Masurarea Deplasarilor

INTRODUCERE

Scurt istoric

Din dorința de evidențiere a echipamentelor de comadă , măsurarea deplasărilor și de a expune rolul traductoarelor de poziție , v-a fi necesară o prezentare pe scurt a echipametelor și a legăturilor dintre acestea.

În zilele noastre propulsia tehnologie a luat amploare prin apariția unor smart sau smar traducer, care conferă utilizatorului posibilitatea de a măsura mai mulți parametri , bazându-se pe o configurație internă.

Pentru a recepta informații avem nevoie de traductoare , care controlează și monitorizează toate procesele și fenomenele fizice , chimice sau industriale. Acestea sunt dispozitive ce deservesc la conversia mărimilor de o anumită natură fizică în alta, sau tot într-o mărime de natură fizică. Informația utilizată este ulterior utilizată pentru menținerea parametrilor în anumite limite sau transformată în valori numerice , care mai apoi sunt preluate de calculator.

Diversificarea si dezvoltarea proceselor industriale din ultimi ani , au impus pe plan mondial , automatizarea utilajelor implicate direct, în cele mai multe cazuri pentru operații tehnologice complicate. I-a fost acordată o atenție sporită automatizării prelucrărilor de precizie pentru producția industrială de mare serie. Iar în rezultatul final a aparut comanda numerică pentru execuția și controlul deplasării și poziției. Folosirea traductoarelor de deplasare sau poziție pentru urmărirea unei prelucrări de precizie susține dinamismul cercetărilor și producției de asemenea echipamente, adapatate la particularitatea fiecarei comenzi numerice.[1]

Traductorul , conform Dex (dicționarul explicative al limbii române), este un dispozitiv, sistem tehnic care stabilește o corespondență între valorile unei mărimi specifice acestui sistem și valorile unei mărimi de altă natură, specifice altui sistem, utilizat în tehnică, electricitate și telecomunicații.Acesta poate fi considerat un aparat folosit în telegrafie pentru a traduce combinațiile de semnale electrice primite în caracterele tipografice corespunzătoare.[2]

Inițial preluare de către om a informațiilor din jurul nostru s-a concretizat prin cele cinci organe de simț, cu ajutorul dezvoltării senzorilor. Informațiile se pot simți ,percepe sau distinge.

În momentul actual se observă că toată lumea dorește să construiască și să dezvolte noi aparate de măsură , pentru a putea avea măsurători cât mai precise și corecte. Din studiile efectuate rezultă ca în fiecare zi sunt peste 150 de miliarde de măsurări , care mai apoi sunt folosite în diferite domenii din intreaga lume. [3]

Activitatea științifică și dezvoltarea tehnologiei contemporane se v-a constata o crestere deosebit de mare în ceea ce privește rolul măsurărilor , precum deplinătatea continuuă și eficintă a metodelor de măsurare. În principui pentru a controla și monitoriza marea varietate a proceselor și fenomenelor fizice , industriale avem nevoie de traductoare.

O mărime care este transmisă la ieșirea traductorului este neccesar să depindă de mărimea măsurată.Caracteristica statică reprezintă dependența dintre mărimea de intrare și cea de ieșire în momentul în care se afla într-un regim de staționare. Trebuie să ținem cont mereu de perturbațiile care apar și care influențează măsurătorile efectuate.[3]

Cu scopul măsurării mărimilor fizice dintr-un proces tehnologic , se pretinde de obicei traducerea acestora în mărimi de o altă natură fizică , care mai apoi sunt introduse într-un circuit de automatizări. Elementul care permite transformarea unei mărimi fizice neelectrice într-o altă mărime fizică electrica , care mai apoi este introdusă într-un itinerar de automatizare se numește traductor. Evaluarea mărimilor geometrice este reprezentată de existența unui sistem de referință față de orice punct care ocupă la un moment o anumită poziție. Iar în momentul scimbării poziției acestui punct , avem de a face cu o deplasare în spațiu. În cazul de față avem o deplasare liniară pentru mișcări de translație.[4]

Fig[] Traductoare de deplasare liniara 25

Marea problemă specifică traductoarelor pentru deplasare o constituie asocierea cu anumite sisteme de cuplare la mărimea de măsurat , care sunt de obicei liniare sau rotative. De aceea există diferite variante de măsură directă(liniară prin translație si unghiulară prin rotație) sau indirectă(unghiulară pentru a caracteriza deplasările liniare).

Noțiunea de traductor se amplifică pentru a defini elemente cu criterii similare care intră în alcatuirea unor lanțuri de masură complexe , cu scopuri de cercetare. Informația transmisă unui traductor nu este adresată unei ființe umane, ci unui echipament de automatizare.[4]

Baza oricărei inginerii v-a fi mereu proiectarea , iar aceasta se consolidează pe datele obținute prin operații de măsură. În momentul actual trăim într-o lume a măsurărilor deoarece nu există nici un domeniu care sa nu aibă nevoie de operații de măsură. Înca din trecut W.Thomson spunea ”Istoria fizicii este în esență istoria evoluției mijloacelor de măsură deoarece un fenomen fizic nu poate fi înteles și utilizat în practică până nu e măsurat”.[5]

Semnalul obținut la ieșirea traductorului este valoric mărimea măsurată , care trebuie să fie accesibilă dispozitivelor de automatizare. Mărimea aplicată la intrarea traductorului este convertită în mărime de ieșire, sub formă de semnal analogic sau digital.[5]

Procesele tenologice industriale sunt caracterizate printr-un număr mare de parametri (presiuni, temperaturi, debite, nivele, etc). În momentul în care dorim să cunoaștem cât mai bine modul de desfășurare a procesului tehnologic este necesar obținerea rapidă a informației cu privire la valoarea fiecărui parametru. Informația obținută este folosită pentru menținerea parametrilor la anumite limite. Există anumite cazuri în care această informație despre desfășurarea proceselor tehnologice este convertită (transformată în valori numerice), care ulterior sunt transferate catre un PC.

Desfășurarea tenologiei industriale este caracterizată printr-un numar mare de parametri: temperaturi , debite, nivele, etc. Pentru a cunoaște rapid modul de dezvoltare a unui proces tehnologic se necesită informații cu privire la valoarea tuturor parametrilor existenți. Aceste informații sunt necesare pentru a menține anumite limite ale parametrilor. În majoritatea cazurilor, informațiile deținute cu privire la parametri sunt necesare pentru convetirea în valori numerice, care mai apoi vor fi preluate de catre cu calculator. Dispozitivele folosite la transformarea unei mărimi de o anumită natură fizică într-o altă mărime fizică, are un domeniu de variație calibrat. [6]

Un mare interes asupra traductoarelor inteligente au dezvoltat foarte rapid elemente componente ale sistemelor de automatizări , pentru conitorizare și control , precum și în domeniul roboticii industriale.

Rolul cel mai important pentru buna funcționare a sistemelor de achiziții și conducere îl constituie senzorii și traductoarele, care sunt componete ce recenționează mărimile neelectrice din procesele industriale , care mai apoi sunt transformate în mărimi electrice , fiind prelucrate de sisteme de achiziții de date. [10]7

Traductoarele sunt dispozitie care convertesc mărimile fizice măsurabile (poziția presiune, temperatura, forță, accelerație, sunete, umiditate, debitul, nivelul , etc) într-un semnal electric. [10]7

Alegerea traductorului potrivit pentru o anumită aplicație trebuie să țină seama de mai mulți factori:

caracteristicile electrice (amplitudine, frecvență, impedanța sursei) ale etajului de ieșire ale traductorului;

tipul sursei de alimentare utilizata de traductor;

precizia necesară;

în ce fel de mediu poate lucra (temperatură, umiditate, vibrații);

prețul de cost.[10]7

Lucrarea pune la dispoziție informații detaliate și precise cu privire la teoria , construcția, calculul, tehnologia, montajul , utilizările și controlul tehnic de calitate la o clasă de traductoare cu un domeniu vast de aplicabilitate în industria automatizărilor.

Studiul traductoarelor din punctul de vedere al sistemelor automate , v-a impune un studiu amanunțit al comportamentelor acestora în regimul static cât și în cel dinamic. Analiza unui traductor poate fi considerată fiabilă numai în momentul în care se v-a ține cont de consumul energetic , fiabilitate , economie și exploatare.

Traductoarele de poziție sunt caracterizate prin localizarea în spațiu a unui punct material sau obiect , în raport cu un sistem de referință. Aceasta poate fi unghiulară sau liniară. Prin urmare , orice traductor de poziție este compus dintr-o parte fixă (față de care se măsoară deplasarea) și una mobilă.

Extinderea notabilă a automatizării sistemelor de producție pretinde folosirea unor structuri care să fie capabile să primească și să transmită informații referitoare la procesul de producție. Traductoarele îndeplinesc anumite funcții, iar importanța lor a crescut în ultimii ani în procesul de măsurare și de control al proceselor tehnologice. Acesta furnizează informațiile unui controler sub forma unor variabile de proces.Controlul poziției dispozitivelor aflate în mișcare , primul reprezintă sistemul de referință, se face cu ajutorul senzorilor de proximitate .Acest control se face fără existența unui contact direct între corpurile aflate în mișcare. Se pot sesiza: capetele de sursă, interstițiul între suprafețe, prezența unui obiect în campul de lucru.[14]8

Senzori de deplasare inductivi sunt des raspanditi in aplicatii industriale datorita robustetii si compactitatii lor si datorita influentei reduse a factorilor de mediu. [8]9

Traductoarele inductive de poziție liniare se folosesc din ce în ce mai des în aplicațiile industriale. Acestea sunt realizate pentru a înlătura neliniaritatea caracteristicii de conversie a traductorului inductiv cu miez mobil, conform prezentării acestuia este constituit dintr- bobina fixă în raport cu un sistem de referință și un miez feromagnetic mobil a cărei porțiune introdusă în interiorul bobinei este în funcție de deplasarea corpului a cărei deplasare se măsoară și cu care este solidar. 16[10]

Fig 24

Măsurarea exactă a deplasărilor în practică se face de obicei cu ajutorul traductoarelor liniare și cu ajutorul unui sistem cinematic de transformare a deplasărilor rectilinii în deplasare unghiulară, în momentul cand avem măsurare în mod indirect. Principiul măsurării indirecte a acestor deplasări liniare este mult mai convenabil economic, deși nu poate asigura precizie ridicată din cauza sistemului cinematic de transformare a deplasării rectilinii în deplasare unghiulară, introducandu-se erori suplimentare în procesul de măsurare. Din acest motiv folosim măsurarea directă pentru obținerea unor rezultate cât mai exacte. În cele mai multe cazuri sunt folosite traductoarele analogice ce se bazează pe procesul inducției electromagnetice, cele de tip inductosin. Acestea au avantajul că sunt mai precise și au costuri mai reduse față de cele digitale.16[10]

Traductorul inductiv cu bobine diferențiale care în construcție se utilizează două bobine coaxiale și un miez feromagnetic liber, se deplasează în interiorul acestora acționat de obiectul a cărei poziție sau deplasare se doreste a fi determinat. Intervalul de măsurare a acestui traductor este de ordinul centimetrilor, deși există și traductoare rar întalnite de ordinul zecilor de centimetri.

Prețul este influențat serios de calitatea unei automatizări cu măsurătorile parametrilor de proces care intră în componența instalației.

În general pentru a controla și monitoriza marea diversitate a proceselor și fenomenelor fizice, chimice sau biologice naturale sau industriale, pentru receptarea informației avem nevoie de ajutorul traductoarelor.18[11]

Definitii si concepte generale

Traductorul este dispozitivul care v-a transforma o mărime de o anumită natură, în altă mărime de o anumită natură fizică. Aceasta ilustrează dispozitivul care primește la intrare o marime fizică numită parametru de proces, și conferă la ieșire un semnal electric calibrat corespunzător unei anumite stări sau situații de măsurat.[6][12]

În tehnologia românească denumirea de “traductor” este atribuită în mod uzual de „traductorul de măsură” , care are încorporat senzorul cu alte circuite de prelucrare.

[Fig.1] Modelul schematic al unui traductor 6[12]

Traductorul simbolizează un element al oricarei instalații de automatizări care redă informațiile constituite de parametri procesului cercetat. Poate avea un caracter dual, deoarece poate fi insușit unui instrument de măsură, sau poate constitui un element al instalației de automatizări. Indiferent de complexitatea automatizării, acestea au rolul de a colecta și a oferi informații despre parametrii de investigați. 6[12]

Pentru a măsura mărimile fizice care survin într-un proces tehnologic , este necesar, de obicei ,transformarea acestora în mărimi de altă natură fizică pentru a fi introduse într-un circuit de automatizare.

Principalele criterii după care se caracterizează traductoarele sunt:

Poziție (locul care îl ocupă în sistem);

Obținerea energiei la ieșire.

În funcție de poziția ocupată în sistemul de măsurare poate fi clasificată în:

Componente de execuție;

Componente sensibile.

În momentul în care traductorul se află la intrarea sistemului de măsură acesta va fi denumit senzor, deoarece percepe o mărime fizică, care mai apoi o transformă într-o altă formă de energie.

Iar când traductorul se află la ieșirea din sistemul de măsură este numit componentă de acționare, deoarece el transformă o energie primită în altă formă de energie la care poate reacționa un sistem separat.

Cu ajutorul traductoarelor obținem informațiile necesare pentru procese automate în cadrul unui circuit închis. Acestea sunt montate de obicei pe bucla de reacție. Traductoarele diferă de la un circuit la altul, acestea cuprind două sau mai multe convertoare conectate în serie.

Traductoarele sunt elemente care fac parte din structura sistemelor automate, cu rolul de a măsura valorile parametrului și de a converti acest parametru (o marime fizică neelectrică) într-o mărime fizică (electrică) care depinde de prima mărime, compatibilă cu mărimea de intrare în elementul urmator al sistemului.[6][12]

[Fig2] [6][12]

Traductorul trebuie să observe orice tip de variații ale mărimii măsurate, ciar dacă acestea sunt lente sau rapide. Acesta îmbina cerințele semnalate la liniaritate și viteza de raspuns ridicată cu performanțele metrologice privind precizia. Prin urmare se poate spune ca traductoarele sunt elemente componente tipice ale sistemelor automate, prin care se pot realiza funcții informaționale și este necesar să aibă o serie de calități pentru a putea ajunge la caracteristicile ideale de liniaritate.18[11]

Element sensibil (detectorul) : Acesta redă operația de măsurare propriu-zisă, luând contact cu mediul al cărui parametru se măsoară;

Adaptorul (transmiter) : Acesta asigură convertirea semnalului măsurat într-un alt semnal, electric sau pneumatic, semnal ce se foloseste pentru transmiterea la anumite distanțe. Funcțiile realizate sunt complexe și determină nivelul său de putere cu referire la semnalul de ieșire în raport cu dispozitivele de automatizare industriale. Acestea asigură o transformare a variațiilor de stare ale elementelor sensibile calibrate, care reprezintă valoarea mărimii de intrare.[18][11]

Tipul semnalului de intrare:

Absoluți (în momentul în care semnalul electric de la ieșire redă toate valorile posibile ale unei mărimi fizice de intrare, raportate la o referință);

Incrementali (atunci când nu este stabilită o referință pentru toate punctele din cadrul sectorului de măsurare, iar fiecare valoare reprezintă o referință pentru următoarea) .

În cazul măsurării prin metoda numerică absolută, traductorul furnizează măsura deplasării compenentei mobile sub forma unui număr binar. Determinarea poziției componentei mobile va fi determinate prin păstrarea aceluiaș sens fiind exclus dezavantajul traductoarelor incrementate

Din punctul de vedere al numărului de valori posibile există:

binari (având la ieșire dor două valori diferite);

număr mare de valori ( pentru a măsura diferite valori).

Tipul semnalului de ieșire:

tipul analogic (în momentul în care semnalul la ieșire este continuu iar acesta depinde liniar și neliniar de mărimea fizică de la intrare );

tipul digital (atunci când mărimea fizică aplicată la intrare devine la ieșire un număr de valori).[3][1]

Traductoarele de ppoziție și deplasare se întâlnesc în totalitate sistemelor mecatronice, bazaându-se pe anumite principii de măsurare. Aceștia fac parte din categoria senzorilor interni, care sunt poziționați în fiecare cuplă cinematică a sistemului. Fiind comandată bazându-se pe măsurarea poziției, cu scopul de a determina poziția relativă a celor două componente ale cuplei.31[13]