Download - Introducere Masuratori Marimi, Senzori
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
1/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
5
CAPITOLUL I
INTRODUCERE
1.1. OPERAIA DE MSURARE
1.1.1 Consideraii generale ale msurrii
Studiile experimentale au ca scop final efectuarea unor msurtori, necesare
pentru stabilirea valorii sau intensitii mrimilor fizice caracteristice fenomenului
sau sistemului considerat.
n lucrrile clasice, msurarea, este definit ca operaia de determinare a
raportului n care se afl mrimea msurat fa de o alt mrime de aceeai natur,
aleas ca unitate. Aceast operaie se realizeaz cu aparate sau sisteme de msurare,
care transmit informaia asupra mrimii fizice prin intermediul unui dispozitiv
indicator sau nregistrator.
1.1.2. Clasificarea metodelor de msurat
Exist dou criterii generale dup care se pot clasifica metodele de msurare: [1]
-dup modul de determinare a msurii se deosebesc msurarea prin deviaie imsurarea prin comparaie (msurarea la nul);
-dup modul de exprimare a msurii se disting msurarea analogic i
numeric.
Metoda prin deviaie pretinde deplasarea unui sistem al aparatului de
msurare dintr-o poziie de echilibru, pe care o ocup n absena mrimii de msurat,
ntr-o nou poziie de echilibru, proprie prezenei mrimii de msurat. Aceast nou
poziie de echilibru se atinge prin efectul antagonist creat n instrument prin aciunea
mrimii care se msoar. Deplasarea ntre cele dou poziii de echilibru furnizeaz,
mai mult sau mai puin direct msura.
Msurarea prin comparaie (la nul) se bazeaz pe crearea n instrumentul
de msur a unui efect antagonist egal cu efectul mrimii care se msoar, astfel ca
deviaia sistemului sensibil s fie nul. Pentru aplicarea acestui principiu este necesar
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
2/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
6
ca instrumentul de msurare s fie nzestrat cu posibilitatea detectrii dezechilibrului
sistemului sensibil care se afl sub aciunea mrimii care se msoar, precum i
posibilitatea echilibrrii lui, manual sau automat. Msura este determinat de
valoarea efectului antagonist de echilibrare.
Comparnd cele dou metode de msurare prezentate, se constat c metoda
prin comparaie poate asigura o precizie superioar, ntruct n condiii de echilibru
consumul de energie din sistemul cercetat se anuleaz. De asemenea aplicarea
metodei prin comparaie pretinde numai un detector de dezechilibru, care poate fi
conceput cu o nalt sensibilitate, urmnd s funcioneze pe un interval n jurul
poziiei de nul ; instrumentul de msurare prin deviaie are n general un interval de
variaie cu mult mai mare i este conceput de aceea cu sensibilitatea mai redus.
Detectorul de deviaie nici nu trebuie dealtfel etalonat, fiind necesar s indice numaidezechilibrul i direcia acestuia.
La msurrile efectuate n condiii dinamice, aplicarea metodei prin
comparaie introduce ns dificulti. n condiiile unor variaii rapide ale mrimii de
msurat, devine necesar un sistem de automatizare a echilibrrii.
Msurarea de tip analogic este caracterizat prin existena unei funcii
continue de legtur ntre semnalul metrologic, care trece prin aparat, i mrimea
care se msoar. Semnalul poate lua astfel o infinitate de valori ntr-un domeniu dat
de funcionare a aparatului de msurare. Indicaia aparatului este transformat n
final ntr-un numr, pe baza etalonrii prealabile.
Msurarea de tip numeric reprezint situaia opus, n care semnalul
metrologic transmis sistemului indicator sau nregistrator al aparatului de msurare
are o variaie discret n limitele domeniului de funcionare.
1.1.3. Schema funcional general a aparatelor i sistemelor demsurare
De la fenomenul fizic cercetat la simurile noastre, de la mrimea msurat la
msura acesteia, semnalul metrologic trece, dup formarea sa n aparatul sau
sistemul de msurare, printr-o serie de transformri succesive, pentru ca informaia
asupra mrimii cercetate s fie comunicat n condiii optime.
Semnalul metrologic se obine prin prelevarea de energie n punctul de
msurare, sub influena mrimii fizice msurate: mrimile de tip pasiv pretind un
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
3/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
7
aport de energie din exterior. Odat constituit, semnalul trebuie n general amplificat,
pentru simplificarea fazelor urmtoare, i trebuie transmis spre punctul de prezentare
a datelor msurrii, aceste operaii necesitnd schimbarea, uneori de mai multe ori, a
naturii fizice a energiei asociate semnalului. Adeseori semnalul mai este supus unor
operaii variate de prelucrare i analiz pentru o ct mai bun adaptare la necesitile
msurrii, reinndu-se eventual numai anumite componente ale sale. n final,
semnalul trebuie codificat, cptnd o form inteligent pentru simurile umane.
Examinnd un aparat sau sistem de msurare, se regsesc ntotdeauna,
dincolo de diferenele de ordin constructiv, componentele care realizeaz funciile
generale descrise. Dac se definesc componentele oricrui aparat sau sistem de
msurare dup funciunile generale ndeplinite, se ajunge la un numr limitat de
elemente funcionale care pot aprea combinate n diferite moduri. Un astfel de lande elemente funcionale este reprezentat schematic n figura 1. 1.
Primul element funcional este ntotdeauna captorul (senzorul), elementul
sensibil la aciunea mrimii fizice msurate. Captorul primete energie din mediul
cercetat i emite un semnal care depinde de mrimea msurat dup o lege oarecare.
La msurarea unei mrimi de tip pasiv, semnalul este furnizat de un alt element
funcional, generatorul de semnal (sursa de energie auxiliar), captorul asigurnd
numai modificarea unui parametru al semnalului primit, corespunztor mrimi
msurate.
Fig. 1.1. Schema funcional cuprinznd elementele
clasice ale sistemului de msurare [1].
1.1.4. Metodele de msurare folosite la cercetarea sistemelor tehnice de tipul
autovehicul
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
4/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
8
a. Msurarea deplasrilor i vitezelor
Micarea pe care o poate efectua un organ de main este fie o translaie, fie o
rotaie, fie o micare complex compus din translaii i rotaii simultane. Primele
dou tipuri de micri (translaia sau rotaia) pot fi descrise prin urmrirea variaiei n
timp a unui singur parametru. n asemenea situaii, organul de main a crui micare
este studiat se cupleaz direct cu un traductor de deplasare adecvat. Pentru ca
micarea studiat s nu fie perturbat de procesul de msurare este necesar ca masa
prii mobile a senzorului s fie neglijabil n raport cu masa organului n micare,
iar forele de interaciune, ntre prile fixe i mobile ale senzorului, s fie neglijabile
n raport cu forele de inerie sau de frecare aplicate organului studiat. Respectarea
acestor condiii trebuie avut ntotdeauna n vedere atunci cnd se selecteaz
senzorul destinat efecturii unei anumite msurri.n situaia n care organul sau organele mecanismului studiat execut micri
complexe, singura metod experimental adecvat este aceea a cinematografierii
rapide sau ultrarapide a mecanismului n funciune.
b. Msurarea vitezelor
Determinarea vitezei cu care se mic un obiect fizic, atunci cnd se cunoate
prin msurarea direct deplasarea sa, este posibil pa baza derivrii, n raport cu
timpul, a legii de deplasare. Cum n majoritatea covritoare a cazurilor practice
deplasarea msurat este ntr-un semnal electric proporional, derivarea acestuia se
poate efectua n mod direct, folosind un circuit adecvat. ns operaia de derivare
tinde s amplifice n mod exagerat zgomotele electrice i semnalele nedorite, fapt
pentru care la determinarea vitezei este indicat s se procedeze fie prin integrarea
unui semnal provenit dintr-o msurare a acceleraiei, fie prin msurarea direct a
vitezei.
Msurarea direct a vitezei se efectueaz n dou variante posibile: msurarea
continu a valorii instantanee a vitezei sau msurarea vitezei medii. Ambele
procedee sunt aplicabile att pentru micrile de translaie ct i pentru cele de
rotaie.
c. Msurarea eforturilor unitare i deformaiilor
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
5/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
9
Exigenele de precizie n cunoaterea eforturilor i deformaiilor se
accentueaz pe msura ridicrii continue a indicilor de putere, economicitate i
greutate specific, care implic ridicarea nivelului solicitrilor principalelor
componente. Determinarea prin calcul a eforturilori deformaiilor prezint serioase
dificulti din cauza complexitii formelor constructive i a condiiilor de ncrcare.
Activitatea experimental de msurare a eforturilor unitare i deformaiilor
produse de anumite sarcini, constituie din aceast cauz o component inseparabil,
cu mare pondere, a activitii de concepie a organelor i structurilor sistemelor
tehnice. n aceast activitate se face apel la metodele de msurare cele mai moderne:
tensometria electric rezistiv, metoda lacurilor casante, fotoelasticitatea, metoda
moire i interferometria holografic.
d. Msurarea presiuniiExist diferite metode de msurare a presiunilor. Prima dintre metodele care
au fost aplicate pentru msurarea presiunii cu o larg utilizare i n prezent pentru
condiiile statice, se bazeaz pe comparaia cu presiunea hidrostatic a unei coloane
de lichid (cu manometre cu lichid). O alt metod este cea n care se folosesc
elemente elastice pentru realizarea msurrii. Pentru msurarea presiunilor statice
sau cvasistatice se folosesc traductoare poteniometrice de deplasare.
e. Msurarea foreiMetodele de msurare a forei sunt de dou categorii:
-msurarea direct a forei, prin comparaie cu o for de greutate cunoscut
(prin cntrire);
-msurarea indirect, a unei alte mrimi fizice proporionale cu fora
necunoscut: acceleraia unei mase cunoscute, presiunea unui fluid sau deformaia
unui corp elastic.
f. Msurarea momentelor de rsucire
Metodele i tehnicile de msurare a momentelor de rsucire, transmise prin
arbori aflai n micare de rotaie, prezint un interes deosebit n investigarea
experimental. Instalaiile de msurare a momentului de rsucire pot fi:
-instalaii pentru msurarea direct:
-prin suspendare elastic;
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
6/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
10
-cu traductoare torsiometrice.
-frne:
-mecanice;
-electrice;
-combinate.
g.Msurarea temperaturii
Se realizeaz folosind metode de msurare prin dilataie termic; metode
electrice de msurare, respectiv msurarea prin radiaie.
Pentru metodele moderne de msurare actuale, rolul predominant l ocup
mecatronica cu elementele sale componente : mecanic fin, electronic i
informatic.
Electronica a influenat enorm dezvoltarea autovehiculelor moderne, iar n
cadrul sistemelor informaionale utilizate rolul de msurare este asigurat de senzori.
1.2. ASPECTE GENERALE ALE FOLOSIRII ELECTRONICII
LA AUTOVEHICULE
Introducerea i utilizarea electronicii la autovehicule reprezint soluia
optim prin care se rezolv, nu exhaustiv, cerinele legate de capacitatea de lucru,
reducerea consumului de combustibil, realizarea mediului ergonomic aferent
operatorului ce deservete sistemul autovehicul-main de lucru etc. Considerentele
prezentate mai sus au dus la transformarea autovehiculului dintr-un sistem pasiv (tip
surs de energie) ntr-unul activ (tip main principal de lucru).
n procesul implementrii electronicii la sistemele de tipul autovehicul-
main de lucru s-au strbtut urmtoarele etape [14]:
Etapa I a fost cea n care s-a urmrit introducerea electronicii n scopul
nlocuirii i perfecionrii unor dispozitive de natur electromecanic sau electric
folosite la :
-supravegherea regimurilor de funcionare;
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
7/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
11
-asistarea conducerii autovehiculului;
-servoreglare.
Efectul acestei etape a fost sigurana n funcionare, fiabilitatea i
competitivitatea dispozitivelor electronice implementate.
Etapa a II-a a fost cea n care s-a obinut prin intermediul dispozitivelor
electronice prelucrarea datelor primare i afiarea rezultatelor informnd astfel corect
i eficient operatorul.
Etapa a III-a s-a carcaterizat prin folosirea electronicii n scopul prelucrrii
datelor i informaiilor n vederea optimizrii funcionrii autovehiculului i a
componentelor acestuia i a optimizrii sistemului autovehicul-main de lucru n
ansamblu. Componentele blocurilor electronice de comand i control utilizate n
aceast etap sunt n marea lor majoritate elemente discrete i mai puin elemente
integrate.
Etapa a IV-a este etapa n care utilizarea electronicii la autovehicule se
caracterizeaz prin realizarea unui anumit grad de automatizare privind
diagnosticarea total a autovehiculelor. Tendina ce caracterizeaz etapa este de a
realiza comanda i controlul complet automatizat al funcionrii autovehiculului
(regimurile de lucru fiind programabile).
Instalaiile electronice acioneaz n cadrul sistemelor de control i comand
i / sau comand realiznd urmtoarele funciuni:
a) determin manevrele primare ale diferiilor parametrii pentru controlul i
diagnosticarea sistemului autovehicul-main de lucru (presiuni, temperaturi, viteze,
turaii, etc.);
b)optimizeaz funcionarea transmisiei: cupleaz-decupleaz puntea din fa
motoare, blocheazi deblocheaz diferenialul;
c)stabilete ncrcarea motorului, n scopul alegerii regimului optim al
treptelor cutiei de viteze avnd ca deziderat reducerea consumului de combustibil sau
creterea capacitii de lucru a sistemului autovehicul-main de lucru;
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
8/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
12
d)optimizeaz relaia for-poziie n cadrul reglajului automat al
mecanismului de suspendare al autovehiculului, care presupune i msurarea precis
a patinrii autovehiculului;
e) asigur un nivel ergonomic ridicat al habitaclului operatorului (umiditate,
temperatur, noxe, zgomot, etc.), inclusiv se evideniaz prin dotarea cu echipamente
suplimentare (radiotelefon);
f) asigur meninerea direciei de deplasare a autovehiculului pe o anumit
traiectorie i oprirea la obstacole, inclusiv dotarea cu telecomenzi;
g) controleaz strile funcionale i tehnice ale diferitelor agregate i
componente ale autovehiculelori mainilor destinate agriculturii.
Sistemele electronice destinate autovehiculelor se pot clasifica n
conformitate cu funciunile ce le realizeaz, astfel :a) sisteme de supraveghere (monitorizare);
b) sisteme de informare;
c) sisteme de reglare.
a. Sistemele de supraveghere (monitorizare) sunt concepute n scopul
monitorizrii mrimilor i regimurilor de funcionare ale autovehiculului i
componentelor sale cu ajutorul unor senzori specifici pentru: turaii, viteze, consum
de combustibil, temperaturi, presiuni, etc. Mrimile msurate sunt afiate la bord i
comparate n sistemul electronic, cu limitele impuse. Situarea mrimilor sub sau
peste limitele stabilite (impuse) este semnalat optic i / sau acustic. Prin utilizarea
sistemelor de supraveghere, operatorul este degrevat n mare msur de sarcina de a
observa i urmri atent parametrii funcionali, deoarece se semnalizeaz ieirea
acestora din regimul optim.
b. Sistemele de informare sunt concepute pentru a preleva mrimile
msurate i a le combina, dup un algoritm dat, n scopul calculrii datelor i
parametrilor care caracterizeaz regimurile de lucru ale autovehiculelor. De exemplu,
n acest mod se poate calcula suprafaa lucrat sau consumul de combustibil pe
unitatea de suprafa. De asemenea, datele calculate n acest mod pot fi memorate la
sfritul zilei de lucru i apoi stocate pentru a fi prelucrate i utilizate ulterior.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
9/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
13
n vederea realizrii sistemelor electronice de supraveghere, informare i
reglare este necesar s se msoare diferite mrimi caracteristice (parametri) ai
procesului supravegheat.
n tabelul 1.1 sunt prezentate sintetic mrimile msurabile direct la
autovehicul precum i zonele unde acestea pot fi obinute (msurate) de ctre senzori
[14]. n acelai timp se evideniaz scopul utilizrii acestor senzori precum i modul
concret de prezentare a mrimilor msurate. De asemenea, se menioneaz dac
anumite mrimi msurate sunt necesare (obligatorii) sau facultative (opionale) i
dac n prezent exist deja pe piaa mondial sisteme de indicare fa de concret
(aparate i echipamente indicatoare).
n tabelul 1.2 sunt prezentate similar, mrimile derivate din mrimile
msurate direct necesare supravegherii, informrii i reglrii (de exemplu: ncrcareamotorului, patinarea autovehiculului) [14].
c. Sistemele de reglare sunt concepute pentru acionarea unor comutatoare i
organe de execuie, n timpul lucrului, pentru ca mrimile reale, determinate prin
msurtori, s urmreasc valorile impuse iniial de conductor (operator), astfel
nct n final s se realizeze un regim optim de lucru al autovehiculului sau al
mainilor de lucru (utilajelor) pe care acesta le acioneaz. Pentru realizarea
sistemelor de reglare sunt necesari senzori care s furnizeze informaii asupra
abaterilor mrimilor reale (efective) ale parametrilor fa de mrimile impuse
(optime). De asemenea, pentru aceste sisteme mai sunt necesare i microcalculatoare
care s execute i s furnizeze informaii operatorului, pentru ca acesta s poat
aciona asupra unor organe de execuie, n vederea corectrii abaterilor (ca exemplu
se poate prezenta alegerea i schimbarea treptei schimbtorului de viteze) sau pentru
a modifica condiiile de reglaj iniial n vederea optimizrii funcionrii. S-au realizat
sisteme de reglare complexe, care se autoconduc i n final realizeaz reglarea
automat a parametrilori regimurilor de lucru.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
10/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
14
Mrimi msurabile direct la autovehicul
Tabelul 1.1
Modul de indicareDestinaia
Gradul de
ofert
Cerine de
indicare
Mrimea
msurabilLocul de msurare
Informarea
Control
Supraveghere
Reglare
Disponibil
Lacerere
Dupdorin
Permanent
Ladorin
Laeveniment
Niciunul
Analog
Digiral
Alfanumeric
Optic
Acustic
Sem
nal
1 2 3 4 5 6 7
1. Moment de
torsiune
Arbori roat motoare
Intrare transmisie
Arbore priz
2. Turaie Roi spate
Motor
Roi faArbore priz
3. Presiune Conduct frn
Ulei transmisie
Ulei hidraulic
Ulei motor
Aer pneuri
4. Umiditate
relativInteriorul cabinei
5. Vitez asiu (corp) autovehicul
6. For Scaun conductor
Roi spateTirant superior
Tirant inferior
Roi fa
Crlig traciune
7. Situaia
cuplrii
(comutrii)
Lumin poziie
Antrenare punte fa
Semnalizator
Blocare diferenial
Faza lung
Intrare transmisie
Frn de mn
Tirant superior
Lumin avarie
Arbore priz
()
()
()
()
()
()
8. Tensiunea Baterie
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
11/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
15
9. Rezistene
hidraulice
Filtru aer aspiraie
Filtru ulei transmisie
Filtru instalaie hidraulic
Filtru aer cabin
Filtru combustibil
Filtru ulei motor
10. Intensiti
curent
Lumin poziie
Semnalizator
Lumin frn
Faz lung
Alternator
Lumin mers napoi
Lumin spate
1. Temperatur Gaze evacuare
Ulei transmisie
Ulei hidraulic
Interior cabin
Combustibil
Lichid rcire
Ambreiaj
Ulei motor
12. Volume
(nivele)
Lichid frn
Ulei transmisie
Ulei motor
Combustibil
Lichid rcire
Ulei motor
13. Debite
fluid
Conducta de combustibil
14. Deplasri
(poziie)
Garnitur frn
Prghii de reglare
Tirant superior
15. Unghiuri asiu
Direcie
16. Timp
Mrimi indirecte msurabile la autovehicul
Tabelul 1.2
Modul de indicareMrimea
msurabil DestinaiaGradul de
ofert
Cerine de
indicareDigiralAlf
anAcusticSe
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
12/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
16
Modul de msurare a mrimii
Informarea
Control
Supraveghere
Reglare
Disponibil
Lacerere
Dupdorin
Permanent
Ladorin
Laeveniment
Niciunul
Din mrimi msurate
direct
i din date de
intrare
1. SpaiiVitez
deplasareTimp
. Capacitate de lucru
(productivi- tate)
Vitez de
deplasareTimp
Lime de
lucru () ()
3. Timp de lucru total Timp
4. Suprafaa total
lucratVitez Timp
Lime de
lucru
5. ncrcare (sarcin)
motor
Temperatur
gaze evacuate
Cuplu intrare
transmisie
Consum
combustibil
Turaie
motor
Turaie
motor
Turaie
motor
Putere motor
Putere motor
Putere motor
()
()
()
()
()
()
6. Putere motor n
prezent
Temperatur
gaze evacuare
Cuplu intrare
transmisie
Consum
combustibil
Turaie
motor
Turaie
motor
Turaie
motor
7. PatinareTuraie roi
motoare
Vitez
deplasare
() () (x)
8. Timp parial de
lucruTimp
9. Interval de
ntreinereTimp
1.3. CONCLUZII
Metodele, aparatele i sitemele informaionale folosite la determinarea
consumului de combustibil al motoarelor i parametrilor de lucru ai
sistemului autovehicul-main de lucru, folosesc ca baz lanurile clasice de
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
13/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
17
msurare avnd implementate descoperirile prezente din domeniul
mecatronicii.
Cerinele crescnde privind capacitatea de lucru a autovehiculelor i
necesitatea utilizrii economice a sursei energetice respectiv uurareacondiiilor de lucru ale operatorului impun introducerea i utilizarea ntr-o
msur din ce n ce mai mare a mijloacelor electronice. n acest fel rolul pe
care l avea autovehiculului n trecut s-a modificat esenial, nct din element
pasiv (surs de energie) autovehiculul a devenit main principal de lucru.
n final, prin folosirea electronicii la autovehicule se urmrete optimizarea
lucrrilor efectuate de autovehicul att sub aspect economic ct i calitativ.
Etapele de-a lungul crora electronica a fost implementat n domeniul
autovehiculelor au parcurs paii de la modernizarea dispozitivelor de naturelectromecanic la realizarea unui grad anumit de automatizare privind
diagnosticarea total a autovehiculului.
Introducerea i utilizarea electronicii la autovehicule reprezint soluia
optim prin care se rezolv, nu exhaustiv, cerinele legate de capacitatea de
lucru, reducerea consumului de combustibil, realizarea mediului ergonomic
aferent operatorului ce deservete sistemul autovehicul-main de lucru etc.
Considerentele prezentate mai sus au dus la transformarea autovehiculului
dintr-un sistem pasiv (tip surs de energie) ntr-unul activ (tip main
principal de lucru).
CAPITOLUL II
SENZORII FOLOSII PENTRU MSURAREA
CONSUMULUI DE COMBUSTIBIL AL MOTORULUII
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
14/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
18
PARAMETRILOR DE LUCRU AL SISTEMULUI TEHNIC
DE TIPUL AUTOVEHICUL-MAIN DE LUCRU
2.1. ASPECTE GENERALE
n cazul sistemelor automate conducerea proceselor efectundu-se fr
intervenia direct a omului, mijloacele prin care aceasta se realizeaz-inclusiv cele
care se refer la funcia de informare- se modific n concordan cu noile condiii.
n consecin, operaiile de msurare n sistemele automate sunt efectuate de
senzori, dispozitive care stabilesc o coresponden ntre mrimea de msurat i o
mrime cu un diametru de variaie calibrat, apt de a fi recepionati prelucrat de
echipamentele de conducere (regulatoare, calculatoare de proces, etc.).Senzorul (detector, captor) este elementul specific pentru detectarea mrimii
fizice care trebuie s o msoare. Mediului cu care funcioneaz acest senzor n afara
unei mrimi x pe care acesta trebuie s o msoare i sunt proprii numeroase alte
mrimi fizice. Senzorul (elementul sensibil) se caracterizeaz prin proprietatea de a
detecta numai mrimea x eliminnd sau reducnd la un minim acceptabil
influenele pe care le exercit asupra sa toate celelalte mrimi fizice existente n
mediul respectiv.
Sub aciunea mrimii de intrare are loc o modificare de stare a senzorului,
care, fiind o consecin a unor legi fizice cunoscute teoretic sau experimental,
conine informaia necesar determinrii valorii acestei mrimi, indiferent cum s-ar
manifesta modificarea de stare a senzorului, de obicei, informaia furnizat nu poate
fi folosit ca atare necesitnd prelucrri ulterioare. Este de semnalat c potrivit
legilor fizice pe care se bazeaz detecia efectuat de senzori ct i msurarea
mrimii x, poate s apar necesitatea efecturii unor operaii de calcul liniare
(atenuare, amplificare, sumare, difereniere), neliniare (produs, ridicare la putere,
logaritmare) sau realizrii unor funcii neliniare particulare intenionat introduse
pentru compensarea neliniaritii inerente anumitor componeni i asigurarea unor
dependene liniare intrare-ieire pentru traductorul n ansamblu.
Msurarea parametrilor de stare ai elementelor componente ale sistemelor
autovehicul-main de lucru impune determinarea poziiei relative, respectiv a
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
15/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
19
vitezelor de deplasare a acestora ct i a sistemului fa de sol, msurarea unor
debite de fluide prin conducte, msurarea temperaturii acestor fluide i a elementelor
componente ale sistemelor ct i a unor fore, momente sau presiuni care acioneaz
asupra acestora.
2.2. SENZORI PENTRU DEPLASRI LINIARE
Aceti senzori sunt destinai n primul rnd conversiei intermediare a unei
mrimi a cror variaie se materializeaz prin sisteme mecanice, n deplasri liniare.
Domeniul acoperit este de ordinul 10-2 ... 102 mm iar cele utilizate sunt de tip
rezistiv, inductiv i capacitiv, din cadrul traductoarelor de deplasare analogice.
2.2.1. Senzori rezistivi pentru deplasri liniare
Aceti senzori sunt denumii i senzori reostatici i au ca element sensibil o
rezisten variabil (poteniometru) al crui cursor este legat de elementul a crui
deplasare se determin. Ei sunt cei mai simpli dar utilizarea lor este relativ redus
datorit erorilori rezoluiei sczute.
Principiul de funcionare al acestora se bazeaz pe dependena liniar care
exist ntre rezistena electric R a unui conductori lungimea l a acestuia :
s
l
R = (2.1)
unde: reprezint rezistivitatea materialului;
S - seciunea conductorului.
Deoarece principalele surse de erori la aceti senzori sunt variaia
temperaturii mediului i erorile de conatact, se impune utilizarea pentru firul
conductor a unui material cu coeficient de variaie a rezistivitii cu temperatura
foarte mic (manganin, constantan, nicrom) pentru cursor, lamele sau perii din fire
de argint grafitat iar pentru carcas, materiale ceramice cu izolaie foarte bun i
stabile din punct de vedere dimensional la variaii de temperatur. Circuitul electric
de conectare a senzorului n vederea msurrii reprezint o punte Wheatstone sau un
divizor de tensiune. n cazul divizorului de tensiune n figura 2.1 este prezentat
schema de montaj i caracteristica static a senzorului. n cazul divizorului de
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
16/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
20
tensiune la bornele rezistorului R se aplic o tensiune continu de alimentare Uo, iar
de pe cursor se culege tensiunea de ieire Ue a crei valoare depinde de poziia
cursorului pe rezistorul R (rezistena Rx) i de valoarea rezistenei de sarcin Rs.
Expresia matematic a acestei dependene este
( )nmnn
U
U
+=
110
0 (2. 2)
n care:
s
x
R
Rm
x
x
R
Rn === ;
max
;
Fig. 2.1 Traductor reostatic [13]:
a- schema de montaj a senzorului n circuit poteniometric n vederea msurrii;
b- caracteristica static a traductorului.
Dependena
=
max0 x
xf
U
Uereprezint caracteristica static a senzorului
rezistiv. Conform relaiei (2.1) i figurii 1.1 se observ c dac 0; mRs ,
deci caracteristica static a senzorului este liniar.
n practic aceast condiie nu se poate ndeplini i de acea se accept
condiia Rs = 10R ceea ce duce la valori acceptabile. Domeniul de msurare alacestor senzori este de 0 la 300 mmm.
2.2.2. Senzori inductivi de deplasare liniar
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
17/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
21
Funcionarea acestor senzori se bazeaz pe variaia impendanei unei bobine
sub aciunea mrimii de msurat (poziie sau deplasare) i din punct de vedere
constructiv poate fi de tipul cu miez mobil sau cu ntrefier variabil.
Senzori inductivi cu miez mobil (fig. 2.2) Fa de montajul de baz n care
senzorul este o bobin cu lungimea l n interiorul creia se deplaseaz un miez
feromagnetic i care are o caracteristic static pronunat neliniar, folosirea
senzorului inductiv cu dou bobine n montaj diferenial prezint att avantajul
anulrii forelor de atracie parazite exercitate asupra miezului ct i o caracteristic
static mult mai liniar.
Fig. 2. 2. Senzor inductiv de deplasare cu miez mobil cu doubobine conectate n sistem diferenial [2].
Pentru msurare, cele dou bobine se monteaz n braele alturate ale unei
puni Wheatstone alimentat n c.a. de la o surs avnd Uef i cunoscute i
constante. Deplasarea miezului mobil fa de poziia de echilibru are ca efect final
apariia unei diferene de impedane:
Z = Z1 - Z2 (2.3)
Punerea n eviden a acestei diferene Z se face cu ajutorul punii
Wheatstone.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
18/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
22
O variant asemntoare o prezint aceea la care bobinele din montajul
diferenial constituie secundarul unui transformator. Traductorul astfel format se
numete transformator diferenial liniar variabil (TDLV).
Elementul sensibil este compus dintr-o bobin primar i dou bobine
secundare plasate simetric ntr-o capsul cilindric (fig. 2.3).
Fig. 2.3. Senzor de tipul diferenial liniar variabil [2].
n interiorul bobinei se afl un miez magnetic deplasabil pe distana x, care
asigur nchiderea fluxului magnetic.
Cnd bobina primar este alimentat de la o surs extern de c.a. n bobinele
secundare se induc tensiuni ntruct bobinele secundare sunt legate n sens contrar,
tensiunile induse fiind n opoziie de faz. Astfel, la ieire se obine diferena
tensiunilor induse. Diferena este nul cnd miezul se afl n centrul bobinei, poziie
considerat zero.
Performanele specifice senzorilor cu miez mobil sunt:
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
19/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
23
-lipsa frecrilor la deplasarea miezului, de unde durata de via foarte mare;
-rezoluie i reproductibilitate foarte bune;
-insensibilitatea la deplasri radiale ale miezului;
-posibilitatea de protecie a bobinelor de medii corozive cu presiuni i
temperaturi ridicate;
-asigurarea separrii galvanice;
-posibiliti de optimizare a factorului de calitate.
Senzori inductivi cu ntrefier variabil.
Funcionarea lor se bazeaz pe modificare ntrefierului unui electromagnet
(modificarea distanei x dintre armturi) . Caracteristica static a traductorului L =
f(x) este dat de relaia:
][2
02
Hx
SN
R
NL
== (2. 4)
n care: R este reductana magnetic a circuitului;
0 - permeabilitatea magnetic a mediului, (pentru aer0 = 4 10-7 H /
m);
N - numrul de spire al bobinei;
S - seciunea circuitului magnetic;
x - mrimea (lungimea ntrefierului).Aceste tipuri de traductoare au caracteristica staticL = f (x) neliniar dar
care poate fi liniarizat pe poriuni mari.
2.2.3. Senzori capacitivi de deplasare liniar.
La acet senzori mrimea de msurat acioneaz asupra unui condensator
modificnd unul din parametrii ce determin capacitatea acestuia: distana dintre
armturi, suprafaa armturilor i permitivitatea dielectricului. n cazul
condensatorului plan, capacitatea c este dat de relaia:
x
SC
= (2.5)
n care: este permitivitatea dielectricului (pentru aer = 0,85 10-12 F/m);
S - suprafaa armturilor;
x - distana dintre armturi.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
20/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
24
Posibilitile de modificare a capacitii condensatorului plan ct i
caracteristicile statice corespunztoare sunt redate n figura 2.4
Fig. 2.4. Senzori capacitivi de deplasare i caracteristicile lor statice [13]:
a-modificarea capacitii prin modificarea suprafeei S;
b-modificarea capacitii prin modificarea dielectricului;c-modificarea capacitii prin modificarea dielectricului cu montaj diferenial.
Senzor capacitiv cu modificarea suprafeei S (fig. 2.4 a)
Considernd feele unui condensator plan de dimensiuni a x b i notnd cu x
deplasarea relativ a unei fee fa de cealalt se obine o sensibilitate constant.
d
a
x
CS
=
= (2.6)
Se constat c o suprafa mai mare i o distan dintre armturi mai redus
mresc sensibilitatea senzorului.
Senzor capacitiv cu modificarea dielectricului (fig. 1.4 b)Un astfel de senzor este construit din dou armturi cilindrice fixe ntre care
se deplaseaz un manon din material izolator (dielectric) cu o constant diferit
de cea a aerului, alunecnd cu frecare ct mai redus.
Modificarea capacitii datorate deplasrii dielectricului poate fi exprimat
prin relaia:
( )
d
Dxl
d
DxC r += 00 22 (2.7)
unde: rreprezint permeabilitatea relativ a manonului.
Scheme pentru realizarea conversiei n semnal util a mrimii de msurat cu
ajutorul unui senzor capacitiv diferenial este redat bn figura 2.5
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
21/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
25
Condensatorul C1i C2 se conecteaz ntr-o punte Sauty, avnd n celelalte
dou brae.
Fig. 2.5. Schema pentru realizarea conversiei n semnal util a mrimii de msurat
utiliznd un senzor capacitiv difereniat [14].
Puntea este alimentat la o tensiune sinusoidal cu frecvena 500 ... 5 000 Hz.
Tensiunea de dezechilibru este preluat de un amplificator A i de un redresor
sensibil de faz RSF. Condensatorul Ca este utilizat pentru modificarea sensibilitii
punii (acord).
Trebuie remarcat c orice schem pentru conversie n semnal util a variaiei
capacitii senzorilor necesit un etaj de amplificare cu impedan mare, deoarece la
modificri de capacitate relativ mici (20 ... 200 pF), chiar utilizarea unor frecvene
ridicate (2 ... 20 kHz) rezult impedane de ieireC
Z
=1
de ordinul sutelor de
k i chiar a M.
2.3. SENZORI PENTRU DEPLASRI UNGHIULARE
Problema deplasrilor unghiulare prezint dou aspecte :
a. msurarea propriu-zis a unghiurilor ntre 0 - 1800 sau 0 - 3600 ;
b. ca metod de msurare indirect a deplasrilor liniare i pentru situaii n
care domeniul liniar corespunde mai multor rotaii complete ale elementului mobil al
senzorului propriu-zis.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
22/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
26
Fig. 2.6. Senzor rezistiv
pentru deplasri liniare [2]
n cazul de fa ne vom referi la msurarea deplasrilor unghiulare ntre 0 -
3600 ca domeniu acoperitor pentru cazul elementelor componente ale sistemului
autovehicul-main de lucru.
Din punct de vedere funcional aceti senzori se aseamn foarte mult cu cei
pentru deplasri liniare, diferind doar din punct de vedere constructiv.
2.3.1. Senzori rezistivi pentru deplasri unghiulare(fig. 2.6)
Funcionarea acestor senzori este asemntoare cu funcionarea senzorilor
liniari n montaj poteniometric, fapt pentru care se mai numesc i
servopoteniometre relaia care exprim funcionarea acestora este :
= ax
UU (2.8)
Aceste servopoteniometre se regsesc ntr-una din cele dou categorii:-uniturn la care max ia valori pnla 358
0 iar pentru valori mai reduse se
utilizeaz opritori;
-multiturn pentru domenii ce depesc 3600.
Variantele standard pot efectua 3 sau 10 rotaii avnd rezistena aplicat pe
un suport elicoidal.
Dac aceti senzori sunt echipai cu un sistem
mecanic corespunztor se pot utiliza pentru msurarea
deplasrilor liniare n domeniul metrilor (5 ... 10 m).2.3.2. Senzori inductivi pentru deplasri
unghiularen principiu aceti senzori funcioneaz ca i cei
pentru deplasri liniare fiind ns adaptai pentru
deplasri unghiulare.
Cel mai utilizat senzor pentru deplasri unghiulare este transformatorul
relativ diferenial variabil (TRDV). Schema constructiv i caracteristica static a
acestui tip de senzor este prezentat n figura 2.7.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
23/36
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
24/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
28
Pentru msurarea incremental a deplasrii se aplic principiul unitii de
lungime sau de unghi ntr-un numr finit de elemente echidistante (fig. 2.9).
Fig. 2.9. Traductor incremental pentru deplasare i poziie [2].
Prin deplasarea sau rotirea piesei mobile a traductorului diviziunile i
delimitrile lor sunt percepute de un senzor (fotoelectric, magnetic, etc.) fiind
transformate n impulsuri de tensiune sau curent crora li se pot ataa semnalele
logice 1 i 0 fiecare impuls reprezentnd un increment de deplasare L bine
determinat. Astfel o lungime L poate fi aproximat ca o sum de incremeni L cu
precizia L. Dac n timpul parcurgerii distanei L din punctul A1 pn n punctul
A2 aceste impulsuri sunt numrate i memorate, se obine o informaie asupra
deplasrii elementului acionat.
Spre deosebire de traductoarele incrementale de deplasare, cele de poziie
folosesc n paralel mai multe trenuri de impulsuri (fig. 2.10).
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
25/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
29
Fig. 2.10 Traductoare de poziie [2]:1-rigl (disc) codicat ; 2-senzor; 3-circuit de decodificare;
4-bloc de afiare n sistem zecimal.
Fa de primul canal informaional luat ca referin pentru care limea
impulsului este L, celelalte canale informaionale primesc n ordine impulsuri cu
lime cresctoare, lime care este dat de irul 21 L; 22 L; .....2nL (unde nreprezint numrul de canale informaionale).
Prin citire concomitent de ctre cei n senzori a canalelor informaionale
corespunztoare n concordan cu regulile de formare a codului binar, la orice
poziie a piesei mobile ntre A1 i A2 va corespunde o informaie numeric n cod
binar prin numrul anan-1 ... a1a0 sau n zecimal a02
0+ a
12
1+ ... + a
n2
n unde
a0, a
1, ... a
n pot avea valorile 1 sau 0.
Traductoarele de poziie unghiulare n acest caz i pstreaz caracterul doarpentru deplasri unghiulare mai mici sau egale cu 3600.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
26/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
30
2.5. SENZORI PENTRU MSURAREA VITEZELOR
UNGHIULARE I DE DEPLASARE A SISTEMELOR DE
TIPUL AUTOVEHICUL- MAIN DE LUCRU
Viteza, prin definiie este o mrime vectorial. innd seama c direcia de
deplasare a unui corp n micare (suportul) este n general fix, n general senzorii
pentru msurarea vitezei furnizeaz un semnal care reprezint modulul i eventual
sensul acestei mrimi.
Cunoaterea vitezelor unghiulare a elementelor componente ale sistemului
autovehicul-main de lucru este necesar pentru stabilirea condiiilor reale de
funcionare a acestora ct i pentru luarea unor decizii n vederea acionrii asupra
elementelor de comandi reglaj pentru aducerea acestora n limitele de funcionareoptime.
Elementele componente ale sistemului tehnic autovehicul-main de lucru a
cror viteze unghiulare sunt necesare a fi cunoscute sunt:
-motor (termic sau electric);
-elemente ale transmisiei i a sistemului de rulare;
-prize de putere;
-arbori de acionare a aparatelor de distribuie, ventilatoare, transportoare,
etc.
2.5.1.Senzori pentru msurarea vitezelor unghiulare
Msurarea vitezelor unghiulare (turaiilor) se poate realiza pe cale mecanic
sau electric. Pentru echiparea sistemului autovehicul-main de lucru n vederea
controlului parametrilor funcionali interes prezint senzorii pentru msurarea
turailor pe cale electric.
Senzori cu contacte pentru msurarea turaiilor (fig. 2.11)
Se pot utiliza pentru msurarea turaiilor prin montarea pe un arbore cu dou
inele, unul cu contact continuu iar altul cu zone izolate i zone de conducie. La
fiecare inel este prevzut cte o perie colectoare (din cupru sau argint grafitat) care
trimite impulsurile electrice care apar prin nchiderea, respectiv deschiderea
circuitului la un circuit de formare i msurarea a turaiei.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
27/36
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
28/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
32
Fig. 2.12. Senzor cu reluctan variabil[14].
Frecvenaf a tensiunii electromotoare induse este egal cu turaian n rot /
s multiplicat cu numrul de dini (goluri) ai discului.
f = z r (2.9)
n vederea utilizrii acest senzor se conecteaz la un adaptor analogic (fig.
2.13) sau la un adaptor numeric. Pentru aceasta semnalul furnizat de senzor trebuie
prelucrat corespunztor astfel nct la ieire s se obin o tensiune UE dependent de
turaia discului cu fante (2.14)
Domeniul de utilizare a acestor senzori este ntre 100 ... 300 rot / min i
depinde de numrul de dini i de viteza periferic a elementului de msurat.
Fig. 2.13. Schema bloc de utilizare a senzorului cu reluctanvariabil folosind un adaptor [14].
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
29/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
33
Fig. 2.14. Dependena tensiunii Ue de turaia discului cu fante [14].
Senzori de proximitate pentru turaii
Structura acestor senzori este prezentat n figura 2.15. Discul D din material
feromagnetic, prevzut cu o fant i fixat pe axul a crui turaie se msoar, se
rotete ntre bobinele L1i L2 care fac parte din oscilatorul de nalt frecven OF.
Fig 2.15. Senzor de proximitate pentru turaii [13].
Atunci cnd fanta se gsete n dreptul bobinelor, cuplajul magnetic dintre ele
este realizat i oscilatorul funcioneaz.tensiunea U0 de nalt frecven, furnizat de
acesta este detectati filtrat de ctre blocul D + F (detector + filtru) obinndu-se
la ieire o tensiune UE de nivel mare (UH). Dac discul D obtureaz ntrefierul dintre
bobinele L1 i L2, atunci cuplajul magnetic dintre ele este ntrerupt, oscilatorul se
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
30/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
34
blocheazi la ieirea filtrului se obine o tensiune UE de nivel jos (UL). Forma de
variaie a tensiunii UE este asemntoare cu cea din figura 2.16.
Fig. 2.16. Forma de variaie a tensiunii Ue n cazul unui senzorde proximitate pentru turaii [14].
O condiie de bun funcionare a acestui tip de traductor este ca distana
dintre bobine s fie de 1 ... 3 mm iar la trecerea discului cu fante printre bobine,
acestea s fie obturate, respectiv descoperite complet. Un astfel de senzor se poate
utiliza de la turaii joase pn la 106
rot / min cu condiia ca frecvena oscilatorului sfie mai mare de 1 MHz iar amorsarea respectiv ntreruperea oscila iilor s se fac
rapid. Ca variant constructiv se poate exemplifica senzorul de promixitate TCA.
105N.
Senzori fotoelectrici pentru msurarea turaiei
Pentru determinarea variaiei unui flux luminos se pot utiliza elemente
fotoelectrice (celule fotoelectrice, fotorezistene, fotodiode, fototranzistori), variaia
fiind dependent de viteza la rotaie a elementului cruia i se msoar turaia.Variaia fluxului luminos n funcie de turaie se poate obine prin dou
metode:
-ntreruperea fluxului luminos cu ajutorul unui disc cu fante (fig. 2.17 a);
-reflexia fluxului luminos cu ajutorul unui element reflectorizant plasat pe
arborele a crui turaie se msoar (fig. 2.17 b)
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
31/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
35
Fig. 2.17. Senzori fotoelectrici pentru msurarea turaiei [2]a-prin ntreruperea fascicolului luminos;
b-cu reflexie discontinu a fascicolului luminos.
Sursa de lumin 2 i elementul fotoelectric 3 se plaseaz n aa fel nct
fluxul luminos s fie lsat liber respectiv s fie ntrerupt n totalitate n cazul 1,
respectiv fluxul s ajung de la sursa de lumin la elementul fotoelectric prin
reflecie discontinu. Pentru a funciona corespunztor este bine ca sursa 2 i
elementul fortoelectric 3 s fie prevzute cu lentile pentru focalizarea fasciculului
luminos.
Sursa luminoas respectiv elementul fotoelectric pot lucra n spectru vizibil sau n
infrarou dar n ambele cazuri toate elementele menionate inclusiv circuitele
electronice de formare i de prelucrarea a impulsurilor electrice obinute trebuie s
fie montate ecranat pentru a nu fi perturbate de radiaii luminoase sau de unde
electromagnetice.
Senzori magnetici pentru msurarea turaiei
Senzorii magnetici pentru msurarea turaiei care funcioneaz pe baza
efectului Hall pot fi utilizai pentru realizarea unor traductoare de turaie (exemplu
SM 230, SM 240).
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
32/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
36
n figura 2.18 este prezentat schema de amplasare a senzorului magnetic nvederea msurrii turaiei unui element.
Fig. 2.18. Schema de amplasare a senzorului magnetic n scopul msurrii turaiei [14]
Senzorul magnetic SMC i magnetul permanent M sunt aezai de o parte i
de alta a discului D, realizat din material feromagnetic, fixat pe axul A a crui turaie
se determin. SMC i M sunt situai pe o dreapt paralel cu axul A, iar discul are o
decupare mai mare dect suprafaa activ a senzorului. Distana dintre SMC i M se
alege astfel nct, atunc cnd decuparea se afl n dreptul lor, s fie atins pragul de
deschidere al senzorului. Pe de alt parte cnd partea plin a discului se afl ntre
SMC i M acesta trebuie s ecraneze cmpul magnetic i s determine blocarea
senzorului.
O condiie de ecranare mai este legat de grosimea discului, care nu trebuie
s depeasc 1mm.
Notnd cu Ue tensiunea de ieire a senzorului magnetic i menionnd c
pentru senzor deschis Ue este de nivel logic 0 , iar pentru senzor blocat Ue are
nivel logic 1, forma de variaie a tensiunii Ue este dat n figura 2.19.
Fig. 2.19 Forma de variaie a tensiunii [14].
O cerin important este ca discul din material feromagnetic s nu aib bti
sau vibraii.
Ca avantaje, se menioneaz domeniul foarte mare de turaii variabile (0107
rot/min), structura integrat a senzorului, iar ca dezavantaj se menioneaz faptul c
trebuie ataat discul din material feromagnetic pe axul a crui turaie se msoar.
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
33/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
37
n general senzorii pentru msurarea turaiei prin impulsuri electrice se
introduc ntr-un circuit electronic (turometru) a crui schem bloc este prezentat n
fig. 2.20. Astfel, impulsurile electrice la senzorul S sunt transmise formatorului de
impulsuri FI care le aduce la forma dreptunghiular (de obicei un Trigerr Schmitt) i
dup amplificare n amplificatorul AI se poate aplica unui frecvenimetru numeric.
Dac afiarea se face analogic, sau turometru se folosete n scopul controlului
automat, impulsurile sunt trecute printr-un frecvenimetru analogic. Acesta cuprinde
circuitele de fixare a limii LI i a aplitudinii AI dup care impulsurile formate sunt
detectate i filtrate de filtrul DF. Ca suport de informaie se obine la ieire dup A2 o
tensiune U sau dup A3.
Fig. 2.20. Schema bloc a unui senzor pentru msurarea turaieiprin impulsuri electrice [13]
2.5.2. M surarea vitezelor liniare de deplasare a diferitelor elemente
componente unele fa de celelalte aflate n micare de translaie se poate face prin
metode directe. Astfel cu ajutorul unui senzor inductiv de c.c. (fig. 2.21) cuplnd
mecanic tija de legtur 3 cu obiectul sau sistemul a crui vitez liniar se msoar;
se realizeaz micarea solenoidului mobil 2, n cmpul magnetic generat de magnetul
permanent 1.
Fig. 2.21. Schema de principiu a unui senzor inductiv de curent continuu [2].
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
34/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
38
Drept urmare se obine o tensiune electromotoare n gol e, a crei mrime
este proporional cu viteza de deplasare v, a solenoidului mobil, adic cu viteza
liniar a sistemului mecanic legat de tija solenoidului.
O alt metod de determinare a vitezei liniare ar fi cea prin care se determin
spaiul parcurs ntr-un interval de timp dat.
Pentru determinarea spaiului parcurs de elementul aflat n micare se
utilizeaz un traductor incremental de deplasare, de exemplu unul cu senzor
fotoelectric (vezi fig. 2.9). Impulsurile primite de la senzorul fotoelectric sunt
numrate de numrtorul N (fig. 1.22), pe o durat fix T.
Fig. 2.22. Schema unui turometru electronic pentru msurarea turaieiprin impulsuri electrice [13].
Rigla R, gradat cu repere uniform distanate x, se mic solidar cu mobiluli se gsete ntre sursa luminoas SL i elementul fotoelectric ES. Impulsul de
durat este obinut de la un generator de tact GT prin intermediul generatorului
monoimpuls GMI la comanda start . Poarta logic I P e deschis pe durata T,
iar impulsurile generate de ctre senzorul fotoelectric i formate de formatorul de
semnal FS sunt numrate de numrtorul N. n acest numrtor se va nscrie
numrul :
N = f T (2.10)
unde :f reprezint frecvena impulsurilor date de senzor.
Dac n timpul T mobilul parcurge distana care, atunci:
xT
xf
= (2.11)
Deci,
x
T
T
xN= (2.12)
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
35/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
39
Deoarece =
Kx
Tconstant, rezult,
KvT
KxN == (2.13)
2.5.3. Msurarea vitezelor reale de deplasare a sistemului autovehicul-
main de lucru fa de sol
Viteza real a sistemului se poate msura prin convertirea vitezei unghiulare
a unei roi de direcie de sprijin sau auxiliare, care ruleaz fr alunecare n viteza
liniar, cunoscnd raza de rulare a roii respective.
v = r (2. 14)
sau
rn
v30= (2.15)
unde: reprezint viteza unghiular a roii;
n -- turaia roii respective ;
r -- raza de rulare
Schema de principiu privind msurarea vitezei liniare cu ajutorul unei roi
auxiliare este prezentat n figura 2 .23. Axul roii se rotete cu viteza unghiular
care este proporional cu viteza de deplasare v, a sistemului (vezi relaia 2.14)
Fig. 2.23 Schema de principiu a unui traductor cu impulsuri pentru msurarea
vitezelor de deplasare a sistemului autovehicul main de lucru [13].
-
8/7/2019 Introducere Masuratori Marimi, Senzori
36/36
Evaluarea moderna a m.a.i. - dumitru ilie
Viteza auxiliar a roii 3 se determin cu un traductor de turaie 5 cu senzori
inductivi, de proximitate, fotoelectrici sau magnetici n funcie de posibilitile de
montare i condiiile concrete de funcionare. Discul 4 corespunztor tipului de
senzor folosit, este montat solidar cu roata, iar numrul de fante se alege n funcie de
mrimea razei de rulare a roii, n aa fel nct la un metru liniar parcurs s se
primeasc un numr ntrg de impulsuri, n acest fel putndu-se msura i spaiul real
parcurs de sistemul autovehicul-main de lucru.
Eventualele reglaje n acest caz, se pot face prin modificare a razei de rulare a
roii cu ajutorul arcului 7 sau prin modificarea presiunii din pneu.
n cazul autovehiculelor cu o singur punte motoare (4 x 2) senzorul pentru
msurarea vitezei unghiulare i implicit a celei de deplasare se poate monta pe
puntea din fa a acestuia iar discul cu fante pe una din roile de direcie, ca n figura
2. 24.
Fig. 2.24 Schema sistemului de msurare a vitezei unghiulare la autovehiculele 4 x 2
[14]:
1-roat de direcie; 2-senzor pentru msurarea vitezei unghiulare;
3-disc cu fante; 4-punte fa.