula realizată sub formă de vas V, fiind presat prin înșurubarea capacului C.
Măsurarea se efectuează între elec trodul legat la discul E care este plasat pe suportul izolant I, electrod
care este scos prin tubul izolant T și electrodul 2 legat la masa metalică a celulei. Valoarea rezistenței Rx, care este
o funcție de umiditate UT a corpului Mx, se determină prin metodele cunoscute de măsurare a rezis tențelor, de
exemplu prin:
— metoda voltmetrului și ampermetrului;
— metoda punții Wheatstone;
— folosirea adaptorului ELT 160 cu un bloc de gamă corespunzător;
—folosirea unui aparat înregistrator — înregistrator din seria pun ților automate.
TRADUCTOR UMIDOMETRIC CAPACITIV
Similar cu metoda precedentă, determinarea umidității se face do data aceasta prin
determinarea unui alt parametru electric si anume capacita tea electrică a unei celule de măsurare
capacitive al cărei dielectric este corpul de măsurat.
După cum se știe, valoarea unei capacități C cu armături plan-paralele de suprafață S,
distanță între plăci d și avînd ca dielectric un corp de permitivitate dielectrică relativă εr este dată de
relația:
C=.0
dSr (5.51)
Permitivitatea dielectrică relativă sr a majorității substanțelor este cuprinsă între 2 și 10, pe
cînd aceea a apei este de 80. Este deci normal ca adaosuri mici de apă să influențeze sensibil
constanta dielectrică εrm a amestecului, deci există posibilitatea măsurării umidității um măsurînd
perrnitivitatea Sm respectiv valoarea capacității Cm a unei celule de mă surare:
36

um=f(εrm)=f(Cm). (5.52)
Celula de măsurare este similară cu aceea indicată în figura 5.46, de data aceasta măsurîndu-
se însă nu rezistența, ci capacitatea între cei doi electrozi.
Ca exemplu, în figura 5.47 se reprezintă schema principală a unui umi-dometru capacitiv
numit decametru. El este format dintr-un oscilator cu un tranzistor T cuplat inductiv cu un circuit
rezonant format din inductanța Lb și capacitățile Cx și Cm legate în paralel:
Cx+C„=C0. (5.53)
Un al doilea circuit rezonant LRCR este reglat pentru o frecvență de rezonanță fixă fR, de
exemplu:
fR=RRCL21= 1.8 MHz, (5.54)
circuit a cărui tensiune este indicată de voltmetrul electronic E (conectat eventual în paralel cu un
tub luminescent G, de exemplu lampa cu neon).
Capacitatea Cm reprezintă celula capacitivă de măsurare, iar capaci tatea Cx este dată de un
condensator variabil avînd un buton cu indicator și scară gradată. Inițial celula fiind goală se
acordează oscilatorului tran zistorizat prin modificarea lui C, pînă ce oscilează pe frecvența de rezo –
nanță R.
Circuitul receptor LRCR intră în rezonanță, deci tensiunea U R indicată de voltmetrul E are
valoarea maximă (eventual lampa cu neon G se aprinde).
Se introduce corpul de analizat în celula de măsurare Cm si deci capacitatea ei crește cu o
valoare ΔC datorită modificării permitivității dielectrice ε f. Ca urmare, oscilatorul își modifică
frecvența de oscilație, ceea ce are ca efect dezacordarea circuitului receptor (L R, CR); lampa G se
stinge, iar voltmetral E indică o tensiune redusă.
Prin manevrarea condensatorului Cx în sensul reducerii capacității acastuia, capacitatea
ansamblului Cx+Cm este readusă la valoarea anterioară corespunzătoare frecvenței de rezonanță f R.
Circuitul receptor re intră în rezonanță concretizată prin indicația maximă a voltmetrului aprin derea
lămpii G).
Pentru o substanță bine definită, scara indicatoare a condensatorului poate fi etalonată direct
în valori ale umidității.
37

38

Măsurarea conținutului de umiditate al gazelor
Aparatul Peutron se bazeaz ă pe principiul m ăsurării conținutului de umiditate prin
determinarea punctului de rou ă din temperatura de echilibru a materialelor higroscopice.
Determinarea punctului de rou ă se realizează prin măsurări de temperatură cu ajutorul a dou ă
termometre. Principiul se bazeaz ă pe faptul că la aceeași temperatură presiunea vaporilor de ap ă
într-o soluție de sare cristalizat ă este mai redusă decât presiunea de satura ție a vaporilor de ap ă. În
figura 8.1 sunt redate în mod comparativ presiunea vaporilor de ap ă a unei soluții de clorură de litiu
cristalizată și presiunea de satura ție a vaporilor în func ție de temperatură. Atâta timp cât presiunea
parțială a vaporilor din aer este mai mare decât presiunea par țială a vaporilor din solu ția de clorură
de litiu, aceasta va absorbi umiditatea din atmosfer ă. Crescând temperatura solu ției de clorură de
litiu, aceasta nu mai preia ap ă din atmosferă, stabilindu-se un echilibru între ambele presiuni
parțiale ale vaporilor. Din graficul prezentat în figura 8.1 se determin ă temperatura de rou ă
corespunzătoare temperaturii de echilibru. Traductorul de umiditate este prezentat în figura 8.2
având următoarele repere: 1-înf ășurarea de încălzire; 2-vată de sticlă impregnată; 3-tub de sticlă; 4-
termometru; 5-termorezisten ță. Când sesizorul și aerul înconjurător au aceeași temperatură, clorura
de litiu absoarbe ap ă din aer. Dacă termorezistenței i se aplică o tensiune alternativ ă, un curent
electric trece prin solu ția de clorură de litiu, încălzind-o conform legii Joule – Lenz. Prin creșterea
temperaturii crește presiunea parțială a vaporilor din solu ție până la echilibru. Cu ajutorul
termometrului se m ăsoară temperatura stratului de LiCl, iar din curba presiunii par țiale a vaporilor
din soluție se deduce presiunea par țială a vaporilor (pv).

Figura 8.1. Presiunea par țială a vaporilor de apă a unei soluții saturate de LiCl.

39

Figura 8.2. Sesizorul traductorului de umiditate cu clorur ă de litiu

Cu cel de-al doilea termometru se m ăsoară temperatura aerului înconjur ător, ceea ce permite
aflarea presiunii de satura ție corespunzătoare acestei temperaturi (p v sat). Limita erorilor este de ±1%
și ±2% umiditate relativ ă la temperatura mediului de 10o C, respectiv 40o C.
CAP 2. PROIECTARE LA NIVEL DE SCHEMA BLOC A UNUI SISTEM
DE MASURARE SI CONTROL A UMIDITATII
Schema bloc a unui traductor de umiditate .
Senzorul de umidiate are rolul de a măsura umiditatea în func ie de temperatură.Acest ț
senzor este proiectat pentru măsurarea umidită ii relative.Are o mare sensibilitate i ț ș
liniaritate. Condensat
or Amplificator
operational
LF 356Traductor
rezistiv de
umiditate
SYH-2RS
Sursa de
alimentareSenzor de
umiditate
–
40

Traductorul rezistiv de umiditate SYH-2RS are o rezistentă ce variază cu umiditatea din
atmosferă.

Amplificatorul opera ional ț LF 356 măsoară tensiunea rezisten ei traductorului rezistiv ț
SYH-2RS, dacă este modificată cu Rth.

Dacă folosim amplificatorul opera ional LM 308 se lipe te condensatorul de 100 ț ș
pF.Amplificatorul opera ional LF 356 nu necesită condensatorul de 100 pF. ț
Caracteristicile electrice
1. Tensiune nominală: MAX. AC 5Vpp (recomandat 1VRMS)
2. Putere nominală: 0.26mW (la 1VRMS)
3. Standardul caracteristic: 33 ㏀ (la 25ȋ, 60% RH, 1VRMS, 1kHz)
4. Temperatura de operare:-20 ° C ȋ 85ȋ
5. Umiditate de operare: 10 ȋ 95% RH (fără condens)
6. Frecventa de operare: 100Hz ~ 10kHz
7. Gama de temperatura de depozitare:-30 ȋ 85ȋ
8. Umiditate stocare: mai mică de 95% RH (fără condens)
9. Precizie: ±3% RH (la 25 ȋ, 60% RH)
10. Histerezis: în termen de 2% RH (la 25 ȋ, 40ȋ80% RH)
11. Timp de raspuns: < 45 sec. (30 ȋ90% RH), T80)
12. Coeficient de temperatură:-0.5%RH / ȋ
Fiabilitate Tabelul 2.1
NR Element de testare Test condiție Criteriul de testare
1. Temperatura inalta de
stocare- temperatura: 85 ℃ Test de timp:
timp de recuperare 1000 ore: 1 ~
2 ore< ± 5% RH
2. Temperatura joasa de
stocare- temperatura:-timp de testare
30℃: 1000 ore
Timp de recuperare: 1 ~ 2 ore < ± 5% RH
3. Temperatura
ridicata/umiditate ridicata de
incarcare- temperatura: 40 ℃, umiditate:
95% RH Test timp: 1000 ore,
părtinire: 1Vpp, timpul de
recuperare 1kHz: 1 ~ 2 ore< ± 5% RH
4. Ciclu de umiditate – temperatura: 25 ℃, ciclu:
umiditatea de 500 de ori: timp de
recuperare
30(30min)↔90(30min) % RH: 1
~ 2 ore< ± 5% RH
5. Ciclu de temperatura (test la
socuri termice)-Temperatura:-
30℃(30min)↔85 ℃(30min)
ciclu : timpul de recuperare 100
de ori: 1 ~ 2 ore< ± 5% RH
41

6. Rezistență solven i organici ț – benzen 30wt.%+Xylene 40wt.
% + 30wt.% toluen.
Temperatura: 25 ℃, timp de
testare: 300 de ore de timp de
recuperare: 1 ~ 2 ore< ± 5% RH
7.
Tensiune rezistenta- impresiona 1VRMS,
timp de testare 1kHz:
3.000 de ore.
Timpul de recuperare: 1
~ 2 ore< ± 5% RH
CIRCUITE DE BAZA (Exemplu)
Vin = RT /(RT+RH) * VDD
RH: senzor de umiditate
RT: R(25°C) = 50kΩ, B(25/85°C) = 4650
42

Seria standard dimensiune SYH-2R.
43

Senzor de umiditate
44

Carateristica standard.
Caracteristica de temperatura.
45

Caracteristica de frecventa.
Senzori si traductoare pentru temparatura
Masurarea temperaturii se bazeaza pe diferite efecte fizice determinate de variatia de
temperatura.Cele mai importante dintre acestea sunt :
– Dilatarea solidelor , lichidelor sau a gazelor ;
– Variatia rezistentei electrice ;
– Tensiunea electromotoare la jonctiunea a doua metale ;
– Intensitatea radiatiilor emise ;
-Variatia frecventei de rezonanta a unui cristal, etc .
Intervalul de temperatura in univers se intinde de la aproximativ 3 K in spatiul interplanetar
pana la miliarde de K in procesele de fuziune nucleara din interiorul unor stele. Intervalul practic de
temperaturi pe Pamant poate fi considerat intre 0…….20 000 K, in general, sau 0….5000 K in
majoritatea aplicatiilor stiintifice, industriale etc.
Aceasta este o gama inca extrem de larga, care nu poate fi acoperita de nici unul din tipurile
cunoscute de traductoare de temperatura, De aceea, una din restrictiile care se impun la utilizarea
traductoarelor de temperatura este intervalul util sau gama de temperaturi in care acesta poate
functiona.Alti parametri functionali sunt : exactitatea de masurare, dimensiunile, sensibilitatea,
stabilitatea, timpul de raspuns al traductorului. O caracteristica importanta in multe cazuri este
interschimbabilitatea : unele traductoare ( ca de exemplu, termocuplurile, termorezistoarele
46

metalice) sunt interschimbabile, pe cand altele ( de exemplu, termistoarele) nu sunt in general
interschimbabile.
Cele mai obisnuite mijloace de masurare a temperaturii sunt :
-Termometre cu lichid ;
-Termometre bimetalice ;
-Termometre mamometrice ;
-Termocupluri ;
-Termorezistoare metalice ;
-Termistoare ;
-Termometru cu jonctiune pn ;
-Termometre cu cuart ;
-Pirometre cu radiati ;
-Termometre cu termorezistente ;
Primele trei dintre acestea sunt traductoare primare de masurat a temperaturii, restul necesita
dispozitive electronice pentru masurare.
Caracteristica temperatura- tensiune pentru termocuplu.
47

Structura generala a sistemelor de masurat cu senzori cu fibre optice
Sistemele de masurat cu fibre oprice au doua sectiuni:
-sectiunea optica;
-sectiunea electronica.
Structura unui sistem de masurat cu fibra optica.
In sectiunea optica, suportul energetic al informatiei manipulate este radiatia optica (radiatia
electromagnetica din spectrul vizibil, inflarosu si uneori ultraviolet).
1.Fibrele optice constituie canalul de transmitere a informatiei sau a energiei luminoase in sistem, iar
in cazul senzorilor intrinseci, ele pot constitui si elementul sensibil prin intermediul caruia marimea
necunoscuta poate fi masurata (aceasta moduleaza unul dintre parametrii luminii ghidate prin
intermediul fibrei active).
2.Conectorii optici asigura cuplarea eficienta si stabila aradiatiei de la sursa optica la fibra, de la fibra
la fotodetector si intre fibre (sai intre fibre si alte componente optice).
3.Elemente de prelucrare a radiatiei optice sunt dispozitive necesare pentru madificarea
caracteristicilor fasciclelor luminose din diferite zone a sectiuni optice. Cele mai uzuale prelucrari
sunt :
• focalizarea, colimarea, expandarea sau reflexia fasciculului optic ;
48

•divizarea sau compunerea unor fascicule ;
•polarizarea sau analiza luminii polarizate ;
•filtrarea radiatiei optice ;
4.Optrodul. In cazul sistemelor de masurare, elementul specific este senzorul (optrodul), la nivelul
caruia fasciculul optic incident este modulat de semnalul de masurat (X m).
Sectiunea electronica asigura integrarea sistemelor cu fibre optice in sistemele electrice si electronice
conventionale.
1.Bloc electric de comanda a sursei optice :
-Sursa optica : in marea majoritate a aplicatiilor sursa optica este o dioda superluminiscenta
sau dioda laser ;
-Circuite de alimentare electrica .
2.Blocul electronic de receptie, are o structura asemanatoare atat pentru sistemele de masurat,
cat si pentru cele de comunicati.

CAP 3. PROIECTAREA LA NIVEL DE SCHEMA ELECTRICA A
SISTEMULUI DE MASURA SI CONTROL A UMIDITATII
Măsurarea umidită ii se realizează cu montajul din figură.Ca traductor de umiditate se folose te ț ș
un traductor rezistiv SYH-2RS a cărui rezisten ă variază cu umiditatea din atmosferă.Conform ț
datelor de catalog ,rezisten a variază între 1,6 K ț Ω pentru umiditate relativă de 95% i 5M șΩ
pentru umiditate relativă de 20%.Dacă modificăm cu Rth rezisten a traductorului atunci ț
tensiunea pe ea va fi:31lim*
RRthRvVaRth
.
Această tensiune este măsurată cu ajutorul amplificatorului opera ional U1(LM308 i ț ș
LF356).Acesta este cu configura ie diferen ială. ț ț

Printr-o împerechere a rezistoarelor se ob ine o func ionare acceptabilă. ț ț

R1=R2=R4=R5=91K Ω/1%
Dacă se folose te LM308 se lipe te condensatorul de 100pF.Am folosit LF356 care nu necesită ș ș
condensatorul de 100pF.
49

Schema electrica
Conform anexei nr.1
50

CAP 4. PREZENTAREA DATELOR EXPERIMENTALE
Măsurarea umidită ii se realizează cu montajul din figură.Ca traductor de umiditate se folose te ț ș
un traductor rezistiv SYH-2RS a cărui rezisten ă variază cu umiditatea din atmosferă.Conform ț
datelor de catalog ,rezisten a variază între 1,6 K ț Ω pentru umiditate relativă de 95% i 5M șΩ
pentru umiditate relativă de 20%.Dacă modificăm cu Rth rezisten a traductorului atunci ț
tensiunea pe ea va fi:31lim*
RRthRvVaRth
.
Această tensiune este măsurată cu ajutorul amplificatorului opera ional U1(LM308 i ț ș
LF356).Acesta este cu configura ie diferen ială. ț ț

Printr-o împerechere a rezistoarelor se ob ine o func ionare acceptabilă. ț ț

R1=R2=R4=R5=91K Ω/1%
51

Am alimentat-o la 5Vcc cu semireglabilul în pozi ia de pe placă i am ob inut varia ii ale ț ș ț ț
tensiunii de ie ire în func ie de umiditate. Aceasta am realizat-o tamponând traductorul cu o ș ț
hârtie umedă am ob inut o varia ie a tensiunii. ț ț
Marimi masurate
18.5˚ C – uscat
14.5˚ C – umed
Umiditate = 65%
Ruscat= 107.3 Ώ
Rumed= 106.53 Ώ
C45.1810*1096.10391.10796.1033.107
C5.1610*1096.10391.10796.10353.106
Umiditate = 82%
52

Senzori rezistivi de umiditate utilizați pentru măsurarea umidității relative RH [%].
Constructiv constau dintr-un suport ceramic prevăzut cu electrozi metalici intercalați și
placați cu un strat de polimer higroscopic.
In condiții de excitare cu un semnal alternativ simetric de nivel redus (tipic 1Vac),
impedanța senzorului variază după o lege invers logaritmică cu umiditatea relativă , avand o
excursie mare a valorilor: de la peste 10MΩ (la o umiditate de 10% RH) la mai putin de 2kΩ (la
90%RH umiditate) cu o precizie de 2%.

Caracteristici de ieșire(impedanța funcție de umiditate).
53

Structura amplificatorul diferential.
Amplificatorul diferential, prin caracteristicile sale, poate masura precum si amplifica semnalele
de variatie redusa peste care sunt suprapuse zgomote.
Utilizarea amplificatorului diferential in mod diferential.
In mod diferential, pe cele 2 intrari ale circuitului se aplica tensiunile de intrare vi1 si vi2 ,iar
rezultatul prelucrarii acestor tensiuni este furnizat la iesire sub forma tensiunii de iesire vo.
Diferenta dintre cele 2 tensiuni de intrare vi1-vi2 se noteaza cu viD si se numeste tensiune de intrare
diferentiala, iar raportul dintre tensiunea de iesire vo si tensiunea de intrare diferentiala viD se
numeste factor de amplificare in tensiune diferential si se noteaza cu AVD:

In urma calculelor (tinand cont de faptul ca RX=R si RY=RF, rezulta ca tensiunea de iesire vo se
poate calcula in functie de tensiunile de intrare vi1 si vi2, cu relatia de mai jos:
54

7.2
Din relatia de mai sus, se constata ca factorul de amplificare in tensiune diferential este:
7.3
iar circuitul genereaza la iesire o tensiune direct proportionala cu tensiunea de intrare diferentiala.
In continuare, se prezinta modul in care se poate determina relatia de mai sus.
1. se determina curentii prin rezistentele circuitului: mai intai se noteaza cu i1 curentul prin R si
cu i2 curentul prin RX; apoi, se tine cont de faptul ca i- si i+ sunt egali cu zero, fiind curenti de intrare
in AO; rezulta pe baza TK1 aplicate in nodul la care este conectata intrarea inversoare, respectiv
neinversoare a AO-ului ca prin RFcurentul este tot i1, respectiv prin RY curentul este tot i2:
2. deoarece AO-ul are reactie negativa (prin RF), tensiunile de intrare de la cele 2 intrari ale
amplificatorului sunt egale:
7.4
unde vi- este tensiunea din nodul la care este conectata intrarea inversoare a AO-ului, pana la masa,
iarvi+ este tensiunea din nodul la care este conectata intrarea neinversoare a AO-ului, pana la masa.
3. aplicand legea lui Ohm pe toate rezistentele rezulta:
55

CAP 5. CONCLUZII
În concluzie, realizarea unui sistem de măsurare si control a umiditatii este o solu ie ieftină, ț
accesibilă i în acela i timp indicată pentru realizarea măsurătorilor care nu necesită un domeniu de ș ș
umiditate foarte ridicat, din punct de vedere al umidită ii, sistemul având domeniul de măsurare ț
complet.
În ceea ce prive te umiditate, sistemul de măsurare, a arătat o precizie ridicată, comparativ cu ș
cea a aparatului de măsură etalon, ambele sisteme de măsurare utilizând acela i tip de senzor ș
capacitiv.
In ceea ce prive te măsurarea umidită ii, este că domeniul de măsurare al sistemului este mai ș ț
larg decât ce al aparatului etalon ( 0 ÷ 100 %RH – Arduino, 20 ÷ 95 %RH – aparat etalon).
Anexa 1
Schema cablaj
Schema gauri
56

Amplasare piese
57

CAP 6. BIBLIOGRAFIE
1.Alexandru Magdalena, Sisteme de măsurare cu traductoare
2.http://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Sensors/Weather/RHT03.pdf
http://www.robofun.ro/senzori/vreme/senzor_umiditate_temperatura_dht22
3. http://www.regielive.ro/
4. http://www.adelaida.ro/
5. Cataloage Retrom S.A. Pascani. Termorezistente; Termocupluri
6. http://www.robofun.ro/senzori/vreme/senzor_umiditate_temperatura_dht22
7. Valer Dolga Senzori si traductoare Editura Eurobit, Timisoara,1999
58