2.2. Caracteristici energetice ale traductoarelor Transformarea marimii de intrare x intr-o marime de iesire y, in cadrul unui traductor implica un consum energetic. Puterea, care prin integrare in timp da consumul energetic, este preluata total sau partial de la marimea de masurat (total n cazul marimilor active si partial la cele pasive). Puterea preluata de la marimea de masurat nu poate depasi o anumita limita denumita putere disponibila pentru a nu influenta valoarea marimii de masurat. n general, oricarei marimi X supuse masurarii i se poate asocia o alta marime Y, astfel nct produsul lor XY sa reprezinte o putere, iar raportul acestora X/Y sa fie de natura unei impedante, denumita impedanta generalizata sau metrologica:

Y

XZm = (2.52)

Obtinerea unei impedante Zm mari este o preocupare permanenta n constructia traductoarelor. n consecinta se cauta sa se perfectioneze permanent elementele sensibile - dimensiuni, masa - avnd n vedere ca ele sunt cele care determina n cea mai mare masura impedanta Zm. O alta problema pusa n practica constructiei traductoarelor este adaptarea impedantei Zm cu cea a sursei Zs care produce marimea activa de masurat; de obicei se procedeaza la preluarea marimii de masurat cu amplificatoare de masurare (acestea functioneaza cu ajutorul unei surse exterioare de putere). n acest fel doar o mica parte din puterea semnalului de intrare este folosita pentru a realiza modularea - de regula n amplitudine - a unei marimi similare furnizate n iesire de amplificatorul de masurare. Prin folosirea amplificatorului, pe lnga adaptarea n nivel se realizeaza si o adaptare n putere, rezultatul fiind o adaptare n impedanta. Daca este posibila o metoda de zero atunci masurarea se face fara consum energetic, ceea ce este echivalent cu o impedanta Zm = (este cazul puntilor cu echilibrare automata). n cazul marimilor pasive, masurarea presupune utilizarea unei surse auxiliare de energie, fara de care marimea respectiva nu poate fi pusa n evidenta. n aceasta situatie trebuie avute n vedere doua aspecte: - puterea preluata de la sursa auxiliara sa fie folosita pentru conversia marimii parametrice ntr-un semnal electric (tensiune, curent); - sa nu apara modificari ale valorii masurate (de exemplu, n cazul unui termistor, sa nu se produca o ncalzire suplimentara la alimentarea cu o tensiune externa). O alta problema este legata de consumul propriu - pe ansamblu - al traductorului, mai ales n instalatiile n care se folosesc un numar mare de puncte de masurare. Astazi, tehnologiile electronice integrate asigura - pe lnga miniaturizare - si un consum propriu foarte mic, astfel ca aceasta conditie tinde sa devina nesemnificativa, chiar si n instalatiile cu foarte multe puncte de masurare. 2.3. Caracteristici constructive Performantele unui traductor trebuie mentinute, conform specificatiilor, pe toata durata de viata a acestuia. Din acest considerent constructia unui traductor poate sa difere in functie de conditiile efective de functionare chiar daca marimea si intervalul de masurare sunt aceleasi (calitatea mediului n care este pus sa lucreze traductorul este esentiala). Cele mai importante caracteristici constructive sunt: a) robustetea - calitatea traductorului de a dispune de stabilitate n functionare (functioneaza la parametrii nominali) in anumite conditii cu privire la socuri, umiditate, presiune atmosferica, agenti nocivi chimici sau biologici sau variatii bruste ale valorii marimii masurate. b) capacitatea de suprancarcare reprezinta proprietatea unui traductor de a suporta valori ale marimii de masurat care depasesc limita superioara a intervalului de masurare pentru care este destinat. Se mai defineste ca valoarea maxima nedestructibila raportata la limita superioara a intervallui de masurare. Prin valoare maxima nedestructibila se ntelege valoarea limita suportata de traductor, care - dupa ncetarea actiunii acesteia - permite ca traductorul sa functioneze normal. Capacitatea de suprancarcare se defineste pe timp

ndelungat - n acest caz denumindu-se suprasarcina - sau pe timp scurt - denumita n acest caz soc. De retinut ca traductoarele au circuitul de iesire prevazut cu limitare de semnal, chiar daca au loc depasiri ale domeniului nominal al marimii de intrare. c) protectia climatica este constituita de ansamblul de masuri care se iau in cadrul calculelor de dimensionare si alegere a materialelor pieselor si componentelor, in proiectarea formei constructive, in special a carcasei, in stabilirea acoperirii suprafetelor si a tehnologiei de executie, pentru a se asigura ca actiunea complexa a factorilor climatici pe o anumita durata sa nu influenteze defavorabil asupra proprietatilor functionale ale traductoarelor. Tipurile de protectie climatica prevazute in norme internationale (corespund recomandarilor CEI - Comisia Electrotehnica Internationala) sunt: Zona macroclimatica Simbol tipului de

protectie in functie de zona macroclimatica

Interval de temperaturi (C)

Umiditate relativa (%)

Climat temperat N -50 C +45 C

- inglobare in nisip (Ex.q) partile capabile sa aprinda o atmosfera exploziva prin scanteie sau arc electric sau prin efecte termice sunt inchise intr-o carcasa inglobata in nisip; - imersie in ulei (Ex.o) partile capabile sa aprinda o atmosfera exploziva sunt imersate in ulei, astfel incat arcurile electrice sau gazele fierbinti formate sub ulei nu pot declansa explozii in zona situata deasupra suprafetei uleiului. - siguranta marita (Ex.e) si protectie speciala (Ex.s) se iau masuri suplimentare antiex. fata de cele prezentate anterior. e) protectia anticorosiva se refera la acele parti - fie ale elementului sensibil, fie ale adaptorului - care vin n contact direct cu medii puternic corosive. In consecinta, pentru a evita corodarea suprafetelor elementelor componente, se utilizeaza fie materiale sau acoperiri cu pelicule rezistente la astfel de medii, fie lichide sau gaze de separare necorosive. Exprimarea intensitatii actiunii corosive se face prin indicele gravimetric care se defineste ca fiind pierderea de masa pe unitatea de suprafata de material si ora:

tA

mk

= (2.53)

Pe aceasta baza fiind stabilite, conform normelor internationale, cinci grade de rezistenta la coroziune: Grad de rezist. la coroziune 1 2 3 4 5 Pierderea de masa [g/m2h] 0,1 0,1...1 1...3 3...10 10 Un alt mod de exprimare a intensitatii actiunii corosive se face prin indicele de adancime:

td

= (2.54)

Pe aceasta baza fiind stabilite, conform normelor internationale, zece grade de rezistenta la coroziune: Grad rezist. la coroziune 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d [mm/an] 10

f) gradele normale de protectie. Gradele normale de protectie pentru produsele electrotehnice (inclusiv traductoare) sunt, conform STAS 5325-79 (Grade normale de protectie asigurate prin carcasa. Clasificare si metode de verificare.), simbolizate prin literele IP urmate de doua sau trei cifre avand urmatoarele semnificatii: f1) prima cifra simbolizeaza gradul de protectie contra atingerii sau patrunderii de corpuri solide straine. Din acest punct de vedere se disting 7 grade de protectie:

Grad de protectie contra patrunderii de corpuri solide straine Simbol

Fara protectie 0 Protectie contra patrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 50 mm 1 Protectie contra patrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 12,5 mm 2 Protectie contra patrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 2,5 mm 3 Protectie contra patrunderii corpurilor solide cu dimensiuni mai mari de 1 mm 4 Protectie partiala contra patrunderii prafului 5 Protectie totala contra patrunderii prafului 6

Grad de protectie contra atingerilor Simbol

Fara protectie 0 Protectie contra atingerii cu o suprafata mare a mainii 1 Protectie la atingerea cu degetele 2 Protectie la atingerea cu unelte cu diametrul mai mare de 2,5 mm 3 Protectie la atingerea cu unelte cu diametrul mai mare de 1 mm 4 Protectie la atingerea cu orice fel de mijloace 5 Idem 6

f2) a doua cifra indica gradul de protectie contra patrunderii apei. Din acest punct de vedere se disting 9 grade de protectie:

Grad de protectie Simbol

Fara protectie 0 Protectie contra picaturilor de apa de condensatie 1 Protectie contra picaturilor de apa ce cad sub un unghi de max. 15 cu verticala

2

Protectie contra apei de ploaie 3 Protectie contra stropirii cu apa 4 Protectie contra jeturilor de apa sub presiune 5 Protectie corepunzatoare conditiilor de pe puntea navelor 6 Protectie contra efectelor imersiei in apa 7 Utilaj submersibil 8

f3) a treia cifra precizeaza gradul de protectie impotriva deteriorarilor mecanice. Din acest punct de vedere se disting 6 grade de protectie:

Grad de protectie (Conditii de solicitare mecanica) Masa berbecului

(kg) Inaltimea de cadere

(cm) Cursa pe orizontala a

berbecului (cm)

Simbol

- - - 0 0,15 40 80 1 0,5 40 80 2 1,5 40 80 3 5 40 80 4 15 40 80 5 2.4. Fiabilitatea traductoarelor In functionarea traductoarelor pe termen lung apar defectari sau iesiri din functiune, situatii in care masurarile sunt afectate de abateri inadmisibile ale caracteristicilor statice si dinamice. Cauzele defectarilor sunt extrem de variate si imprevizibile astfel incat aparitia lor are caracterul de proces aleator si caracterizarea se poate face numai in termeni de probabilitate.

Fiabilitatea (Reliability) reprezinta proprietatea unui traductor de a functiona n limitele indicatorilor sai de performanta un anumit interval de timp, in anumie conditii specificate. Tinand cont de functia de masurare pe care o indeplineste traductorul, notiunea de fiabilitate definita mai inainte (valabila in general pentru orice produs) este denumita si fiabilitate metrologica.

Reparabilitatea (mentenabilitate) este proprietatea unui traductor de a i se putea preveni, depista si nlatura defectiunile intr-un interval de timp dat. Se exprima prin media timpului de reparatie (MTR).

d

n

di

n

t

MTR

d

= 1 (2.55)

unde tdi este timpul necesar repararii defectiuii i a unui traductor, iar nd este numarul total de defectari ale traductorului produse in intervalul de timp considerat.

Restabilirea este proprietatea unui traductor ca dupa efectuarea reparatiilor (actiunii de mentenanta), sa-si recapete integral capacitatea de functionare.

Durata de functionare reprezinta intervalul de timp in care un traductor isi pastreaza capacitatea de functionare in limitele tolerantelor admise cu pauzele necesare pentru intretinere si reparatii.

Fiabilitatea poate fi: - precalculata se determina de catre proiectant la conceperea traductorului pornind de la fiabilitatea fiecarei componente utilizate. - tehnica - rezultata in urma incercarilor in conditii de fabrica si in anumite regimuri normate. - operationala determinata in conditii reale de exploatare sub actiunea complexa a factorilor interni sau externi. Factorii care dau o masura cantitativa a fiabilitatii sunt:

- functia de defectare (feilure) F(t) reprezinta probabilitatea de defectare a unui traductor in intervalul de timp 0...t

)()( tTPtF = (2.56) unde T este timpul de buna functionare - sau timpul de functionare fara defectiuni este intervalul de timp in care traductorul functioneaza fara defecte, constituie o variabila aleatoare. - functia de fiabilitate R(t) reprezinta probabilitatea functionarii fara defectiuni a unui traductor in intervalul de timp 0...t in conditiile date de specificatii.

)()( tTPtR = (2.57) astfel ca:

)(1)( tFtR = (2.58) Functia fiabilitatii R(t) poate fi determinate experimental prin observatii asupra functionarii unui numar N0 de traductoare intr-un interval de timp. In acest caz se poate deduce o estimatie a functiei de fiabilitate de forma:

( )0

N

NtR t= (2.59)

unde Nt reprezinta numarul de aparate (traductoare) ramase in functiune dupa un timp t. Prin repetarea experimentarilor pentru diverse valori ale timpului t se poate obtine o serie de valori R(t) (fig. 2.11) care permite reprezentarea grafica a functiei de fiabilitate si respectiv a functiei de defectare F(t) complementare.

Fig. 2.11 Reprezentarea functiei de fiabilitate

Daca N0 este suficient de mare, valorile estimate ( )tR tind catre valorile reale ale functiei de fiabilitate R(t)

( )0

0

limN

NtR t

N = (2.60)

Alti indicatori ai fiabilitatii mai sunt: - frecventa de aparitie a defectarilor poate fi estimata experimental si calculata cu

relatia:

R(t)

1

t (h)

tN

Ntf

=

0

)( (2.61)

unde N = Nt - Nt+t reprezinta numarul de traductoare care se defecteaza in intervalul t din lotul de tradutore N0. Pentru 0N si 0t rezulta frecventa reala de aparitie a defectarilor sub forma:

dt

tdR

dt

tdFtf

)()()( == (2.62)

Se observa din relatia precedenta ca f(t) este data de densitatea de repartitie de probabilitate a timpului de buna functionare. Cunoscand f(t) se poate determina media timpului de buna functionare:

==00

)()( dttRtdtttfMTBF (2.63)

Din ultima relatie, integrand prin parti si tinand seama ca pentru 0)( tRt rezulta:

==0

0 )( dttRMTBFT (2.64)

- disponibilitatea exprima durata de functionare a traductorului, in procente:

[%]100MTRMTBF

MTBFD

+= (2.65)

- intensitatea de aparitie a defectarilor sau rata defectarilor poate fi estimata experimental si calculata cu relatia:

tN

Nt

t

=)( (2.66)

Pentru 0N si 0t rezulta expresia teoretica pentru intensitatea reala de

aparitie a defectelor sub forma:

)(

)(

)(

)()(

tR

tR

tR

tft

== (2.67)

Rata defectarilor se defineste si ca fiind densitatea de repartitie a defectarii la momentul t, conditionata de faptul ca aparatul respectiv a functionat fara defectiuni pana la momentul considerat. Daca se presupune cunoscuta intensitatea de defectare (t)==ct. se poate calcula functia de fiabilitate:

( ) tetR = (2.68) ceea ce conduce la o repartitie exponentiala pentru functia de fiabilitate. Pentru acelasi caz media timpului de buna functionare devine:

===0

0

1

dteMTBFT t (2.69)

si astfel

( ) 0Tt

etR

= (2.70) In realitate, pe baza datelor experimentale, (t) variaza in timp dupa diagrama:

Fig. 2.12 Reprezentarea ratei de defectare

Zona I reprezinta perioada de rodaj a aparatelor unde apar defectele de fabricatie care nu au fost depistate la controlul final. Zona II reprezinta zona de functionare normala, rata defectarilor e constanta si este valabila repartitia exponentiala a functiei de fiabilitate.

Zona III reprezinta perioada de imbatranire sau de uzura cand aparatele incep sa se defecteze intr-o proportie tot mai ridicata, deci in care rata de defectare creste.

(t)

t

II III I