NOTIUNI INTRODUCTIVE DESPRE TRADUCTOR 1.1. Generalități și structură generală a unui traductor În diferite aplicații practice.de conducere automată a… [302178]

NOTIUNI INTRODUCTIVE DESPRE TRADUCTOR

1.1. Generalități și structură generală a unui traductor

În diferite aplicații practice.de conducere automată a unor procese indiferent de mijloacele și procedeele aplicate una din cele mai.importante funcții este cea de informare. Deciziile în ansamblul global.al unei astfel de scheme se pot lua numai ținând cont de informațile complete și corecte asupra evoluției unor parametrii semnificativi ce caracterizează procesul. Aceste informații reprezintă de fapt valori a unor mărimi fizice ce se pot obține ca rezultat a unor operații de măsurare. În majoritatea cazurilor aceste operații de măsusurare sunt efectuate de către aparate de măsură sau de către sisteme de achiziție date care introduc calculatorul în controlul unui astfel de proces. În sistemele automate conduse de calculator aceste operații.[anonimizat] o corespondență între mărimea de măsurat și o [anonimizat] a fi recepționată și prelucrată de echipamentele de conducere. Din punct de vedere a caracteristicilor statice și dinamice principalele cerințe impuse traductoarelor sunt: o relație liniară de dependență intrare ieșire și dinamică proprie care să nu influențeze esențial funcționarea traductorului. Ținând cont de satisfacerea calităților prezentate anterior și de faptul că semnalele furnizate de ieșirea unui traductor constituie singurele mărimi accesibile în exteriorul.[anonimizat]-un sisteme automat este prezentată în fig.1.1.

Fig .1.1

unde: P – perturbațile externe procesului, X- mărimea de măsurat reprezentând parametrul din proces reglat, Y- [anonimizat] – valoare de referință, C- comanda, - eroarea (abaterea), E- mărimea de execuție.

[anonimizat], termică, pneumatică, electrică, etc. În marea majoritate a cazurilor ieșirile traductoarelor sunt de natură electrică sau pneumatică.

[anonimizat], implică o serie de operații de conversie cu caracter informațional însoțite de transformări energetice bazate pe energia asociată procesului. În acest scop structura unui traductor conține următoarele componente tipice (fig. 1.2):

Fig. 1.2.

Elementul sensibil (captor sau senzor): este elemetul care realizează detectarea mărimii fizice pe care traductorul trebuie să o măsoare (din mediu doar mărimea X). [anonimizat] (care în general trebuie să aibă o valoare foarte mică). În funcție de structura constructivă elemetele sensibile se împart în două mari categorii:

Elemente sensibile parametrice: sunt de fapt componente pasive sau active de circuit care își modifică parametrul în funcție de influența mărimii de măsurat. De exemplu: [anonimizat], [anonimizat]. În toate aceste cazuri ES este parte componentă a unui circuit de adaptare ( de ex. în cazul rezistențelor puntea Wheastoane) [anonimizat]est caz o sursă de enegie externă (surse de alimentare).

Elemete sensibile generatoare: sunt.caracterizate.prin faptul că generează o sarcină electrică, tensiune sau curent proporționale cu mărimea de măsurat.Putem enumera aici: elementele sensibile piezoelectrice (pe baza efectului piezoelectric al cuarțului) care generează sarcină electrică pe axa electrică proporțională cu forța aplicată pe axa mecanică a cristalului, tahogeneratoarele – mașini de CC sau CA ce generează o tensiune proporțională cu turația și termocuplul –generator de tensiune sub efect termoelectric proporțională cu temperatura de măsură, etc[9]1.

Adaptorul: are rolul de adaptare a informației obținută de ES la cerințele impuse de aparatura de măsurare. Particularitățile semnificative ale acestui bloc sunt: pe partea de intrare adaptorul se caracterizează printr-o mare diversificare din necesitatea de a putea prelucra variatele forme sub care pot apărea modificările de stare ale ES iar pe partea de ieșire trebuie să conțină elementele constructive comune specifice generării semnalelor unificate. Prin urmare se poate spune că adaptorul este elementul care asigură conversia variaților de stare ale elementelor sensibile în semnale calibrate reprezentând valoarea mărimii de intrare. În cadrul adaptorului se realizează operația specifică măsurării-comparația cu unitatea de măsură adoptată.

În funcție de legile fizicii pe care se bazează detecția efectuată de ES și măsurarea în cadrul adaptorului, poate apărea necesitatea efectuării unor operații liniare de calcul cum ar fi: atenuare, amplificare, sumare, integrare, etc sau neliniare: produs, ridicare la putere,logaritmare etc. Forma de variație a semnalelor de la ieșirea adaptorului pot realiza o clasificare în adaptoare numerice și analogice. Semnalele analogice se caracterizează prin variații continue a unui parametru caracteristic similare cu variațiile mărimilor de intrare. Ca exemplu de semnale analogice unificate pot fi:

curent continuu: 0,5…5mA; 2…10mA; 4…20mA

tensiune continuă : 0…10V; 0…20V; -10V….+10V;

Adaptoarele numerice conțin circuite de conversie analog numerică. Ieșirile acestora sunt de tip numeric cu nivele standard (TTL, CMOS, etc) pe structura unor coduri numerice cunoscute: binar natural, Gray, etc.

1.2. CARACTERISTICILE ȘI PERFORMANTELE TRADUCTOARELOR

1.2.1. CARACTERISTICILE STATICE

Reprezintă de fapt dependența între intrarea și ieșirea unui traductor ținând cont de întregul ansamblu de factori menționați înainte dată de relația:

Y=f(X)

:în care Y și X îndeplinesc cerințele unei măsurări statice, relația stabilită între cele două putând fi exprimată analitic sau grafic. Relația de mai sus exprimă toruși o situație idealizată, în cazul real intervin aici și o serie de perturabții interne (mărimile PI1..Pin) sau externe (mărimile PE1…Pem) traductorului (vezi Fig.1.2). Pe lângă acesta într-un proces de măsurare intervin și mărimile de reglaj R1…Rp care nu procoacă modificări nedorite ale caracteristicii statice ideale ci au rolul de a oferii posibilitatea unor reglaje în domeniul de variație a mărimii de măsurat (ex. calibrarea internă, reglarea la zero, alegerea sensibilității etc.). Mărimile perturbatoare externe au o influență directă asupra caracteristicii statice și pot fi de natura unor factori de mediu, temperatură, presiune, umiditate, câmpuri magnetice externe etc. Mărimile perturbatoare interne se manifestă ca urmare a efectului zgomotului generat de rezistoare, semiconductoare, modifcarea proprietăților materialelor prin îmbătrânire, frecări în lagăre etc. Influența acestor mărimi determină așa numitele abateri de la relația de dependență ideală – erorile de influență. Prin urmare caracteristică reală statică a unui traductor este descrisă de funcția[13]:

Y=f(X; PI1..Pin; PE1…Pem)

Se poate observa că ceea ce generează erori sunt variațiile acestor mărimi perturbatoare și nu valorile lor absolute care dacă ar fi constante.ar putea fi luate în considerare în expresia caracteristicii. Relația de mai sus se dezvoltă în serie rezultând:

toate derivate de ordin I au semnificația unor sensibilități astfel: – sensibilitatea utilă a traductorului, și – reprezintă sensibilități parazite. Admițând că influențele perturbaților nu depășesc eroarea tolerată atunci caracteristica statică uzuală pentru traductoarele analogice este:

Y=K(X-X0)+Y0

unde: X0 și Y0 pot lua valori pozitive sau negative inclusiv zero.

Fig. 1.2.1.

CARACTERISTICI DINAMICE

Regimul dinamic al unui traductor apare atunci când atât mărimea de măsurat cât și semnalul de ieșire variază în timp. Dacă se consideră traductorul un element liniar în regim dinamic, funcționarea acestuia va fi dată de relația[7]:

(1.11)

Unde v(i)(t), y(k)(t) – reprezinta derivatele in raport cu timpul de ordinal i sau k.

Soluția ecuației (1.11) este de forma: y(t)=yt(t) + ys(t) (1.12)

Unde: yt(t) – component tranzistorie

ys(t) – component fortata in system stabilizat

In pratica se intalnesc traductoare.la care dependent intrare/iesire este mult mai simpla, cum ar fi:

a)Elemente de ordin 0 cu functionarea data de relatia a0y(t) = b0x(t).

Exemplu: traductorul de deplasare de tip potentiometric rezistiv.

Figura 1.2.1.a. Schema traductorului de deplasare de tip potentiometric

u(t) =x(t) = S x(t)

b) Elementele de ordin I cu functionarea data de relatia:

a1= + a0y(t) = b0x(t) ( 1.14)

Exemplu: Termometrul cu liched in care marimea de intrare este temperature medului “T” , iar marimea de iesire deplasarea “y” lechidului din tub, ecuatia de functionare fiind:

+ y = S T (1.15)

c) Elemente de ordin II cu funcționarea dată de relația:

(1.16)

Exemplu: Traductor de forța la care valoarea acestuia se citește pe o scară gradate în urma deplasării “y” unui ac indicator, ecuația de funcționare fiind:

unde: m – masa corpului

A – amortizarea

k – constantă de elasticitate

F – forța măsurată

y – deplasarea acului indicator

Indicatorii de performanță care permit estimarea.comportării traductoarelor în regim dinamic sunt: lărgimea de bandă B, timpul de întârziere Ti, timpui de creștere Tc, supracresterea.

Lărgimea de bandă B reprezintă intervalul de frecvenja cuprins între o limită inferioară și o limită superioară, în care amplitudinea nu scade sub (3 dB) din valoarea pe care o are la frecvența de referință.

Figura 1.2.1.b. Largimea de banda a unui traductor in regim dinamic

Timpul de întârziere Ti reprezina decalajul de timp dintre răspunsul obținut la ieșire față de momentul de timp în care a fost aplicată mărimea de intrare.

Timpul de creștere Tc este intervalul de timp între puntele 0,1 și 0,9 din valoarea semnalului de ieșire obținut la aplicarea funcției treaptă la intrare[10].

1.2.2. ERORILE DE NELINIARITATE SI HISTEREZIS

În general caracteristile statice reprezintă o aproximare a carcateristicilor statice reale neliniare. Pentru evaluarea acestei aproximări.se.utilizează abaterea de la neliniaritate sau eroarea de neliniaritate. Pentru acesta în Fig. 1.3.2. se trasează o dreaptă AB prin fixarea punctelor extreme care să aproximeze cât mai bine caracteristica reală. Paralel cu această dreaptă se trasează dreptele A’B’ și A”B”. Cea mai mare dintre diferențele Y’ si Y” reprezintă eroarea de neliniaritate care raportată la domeniul (Ymin, Ymax) este:

Fig. 1.2.2.

SENSIBILITATEA, REZOLUTIA, PRECIZIA

Se situează de regulă în zona liniară a caracteristicii statice și se exprimă prin:

Xmin…Xmax

Atât Xmin cât și Ymin pot fi zero sau diferite de zero.

SENSIBILITATEA

In cazul caracteristicilor statice liniare sensibilitatea se exprimă ca fiind coeficientul unghiular al dreptei.

sau raportat la domeniu:

Uneori este utilizată și forma sensibilității relative Sr ca fiind raportul dintre sensibilitatea relativă a mărimii de ieșire și sensibilitatea relativă a mărimii de intrare:

REZOLUȚIA

Se definește ca fiind intervalul minim de variație a mărimii de intrare care poate determina apariția unui salt al semnalului de ieșire. Fiind un parametru calitativ al unui traductor, rezoluția este utilizată în special în cadrul traductoarelor numerice a căror caracteristică variază în trepte unde se reprezintă comod prin numărul de biți (de ex. pentru un semnal de ieșire pe 10 biți, domeniul de măsurare Xmin…Xmax se cuantifică.în 1024 de nivele posibile ceea ce duce la o rezolutie de 0,1% din valoarea domeniului).[3]

PRECIZIA

Este cel mai important indicator al calității procesului de măsurare. Astfel precizia este cu atât mai bună cu cât pentru o probabilitate dată (care adesea se ia aproape de 1), intervalul în care se situează valoarea reală este mai restrâns. Diferența dintre rezultatul măsurării și valoarea reală este denumită eroare de măsurare și este evident că măsurarea este cu atât mai bună cu cât aceste erori sunt mai mici. Cauzele erorilor de măsurare sunt complexe, ele putând fi evidențiate numai după o analiză atentă a operației de măsurare și tinând cont de caracteristicile mărimii de măsurat. In funcție de aceste cauze erorile se pot clasifica in felul următor[5]:

eroarea de interacțiune : este cauzată de exercitarea acțiunii directe asupra valorii reale de însăși elemetul sensibil al aparatului de.măsurat astfel încât valoarea efectiv măsurată diferă de cea reală.

eroarea de model : o sursă de erori poate fi determinarea imperfectă a caracteristicii statice prin idealizarea lor. Când aceste caracteristici sunt deduse experimental utilizând etaloane, acestea la rândul lor pot avea precizii limitate, iar condițile reale de utilizare pot diferii de cele corespunzătoare etalonării- erori de model.

eroarea de influență: există cazuri cănd ăn aplicațiile practice există tendința de a nu se țin cont de efectele influențelor externe și interne. Un instrument poate funcționa corect pentru efecte minime a acestor mărimi, dar devine inacceptabil pentru valorile mari ale acestora- eroare de influență.

In funcție de proprietățile lor generale prin care se pot stabili formalizări matematice, erorile pot fi calsificate și pe următoarele criterii:

erori sistematice: se produc în același sens în condiții neschimbate de repetare a măsurării și au valori constante sau variabile după o lege dată.

erori aleatoare: apar întâmplător sau.accidental , la repetarea măsurărilor apar diferențe atât ca sens cât și ca valoare cu variații imprevizibile.

erori grosiere (inadmisibile): conduc la rezultate total eronate iar efectele lor nu pot fi luate în considerare.

In determinările calitative a erorilor de măsurare se utilizează și următoarea clasificare:

eroarea reală: diferența Xi dintre valoarea reală X și valoarea măsurată a mărimii Vi

Xi=Vi-X

eroarea absolută: diferența Vi dintre valoarea măsurată Vi și valoarea de refrință V

Vi=Vi-V

eroarea relativă: se definește ca fiind raportul dintre eroarea reală și valoarea adevărată.

Xirel=Xi/X sau Virel= Vi/V

TRADUCTOARE DE TURAȚIE

2.1. TAHOGENERATOARELE DE C.C. SI C.A

Este un element sensibil de tip generator, tensiunea generată la bornele mașinii fiind proporțională cu turația axului. Tahogeneratorul este o micromașină.electrică construită pe principiul generatorului de c.c. Din cadrul acestor generatoare de c.c cea mai folosită variantă este cea cu magneți permanenți. Schema de principiu a unui generator de CC cu magneți permanenți și rotor cilindric este dată în Fig. 2.1. Datorită comutației perilor pe colector este posibil ca tensiunea de ieșire să fie ondulatorie. Aceste ondulații sunt cu atât mai mici cu cât numărul de lamele ale colectorului este mai mare. Tot în acest scop la ieșirea tahogeneratorului se introduc filtre trece jos care afectează însă timpul de răspuns. Datorită sensibilității reduse acest tip de element sensibil de măsură a turației nu este folosit pentru turații mici, domeniul lui fiind situat între 50 și 5000rot/min.

Fig. 2.1.

Tensiunea electromotoare este dependentă de turație după relația: E=Kn, unde K este sensibilitatea tahogeneratorului și n este turația. Sensibilitatea depinde.direct de numărul de poli p, de numărul de căi de curent din rotor (2a), de numărul de conductoare N și de fluxul magnetic al magneților permanenți.

și este cuprinsă între 1 și 10

La mersul în sarcină tensiunea de la borne va fi:

U0=E-KinI-RAI-Up

unde: KinI este o cădere de tensiune ce reprezintă reacția indusului (proporțională cu n și curentul rotoric I), RAI este o cădere de tensiune pe bobina generatorului iar Up căderea de tensiune la perii Dacă se notează cu r, eroare relativă a tahogeneratorului la mersul în sarcină vom avea:

cu RS rezistența de sarcină. Din relația de mai sus se trage concluzia că pentru a avea o eroare relativă mică este necesar ca rezistența de.sarcină să fie mare, rezistența bobinei generatorului RA să fie mică și reacția indusului să fie mare. În practică pot fi utilizate și tahogeneratoarele de CA sincrone sau asincrone care generează la ieșire o tensiune sinusoidală monofazată cu valoare efectivă și frecvență dependentă de turație după relația:

unde: N- numărul de spire, K-constantă ce depinde de tipul înfășurării, amplitudinea fluxului magnetic și n-turația.

TAHOGENERATOARELE DE C.A

Sunt cunoscute următoarele tipuri de tahogeneratoare de c.a.: tahogeneratorul sincron mono și trifazat și tahogeneratorul cu rotorul în formă de pahar.

Tahogeneratorul sincron monofazat are înfășurarea pe stator, iar rotorul format dintr-unmagnet permanent cu mai mulți poli este cuplat pe axul la care se măsoară turația. Rotorul produce în întrefierul mașinii un câmp magnetic învârtitor care induce în înfășurarea de pe stator o t.e.m. a cărui valoare este:

E0=K⋅Φ0⋅p⋅n (1)

unde: K – o constantă constructivă depinzând de parametrii înfășurării indusului; p – numărul perechilor de poli; n – turația arborelui; Φ0 – fluxul magnetic al întrefierului mașinii. Prin urmare atât amplitudinea E0, cât și frecvența f=n⋅p a t.e.m. induse este independentă de turația arborelui.

Căderea de tensiune la bornele tahogeneratorului.în sarcină depinde de turația măsurată, caracteristica sa de transfer U(n) este neliniară. Reducerea acestei neliniarități se poate realiza prin utilizarea unui instrument de măsură cu rezistență de intrare mare, regimul tahogeneratorului trebuind să difere cât mai puțin de cel de gol. Drept indicator de ieșire poate fi folosit frecvențmetrul deoarece frecvența tensiunii generate este dependentă numai de turație, erorile datorate temperaturii sau invariabilității parametrilor circuitului magnetic sunt neglijabile. Fig 2.1.a.

Fig 2.1.a. Dependenta neliniaritatii caracteristicii U(n) de sarcina

Neavând perii colectoare, tahogeneratoarele de c.a. lucrează la viteze mai mari (pâna la 5000 rot/min) față de mașinile de c.c. care se opresc la 2000 rot/min, tensiunea de ieșire având valori de zeci și sute de V cu liniaritate (0.4÷4)%.

Structura unor astfel de traductoare este data în fig.2.1.b.

Fig. 2.1.b. Conversia frecventei unui tahogenerator in tensiune continua proportionala cu turatia

Tensiunea alternativă obținută la ieșirea.unui tahogenerator este convertită în frecvență cu ajutorul unui limitator sau multivibrator, după care fie este redresată, integrată și filtrată, obținându-se o tensiune continuă unipolară proporțională cu turația, fie filtrată și discriminată, obținându-se un semnal continuu bipolar proporțional cu turația al cărei semn este dependent de sensul de rotație.

De asemenea tahogeneratoarele de c.a. sunt.frecvent utilizate în măsurarea diferenței de turație a doi arbori în mișcare de rotație[14].

În acest caz se utilizează două tahogeneratoare (fig. 2.1.c.) a căror ieșiri sunt cuplate într-o punte diferențială. Tensiunea ce se culege pe rezistența R este dependentă de diferența turațiilor celor două elemente în mișcarea de rotație.

Ti

U=f(ni-n2)

Fig. 2.1.c. Masurarea diferentei de turatie

Tahogeneratorul cu rotorul în formă de pahar are o construcție asemănătoare servomotorului cu rotorul în pahar. Funcționarea acestuia se bazează pe apariția unei t.e.m. în înfășurarea de ieșire ce are frecvența constantă, dar este modulată.de viteza de rotație – n – a paharului, față de înfășurarea statorică fixă.

2.2. TRADUCTOARE DE TURAȚIE CU ELEMENTE FOTOELECTRICE

Elementul sensibil al acestor traductoare este un dispozitiv fotoelectric care detectează variația de flux luminos ce depinde de viteza de rotație, folosind un dispozitiv modulator aflat pe axul în rotație. După modul de obținere a variației de flux luminos aceste traductoare se clasifică în:

traductoare optice cu întreruperea fluxului luminos (Fig. 2.2a): discul este plasat pe arborele căruia i se măsoară turația si este prevăzut.cu fante(orificii) iar elementele fotoelectrice și sistemul optic paralel cu axul. Fantele trec succesiv prin dreptul disp. fotoelectrice și a sursei de lumină obținându-se o serie de impulsuri care convertite de circuitul formator au o frecvență dată de relația: f=pn unde p este numărul de orificii și n turația. Exemplul de schemă a unui circuit formator este dat în Fig. 2.2.b.

Fig. 2.2a. si 2.2b.

traductoare optice cu relexia fluxului luminos (Fig. 2.2c.):pe axul în mișcare se plaseză un marker reflectorizant. Lumina emisă se reflectă.de marker la fiecare trecere a acestuia prin dreptul celulei fotoelectrice. Semnalele obținute se prelucrează similar cu cele de la pct.a.

Acest tip de elemente sensibile se utilizează pentru măsurarea turaților în domeniul 1-107rot/min. Circuitele de adaptare sunt de obicei frecvențmetrele digitale ce vor fi prezentate pe larg în capitolul măsurării numerice a frecvenței. Avantajele folosirii pe scară largă a lor sunt: utilizarea la turații foarte joase, gama largă de turații, încărcarea axului cu un cuplu aproape nul.

Fig. 2.2c.

Fig 2.2.d.

Observatii:

-Constructiv, sursa SL, lentilele L1 și L2 cât și elementul fotoelectric (FF) sunt încapsulate într-o sondă sau cap de citire.

-Creșterea sensibilității elementului sensibil presupune utilizarea unui fototranzistor ca element fotoelectric (EF).

-Pentru eliminarea erorilor de măsurare, cauzate.de lumina naturală se utilizează optocuploare cu funcționare în domeniul infraroșu. Astfel, SL este înlocuită de un LED cu emisie în infraroșu, iar EF este un fototranzistor pentru domeniul de infraroșu. Fig 2.2.d.

În figura 2.2.e. este prezentată schema circuitului de formare a impulsurilor pentru un element sensibil cu fotodiodă, iar în figura 2.2.e. se prezintă forma tensiunii de ieșire, furnizată de circuitul de formare. Valorile UH (nivel înalt) și UL (nivel scăzut) corespund nivelelor de tensiuni specifice circuitelor integrate TTL.

Varianta realizării elementului sensibil fotoelectric prin reflexia fluxului luminos este prezentată în figura 2.3a. În acest caz turația unui disc sau a unei.piese aflate în mișcare de rotație este convertită într-un tren de impulsuri fără a necesita un disc auxiliar montat pe ax. Pe axul sau piesa care se rotește se marchează un reper (sau mai multe repere echidistante) sub forma unui dreptunghi, cu vopsea reflectorizantă sau se lipește o bandă reflectorizantă (figura 2.3a).

Reperele reflectorizante trebuie să alterneze cu zone înnegrite.care absorb radiația luminoasă. Sursa SL și elementul fotoelectric EF se dispun în așa fel încât, radiația luminoasă emisă de SL și reflectată de reperul reflectorizant să cadă pe EF, care devenind activ să emită un impuls de tensiune. Formatorul de impulsuri poate fi de același tip cu cel prezentat în figura 2.3b, iar frecvența impulsurilor este dată de aceeași relație, în care z reprezintă numărul de repere reflectorizante de pe ax sau de pe piesa în mișcare de rotație[16].

Fig. 2.2.e. a) – circuit electronic de formare a impulsurilor; b) – forma tensiunii de

ieșire

Domeniul de utilizare al elementelor sensibile fotoelectrice este cuprins între 1 rot/m in și 107 rot/min, dacă discul sau axul în rotație este prevăzut cu un singur reper, dar limita superioară poate fi micșorată la turații mai mici, folosind mai multe repere pe disc (sau ax).

Traductoarele de turație cu elemente fotoelectrice sunt.foarte răspândite datorită următoarelor avantaje: gamă largă de turații (inclusiv turații foarte joase); construcție simplă; încărcare a axului cu un cuplu neglijabil sau nul (în cazul ES cu reflexie) și lipsa uzurii mecanice. Dezavantajul esențial îl reprezintă apariția erorilor de măsurare în medii cu praf, fum sau lumini exterioare puternice.

2.3. TRADUCTOARE DE TURAȚIE CU RELUCTANȚĂ VARIABILĂ

Elementul sensibil este compus dintr-un magnet prelungit cu un miez de fier pe care este infasurata o bobină, aflată la mica distanța de periferia unui disc.din material feromagnetic. Discul are mai multe proeminențe (dinti) sau găuri (fante) si este monatat pe axul a carui turatie se determină.

Figura 2.3. Construct traductorului de turafie cu reluctant variabila

unde: 1 – disc magnetic;

1 – ax;

2 – miez de tier;

3 – bobina;

4 – magnet permanent.

Când un dinte se afișează în prelungirea miezului, reluctanta va fi minimă, iar când o fantă se afișează în dreptul miezului reluctanta va fi maximă.

Variația de reluctant magnetics conduce la o.variație de flux magnetic de unde rezultă o tensiune electromagnetics în bobina.

Schema bloc simplificată a traductorului de turație cu reluctanta magnetică este prezentată în figură 2.3.a.

Figura 2.3.a Schema bloc simplificata a traductorului de turatie cu reluctanta magnetica

Magnetul, miezul magnetic și discul feromagnetic formează un circuit magnetic a cărui reluctantă variază în funcție de poziția.discului față de miezul magnetic. Când un dinte se află în prelungirea miezului, reluctanță va fi minimă, iar când un spațiu liber se află în dreptul miezului, reluctanță va fi maximă. Aceasta variație de reluctanță duce la o variație de flux magnetic prin bobina ceea ce va introduce o tensiune în bobină, conform legii inducției electromagnetice. La o rotație a discului (cu o viteză astfel încât deriva fluxului să fie suficient de mare ca să poată fi sesizată tensiunea electromotoare indusă) se obține un număr de impulsuri egal cu numărul de dinți de pe circunferinta discului.[1]

Fig. 2.3.b.

Frecvența f a tensiunii electromotoare induse este egală cu turația n, în rot/s multiplicată cu numărul se dinți z ai discului:

f = zn

Elementele sensibile cu reluctanță variabilă un.se utilizează la turatii joase si foarte joase, deoarece la turatii mici amplitudinea impulsurilor fiind dependentă de turatie, poate să scadă sub pragul de sensibilitate al adaptorului. Pentru cresterea sensibilitatii la turatii mici, trebuie mărit numarul de dinti ai discului[6].

Elementul sensibil de acest tip poate fi conectat la un adaptor analogic a carui schema bloc e prezentată in figura 2.3.c. :

Fig. 2.3.c.

S-a considerat un element sensibil cu o singură proeminență.

Semnalul , de perioadă T (egala cu perioada de rotatie), furnizat de elementul sensibil ES, este amplificat si redresat monoalternanță de catre blocul.amplificator-redresor A+R. Dupa ce este format (formatorul de semnal FS) semnalui purtător cu privire la turatie este aplicat monostabilului M, care genereaza impulsuri dreptunghiulare periodice de perioada T, si de durata fixata . Pentru funcționarea corecta se impune condiția , unde este perioada minimă de rotatie (corespunzatoare turatiei maxime).Tensiunea de la iesire. monostabilului este mediate de catre dispozitivul de mediere DM pe o durata , obținandu-se o tensiune continuă proportională cu turatia:

Etajul de ieșire EE furnizează un semnal de ieșire unificat (tensiune sau current) proporțională cu turația. Domeniul de turații la care poate fi folosit traductorul cu reluctanță variabilă este de 100 rot/min – 300 000 rot/min, în funcție de numărul de dinți ai discului.

Pentru micșorarea erorilor traductorul.este prevăzut, de regulă, cu un set de roți dințate din material feromagnetic, fiecare roată având un anumit număr de dinți și fiind utilizată pentru o anumită gama de turații. Corespunzător se modifică constantă de tinp a monostabilului și condesatorului de mediere.

Elemental sensibil de reluctanță variabilă poate fi conectat la un adaptor numeric, crescând astfel precizia și timpul de răspuns. Având în vedere.particularitățile constructive și funcționale ale adaptoarelor numerice ele vor fi tratate separate.

MĂSURAREA TURAȚIEI UTILIZÂND CIRCUITUL LM2907 (conv. frecv.-tens.)

Fig. 2.3.d.

2.4. TRADUCTOARE DE TURAȚIE INDUCTIVE

Acest tip de traductor de turație (Fig 2.4.) are ca element sensibil două bobine plasate în așa fel încât discul din material feromagnetic prevăzut cu o fantă care este solidar pe axul în mișcare se rotește între ele. Cele două bobine fac parte dintr-un oscilator de înaltă frecvență. Când fanta se găsește în dreptul bobinelor circuitul magnetic este realizat și oscilatorul funcționează (apar oscilații la ieșire). Tensiunea de înaltă frecvență obținută este.apoi detectată și filtrată obținându-se astfel la ieșire o tensiune de nivel ridicat. Dacă discul opturează întrefierul efectul este invers. Funcționează într-un domeniu foarte larg începând cu turații joase și ajungând până la 1000000 rot/min.

Fig. 2.4.

2.5. TRADUCTOARE DE TURAȚIE CU ELEMENTE SENSIBILE MAGNETICE

Sunt utilizați senzori magnetici integrați cu o funcționare bazată pe efect Hall. La sesizarea unui câmp magnetic exterior de inducție B, senzorul.Hall furnizează la ieșire o tensiune diferențială proporțională cu B. In România se produc senzori Hall în seria SM23*. În Fig. 2.5.A. este prezentată montarea senzorului Hall cu ecranarea câmpului magnetic iar in Fig. 2.5.B , senszorul Hall cu concentrarea câmpului magnetic.

Fig. 2.5.

Pe axul în mișcare este prevăzut un disc.din material feromagnetic cu decupări. Când decuparea se află în dreptul senzorului câmpul magnetic este dispersat ceea ce produce blocare senzorului, obținându-se impulsuri ce apoi pot fi numărate. Ca adaptor poate fi utilizată atât varianta analogică cât și cea digitală.

2.5.1 TRADUCTORUL DE TURATIE CU ELEMENTE SENSIBILE INDUCTIVE

Schema constructivă cuprinde un disc cu fante, 2 bobine “L1” și “L2”. care fac parte dintr-un oscilator de înaltă frecvență, detector, filtru (figura 2.5.a.).[1]

Figura 2.5.a. Schema constructivă a traductorului de turație cu elemente

sensibile inductive

unde: 1 – ax care se rotește cu turația “n” necunoscută;

2 – disc cu una sau mai multe fante;

L1, L2 – bobine ce fac parte din oscilatorul de înaltă frecvență.

Discul din materialul feromagnetic este prevăzut.cu o fantă și este fixat pe axul a cărui turație se măsoară, se rotește între bobinele “ L2”, care fac parte din oscilatorul de înaltă frecvență.

Când fantă este în dreptul bobinelor, cuplajul magnetic dintre ele este realizat și oscilatorul funcționează.

Acest tip de traductor se utilizează pentru turații de până la având fiabilitate ridicată.

2.6. APLICAȚII PRIVIND MĂSURAREA TURAȚIEI.

MĂSURAREA TURAȚIEI UTILIZÂND CIRCUITUL TCA 105 (senzor de proximitate integrat) se gaseste in figura 2.6.

Fig. 2.6.

2.7. UTILIZAREA SENZORILOR ÎN PRACTICĂ

Avand o constructie relativ simplă si beneficiind.de o rezistenta la socuri si vibratii sporită acesti senzori sunt folositi in domeniul auto la scara larga, avantajul il reprezintă faptul că citirea o face de pe rotiile dințate ale autovechicolului si sunt construiti mai nou si informa miniaturizată.

Senzorii de viteză sau pozitie, cum mai sunt numiti, furnizează informatii, prin intermediul mai multor blocuri, sistemului de achiziție.care are rolui de a le eșantion , memora, si de a le transmite spre blocurile de afisare prelucrare si daca este nevoie corectare[11].

Urmatorii senzori furnizează astfel de date:

Senzor de poziție pe arboreal cu came

Senzor de poziție pe arboreal cotit

Senzor de viteză auto

Fig. 2.7.

Toate cele trei tipuri de senzori sunt alcatuite structural dintr-un magnet permanent prelungit cu un miez fromagnetic pe care se află o bibină. Acești senzori se află montați foarte aproape de roata dintată. Cand trece un dinte prin fața senzorului un impuls electric apare in bobină, fiecare dinte creând un astfel de impuls. Numarul de impulsuri intr-o.secunda reprezintă frecvența semnalului.

Cu cat roata (arborele) se roteste mai repede cu atât apar mai multe impulsuri. Impulsurile sunt apoi transformate cu ajutorul unor convertoare frecvență-tensiune in tensiune, astfel tensiune de la ieșirea convertorului este mai mare daca numarul de impulsuri creste. Creșterea tensiunii e proportională cu frecvența impulsurilor. Tensiune poate fi apoi usor.interpretată pentru masurarea turației si controlul acesteia.

SENZORUL CU RELUCTANTA VARIABILA

Fig. 2.7.b.

Distanta dintre rotor si sensor este critica, cu cat senzorul se indeparteaza de rotor (roata dintata) cu atât semnalul e mai slab, este de dorit ca distanța sa fie constantă. Nu toate roțile prezinta dinți sunt si cu cioplituri (crestături) care au rolul de a produce.acelaș efect. Acest tip de senzori produc impulsuri electrice si nu au nevoie de sursă de alimentare.O altă caracteristică e aceea ca au nevoie de doar doua fire pentru a trasmite semnalul. Firele sunt contorsionate, răsucite si izolate pentru a nu permite interferența semnalului cu alte semnale si alterarea lui.

Pozitie de montare a unui sensor pe axul cu came

Fig. 2.7.c.

Fig. 2.7.d.

Senzorul e folosit pentru a determina turația motorului (RPM).

Fig. 2.7.e.

ECM-ul folosește semnalul senzorilor de viteză a vehicolului (VSS-vehicle speed sensor) pentru a modifica funcțiile motorului si a iniția rutine de.diagnosticare. Se pot folosii diferite tipuri de senzori in functie de scop, astfel există senzori doar pentru a citi o turatie sau senzori de roata pentru monitorizarea si controlul unui sistem ABS[8].

Fig. 2.7.f.

Senzor cu reluctanță variabilă pentru aplicatii auto

Fig. 2.7.g.

2.8.CIRCUITE DE CONVERSIE ANALOGICĂ.

2.8.1. CONVERTOARE TENSIUNE FRECVENȚĂ

Convertoarele tensiune-frecventa se utilizeaza pentru conversia semnalelor analogice in semnale numerice ca o variantă simplă cu performante deosebite referitoare la rejecția prin integrare a perturbatiilor si la monotonicitatea caracteristicii de transfer. De asemenea, informatia de frecvența poate fi transmisă la distanta prin semnale numerice seriale (semnale dreptunghiulare) practic imune la perturbatii si care por trece prin izolatoare galvanice (inductive sau optice) fara a fi afectate de erorile frecvente. Sructura de principiu a convertorului.tensiune frecvență este dat în Fig.2.8. și conține un amplificator operațional AO, un comparator, un circuit monostabil și un generator de curent de referință Ir. Tensiunea de intrare Ui de polaritate pozitivă se aplică intrării circuitului integrator (se consideră constantă în intervalul unei perioade T0=1/fo a tensiunii de ieșire U0). Integrarea tensiunii de intrare are ca efect variația liniară cu pantă negativă a tensiunii de la ieșirea integratorului UIS. Când tensiunea UIS coboară sub nivelul masei circuitul comparator comută.declanșând monostabilul (UC). Pe durata acestei stări se comandă cuplarea comutatorului K și integrarea curentului de referință Ir. Pentru stabilirea funcției de transfer a convertorului se aplică principiul conservării sarcini electrice la bornele capacității integratorului în intervalul corespunzător unei perioade T0:

Fig 2.8. Sructura de principiu a convertorului tensiune frecvență

In acest caz, principiul se bazeaza pe conversia.tensiunii Ux intr-un seranal periodic de frecventa fx proportionala cu Ux, care se masoara intr-un interval de timp fixat.

Tensiunea Ux se aplica la intrarea unui integrator, iar la ie§irea acestuia se obtine o rampa cu panta proportionala cu Ux .

La atingerea tensiunii de referinta Ur, un comparator.basculeaza §i descarca foarte rapid capacitatea C §i ciclul reincepe (Fig.2.8.a.).

Fig.2.8.a. Principiul si schema functionala a CAN tensiune-frecventa.

sau (2.14)

Un circuit poarta, comandat de o baza detimp.vada acces spre numerator impulsurilor de frecventa fx, pe durata To, astfel ca:

Un avantaj al acestui principiu este ca se pot elimina parazijii de frecventa retelei prin integrarea semnalului de masurat pe un multiplu.al perioadei acesteia, alegandu-se timpul de poarta T0=n20ms

Valoarea medie a zgomotului altemativ este astfel nula. CAN Uxfx are deci o buna rejectie a zgomotelor de retea.

Tab. 2.4. Performantele unor CAN tensiune-frecvenfa.

*

Precizia CAN depinde de precizia si stabilitatea integratorului, de stabilitatea tensiunii de referinta si a frecventei oscilatorului, mai ales pe termen lung.

Cateva exemple practice sunt prezentate in Tab.2.4.

Exemplul I.Constructia CAN AD 537 (Fig.2.8.a)

Acest CAN simplu de utilizat §i ieftin este foarte raspandit.

El necesita o rezistenta si o capacitate pentru realizarea:

(2.16)

Amplificatorul de intrare functioneaza ca un convertor tensiune-curent si are o deriva mica (±V/C), ceea ce permite intrarea directa cu semnal.de la undele traductoare cum ar fi: termocuple, punti tensometrice, sunturi etc.

Partea principals a CAN este un convertor curent-frecvenfS (7X —>fx) cu gama dinamicS largS ( de la lOOnA la 2 mA), care necesitS numai un condensator exterior. [2]

Coeficientul de temperatura (~300ppm/°C) este compensat de sursa de referinfa incorporata in integrat. Aceeasi sursa fumizeaza, la o iesire, o tensiune.precisa si stabilizata de IV pentru senzori pasivi si, la alta iesire, o tensiune de 1 mV/K pentru utilizarea integratului ca un convertor temperatura – frecventa sau efectuarea unor corectii dependente de temperatura ambianta.

Etajul de iesire constituit de un tranzistor cu colectorul in gol poate fumiza pana la 20 mA.

1 – masa logica 8 – -Us

2 – SYNC 9 – Uos

3 – IIN 10 – Uos

4 – -UIN 11 – Cap

5 – +Uin 12 – Cap

6 – Utemp 13 – +Us

7 – Uref 14 – Iesire

Acest lucru permite cuplarea cu o dioda luminiscenta pentru
transmiterea optica a frecvenfei sau cuplarea a 12 sarcini TTL.

Masa logica poate fi conectata la orice potential intre zero,
(minusul masei) si 4V (sub potentialul plusului alimentarii).

Aceasta solutie permite interfatarea usoara cu diferite familii de
circuite logice. Acest CAN da la iesire impulsuri.dreptunghiulare, deci poate fi
folosit si ca oscilator comandat in tensiune (VCO — Voltage Controlled
Oscilator), pentru buclele cu calare pe.faza (PLL — Phase Locked Loop). –
Un CAN Ux ->fx, cu o neliniaritate de 0,01%, este compatibil cu un CAN de 12 biji, cu o liniaritate differentials de ±1/2 bit.

Pentru construcția unui convertor tensiune frecvență cu performanțe bune putem opta pentru schema din Fig. 2.8.b. în care circuitul LM555 este folosit ca oscilator astabil. Incărcarea condensatorului de temporizare C=10nF este asigurată.de un generator de curent constant realizat cu amplificatorul AO1 și tranzistorul T1. Alimentarea „sub masă” (0…-15V) al circuitului temporizator produce la ieșire impulsuri logice negative cu o perioadă T. Deoarece intrările AO au același potențial curentul care străbate rezistența R1 este egal cu Ui/R1. Timpul în care condensatorul C se încarcă între UPJ și UPS(10V) este dat de relația:

unde: UPJ și UPS sunt tensiunile de prag ale comparatorului SUS și JOS din 555.

Perioada totală a oscilației de ieșire este:

Frecvența ieșirii este inversul perioadei:

Se observă că se poate realiza o conversie tensiune frecvență liniară dacă descărcarea condensatorului C se face rapid. Acest lucru se poate face pe două căi: alegerea unei valoare relativ mică pentru capacitatea C și prin alegerea unei frecvențe maxime de lucru mult mai mică decât durata de descarcare a condensatorului C.

Domeniul de frecvențe este afectat în partea de.jos de tensiunea de decalaj și de coeficientul de variație cu temperatura a tensiunii de offset a AO. Utilizînd schema din Fig. 4.2. se poate construi un convertor pe trei decade de frecvență, 10Hz…10KH pentru tensiuni cuprinse în intervalul 10mV…10V. Dezavantajul schemei constă în faptul că este.sensibilă la valoarea tensiunii de alimentare negativă de –15V. Dezavantajul este înlăturat de soluția propusă în schema din Fig. 2.8.c.

Fig 2.8.b.

Fig. 2.8.c

2.8.2. ALTE TIPURI DE TRADUCTOARE UTILIZATE PENTRU MASURAREA TURATIEI

2.8.3. MASURAREA TURATIEI LA MOTOARE DIESEL NAVALE

Se prezintă sistemul pentru supravegherea.turației turbosuflantei la motoarele Diesel navale. Folosirea turbosuflantei pentru supraalimentare prezintă avantajul autoreglării turației. Într-adevăr cantitatea gazelor evacuate care este proporțională cu sarcina motorului, determină turația compresorului și prin urmare debitul aerului de baleiaj.

Exploatarea eficientă a navelor maritime și prevenirea unor avarii grave impune supravegherea, măsurarea și reglarea parametrilor motorului principal și a celorlalte agregate și instalații de la bord. O importanță deosebită o prezintă cunoașterea permanentă a turației turbosuflantei.

Dispozitivul MOS cu drenă dublă (figura 2.8.3.) este un MOSFET la care regiunea obișnuită de drenă este înlocuită cu două regiuni de drenă adiacente, curentul total prin canal împărțindu-se între acestea [12].

Polarizarea în regiunea liniară are ca.rezultat obținerea unui canal continuu de grosime aproximativ constantă care poate fi asimilat cu o placă Hall. Sub acțiunea unui câmp magnetic perpendicular pe suprafața dispozitivului se produce deflexia liniilor de curent și ca efect apare un dezechilibru între cei doi curenți de drenă:

(5.8)

Deoarece semnalul de ieșire pentru.magnetotran-zistorul MOS cu drenă dublă îl constituie variația curen-tului între terminalele sale, acest dispozitiv funcționează în “modul de curent Hall”. În figura 2.8.3.a sunt reprezentate.schematic dispozitivul MOS cu drenă dublă (a) și dualul său funcționând în “modul de tensiune Hall” (b).

Pe baza proprietăților dispozitivelor Hall duale semnalul de ieșire pentru dispozitivul (b) este , iar pentru dispozitivul (a) , . Se obține [4]:

(5.9)

în care s-a înlocuit prin .

Răspunsul senzorului se definește prin:

(5.10)

Pentru a pune în evidență acest lucru au fost simulate (figura 2.8.3.b) trei structuri MOS cu canal de tip n cu drenă dublă. Dispoziti-vele.au aceeași lățime a canalului având rapoarte diferite:

dispozitivul MDD1,2; dispozitivul MDD2, 1; dispozitivul MDD3, 0,5.

Se constată că sensibilitatea este maximă pentru 0,5 și pentru valori mai mici ale acestui raport. Crescând lățimea canalului sensibilitatea scade cu 10% pentru , iar în cazul se reduce cu 35% față de valoarea maximă.

Sensibilitatea relativă la curent se definește prin:

(5.11)

și crește odată cu mobilitatea purtătorilor în canal.

Potrivit modului de variație a lui pentru.o placă Hall rectangulară cu contacte de sesizare punctiforme și la inducții magnetice joase [2], maximul sensibilității se obține la dispozitivul cu drenă divizată când , deci .

2.8.4. REPREZENTAREA TRADUCTORULUI DE TURATIE CU MAGNETOTRANZITOR CU DRENA DUBLA

În figura 2.8.4.a. este prezentată schema.de principiu a unui traductor de turație realizat pe baza unui magnetotranzistor cu drenă dublă.

În prezența câmpului magnetic se produce.dezechilibrul curenților de drenă și ca efect între cele două drene apare o diferență de potențial propor-țională cu valoarea inducției. Dacă MOSFET-ul lucrează în regiunea de satura-ție, rezistența de ieșire de drenă este foarte mare () și în acest caz tensiunea diferențială de ieșire este:

(5.12)

Această tensiune se aplică unui comparator cu histerezis care are rolul de comutator. Existența celor două praguri de basculare conferă.circuitului imunitate la zgomote. Monostabilul realizat cu MMC4093 normalizează în durată impulsurile generate de traductor.

Traductorul de turație este realizat pe baza unui magnetotranzistor cu drenă dublă și are schema de principiu prezentată în figura 2.8.4.a. Principiul de funcționare al traductorului se bazează pe ecranarea câmpului magnetic cu ajutorul unui disc feromagnetic D care se rotește solidar cu arborele turbinei (figura 2.8.4.b.). De o parte și de cealaltă a discului sunt dispuse magnetotranzistorul MGT și magnetul permanent MP. Discul trebuie să.fie suficient de gros (d>1mm) pentru a obtura câmpul magnetic, iar decuparea sa trebuie să aibă o suprafață mai mare decât suprafața activă a senzorului magnetic. Distanța dintre MP și MGT este astfel aleasă încât atunci când decuparea practicată în disc se află în dreptul lor, inducția magnetică să depășească limita.de detecție și să se producă dezechilibrul curenților de drenă (relația (5.9)). Când între magnetul permanent și magnetotranzistor se află partea nedecupată a discului, acesta ecranează câmpul magnetic determinând restabilirea echilibrului între cei doi curenți de drenă și anulează tensiunea

Schema bloc a instalației este prezentată în figura 2.8.4.c.

Aceasta cuprinde în principal patru blocuri:

blocul (N) de numărare a impulsurilor fur-nizate de traductorul de turație (T), blocul de afișare numerică a rezultatului măsurării (DA), blocul de.comandă (BC) care asigură desfășurarea corectă a ciclului de măsurare și afișare și un bloc de sesizare și avertizare (BA) în cazul neîncadrării turației în limitele normale. În timpul funcționării turbosuflantei se generează la ieșirea traductorului un tren de impulsuri dreptunghiulare care sunt aplicate unui numărător format din patru decade de numărare incluse două câte două în câte un circuit integrat .[1]

SCHEMA BLOC A APARATULUI DE MĂSURĂ DIGITAL OPTIC

Schema bloc a aparatului de măsură digital optic fără contact

BA – Bloc alimentare

-Sursa în comutație 220v/24v

BE – Bloc experimental

-Alimentare motor experimental

BC – Bloc comandă

BS – Bloc semnal

-Tacturi rotative

BM – Bloc măsură

-Convertizor frecventa tacturi în r.p.m.

BA – alimentează sistemul de măsură, BC – alimentează și asigură desfășurarea corectă a ciclului de măsurare și afișare, BM – afișorul de turație măsurată de sensorul NPN sau PNP (BS)

BA – blocul de alimentare format din:

Cablu de alimentare echipat cu ștecher cu contact de potecție și fișă cu trei pini din cele utilizate pentru alimentarea calculatoarelor, imprimantelor de birou, etc.;

Prize cu 3 pini L,N,PE similară celor ce sunt in echiparea calculatoarelor si imprimantelor de birou;

Sursa in comutație 220v/24v; 200mA cu ajutorul căreia se alimenteaza componentele sistemului care folosesc tensiunea de 24v;

Siguranță tubular Ø6 x 22 x 2A necesara pentru protejarea sistemului la scurt-circuit;

Lampa verde 220v necesară pentru semnalizarea prezenței tensiunii in sistem;

BE – bocul experimental formal din:

Motor 220/240v; 50/60hz; 3000/3600r.p.m.;

Prize mini cu trei pini L.N.PE necesară alimentării motorului;

Buton pornire 2P/3A necesar porniri motorului;

Acesta este utilizat pentru efectuarea de demonstrații;

BC – blocul de comanda format din:

Buton cheie cu doua poziții 0/I necesar pentru punerea sub tensiune a sistemului;

Lampă verde 24v pentru semnalizarea prezenței tensiunii de 24v la BS respective BM;

BS – blocul de semnal format din:

Prize mini cu 4 pini +24v; -24v; semnal PNP; semnal NPN;

Sensor de proximitate NPN, 24v marca Omron pentru citirea rotatiilor la pana de pe arbore;

Sensor optic PNP 24v marca Lenze cu oglindă (cu reflector) pentru citirea rotațiilor de pe fulie, flanșă sau roată dințată a motorului;

Suport magnetic pentru susținerea senzorilor;

BM – blocul de măsură: este format dintr-un convertizor – frecvență tacturi in r.p.m. Omron cu afișaj frontal unde se poate citi in timp real turația motorului alimentat;

SCHEMA ELECTRICĂ

L1 – lampă prezență tensiune 220v

B1 – buton cheie pornire sistem

B2 – buton pornire motor experimental

S – sursa în comutație 220V/24V; 200mA

L2 – lampă semnalizare sistem pregătit

T – traductor tacturi/secundă în r.p.m

NPN, PNP – sensorul de măsură

E0 – siguranța fuzibilă 2A

Proiectarea

În proiectarea sistemului s-a ținut cont de cerința temei și de exeplele întâlnite la locul de muncă unde toate utilajele sunt monitorizate privind viteza de lucru pentru eficientizarea producției

Execuția

În execuția sistemului a contribuit foarte mult experiența câștigată la locul de muncă unde folosesc diferite truse sau aparate de măsură.

Am încercat să o execut cât mai compact astfel încât să aibă totul și să fie polivalenta privind modalitatea măsurării (direct pe arbore sau pe fulia sau flanșa motorului)

Exemplu:

Dacă avem un motor simplu, măsurarea turației se poate face cu senzorul de proximitate NPN direct pe pană de pe arbore, Fig (4.1)

Fig 4.1 Sistemul de măsurare a turației cu senzor de proximitate NPN

Fig. 4.2. Turatie maxima Fig. 4.3. Turatie minima

Rezultatele măsurării experimentale cu senzor de proximitate NPN direct pe pana de pe arborele motorului folosit.

2. Dacă motorul face parte dintr-o acționare, folosindu-se baza magnetică, un senzor optic (PNP) și un reflector(oglindă) PNP, turația se poate citi de pe fulia, roata dințată sau cuplajul motorului Fig. 4.3

Fig. 4.3 sistemul de măsurare cu senzor optic (PNP) prin reflexie

Fig. 4.4. Turatie maxima Fig. 4.5. Turatie minima

Rezultatele măsurării experimentale cu senzor optic PNP , prin reflexie de pe fulia motorului .

PREZENTAREA MONTAJULUI EXECUTAT

Privind realizarea fizică a unui sistem de măsura dacă în prealabil acesta a fost proiectat bine și funcțional pe desen este relativ simplu însă urmând pașii următori:

Achiziționarea tuturor componentelor

Execuția

Verificarea conexiunilor electrie vizual și cu aparatul de măsură

Executarea probelor

Prezentarea către utilizatorul final

Componente :

Aparat de măsurat frecventa Omron, tip K3MA-F

Șură în comutație 220v/24v 200 mĂ

Întrerupător cheie cu două poziții – 0.I.

Priză mini cu patru pini pentru senzori

Priză mini cu trei pini pentru motorul demonstrativ

Priză cu trei pini pentru alimentare sistem

Lampa verde (220v), prezenta tensiune

Lampa verde (24v) pentru semnalizare (sistem pregătit)

Buton verde 220v; 3A pentru pornire motor demonstrativ

Baza magnetică cu suporți pentru senzori

Senzor N.P.N de proximitate pentru citire turație

Senzor optic P.N.P cu oglinda pentru cititre turație

Cablu alimentare

Cutie tip valiza

Conductor tip MYF de diferite secțiuni

Motor demonstrativ 220V/370W/3000-3600rpm

Siguranță fuzibilă 6x20x2A

O parte din componentele principale le gasim in Fig. 5.1.

Fig 5.1 Componetele machetei

Modul de funcționare(experimental) :

Se alege modalitatea de măsură cu senzor de proximitate NPN sau cu senzor optic PNP;

Se conectează sistemul la o priză 220V cu CP;

Se conectează senzoril de măsura după caz și se poziționează pe punctul de măsură;

Se conectează motorul experimental la priză mini cu trei pini;

Se cuplează butonul cheie B1 în poziția ON;

Se cuplează butonul B2 în poziția ON;

Se citește turația pe diplay-ul OMRON;

După alegerea tipului de măsură:

Se cuplează cablu de alimentare la prize cu trei pini a sistemului, se racordează ștecherul la o priza 220v astfel sistemul este alimentat pana la butonul cheie B1 semnalizat prin aprinderea lampi L1

Comutând butonul B1 in poziția on vor fi alimentate:

Sursa in comutație si de la aceasta prin ieșirea sa de 24v , blocul de măsură, lampa verde, sistemul, ON.

De la blocul de măsură din bornele B5 si E5 va fi alimentat senzorul de măsură

Priza mini cu trei pini L,N,PE necesară alimentării motorului experimental prin butonul B2

Astfel sistemul este activ.

Prin pornirea motorului experimental la bornele E4 si E6 ale BM, in funcție de tipul de sensor va apărea semnal si astfel turația poate fi citită pe ecran.

BIBLIOGRAFIE

M. Alexandru – Sisteme de măsurare cu traductoare, Editura Matrix Rom București 2012;

C. Vlaicu – Sisteme de măsurare numerice, Editura Secorex București 2001;

E. Nicolau și colectiv – Manualul inginerului electronist. Măsurări electronice, Editura Tehnică, București, 1989;

G. Ionescu, s.a., – Traductoare pentru automatizări industriale, Ed. Tehnică, Buc., 2009

P.Roșca, ș.a. – Aparate electronice de măsură și control, Ed. ULBS, Sibiu, 1997

M. Badea și colectiv – Aparate electronice pentru măsurare și control, Editura Didactică și Pedagogică, București, 2007;

C. Ionescu și colectiv – Traductoare pentru automatizări industriale, Vol. I și ÎI, Editura Tehnică, București, 2006, 2007;

V. Tiponut – Aparate și echipamente electronice complexe, curs, I.P. „T. Vuia" Timișoara, 2009;

E. Pop, V. Stoica – Principii și metode de măsurare numerică, Editura Facla, Timișoara 1977;

E. Pop, V. Stoica – Principii și metode de măsurare numerică, Editura Facla, Timișoara 1977;

E. Pop și colectiv – Tehnici moderne de măsurare, Editura Facla, Timișoara, 1983;

O., Spătari., – P.Roșca, Sisteme de achiziție date, Ed. ULBS, Sibiu, 2000

L. Toma – Sisteme de achiziție și prelucrare numerică a semnalelor, Editura de Vest, Timișoara, 1997;

M. Popa – Porturile paralel și serie ale calculatoarelor PC, Ed. Oriz. Univ. Tim., 2001.

A. Ignea – Măsurarea electrică a mărimilor neelectrice, Ed. Vest. Tim., 1996;

L. Ciobanu – Senzori și Traductoare, Matrix Rom București, 2006;