Download - Senzori - Prezentare Romana 2012
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
1/128
SENZORI SI
ACHIZITII DE DATE
CURS
Cursul de senzori si traductoare trateazaconstructia, functionarea si utilizarea sistemelormoderne de masurare cu senzori in domeniulingineriei mecanice.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
2/128
CAPITOLUL 1
INTRODUCERE INSENZORICA
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
3/128
Notiunile de senzori si traductori
Traductorul reprezinta unitatea elementara deconversie a unei marimi fizice intr-o marimecare poate fi evaluata electric.
Senzorul reprezinta un echipament alcatuit dinunul sau mai multi traductori capabil saconverteasca o marime fizica intr-o marime
electrica care poate fi utilizata fara nici oprocesare intr-un sistem de comandaautomata.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
4/128
Aplicatii ale senzorilor
Senzorii sunt prezenti in aproape toate activitatile
umane, incepand cu bunurile de larg consum pana laprocesele industriale complexe.
In tehnica exista trei domenii principale de aplicatii alesenzorilor:
Monitorizarea proceselor industriale
Comanda automata a proceselor
Analiza experimentala
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
5/128
1. Monitorizarea proceselor industriale
Multe dintre aplicatiile de masurare au in principal unctiide monitorizare. Monitorizarea reprezinta vizulizarea
marimilor de proces.
In aplicatiile casnice instrumentele de masurare aconsumului de apa, gaz, enerogie electrica, etc au functii
de monitorizare. Aceste instrumente indica consumurile,iar prin citirea lor nu se intervine asupra starii sistemului.Determinarea consumurilor se face numai pentru calcululcosturilor pe care utilizatorul trebuie sa le plateasca catre
furnizori.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
6/128
2. Comanda proceselor industriale
Un domeniu deosebit de important de utilizare a
sistemelor de masurare cu senzori sunt in cadrulautomatizarii sistemelor de comanda a proceselorindustriale.
Schema functionala a unui sistem de comanda automataa unui proces este prezentat in figura 1. Pentru acontrola valoarea unui marimi de proces, mai intaitrebuie masurata. Astfel apare necesitatea utilizarii unei
bucle de reactie, care introduce valoarea momentana amarimii de proces in schema de comanda.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
7/128
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
8/128
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
9/128
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
10/128
Caracteristicile metodei de analiza teoretice:
Rezultatele modelarii teoretice sunt mai generale decataplicatia studiata
Necesita ipoteze simplificatoare, ceea ce conduce la unmodel simplificat. In acest caz comportarea modeluluiteoretic este diferita de a celui real.
In unele cazuri se ajunge la un model matematic
complicat. In trecut acesta a fost una din cauzele pentrucare unele cercetari au fost oprite, insa azi datoritasistemelor de calcul performante aceste probleme aufost rezolvate.
Necesita numai resurse de birou hartie, creion,calculatoare, software, etc. Facilitati de laborator nu suntnecesare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
11/128
Metoda analizei experimentale- Executia unui stand experimental pentru
implementarea aplicatiei- Construirea sistemului de masurare a marimilor de
proces- Efectuarea masuratorilor experimentale- Determinarea modelului matematic prin identificare
experimentala
Caracteristicile metodei experimentale:
Rezultatele metodei experimentale se refera numai laaplicatia studiata
Nu sunt necesare ipoteze simplificatoare,
comporatmentul sistemului studiat fiind cel real. Sunt necesare sisteme de masurare performante
pentru determinarea marimilor de proces Este necesara existenta unui stand experimental si a
facilitatilor de laborator.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
12/128
CAPITOLUL 2
SEMNALE
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
13/128
Semnal - orice mrime a crei amplitudine sau variaiaei n timp conine informaii despre procesSemnalele fizice trebuie convertite n semnale electrice,
tensiune sau curent, pentru a fi compatibile cu
sistemul de achizitii de date (DAQ)
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
14/128
Clasificarea semnalelor: semnale analogice - conin informaia n
variaia continu a semnalului n timp semnale digitale - au numai dou stri
discrete - 1 logic (on) sau 0 logic (off)
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
15/128
2.1. Semnalele analogice de curent continuu
- statice sau variaz lent n timp- informaia este coninut n amplitudinea semnalului
Masurarea semnalelor analogice de curent continuu:- Amplitudinea semnalului trebuie msurat precis(rezolutie ridicata)
- Nu necesita viteza de masurare ridicata - semnalul
variaz ncet.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
16/128
Exemple de semnale de curent continuu DC
- Temperatur- Tensiunii la bornele unei baterii
- Nivelul unui lichid intr-un rezervor
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
17/128
2.2. Semnale analogice n domeniul timp
- conin informaia util n nivelul semnalului i n variaiaacestuia n timp
- informaia se gsete n forma undei - pant, dispunereai forma vrfurilor, etc.
Masurarea semnalelor analogice in domeniul timp:- Amplitudinea semnalului trebuie msurat precis (rezolutie
ridicata)
- Necesita viteza de masurare ridicata viteza de esantionaretrebuie sa fie mai mare de viteza procesului
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
18/128
Exemple de semnale analogice n domeniu timp:
- Semnalul provenit dela un electrocardiograf- Semnalul dat de presiunea arteriala- Semnalul video
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
19/128
2.3. Semnale analogice n domeniul frecvenial
- conin informaia n modul de variaie a semnalului n timp- informaia este coninut n structura frecvenelorcomponente
Masurarea semnalelor analogice in domeniul frecvential:- Necesita viteza de masurare ridicata viteza de
esantionare trebuie sa fie mai mare de viteza procesului
- Necesita facilitati de analiza pentru determinareafrecventelor componente ale semnalului
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
20/128
Example de semnale analogice in domeniu frecvential:
- Semnalul provenit de la un senzor de emisie acustica- Semnalul provenit de la un senzor de la un microfon- Semnalul de iesire de la un senzor de vibratie
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
21/128
2.4. Semnale logice On-Off
- conin informaia n starea digital a semnalului
- instrumentul este un simplu detector de stare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
22/128
2.5. Semnale de tip tren de impulsuri
- constau ntr-o serie de tranziii a strilor
- informaia este coninut n:
- numrul de apariii a tranziiilor de stare
- viteza la care tranziiile apar- timpul dintre dou sau mai multe tranziii
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
23/128
2.6. Un semnal - cinci perspective de msurare
- cele cinci clasificri ale semnalelor nu sunt exclusive
- un semnal particular poate conine mai multe tipuri deinformaie
- un semnal poate fi clasificat n mai mult de o categorie i de
aceea poate fi msurat n mai multe moduri
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
24/128
a - 1 bit, b - 2 biti, c - 3 biti.
DM - domeniul de masurare
n - numarul de biti pe care se face conversia A/D
Conversia Analog-Digitala
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
25/128
CAPITOLUL 3
CARACTERISTICI SI
PERFORMANTE ALESISTEMELOR DE
MASURARE CU SENZORI
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
26/128
3.1. Caracteristici si performante in regim static a
sistemelor de masurare
Regimul static a unui sistem de masurare corespundesituatiei in care variabilele principale (masurandul x si
semnalul de iesire y) nu variaza in timp.
Caracteristica statica de transfer
Caracteristica statica de transfer sau caracteristica statica aunui sistem de masurare reprezinta dependentafunctionala intre semnalul de iesire y si marimea masuratax in cazul unui regim de echilibru static.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
27/128
Liniaritatea caracteristici statice este deosebit de
importanta in special in cazul in care semnalul demasura este utilizat intr-un sistem automat decomanda a unui proces, care necesita amplificare
constanta pe tot domeniul de masurare.Caracteristica statica liniara
Domeniu de masurare
Intreaga scala
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
28/128
a caracteristica statica liniara pe o portiune (0-70)% din
domeniul de masurare, iar apoi prezinta o neliniaritateputernica de tip saturatieb - caracteristica statica neliniara pe intreg domeniul sistemul
poate fi utilizat numai in cazul in care abaterea de la
liniaritate nu va depasi limitele tolerate.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
29/128
Caracteristica statica liniara se poate defini:
1. Linia care uneste capetele domeniului de masurare si aintregii scari (fig. a);
2. Linia care uneste capetele caracteristicii obtinute princalibrare (fig. b);
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
30/128
3. Linia egal distantata de doua paralele care include cel
mai bine toate valorile semnalului de iesire (fig. c);4. Linia care asigura abaterea medie patratica minima
relativ la punctele rezultate din calibrare (fig. d).
yi Valori masurate
y Valorile ideale de pe linie
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
31/128
Parametri caracteristicii statice
Sensibilitatea unui sistem de masurare reprezinta variatiasemnalului de iesire atunci cand marimea masurata are o variatieunitara
Pragul de sensibilitate este definita ca fiind cea mai mica variatie amarimii masurate care produce o variatie masurabila a semnaluluide iesire.
Rezolutia se refera la sistemele de masurare digitale si este definitaca fiind cea mai mica variatie a marimii masurate care produce ovariatie de tip a semnalului digital de iesire.
Abaterea de la origine este definita ca fiind valoarea semnaluluielectric de iesire atunci cand marimea masurata are valoarea zero.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
32/128
Eroarea de hysterezis este definita ca maximul diferenteidintre valorile semnalului de iesire corespunzatoare aceleasimarimi masurate la parcurgerea in sensuri diferite aledomeniului de masurare.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
33/128
Abaterea relativa de la liniaritate este diferenta maxima intrecaracteristica obtinuta prin calibrare si cea ideala definita in %relativ la intreaga scala.
Precizia este definita ca fiind capacitatea sistemului de masurarede a asigura obtinerea de rezultate cat mai apropiate devaloarea reala a marimii masurate.
Repetabilitatea calitatea unui sistem de masurare de furnizavalori apropiate intre ele la repetarea masurarilor aceluasimasurand.
Justetea calitatea unui sistem de a da valori apropiate devaloarea adevarata la repetarea masurarilor
Repetabilitate Justete Precizie
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
34/128
Erorile datorate sistemului de masurare:
- eroarea de zero constanta de-a lungul intreguluidomeniu de masurare
- eroarea de sensibilitate creste proportional cu marimeamasurata
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
35/128
Calibrarea unui sistem de masurare
Inainte de calibrare trebuie sa stim:
Ce marime fizica masuram
Domeniul de masurare a marimii fizice
Intreaga scala a semnalului de iesire
Inainte de a incepe calibrarea trebuie sa avem:
1. Un stand experimental prin care sa putem genera valoricunoscute ale marimii fizice masurate
2. Un intsrument de masura etalon a marimii fizice masurate.Precizia instrumetului etalon trebuie sa fie mai mare decat
precizia preconizata pentru sistemul de masurare.3. Un instrument pentru masurarea semnalului electric de iesire
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
36/128
Calibrarea consta in:
1. Se genereaza valori cunoscute ale marimii masurate si semasoara valorile corespunzatoare ale semnalul electrtic deiesire. Generarea acestor valori se face prin intermediulstandului experimental. Pentru a cunoaste valoarea reala amarimii masurate folosim instrumentul etalon. Pentru a masurasemnalul electric de iesire folosim instrumentul.
2. Se repeta masurarile parcurgand intreg domeniul de masurare.Vor rezulta perechi marime masurata semnal electric. Se
reprezinta grafic.3. Se determina caracteristica statica ideala folosind una din cele
patru modalitati de definere. Se determina relatia matematica acaracteristicii statice ideale.
4. Se efectueaza masurari test cu sistemul de masurare calibrat.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
37/128
3.2. Caracteristici si performante in regim dinamic a
sistemelor de masurare
Regimul dinamic a unui sistem de masurare corespundesituatiei in care variabilele principale (masurandul x si
semnalul de iesire y) variaza in timp.Performantele comportarii dinamice ale unui sistem de
masurare:
- stabilitatea: capacitatea sistemului de masurare de areintra in regim static dupa incetarea actiunii unei perturbatii;
- rapiditatea: este intervalul de timp in care semnalul deiesire atinge valoarea corespunzatoare marimii intrariiinstantanee (timpul in care sistemul reintra in regim static).
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
38/128
Analiza experimentala a comportarii dinamice
a.- in domeniu timp;
b.- in domeniu frecvential.
a. Analiza dinamica in domeniul timp
Analiza experimentala in domeniu timp descrie comportareadinamica a unui sistem prin raspunsul acestuia la un semnalde intrare standard (impuls, treapta, rampa).
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
39/128
Eroareadinamica
ys - valoareastationara
e =25% ys=0,01% yspentru sisteme
cu constrangerispeciale
Indici de calitate pentru comportarea dinamica:
- precizie: a - eroarea statica
- rapiditate: tc - timp de crestere
tr - timp de raspuns
- stabilitate: A1 - suprareglajul
D - gradul de amortizare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
40/128
Parametri comportarii dinamice
Rapiditate
tr- timpul de raspuns timpul in care semnalul de iesireajunge in regim static
tc- timpul de crestere - timpul in care semnalul de iesirecreste in intervalul (0,1-0,9)ysf- frecventa naturala frecventa oscilatiilorT- perioada oscilatiilor timpul dintre doua oscilatii
consecutive
Stabilitate
- atenuarea - eroarea dinamica pozitiva corespunzatoareprimul maxim a semnalului de iesire.D - gradul de amortizare
b A li di i i d i l f ti l
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
41/128
b. Analiza dinamica in domeniul frecvential
Analiza experimentala in domeniu frecvential descriecomportarea dinamica a unui sistem de masurare prinraspunsul acestuia la o variatie a marimii de intrare de tipsinusoidal.
Marime de intrare
Semnal de iesire
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
42/128
M- raportul amplitudinilor - atenuare - depinde de
frecventa unghiulara
- defazajul - depinde de frecventa unghiulara si apare datorita inertiei sistemului
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
43/128
r- frecventa de rezonanta - frecventa corespunzatoare
atenuarii maxime t- frecventa de taiere - frecventa la atenuarea este
c- frecventa caracteristica: frecventa corespunzatoare unuidefazaj
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
44/128
Capitolul 4
TRADUCTOARE PENTRU
MASURAREA POZITIEI SIDEPLASARII
4 1 N ti i d b i i d iti i hi l
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
45/128
4.1. Notiuni de baza privind masurarea pozitiei unghiulare
si liniare
Deplasarea este marimea care caracterizeaza schimbarea pozitieiunui obiect sau a punctului sau caracteristic relativ la un sistem de
referinta.
Pozitia este marimea atribuita unui corp sau punctului saucaracteristic, care il localizeaza in raport cu un sistem de referinta.
Proximitatea este proprietatea unui corp de a fi in imediataapropiere fata de o pozitie data.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
46/128
Clasificarea traductorilor de deplasare
a. Forma traiectoriei: - liniari
- rotativi
b. Natura semnalului de iesire: - analogici
- digitalic. Fenomenul fizic utlizat in conversie:
- potentiometric (resistiv);
- inductiv;- capacitiv;
- ultrasonic;
- optic;
- laser, etc.
d. Locul efectuarii masurarii : - masurare directa
- masurare indirecta
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
47/128
4.2. Sisteme de masurare analogica a pozitiei si deplasarii
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
48/128
g p p
Sistemele de masurare analogica au ca suport pentru informatie o marimede natura analogica, tensiune sau curent.
4.2.1. Traductoare potentiometrice
Potentiometrul, cel mai simplu traductor analogic de pozitie, transforma odeplasare liniara sau unghiulara intr-o tensiune
ConstructiePotentiometrul este alcatuit dintr-un ansamblu rigla cursor, care sedeplaseaza relativ una fata de celalalt.
Principiul de functionarePotentiometrul functioneaza pe principiul divizorului de tensiune.
In functie de tensiunea de alimentare:- Traductor potentiometric unipolar - tensiunea variaza intre zero si maxim- Traductor potentiometric bipolar - tensiunea variaza de la o tensiunenegativa spre una pozitiva trecand prin zero
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
49/128
Modelul matematic - caracteristica statica de transfer:
Link-uri\Potentiometer.pdf
Link-uri\Potentiometer electronic adapter.pdf
4.2.2. Traductorul de tip rezolver
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
50/128
Rezolveruleste un traductor analogic de pozitie rotativ.Constructie:Rezolverul este alcatuit dintr-an ansamblu stator rotor, cu douainfasurari statorice si una rotorica, decalate electric cu 90.Principiu de functionare:Variatia inductivitatii intre infasurarile statorice si cea rotorica, intimp ce ele se deplaseaza relativ unele fata de cealalta.
Modelul matematic
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
51/128
a. In cazul alimentarii rotorului cu tensiunea
tensiunea indusa in infasurarile rotorice va fi:
b. In cazul alimentarii infasurarilor statorice cu tensiuni de forma:
unde este pozitia de referinta, in rotor se induce tensiunea:
c. In cazul alimentarii infasurarilor statorice cu doua tensiuni deaceeasi frecventa si amplitudine, dar decalate cu 90:
tensiunea indusa in rotor va fi de forma:
Adaptor electronic de conversie rezolver-digital
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
52/128
p g
Adaptorul functioneaza in bucla inchisa iar pozitia unghiularase determina prin compararea unghiurilor provenite de latraductor () cu cel convertit digital ().
Link-uri\Resolver.pdf
4 2 3 Traductoare de tip inductosin
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
53/128
4.2.3. Traductoare de tip inductosin
Inductosinul este un traductor analogic pentru masurarea pozitieiunghiulare si liniare.
Constructie
Inductosinul se compune din circuite conductoare, imprimate pe douaelemente plate din otel sau materiale nemetalice, separate de uninterstitiu de aer.
Principiul de functionare
Variatia inductivitatii intre cele doua circuite conductoare, in timp ceele se deplaseaza relativ unul fata de altul.
Clasificare
-Inductosin rotativ
-Inductosin liniar
a. Inductosinul rotativ
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
54/128
ConstructieInductosinul rotativ este realizat din doua discuri plane, unul mobil,montat solidar pe elementul in miscare (rotorul) si unul fix, asociatsistemului de referinta (statorul).
Modelul matematic
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
55/128
Rotorul se alimenteaza cu tensiunea:
Infasurarile statorice sunt decalate electric cu 90.
Tensiunile induse in infasurarile statorice vor fi:
unde N- numarul de poli ai rotorului
- unghiul de rotatie relativ dintre rotor si stator.
b.Inductosinul liniar
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
56/128
Constructie
Inductosinul liniar este format dintr-un ansamblu rigla-cursor pecare sunt imprimate circuitele conductoare, rigla (rotorul) avand osingura infasurare a carei lungime acopera intreg domeniul demasurare, iar cursorul (statorul) doua infasurari decalate electric cu
90.
Modelul matematic
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
57/128
In cazul alimentarii rotorului cu tensiunea
tensiunea indusa in infasurarile statorice este:
unde x reprezinta deplasarea relativa rigla-cursor.In cazul alimentarii infasurarilor statorice:
- modulate in amplitudine
unde x0 este pozitia de referinta,tensiunea din rotor va fi:
In cazul alimentarii infasurarilor statorice:
- modulate in faza
tensiunea in rotor va fi:
Adaptorul electronic
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
58/128
p
In sistemele moderne de masurare, care folosesc traductoareanalogice de tip inductosin folosesc adaptoare ce au incomponenta convertoare A/D, pentru ca informatia utila sa fiecompatibila cu tehnica de calcul.
Link-uri\Inductosyn - Farrand Controls Brochure.pdfLink-uri\Inductosyn Analog to Digital Converter.pdf
4.3. Sisteme de masurare digitale a pozitiei si deplasarii
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
59/128
4.3. Sisteme de masurare digitale a pozitiei si deplasarii
Sistemele de masurare digitale furnizeaza la iesire semnale de tiptren de impulsuri.
Trenurile de impulsuri sunt generate pe principii magnetice, opticesau electrice.
4.3.1. Traductoare incrementale
Traductoarele incrementale se bazeaza pe principiul masurariipozitiei intre doua puncte prin numararea unor diviziuni(incremente) de pe o rigla sau un disc.
Distanta de masurat se obtine inmultind numarul de incremente cuvaloarea acestuia.
Traductoare incrementale magnetice
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
60/128
ConstructieTraductoarele magnetice sunt alcatuite dintr-un ansamblu elementmagnetic disc sau rigla.Elementul magnetic poate fi un magnet permanent sau o bobina cu
un miez din material feromagnetic.
Principiul de functionare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
61/128
pTraductoarele magnetice se bazeaza pe principiul variatiei reluctanteimagnetice in circuitul element magnetic - disc sau rigla.
In cazul in care elementul magnetic este un magnet permanent,pozitia incrementala se determina prin numararea alternantelortensiunii Ue.
In cazul in care elementul magnetic este o bobina cu miezferomagnetic se foloseste un montaj electric in punte. In unul dinbrate este plasat circuitul de excitatie prin al carui intrefier se rotestediscul dintat. La o diagonala a puntii se conecteaza o sursa de curentalternativ cu frecventa purtatoare inalta (200 kHz), iar la cealaltadiagonala a puntii se culege o tensiune de aceeasi frecventa,
modulata in amplitudine cu pozitia discului. Pozitia incrementala va fiproportionala cu amplitudinea tensiunii de iesire Ue.
Link-uri\Magnetic encoder - Pepperl Fuchs.pdf
Traductoare incrementale optice
Constructie
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
62/128
Constructie
Traductoarele optice sunt alcatuite din:
- sursa de lumina
- o rigla sau un disc, avand un numar egal de fante si zone opace
- un cap de citire cu un numar de elemente fotosensibile (fotorezistente,fotodiode, fototranzistori).
Citirea se poate face prin transparenta sau reflexie.
Principiul de functionare
L t ti di l i l d l l i fl l d l i
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
63/128
La rotatia discului sau la deplasarea cursorului, fluxul de lumina
este sesizat de catre elementul fotosensibil in momentul aparitieiunei fante sau a unei oglinzi. Elementul fotosensibil va genera 1logic. In cazul in care fluxul de lumina este intrerupt de o zonaopaca, elementul fotosensibil comuta in 0 logic.
Pozitia incrementala se obtine prin numararea aparitiei impulsurilorsi prin inmultirea cu pasul dintre doua fante, respectiv oglinzi.
Pentru determinarea sensului de deplasare trebuie procesate
semnale electrice provenite de la cel putin doua diode.Siguranta citirii creste cu numarul de diode folosit. Incertitudineacitirii este data de zona de trecere de la o fanta transparenta la ozona opaca. .
Un traductor incremental cu rezolutie ridicata foloseste un sistemcu 4 fotodiode si o contragrila plasata intre disc sau rigla si capulde citire pentru marirea preciziei de citire.
Adaptorul electronic de prelucrare a semnalului
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
64/128
Adaptorul cuprinde:- doua circuite de conversie a tensiunilor de iesire in impulsuri- doua numaratoare: pozitie unghiulara si rotatii complete
Link-uri\Optical Encoder Omron.pdf
4.3.2. Traductoare absolute
Traductoarele absolute cele mai folosite sunt cele optice principiul lor
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
65/128
Traductoarele absolute cele mai folosite sunt cele optice, principiul lor
constructiv fiind acelasi cu a celor incrementale, cu diferenta ca rigla saudiscul au o structura de numere codificate, realizate sub forma unor piste
corespunzatoare ordinelor binare.
Link-uri\Absolute encoder - Heidenhain.pdf
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
66/128
Capitolul 5
TRADUCTOARE PENTRU
MASURAREA VITEZEI
5.1. Notiuni de baza privind masurarea vitezei
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
67/128
Traductoarele de viteza transforma viteza liniara sau unghiulara intr-un semnal electric adecvat echipamentelor de comanda sauachizitie de date.
In aplicatiile obisnuite (masini-unelte cu comanda numerica, roboti
industriali) controlul vitezei nu se face cu o precizie deosebita, ca siin cazul masurarii pozitiei, urmarindu-se simplificarea solutieiconstructive.
Clasificare traductorilor de viteza in functie de modul de conversie:
- Conversie directa utilizand fenomene fizice a caror evolutie estedependenta de viteza (inductia electromagnetica).
- Conversia prin prelucrare electronica a semnalului provenit de laun traductor de deplasare.
5.2. Traductoare cu conversie directa
Traductoarele cu conversie directa se bazeaza in general pe fenomenul
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
68/128
Traductoarele cu conversie directa se bazeaza, in general, pe fenomenul
inductiei electromagnetice, tensiunea indusa fiind proportionala cu viteza dedeplasare. In spirele unei bobine aflata in miscare fata de un magnetpermanent ia nastere o tensiune de forma:
B - densitatea fluxului magnetic
L - lungimea bobinajului
v- viteza relativa
k- constanta de proportionalitate.
5.2.1. Traductoare pentru masurarea vitezelor liniare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
69/128
ConstructieTraductorul pentru masurarea vitezelor liniare este alcatuit dintr-o bobinain care circula un miez din magnet permanent.
In general traductorul se foloseste pe distante scurte, unde iesirea esteliniar dependenta de viteza, pe distante lungi intervin dificultaticonstructive.
Link-uri\Magnetic linear speed sensor.pdf
5.2.2. Traductoare pentru masurarea vitezei unghiulare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
70/128
Masurarea directa a vitezei unghiulare se face cu traductoare de tiptahogenerator. Acestea sunt generatoare electrice care furineaza laiesire o tensiune proportionala cu viteze de rotatie unghiulara:
Tahogeratoarele de curent
continuu
Sunt practic generatoare decurent continuu, furnizeaza
la iesire o tensiuneproportionala cu turatia.Constructia:stator - magneti permanenti
rotor infasurariTensiunea generata seculege printr-un sistem perii colector.
Adaptorul electronic pentru tahogeneratorul de curent continuu
Ad t l ti i it d filt i it d t t
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
71/128
Adaptorul contine un circuit de filtrare, un circuit de atenuare pentrumicsorarea amplitudinii tensiunii in domeniul standard si un convertoranalog-digital pentru ca datele sa poata fi preluate de catre uncalculator.
Domeniul de masurare a tahogeneratorului de curent continuueste 0-10000 rot/min. Sensibilitatea este 5-20 V / 1000 rot/min.
Link-uri\DC Tachogenerator.pdf
Tahogeneratorul de curent alternativ
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
72/128
Constructie
Tahogeneratorul de curent alternativ este alcatuit dintr-un ansamblu rotor(magnet permanent) si un stator cu o insafsurare.
Principiul de functionare
In stator se induce o tensiune datorate miscarii rotorului (magnetulpermanent) in interiorul bobinei. Ampltitudinea tensiunii induse este
proportionala cu viteza de rotatie.
Adaptorul electronic pentru procesare tensiunii alternative
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
73/128
Adaptorul consta dintr-o punte de redresare cu diode si un circuit defiltrare. La iesire se obtine o tensiune continua proportionala cutensiunea alternativa la iesirea din traductor.
Domeniul de masurare a tahogeneratorului de curent alternativ este0-6000 rot/min. Sensibilitatea este 1 V / 100 rot/min.
Link-uri\AC Tachogenerator.pdf
5.3. Traductori de deplasare utilizati in masurarea vitezei
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
74/128
In principiu orice traductor de deplasare, indiferent de naturasemnalului de iesire (analogic sau digital), poate fi utilizat ca traductorde viteza printr-o prelucrare electronica adecvata a semnalului.
5.3.1. Traductoare de pozitie magnetice utilizate in
masurarea vitezei
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
75/128
masurarea vitezei
Principiul de functionareReluctanta circuitului magnetic al bobinei este dependenta depozitia acestuia (cu dinte sau gol in dreptul miezului). Rotatiadiscului genereaza o tensiune electromotoare indusa, la iesire seobtine un tren de impulsuri a carui frecventa este proportionala cuturatia.
ConstructieTraductoarele megnetice suntalcatuite dintr-un ansamblu magnetpermanent, miez magnetic - bobinasi un disc feromagnetic cuproeminente sau caneluri.
Adaptorul electronic
Adaptorul contine un circuit de tip trigger care converteste semnalul
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
76/128
p p gg
sinusoidal de la traductorul magnetic intr-un semnal de tip impuls saudreptunghiular. Acest semnal este transformat intr-un semnal TTLcompatibil cu calculatorul.
5.3.2. Traductoare de viteza cu elemente fotoelectrice
Sunt traductoare incrementale de pozitie care furnizeaza la iesire un
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
77/128
Sunt traductoare incrementale de pozitie, care furnizeaza la iesire untren de impulsuri electrice avand frecventa proportionala cu viteza.
ConstructieSursa de lumina este o dioda cu radiatii infrarosii, iar receptorulun fotoelement cu sensibilitate ridicata. Are loc o amplificare asemnalului, numararea impulsurilor, viteza elemetului mobil fiind
masurata prin intermediul frecven]ei acestor impulsuri.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
78/128
CAPITOLUL 6
TRADUCTOARE PENTRU
MASURAREA TEMPERATURII
Temperatura constituie o marime de proces cu implicatiiimportante in domeniu industrial. Controlul si monitorizarea
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
79/128
temperaturii determina in multe situatii calitatea procesului sauprodusului urmarit.
Temperatura face parte din categoria acelor marimi fizice care
nu pot fi masurate in mod direct. De aceea, pentru masurareatemperaturii este necesara convertirea acesteia intr-o marimefizica direct masurabila.
Clasificarea senzorilor de temperatura d.pd.v. al contactuluicu mediul al carui temperatura se masoara:1. Senzori de temperatura cu contact direct2. Senzori de temperatura cu radiatie
6.1. Senzori de temperatura cu contact direct
6.1.1 Termorezistentele
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
80/128
Constructie:Elementul activ al termorezistentei este contruit din metale pure: Pt(-220750 C), Cu(-50150 C), Ni(-60180 C).
Principiul de functionare:Proprietatea unor metale pure de a-si modifica rezistenta cu variatia detemperatura.
Relatia matematica:R0 rezistenta electrica la 0 C
Materialele termorezistive trebuie sa satisfaca urmatoarele cerinte:
- Coeficientii de temperatura sa fie cat mai mare si cat mai mic- Rezistivitate cat mai mare;- Stabilitate in timp a proprietatilor electrice, mecanice, fizico-chimice
cu asigurarea repetabilitatii masuratorilor.
R
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
81/128
Fe
T C-100 0 100 200 300 400500
Ni
Pt
Adaptorul electronic pentru termorezistente este o punte Wheatstone.
Tip conexiune:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
82/128
- 2 fire- 3 fire (figura)- 4 fire
R- rezistenta senzorului;R - rezistenta de precizie;
RL1, RL2, RL3- rezistentele conductorilor de legatura.
RL1
RL2
RL3
R R
RR
UOUT UIN
6.1.2 Termistoare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
83/128
Constructie:Termistoarele sunt senzori termorezistivi din materiale semiconductoare.
Domeniu de masurare: -70250 C cu conditia liniarizarii caracteristiciistatice.
Principiul de functionare:- variatia rezistentei electrice a materialelor semiconductoare
Avantajele termistoarelor:- Rezistenta electrica suficient de mare astfel incat influenta conductorilor delegatura chiar si la distante mari este neglijabila;- Dimensiuni mici;- Timp de masurare foarte scurt.
Termistoarele utilizate in tehnica masurarii se realizeaza din oxizi metalici(Fe2O3, Fe3O4, Ni O, Cu2O, Si2O,Mn2O3).
RT
Modelul matematic:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
84/128
T [C]
[]
RT- rezistenta termistoruluiR0- rezistenta la temperatura T0
constanta termica a termistorului (depinde de material)
Adaptoare analogice pentru termistoare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
85/128
Rezistenta RT a termistorului determina curentul I prin dispozitivul de masurare.
Circuitul electric - divizor de tensiune sau o punte simplaRe - Rezistenta echivalenta R, R, R, R1, R2, R3.
Termistor Circuitelectric Instrumentde masurare
Sursa detensiune
RT I
U
T
URe
R
R2
R3R
1
Re
U
Uout
Iout
RT R
RT
R
R
RT R
R
RT R
Adaptoare digitale pentru termistoare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
86/128
Utilizeaza oscilatoare RC care convertesc marimea de iesire(proprotionala cu temperatura) intr-o frecventa.
RT RP
+-
RS
R1C1
Frecventmetrudigital
C2
Re
6.1.3 Termocuple
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
87/128
Constructie:Termocuplele sunt senzori generatori constituiti din asocierea adoua metale diferite care transforma variatia de temperatura invariatie de tensiune termoelectromotoare (ttem).
Materiale:Fe Constantan (Fe - CuNi)Cromel Alumel ( NiMnAlSi
Platina Rodiu Platina (PtRh - Pt)NiCr Ni
Model matematic:
Caracteristici:Domeniu de masurare (-10016000C).Sensibilitatea termocuplului (210)mV/1000C.
T
T0
ET
T0
T[C]
ET
Tmin Tmax
Schema bloc de masurare cutermocuplu
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
88/128
T
Conductori de legatura
TermocupluRezistenta decompensare
IM
T0
6.2. Senzori de temperatura cu radiatie
f
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
89/128
Principiul de functionare:Utilizeza radiatia termica emisa de obiectul a carui temperatura omasoara.
Contructie:
1 Corpul a carui temperatura se masoara2 Lentila3 Traductor de radiatie termicaRadiatia termica a corpului 1 este concentrata de lentila 2 pe
traductorul de radiatie termica 3, format dintr-o placuta captoare pecare este fixat punctul caldal unui termocuplu.Radiatia termica produce o tensiune termoelectro motoare carepoate fi masurata.
mV
1
Termocuplu
2 3
Domeniu de masurare: 800 2000 CPrecizie: 1% pe tot domeniul de masurare
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
90/128
Avantaje:- Elementul activ de masurare nu este in contact direct cu corpul acarui temperatura se masoara, incalzindu-se intr-o masura redusa;
- permite masurarea temperaturilor inalte (>1600C).
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
91/128
CAPITOLUL 7
SENZORI PENTRU
MASURAREA FORTELOR SIMOMENTELOR
Cea mai utilizata metoda de determinare a fortele si momentelor esteconvertirea unei deformatii intr-un semnal electric. Metoda are labaza efectul tensorezistiv. Prin alungirea sau comprimarea unui
d t i d f i i ti i t t i
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
92/128
conductor supus unei deformari va apare o variatie a rezistenteielectrice a conductorului.
7.1. Traductoare tensorezistive (marci tensometrice)
Un conductor cu sectiunea A, lungimea l si rezistivitatea , variatiarezistentei acestuia in functie de alungireal, este:
Sau in valoare relativa:
iar:
unde - este coeficientul lui Poisson (raportul dintre contractiatransversala si alungire)
Considerand o variatie liniara a rezistivitatii cu volumul V, avem:
In final:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
93/128
In final:
unde: km - factor de marca.
- depinde de natura materialului si de tehnologia de fabricatie a marciitensometrice;
- reprezinta sensibilitatea traductorului.
7.2. Tipuri de marci tensometrice
a. Marci tensometrice de tip conductor
metalic
Constructie
Un filament din conductor metalic subtirelipit in zigzag pe un suport de hartie denitro-celuloza sau rasina epoxidica.
Materialele din care sunt facute filamentele trebuie sa indeplineascaconditiile:
The material of the filament must satisfy the following requirements:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
94/128
The material of the filament must satisfy the following requirements:-km, factorul de marca sa fie cat mai mare;
- Variatia rezistivitatii conductorului cu temperatura cat mai mica;
- Coeficientul de dilatare aproximativ egal cel al piesei pe caremarca tensometrica se monteaza;
- Limita de elasticitate cai mai ridicata;
- Histerezis redus.
Domeniul de temperatura in care se poate utiliza marca tensometrica estedeterminat de materialul din care este facut suportul:
- hartie: -7070 0C;
- rasina epoxidica: -1801200C.
b. Marci tensometrice din folie metalica subtire
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
95/128
ConstructieTehnologia de fabricatieeste similara cu ceautilizata la realizareacircuitelor imprimate.
Materialele cele maiutilizate in constructiafoliei metalice subtirisunt aliajele constantansi nichel-crom.
c. Marci tensometrice cu depuneri metalice
Constructie:
Sunt aplicate direct pe suprafata obiectului supus masurarii Initial supraftaeste acoperita cu un material izolator Au dimensiuni reduse si pot lucra la
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
96/128
Sunt aplicate direct pe suprafata obiectului supus masurarii. Initial supraftaeste acoperita cu un material izolator. Au dimensiuni reduse si pot lucra latemperaturi inalte (12000C).
d. Marci tensometrice semiconductoare
ConstructieLucreaza pe baza efectului piezorezistiv al semiconductoarelor. Factorul demarca este mare (50200).
Dezavantajul lor consta in neliniaritati si compensarea erorilor cauzate detemperatura este dificila.
7.3. Adaptoare electronice pentru marcile tensometrice
Adaptoarele electronice sunt alcatuite din 2 blocuri:a) Puntea tensometrica: traductoarele sunt conectate intr-un aranjament detip punte Wheatstone;b) Amplificatorul final are rolul de a converti semnalul electric ce iese din
punte intr-un semnal standard.
Link-uri\Strain gauges.pdf
R1 R4
a. Puntea tensometrica
Traductorii tensorezistivi set i t f
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
97/128
R R
R3R2
UOUT UIN
R1 R4
R3R2
UOUT UIN
R1 R4
R3R2
UOUT UIN
Traductorii tensorezistivi seconecteaza in punte conformaranjamentului:a) Sfert de punte
b) Semi puntec) Punte completa
Rezistentele variabile din
aranjament reprezinta marciletensometrice.
Rezistentele constante sunt
rezistentele de calibrare aleaparatului de masura.
Puntea completa este recomandata datorita urmatoarelor avantaje:
-Evitarea influentei unor fenomene cum ar fi temperatura, tensiuneatransversala
Sensibilitate ridicata a masurarii
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
98/128
- Sensibilitate ridicata a masurarii
- Dependenta de rezistentele calibrate este evitata.
Conditia de echilibru a puntiiIn cazul puntii complete se poate scrie:
Daca puntea este in echilibru:
Dupa ce este aplicata deformatia puntea se dezechilibreaza:
Aplicand dezvoltarea in serie Taylor
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
99/128
Deoarece
Stiind ca:
Modelul liniarizat al puntii Wheatstone complete:
b. Adaptoare finale pentru punti tensometrice
b1. Adaptoare de curent continuu
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
100/128
R1 R4
R3
R2
UOUT
UIN
Amplificator de
curent continuu
R
P
Semnal
unificat
Convertor
U / I
Sursa
tensiune
b2. Adaptoare de curent alternativ (modulate in frecventa)
AmplificatorR1 R4 Punte PreamplificatorUOUT
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
101/128
Semnalunificat
Amplificatorfinal
Demodulatorde faza
Filtrutrece-jos
Generator detensiune sin
1 4
R3R2
Puntetensometrica
ConvertorU / I
Preamplificator
UINUIN
UOUT
U1
U0
Uf
Tipuri de tensiunimecanice
Amplasarea marcilortensometrice pe
Deformatia specifica
7.4. Elementul elastic si montarea marcilor tensometrice
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
102/128
pelementul elastic
AlungireaCompresiunea
Incovoierea
Torsiunea unde
CAPITOLUL 8
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
103/128
CAPITOLUL 8
SENZORI PENTRU MASURAREA
PRESIUNII SI DEBITULUI
8.1. Senzori de presiune
O forta F uniform repartizata pe suprafata S, exercita pe aceastasuprafata o presiune p:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
104/128
p p p psuprafata o presiune p:
Fenomene utilizate in constructia senzorilor de presiune: piesoresistiv tensoresistiv (marci tensometrice)
inductiv capacitiv
8.1.1. Traductoare de presiune cu elemente elastice
Forta creata prin actiunea presiunii este convertita printr-un element
elastic in deformatie, care apoi este masurata pe cale tensometrica,inductiva sau capacitiva
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
105/128
inductiva sau capacitiva.Elemente elastice
- membrana
- tub ondulat- tub Bourdon
A) Elemente elastice de tip membrana
a) Membrana plana
p - presiunea
R - raza membraneiE - modul de elasticitatey deformatia (sageata) membranei - coeficientul lui Poisson
b) Membrana gofrata
Genereaza deplasari mari fara deformatii permanente;
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
106/128
p p ;Caracteristica statica aproape liniara si mai stabila;Pot fi utilizate in perechi de doua membrane formand o capsula.
Materialul utlizat estebronzul de beriliu(caracteristica stabila si
histeresis mic)
asibdepind de coeficientii de anizotropie si de .
B) Tubul ondulat
Materiale utlizate in constructia tuburilorondulate:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
107/128
- presiuni joase: bronz de beriliu- presiuni ridicate: otel
In general se utilizeaza pentru presiunijoase unde este necesara o sensibilitateridicata.
C) Tubul Bourdon
Tuburile sunt in forma de arc, cu unghiul lacentru250.Sub actiunea presiunii capatul liber altubului se deplaseaza in sensul indreptariitubului.Sunt utilizati in constructia manometrelorcu ac indicator si mai putin in senzorica.
Elemente de conversie asociate
Convertesc deformatiile mecanice ale elementelor elastice in variatii
ale unor marimii electrice.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
108/128
A) De tip inductiv: - deplasarea elementului elastic modificainductanta unei bobine.
Convertorul este de tip transformator diferential liniar variabil TDLV.
B) De tip capacitiv
Convertesc deformatia unui element elastic intr-o variatie de
capacitate.C t ti T d t l t l t it di 2 d
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
109/128
Constructie: Traductorul este alcatuit din 2 camere de masurareseparate de o membrana elastica.
Cele 2 camere suntumplute cu un fluiddielectric (ulei siliconic)
care joaca rolul demediu de trasmitere apresiunii.
Presiunea este aplicatape partile laterale alecelor 2 camere demasurare.
Capacitor plates
Elastic membraneIsolating support
(glass)
Interspaces filled withsilicone oil
Sealing welds
Connectionelectrical
wires
Separationmembrane
C) De tip tensoresistiv
Deformatia produsa de presiune este transformata intr-un semnalelectric prin intermediul marcilor tensometrice. Acestea sunt aplicate
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
110/128
p ppe o membrana elastica in diverse aranjamente.
a dispunerea in punte
b tensiunile
tangentiale si radialec marca tensometricade tip rozeta
Utilizarea de elemente deformabile fixate mecanic pe membraneelastice
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
111/128
Link-uri\Pressure sensor Cerabar.pdf
8.1.2 Traductoare piezoelectrice de presiune
Principiul de functionareFenomenul piezoelectric consta in aparitia polarizarii electrice pe
f t i i t l d f t F ti f t i
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
112/128
suprafata unui cristal cand o forta F actioneaza asupra suprafetei.Polarizarea este proportionala cu forta aplicata si cu orientareaacesteia in raport cu axele cristalului.
Materiale utilizate: cristale de quartz si titan-bariu
8.2. Traductoare de debit
Traductoarele de debit (debitmetrele) trebuie sa indeplinescaurmatoarele cerinte:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
113/128
domeniu de masurare mare precizie ridicata imunitate la variatile de temperatura, presiune si vascozitate ale
fluidului
8.2.1. Traductoare de debit de tip turbina
Principiu de functionare
Convertesc viteza de deplasare a fluidului (debitul) printr-o teava inviteza unghiulara a unei turbine tangentiale sau axiale
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
114/128
viteza unghiulara a unei turbine tangentiale sau axiale.Viteza de rotatie a turbinei este convertita in frecventa impulsurilorcare vin de la un senzor inductiv de proximitate.
8.2.2. Traductoare de debit cu roti dintate
Traductorul este alcatuit din 2 roti dintate in angrenare actionate de
fluidul a carui debit se masoara. Viteza de rotatie a rotilor dintate esteproportionala cu debitul
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
115/128
proportionala cu debitul.
In corpultraductorului esteamplasat untraductor inductivde proximitate
care numarafrecventa aparitieidintilor.
CAPITOLUL 9
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
116/128
INTRODUCERE IN
ACHIZITIA DE DATE
Instrumentatia virtuala
Instrumentul virtual este combinatia dintre un calculator si unechipament de achizitii de date si comanda.
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
117/128
Avantajele instrumentatiei virtuale:
- Echipamentele folosite sunt de uz general- Se pot construi sisteme de masurare si automatizari careraspunda exact cerintelor specifice (user defined) in loculinstrumentelor traditionale cu functii fixe limitate definite de
producator (vendor defined)- Functia instrumentului este definita de aplicatia software
Funciile instrumentaiei virtuale
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
118/128
Conversia marimilor de proces in semnale care contin informariade masurare este realizata de senzori.
Achizitia converteste semnalul intr-un format compatibil cuunitatea de procesare (PC).
Analiza consta in extragerea si procesarea informatiei de
masurare. Informatia de masurare este convertita in data.Prezentarea este inregistrarea datelor in formate diferite
(reprezentare grafica, fisiere in diferite formate).
9.2. Structura sistemelor de achizitie de date
Calculatorul
Echipamentul
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
119/128
Echipamentulde achizitii dedate si
comanda
Modulul deconditionare
de semnal
Senzori sitraductoare
9.3. Module de conditionare de semnal
Aducerea semnalele intr-o forma compatibila cu echipamentul de achizitii
de date se numeste conditionare de semnal.
Tipuri de conditionare de semnal:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
120/128
Tipuri de conditionare de semnal:
Amplificarea amplificarea nivelului de semnal, cresterea rezolutiei siimbunatatirea raportului semnal / zgomot
Sursa externa de excitatie furnizeaza tensiuni si curenti de alimentarepentru elementele de camp cum ar fi traductoarele
Liniarizarea realizeaza hardware liniearizarea caracteristicii senzorilor(dependenta intre marimea masurata si semnal)
Izolarea izoleaza semanlele provenite din procesul industrial siechipamentul de achizitii de date
Filtrarea filtreaza semnalele nedorite (zgomote) pentru a nuachizitiona date eronate
Example de conditionare de semnal:
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
121/128
9.4. Echipamentul de achizitii de date si comanda de
proces
Echipamentul de achizitii de date constituie o interfa ntre
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
122/128
calculator i mediul sau procesul urmrit, caracterizat prinsemnale analogice, digitale sau de tip tren de impulsuri.
Achiziia de date consta in efectuarea urmatoarelor operatii:
intrri analogice
ieiri analogice intrri-ieiri digitale
intrri-ieiri de tip numrtor/eantionor
Fiecare operatie de achizitii de date este realizata de catrecircuite specializate.
Placa de achizitii de date
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
123/128
9.4.1. Intrri analogice
Circutele specifice intrrilor analogice: multiplexorul analogic (Mux) amplificatorul instrumental
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
124/128
p circuitul de eantionare - memorare convertorul analog-digital (ADC) buffer-ul de tip primul intrat primul ieit (FIFO - First In First Out)
9.4.2. Iesiri analogice
Echipamentele multifuncionale conin convertoare digital - analogice care
transforma numere digital n tensiuni analogice.
Generarea tensiunilor analogice
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
125/128
g
Generarea semnalelor de tip unda
9.4.3. Intrri / ieiri digitale
Intrrile / ieirile digitale ale unei echipament DAQ constau dincircuite care pot genera sau achiziiona semnale compatibile TTL.Semnalul TTL este caracterizat prin doua nivele: 0 logic si 1 logic
Achiziia sau generarea unui semnal digital se face pe o linie digital
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
126/128
Achiziia sau generarea unui semnal digital se face pe o linie digital.
Liniile digitale la toate plcile DAQ sunt grupate nporturi.
Numrul de linii digitalepentru fiecare port estespecific tipului de plac
utilizat, dar cele maimulte porturi au patrusau opt linii.
Toate liniile din cadrul
aceluiai port trebuie saib aceeai direcie(de exemplu, intraresau ieire).
9.4.4. Intrri-ieiri de tip counter/timer
Un circuit counter/timer (numrare/eantionare) poate fi utilizat pentru:
numrarea apariiei diferitelor evenimente
analiza semnalelor digitale de frecven ridicat
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
127/128
generarea de semnale dreptunghiulare cu factor de umplere variabil.
Circuitele counter/timer lucreaz cu semnale digitale de tip TTL.Intrarea SURS - numararea de evenimente
Intrarea POART - controleaz funcionarea numrtorului prin definireamomentului n care ncepe i se termin numrrea
Semnalul de IEIRE (OUT) Generarea de trenuri de impulsuriRegistrul de numarare memoria numaratorului
Exemplu: un circuit counter/timer configurat pentru numrarea apariiei unorevenimente
Trenul de impulsuri este conectat la intrarea SURS.Semnalul de tip POART se utlizeaza pentru pornirea i oprirea numrrii.
In momentul n care registrul de numrare este plin apare un semnal la IEIRE
-
7/22/2019 Senzori - Prezentare Romana 2012
128/128
In momentul n care registrul de numrare este plin apare un semnal la IEIRE.