ŞCOALA NAŢIONALA DE GAZ

MEDIAŞ

REGLAREA AUTOMATĂ A PRESIUNII UNUI FLUID

Filiera : TehnologicăProfil: TehnicSpecialitate: Tehnician în automatizări

1

Îndrumator proiect: Mureşan Sofia

Absolvent: Onofrei Ioan

CUPRINS

1. Memoriu Justificativ………………………………………………..……..…32. Generalităţi.............................................................................................53. Traductoare de presiune........................................................................64. Clasificarea traductoarelor de presiune:................................................74.1. Elemente elastice.............................................................................74.2. Traductoare electrice asociate..........................................................84.3. Traductoare de presiune cu balanţă de forţe…………………………94.4. Traductoare de presiune piezoelectrice…………………….……….104.5. Traductoare tactile………………………………………….………….114.6. Traductoare pentru subpresiuni………………………….…………..125. Reglarea presiunii…………………………………………………..……...135.1. Reglarea presiunii cu un regulator P sau PI………………………...145.2. Reglarea automată a presiunii……………………………….……….145.3. Electropompe si hidrofoare…………………………………….……..166. Norme de protecţie a muncii………………………………......………….187. Bibliografie………………………………………....………………….……19

2

1. MEMORIU JUSTIFICATIV

Omul, ca fiinţă superioară, a fost preocupat din cele mai vechi timpuri de a cunoaşte şi stăpâni natura, de a dirija fenomene ale naturii în scopul uşurării existentei sale.

În procesul cunoaşterii, omul urmăreşte evoluţia în timp a unor mărimi caracteristice in raport cu evoluţia altor mărimi, evidenţiind astfel grupul mărimilor care definesc „cauza” şi grupul mărimilor ce definesc "efectul". Observaţiile asupra presupuselor cauze şi efecte au condus şi conduc la evidenţierea unor legi, care, creând relaţiile dintre „cauze" şi „efecte", caracterizează fenomenele.

Stabilirea unor legi ce caracterizează fenomene ale naturii şi definirea unor modele ale fenomenelor au permis omului o cunoaştere şi interpretare aprofundată a multor fenomene, reuşind să le dirijeze în scopul îmbunătăţirii condiţiilor sale de viaţă, al reducerii eforturilor fizice şi intelectuale, al uşurării existenţei sale.

În acest proces, omul a parcurs următoarele etape:Etapa mecanizării, în care s-au creat pârghia, roata, scripeţii,

multiplicatoarele de forţă de cuplu, ansambluri de calcul mecanizat etc., cu care omul şi-a uşurat eforturile fizice şi intelectuale pentru producerea de bunuri materiale.

Etapa automatizării, în care omul a fost preocupat sa creeze mijloace materiale care să deducă sau să elimine complet intervenţia sa directă în desfăşurarea proceselor de producţie. Astfel, în aceasta etapă, omul desfăşoară cu precădere o activitate intelectuală, în funcţii de analiză, control şi conducere.

Etapa cibernetizării şi automatizării, în care omul este preocupat de crearea unor asemenea obiecte materiale care să reducă funcţia de conducere generală a omului şi să dezvolte sistemul de informare. Astfel au fost create calculatoare şi sisteme automate de calcul cu ajutorul cărora pot fi stabilite strategii de conducere a proceselor de producţie şi sisteme de informatizare globală.

Ansamblul de obiecte materiale care asigura conducerea unui proces tehnic sau de altă natură fără intervenţia directă a omului reprezintă un echipament de automatizare.

Ştiinţa care se ocupa cu studiul principiilor şi aparatelor prin intermediul cărora se asigură conducerea proceselor tehnice fără intervenţia directă a omului poartă denumirea de Automatică. Automatizarea reprezintă introducerea în practică a principiilor automaticii.

Ansamblul format din procesul (tehnic) condus şi echipamentul de automatizare (de conducere) care asigură desfăşurarea procesului după anumite legi poartă denumirea de sistem automat.

Pentru o mai bună înţelegere a acestei teme şi pentru familiarizarea rapidă cu elemente şi limbajele tehnice, pe care un bun tehnician trebuie să le cunoască, am structurat această lucrare în 5 mari capitole, în care am încercat să fac o viziune uniformă şi generală asupra acestei ramuri a automatici, deoarece această ramură este într-o continuă expansiune şi modernizare, şi de aceea eu am încercat să o simplific şi să o fac mai pe înţelesul tuturor, şi a celor mai puţin familiarizaţi cu acest domeniu.

Sistemele de reglare automată (SRA) constituie elementele principale ale oricăror sisteme de automatizare (SA), inclusiv şi ale proceselor tehnologice (PT) industriale.

3

Yr - -

XmXcεE.E.R.A.U +

E.C.

Tr

I.T.

PY

Schema de structură a unui sistem de reglare automată este dată în figura. Semnificaţia elementelor şi mărimilor din sistem este următoarea:

Elementele componente ale eschemei unui SRA: E.C. – element de comparaţie; R.A. – regulator automat; E.E. – element de execuţie; I.T. – instalaţie tehnologică; Tr – traductor

Mărimi care intervin în schema de elemente a unui SRA: U – mărime de intrare a sistemului; ε – semnalul de eroare; Yr – mărime de reacţie; Xc – mărimea de ieşire a regulatorului automat; Xm– mărime de intrare a instalaţiei tehnologice; Y – mărime de ieşire a sistemului (a instalaţiei tehnologice); P – perturbări.

Elementul de comparaţie (EC) are rolul de a compara permanent mărimea de ieşire a instalaţiei tehnologice cu o mărime de acelaşi fel cu valoare prescrisă (considerată constantă), rezultatul comparaţiei fiind semnalul de eroare ε.

Regulatorul automat (RA) are rolul de a efectua anumite operaţii asupra mărimii ε primită la intrare, respectiv are rolul de a prelucra această mărime după o anumită lege, numită lege de reglare, rezultatul fiind mărimea Xc aplicată ca mărime de comandă elementului de execuţie.

Elementul de execuţie (EE) are rolul de a interveni în funcţionarea instalaţiei tehnologice pentru corectarea parametrilor reglaţi conform mărimii de comandă transmise de RA.

Instalaţia tehnologică (IT) este în cazul general un sistem supus unor acţiuni externe numite perturbaţii şi acţiunii comenzii generate de RA a cărui mărime de ieşire este astfel reglată conform unui program prescris.

Traductorul (Tr) este instalat pe bucla de reacţie negativă are rolul de a transforma mărimea de ieşire a IT de regulă într-un semnal electric aplicat EC.

4

2. GENERALITATI

Traductorul este dispozitivul care face ca unei marimi de intrare sa ii corespunda, conform unei legi determinate, o marime de iesire.

Exemple: transformatorul de masurare, termoelementul, electrodul de pH etc.

Traductorul poate avea in structura sa unul sau mai multi senzori, capabili de a efectua conversia marimii de masurat intr-o alta marime ce prezinta calitatea de a fi usor masurabila.

Structura generală a unui traductorRealizarea funcţiilor de către traductor astfel încât semnalul obţinut la

ieşirea acestuia să reprezinte valoric mărimea măsurată, sub formă accesibilă dispozitivelor de automatizare, implică o serie de operaţii de conversie însoţite totodată şi de transformări energetice bazate fie pe energia asociată mărimii preluate din proces, fie pe cea furnizată de sursele auxiliare. Schema structurală a unui traductor este prezentată în figura .

Fig - Structura generală a unui traductor

Semnificaţia blocurilor funcţionale este următoarea:D ES (element sensibil), sau detector; ET = element de transmitere (de transfer); A AD este adaptorul; SEA este sursa de energie auxiliară.

Mărimea de măsurat x este aplicată la intrarea traductorului, reprezentând parametrul reglat (temperatură, debit, presiune, turaţie, nivel, vitază, forţă etc).

Mărimea de ieşire y reprezintă valoarea mărimii măsurate, exprimată sub formă de semnal analogic (curent, tensiune sau presiune).

Detectorul (D) – numit şi element sensibil, senzor sau captor – este elementul specific pentru detectarea mărimii fizice pe care traductorul trebuie să o măsoare.

În mediul în care trebuie să funcţioneze traductorul, în afara mărimii x, există şi alte mărimii fizice. Detectorul trebuie să aibă calitatea de a sesiza numai variaţiile mărimii x, fără ca informaţiile pe care acesta le furnizează să fie afectate de celelalte mărimi din mediul respectiv (din proces).

În urma interacţiunii dintre mărimea de măsurat şi detector are loc o modificare de stare a acestuia, care, fiind o consecinţă a unor legi fizice cunoscute

5

teoretic sau experimental, conţine informaţia necesară determinării valorii mărimii de măsurat.

Modificarea de stare presupune un consum energetic preluat de la proces. În funcţie de fenomenele fizice pe care se bazează detecţia şi de puterea asociată mărimii de intrare, modificarea de stare se poate manifesta sub forma unui semnal la ieşirea elementului sensibil.

(Exemplu: Tensiunea electromotoare generată la bornele unui termocuplu în funcţie de temperatură.)

În alte situaţii modificarea de stare are ca efect modificarea unor parametrii de material a căror evidenţiere se face utilizând o energie de activare de la o sursă auxiliară (SEA).

Indiferent cum se face modificarea de stare a detectorului (D), informaţia furnizată de acesta nu poate fi folosită ca atare, necesitând prelucrări ulterioare prin (ET) şi (A).

Adaptorul (A)– are rolul de a modifica (adapta) informaţia obţinută la ieşirea detectorului (D)– la cerinţele impuse de aparatura de automatizare, care o utilizează, adică să o convertească sub forma impusă pentru semnalul de ieşire y.

3. TRADUCTOARE DE PRESIUNE

În funcţie de domeniul presiunilor de măsurat, elementele sensibile ale acestor traductoare diferă. Trebuie precizat faptul că presiunea poate fi absolută, atunci când se măsoară în raport cu vidul absolut, relativă sau efectivă, dacă măsurarea se face ca o diferenţă faţă de presiunea atmosferică şi diferenţială, atunci când măsurarea se face în raport cu o presiune considerată ca referinţă.

Unitatea de măsură a presiunii este pascalul  (1 Pa = 1 N/m2), în tehnică preferându-se barul  ( 1 bar = 10 3 Pa) dar, se folosesc şi alte unităţi derivate ca: atmosfera fizică (1 atm reprezintă presiunea hidrostatică echivalentă a unei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, cu înălţimea de 760 mm, la acceleraţia gravitaţională g = 980,666 cm/s2);  milimetrii coloană de mercur  ( 1 mm Hg = 1 torr – presiunea hidrostatică a unei coloane de mercur cu înălţimea de 1 mm , în condiţiile anterioare; mm coloană apă  (1 mm H2O reprezintă presiunea hidrostatică echivalentă unei coloane de apă cu înălţimea de 1 mm).

Precizăm că, presiunea normală , luată ca referinţă în tehnică – presiunea exercitată de o coloană de mercur  cu înălţimea de 735,56 mm (echivalentul unei atmosfere tehnice) - ,  diferă de presiunea atmosferică normală , care corespunde presiunii hidrostatice echivalente unei coloane de mercur cu înălţimea de 760 mm la 00 C şi g = 980,666 cm/s2.

Domeniul presiuilor din tehnică este deosebit de vast, metodele de măsurare fiind specifice doar pentru anumite intervale ilustrate în Fig.1.

Principiul de funcţionare al traductoarelor de presiune (elementele sensibile ale acestora)  constă în general, în convertirea unei presiuni într-o deplasare liniară

6

Fig.1.

care, la rândul său este convertită într-o variaţie de tensiune cu ajutorul unui montaj potenţiometric.

4. CLASIFICAREA TRADUCTOARELOR

DE PRESIUNE:

4.1. Traductoare cu elemente elastice Ca elemente sensibile, în tehnică, pentru măsurarea presiunilor se

utilizează:

1. Burdufurile metalice ondulate (gofrate) Fig.2.2. Camerele cu membrană Fig.3.3. Tub Bourdon Fig.4.

Burdufurile metalice ondulate (silfoane), realizate dintr-un material elastic cunoscut tehnic sub denumirea de tombac sau din oţel obişnuit, au proprietatea de a-şi modifica dimensiunile sub acţiunea unei presiuni, fiind reprezentate în două variante posibile de Fig.2. In cazul în care e necesară măsurarea unei presiuni absolute sau diferenţiale, se utilizează folosirea unor baterii de burdufuri montate în opoziţie.

Camerele cu membrană , cunoscute şi sub denumirea de membrane gofrate, se execută în general dintr-un aliaj de bronz şi beriliu sau din oţeluri inoxidabile. Funcţionarea membranei (Fig.3.) este similaru a burdufului ondulat, adică sub acţiunea unei presiuni se va produce deformarea acesteia, ceea ce duce la convertirea unei presiuni într-o variaţie de deplasare liniară.

Tuburile Bourdon  se execută în general din alamă arcuită, cunoscută sub numele de “tombac” , sub forma unui tub cu secţiune ovală, eliptică sau semisferă (Fig.4.a.b.c.), cu un capăt rigid la care se aplică presiunea de măsurat. Celălalt capăt (liber) se va deforma sub acţiunea presiunii, realizând fie o deplasare liniară, fie una unghiulară (cazul manometrelor), putând fi prevăzute cu contacte electrice de minim

7

Fig.2. Fig.3. Fig.4

şi maxim (cazul presostatelor). Sensibilitatea maximă a tuburilor Bourdon se obţine pentru cele cu secţiunea semisferică.

Traductoarele de presiune prezentate au o sensibilitate relativ redusă, precizia lor fiind influenţată de vibraţii şi şocuri, temperatură, umiditate existenţa derivei de zero, etc. Durata de viaţă a acestor traductoare este influenţată de ciclurile de funcţionare şi suprasarcinile la care sunt supuse, fiind totuşi traductoarele de presiune cele mai utilizate.

Comportarea dinamică a acestor traductoare este în concordanţă cu a elementelor de tip P1, constanta de timp fiind până la ordinul a 5 secunde. 

Pentru cazul presiunilor foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, una din variante fiind reprezentată principial în Fig.5. Elementul sensibil este executat de obicei din oţel inoxidabil care, sub acţiunea unei presiuni este supus unei dilatări. Acest lucru va duce la variaţia lungimii unui fir rezistiv bobinat, adică la variaţia rezistenţei electrice a acestuia.

Cu ajutorul unui montaj potenţiometric sau cu o punte de măsură, variaţiile de presiune sunt preluate sub forma unor semnale de tensiune electrică.

Fig.5.

4.2. Traductoare electrice asociate Traductoarele electrice asociate pentru măsurarea presiunilor ce folosesc

elemente sensibile elastice pot fi: tensometrice; inductive; capacitive ; electrooptice; piezoelectrice; cu cuarţ, ş.a.

Traductoarele tensometrice rezistive se utilizează prin lipirea acestora direct pe membranele plane sau pe un subansamblu tijă-lamă, deformabile sub acţiunea unui element elastic sensibil .

Luând în considerare o diafragmă circulară încastrată perfect, membrana şi blocul de încastarare provenind din acelaşi material prin prelucrare tehnologică adecvată, cu grosimea g şi raza R, ca în Fig.6., sub acţiunea presiunilor diferenţiale p1 şi p2.

Dacă se reprezintă grafic cele două relaţii, μ fiind coeficientul lui Poisson, se va constata că distribuţiile celor două tensiuni mecanice au semne contrare la marginea membranei în raport cu zona centrală. Cu această constatare rezultă că pot fi utilizate patru timbre tensometrice, metodele de măsurare fiind aceleaşi ca la măsurarea deformaţiilor. Poziţionarea timbrelor tensometricese face, de obicei, după direcţia radială, pe motivul că deformaţiile pe această direcţie sunt mai importante.

Utilizarea traductoarelor inductive devine avantajoasă pentru cazul măsurării unor presiuni mari care, la rândul lor produc deplasări liniare mari.

In Fig.7. se prezintă un schematic un traductor  de presiune având asociat un traductor inductiv diferenţial, pentru măsurarea fără contact a unei presiuni diferenţiale, care se compune din: miezul magnetic – 1; corpul – 2; bobinele – 3 şi

8

memebrana – 4. La această variantă constructivă, membrana poate fi şi gofrată dar, e recomandabil ca porţiunea de mijloc să fie plană.  De asemenea, pentru această

construcţie se pot întâlni două situaţii:

Fig.7.

membrana (uneori şi corpul traductorului) este magnetică,

traductorul fiind inductiv diferenţial cu armătură mobilă;membrana este nemagnetică, traductorul inductiv diferenţial funcţionând

pe baza modificării curenţilor Foucault (cazul traductoarelor de proximitate).Principiul traductoarelor de presiune capacitive, după Fig.8. au la bază

următoarele elemente componente:membrana – 1;

inelul izolator – 2;corpul conductor – 3şi în interior se creează vacuum.

In acest caz, una din armăturile conden-satorului este chiar membrana traductorului.

Traductoarele electrooptice au o utilizare mai restrânsă faţă de cele anterioare, cu toate că permit eliminarea contactului cu elementul sensibil

elastic. In acelaşi timp, gabaritul lor este redus (de ordinul milimetrilor), principial fiind reprezentate în Fig.8., unde membrana reflectă lumina transmisă printr-o fibră optică de la sursa de lumină, caree e preluată de o altă fibră optică şi transmisă fotodetectorului FD. Prin deformarea membranei sub acţiunea unei presiuni p are loc o dispersare a fluxului de lumină, ceea ce duce la scăderea fluxului luminos transmis de FD.  Acest tip prezintă avantajul amplasării părţii electrice la distanţă mare de traductor, reducând perturbaţiile dar, are dezavantajul că factorul de reflexie se modifică în timp precum şi faptul că variaţiile temperaturii modifică sensibil caracteristicile sale.

             

4.3. Traductoare de presiune cu balanţă de forţe Traductorul  de presiune cu balanţă de forţe, prezintă avantajul că este un

montaj cu reacţie, schema sa principială fiind prezentată în Fig.9. Presiunea măsurată p va acţina şi deforma membrana elastică, ceea ce va duce la o deplasare a sistemului de pârghii 1-2-3-4-5 care va acţiona asupra unui traductor inductiv liniarde tip transformator TI ce intră în componenţa oscilatorului O. Prin modificarea

9

Fig.8.

Fig.8.

întrefierului lui TI, se va modifica amplitudinea semnalului la ieşirea oscilatorului ceea ce va duce la modificarea tensiunii de ieşire din detectorul D , tensiune ce va da un semnal de comandă convertorului tensiune – curent CTC.  Tensiunea de comandă a acestuia va duce la modificarea curentului său de ieşire, ceea ce va modifica forţa de acţionare a electromagnetului EM cu magnetul permanent MP prin intermediul căruia acţionează asupra pârghiei 4. Aceleşi curent de comandă se regăseşte la miliamper-metrul mA, fiind debitat prin sursa de alimentare SA. In cazul în care se lucrează cu semnal unificat (4 – 20 mA), pentru alimentarea blocurilor componente, inclusiv a electromagnetului se va face uz de o sursă auxiliară de energie Saux.

Forţele ce acţionează asupra întregului sistem mecanic sunt: forţa activă datorată presiunii p, forţa de reacţie produsă de electromagnet, forţa de tensionare a resortului RO şi greutatea pârghiei 2 – G ce culisează prin punctul de sprijin RD. Echilibrul se va stabili atunci când suma momentelor introduse de forţele indicate este nulă.

4.4. Traductoare de presiune piezoelectrice O parte din caracteristicile traductoarelor piezoelectrice au fost prezentate

iar, pentru măsurarea presiunilor în practică se pot utiliza variantele: folosirea în mod direct a efectului piezoelectric; dependenţa frecvenţei proprii de rezonanţă a cristalului în raport cu

presiunea exercitată asupra acestuia.Traductoarele bazate pe efectul piezoelectric direct se confecţionează din

materiale pieezoelectrice sau piezoceramice în formă plată sau cilindrică, presiunea maximă ce poate fi aplicată în cazul pastilelor de cuarţ fiind de 9500 barri iar pentru cele piezoceramice de circa 8000 barri. Valorile prezentate trebuie luate la limite maxime, valorile reale fiinde de 1/10 până la 1/20 din valorile indicate, aceasta în funcţie de interfaţa dintre electrod şi pastilă. Exxistenţa unor neregularităţi între cele două suprafeţe conduce la tensiuni mecanice mari sau chiar distrugerea pastilelor,

10

Fig.9.

pentru un contact bun fiind nesară realizarea unui paralelism între suprafeţe sub 10 μm, cu o abatere a planeităţii sub 1 μm, condiţii realizabile printr-o polarizare fină.

Deoarece între pastilele piezoelectrice (cazul celor de formă în rondele) pot să apară goluri de aer, acestea se vor elimina prin pretensionarea ansamblului cu resoarte, efect ce permite o îmbunătăţire a liniarităţii precum şi posibilitatea măsrării unor presiuni mai mici decât cea atmosferică.

Pentru creşterea sensibilităţii se pot utiliza mai multe rondele ca în Fig.10. (1 – diafragmă; 2 – pastilă piezo;   3 – resort pretensionare), iar pentru reducerea vibraţiilor conectarea acestora se face în aşa fel încât să aibă loc o însumare a presiunii şi efectul acestora să se anuleze, ceea  ce e posibil doar dacă în interfaţă  există doi electrozi separaţi galvanic între ei.

Pentru creşterea sarcinii şi simplificarea modului de conectare, este avantajos să se utilizeze traductoarele cu element piezoelectric de formă tubulară, reprezentat schematic în Fig.11., care se metalizează pe interior şi exterior ( 1 – tub piezoelectric; 2 – rondele). De obicei, acestea sunt pretensionate şi se confecţi-onează din materiale ceramice (PZT, titanat de bariu ş.a.).

Structura prezentată permite şi realizarea răcirii traductorului cu ajutorul unui jet de apă trimis în interior, permite măsurarea unor presiuni de la 1 mbar la 100 bari, sensibilitatea este cuprinsă între 0,05 pC şi 1 pC/bar prezenţând o bună liniaritate. Au dezavantajul că nu pot fi utilizate decât în regim dinamic, cu rezerve în cel cvasistatic.

Traductoarele prezentate permit măsurări de presiuni de 0 – 1 bar, cu frecvenţe de lucru de ordinul 10 100 MHz, prezintă o eroare de liniaritate, histerezis şi repetabilitate sub 250 ppm din domeniul de măsurare cu derivă de zero şi variaţia sensibilităţii sub 100 ppm pentru 10C.

4.5. Traductoare tactile Aceste tipuri de traductoare sunt utilizate cu precădere pentru

determinarea formei suprafeţei unui obiect sau existenţa unui obiect într-un dispozitiv de prindere dar, permit şi controlul forţei (presiunii) cu care se realizează prinderea obiectului. Realizarea acestor traductoare are la bază modelul uman dar, trebuie

precizat (cazul roboţilor) că la operatorul uman informaţia tactilă are ca bază de referinţă: presiune, temperatură, structura suprafeţei (duritate, rugozitate, grad de lubrifiere), vibraţii, umiditate, ş.a. Senzorii tactili sunt utilzaţi actual la roboţi,  făcând uz de:

metode de inducţie (au un nivel şi interval redus de măsurare);

metode capacitive (impun folosires de dielectrici cu proprietăţi elastice şi izolatoare bune);

metode ultrasonore (fac uz de proprietăţile de propagare a undelor acustice de suprafaţă).

11

Fig.11.

La nivelul actual, traductoarele tactile cele mai utilizate sunt cele rezistive, realizate în formă matricială, un element al matricei fiind format din doi electrozi între care se intercalează cauciuc moale (polibutadien) care are în compoziţie elemente conductoare. Prin deformarea cauciucului sub acţiunea unei presiuni se va modifica rezistenţa echivalentă a celulei.

Schema principială a unui astfel de traductor este prezentată în Fig.12. Fiecare element al matricei se conectează la o matrice de decodare prin multiplexare

(MUX) ce sesizează modificarea curenţilor din matrice în raport cu zona solicitată, stabilind în acelaşi timp şi coordonatele excitaţiei, CAN reprezentând un convertor analogic numeric.

4.6. Traductoare pentru subpresiuni Pentru măsurarea subpresiunilor se utilizează vacuumetrele Pirani,

traductoarele de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece (Penning), traductoarele cu ionizare prin radiaţii (alfatron) şi traductoarele de tip magnetron.Vacuumetrele Pirani sau cu fir cald funcţionează pe principiul dependenţei conductivităţii termice a gazelor în raport cu presiunea, fiind relizate principial ca în Fig.13. Astfel, în corpul – 1 se creează subpresiunea de măsurat, în acesta fiind plasat firul rezistiv – 3 care se încălzeşte la aproximativ 2000C de la o sursă de alimentare prin electrozii – 2. Temperatura firului rezistiv depinde practic de conductibilitatea termică a gazului care, pentru presiuni sub 103 Pa, este direct proporţională cu presiunea gazului. Reultă că valoarea temperaturii firului poate fi determinată chiar prin valoarea

rezistenţei electrice a acestuia (se pot utiliza şi alte tipuri de traductoare).Vacuumetrele Pirani introduc erori de măsurare de ordinul 2 – 10% care

cresc cu scăderea presiunii, domniul lor de aplicare limitându-se la 10-1 Pa.In cazul unor presiuni din domeniul de vacuum tehnic şi vacuum extrem 

se face uz de traductoarele de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece şi cu radiaţii.

Principial, în Fig.14., se prezintă un traductor de vacuum cu ionizare cu catod cald. Acesta este realizat din incinta A în care se introduce presiunea de măsurat, catodul K încălzit de un filament şi înconjurat de grila G ce este alimentată la un potenţial pozitiv faţă de catod şi cilindrul colector C care este alimentat la un potenţial negativ în raport cu catodul.

Câmpul electric creat de grilă antrenează electronii emişi de catod care,

12

Fig.12.

Fig.13.

Fig.14.

ciocnind moleculele de gaz le transformă în ioni pozitivi şi sunt captaţi de electrodul colector.

Domeniul de măsură al acestor traductoare este de 10-2 – 10-8 torri, unele construcţii speciale atingând 10-10 torri, valoarea inferioară fiind impusă de prezenţa razelor X.

La traductoarele de ionizare cu catod rece (Penning) electronii se generează sub acţiunea unui câmp electric puternic. Pentru a creşte probabilitatea de ionizare a moleculelor, ceea ce necesită creşterea drumului parcurs de electroni, peste câmpul electric se suprapune un câmp magnetic care imprimă o traiectorie elicoidală a acestora. Această variantă duce la sensibilităţi mai mari decât în cazul traductoarelor cu catod cald, reducând în acelaşi timp şi limita inferioară de măsurare.

Traductoarele de vacuum cu ionizare prin radiaţii funcţionează pe principiul “bombardării” moleculelor de gaz cu radiaţii α (se mai numesc şi alfatron), sensibilitatea lor fiind mult mai redusă ca la cele  anterioare.

5. REGLAREA PESIUNII

Presiunea se reglează automat în: separatoare, coloane de fracţionare, reactoare chimice, vase tampon pentru gaze, reţele de distribuţie cu gaze combustibile, etc.

Fie vasul tampon din fig. 1.a (în Anexă) din care se alimentează mai mulţi consumatori. Deoarece consumatorii se alimentează la presiune constantă aceasta trebuie reglată automat. În acest scop se construieşte sistemul de reglare automată a presiunii (SRA-P) reprezentat schematic în fig. 1.b (în Anexă).

În legătură cu acest SRA-P se pun mai multe probleme. Prima întrebare la care se cere răspuns este dacă robinetul de reglare trebuie montat pe intrarea sau ieşirea din vas.

Principiul de funcţionare: Pentru a da răspuns la această întrebare, se va analiza modul în care funcţionează SRA-P atunci când robinetul de reglare este montat pe intrarea în vas.

Consumatorii folosesc gazul din vas conform cerinţelor activităţii lor. Se va presupune că SRA-P se găseşte în regim static şi că, la un anumit timp, un nou

consumator începe să folosească gaz. Crescând debitul la ieşire Qe , va scădea presiunea P în vas. Traductorul de presiune TP sesizează scăderea presiunii şi transmite regulatorului R un semnal corespunzător. În urma comparaţiei valorii

presiunii curente P cu valoarea prescrisă Pi a presiunii, regulatorul va comanda robinetul de reglare astfel încât acesta să se deschidă ceva mai mult. Crescând debitul de alimentare, presiunea din vas va reveni la valoarea prescrisă.

Ce se întâmplă cu presiunea in vas atunci când robinetul de reglare ar fi fixat pe ieşirea din vas?

La intrarea în funcţiune a unui nou consumator , presiunea în vas va scădea. Pentru a reduce presiunea din vas la valoarea prescrisă, regulatorul R va comanda robinetul de reglare astfel încât acesta să se închidă ceva mai mult. Scăzând debitul de ieşire, presiunea din vas va reveni la valoarea prescrisă. Această

13

manevră este în contradicţie cu cererea de creştere a consumului de gaz şi ca atare nu este bună. Rezultă deci că robinetul de reglare, în cazul problemei de faţă nu poate fi montat decât pe intrarea vasului.

Răspunsul la întrebarea pusă mai sus nu poate fi deci dat, decât în urma analizei procesului pentru care se cere reglarea automată a presiunii .

5.1. Reglarea presiunii cu un regulator P sau PI: Se va vedea în continuare dacă pentru reglarea presiunii trebuie folosit un regulator P sau PI.

Se ştie că SRA cu regulator P reglează cu abatere statică, iar SRA cu regulator PI reglează fără abatere statică. Ţinând seama de aceasta, în practică se folosesc SRA-P cu regulatoare proporţionale pentru acele procese la care eroarea statică nu are o influenţă prea mare asupra performanţelor acestora (ex. alimentarea cu aer a aparaturii de automatizare, alimentarea cu gaze combustibile a unor consumatori etc.).

La SRA-P , inerţia traductorului, regulatorului şi robinetului de reglare este neglijabilă prin raport cu inerţia procesului. Procesele pneumatice sunt în general monocapacitive, comportarea lor dinamică fiind descrisă de ecuaţia diferenţială de ordinul întâi. Din aceste motive, la SRA-P cu regulator P, amplificarea regulatorului

poate fi mărită până la valori K p=20...25 (BP=5...4), fără ca SRA să-şi piardă stabilitatea.

La asemenea amplificări mari rezultă SRA-P cu eroarea statică mica, ceea ce constituie un mare avantaj în reglarea automată a acestei mărimi fizice.

5.2. Reglarea automată a presiunii Reglarea

automată a presiunii se poate realiza în mai multe moduri, in funcţie de specificul instalaţiei tehnologice.

Reglarea presiunii în recipiente cu circulaţia se poate face prin schemele date in figura 15 şi 16. În aceste scheme, cât şi în cele ce urmează, Tr este traductorul, Rf - elementul de referinţă (în cazul sistemelor de stabilizare), R - regulatorul, iar EE - elementul de execuţie. În prima schemă, organul de reglare este montat pe conducta de intrare, iar în a doua schemă - pe conducta de evacuare. Cele mai utilizate scheme de reglare sunt cu acţiune continuă, cu regulator PI,şi sisteme de reglare bipoziţionale sau cu acţiune directă (în instalaţii la care nu se cer indicatori de performanţă ridicaţi).

14

Fig.15. Fig.16.

Reglarea presiunii gazelor în conducte se realizează cu scheme de tip aval (Fig.16.) sau de tip amonte (Fig.17.).

În aceste aplicaţii se utilizează foarte frecvent regulatoarele cu acţiune directă. În figura 18 şi figura 19 se prezintă două soluţii des utilizate pentru reglarea presiunii de aspiraţie a compresoarelor din instalaţiile frigorifice.

În schema din figura 18, presiunea de aspiraţie a compresorului 1 se reglează bipoziţional, prin cuplarea şi decuplarea motorului de antrenare 2. Dacă presiunea de aspiraţie scade sub valoarea de basculare în starea "0" a regulatorului bipoziţional, se comandă oprirea motorului. Dacă presiunea creşte peste valoarea de basculare în starea "1" a regulatorului bipoziţional, se comandă pornirea motorului. În schema din figura 46 reglarea presiunii de aspiraţie se face prin recircularea unei parţi din gazul comprimat. Dacă presiunea tinde să scadă sub valoarea permisă, se comandă deschiderea organului de reglare şi invers. În aceste aplicaţii se utilizează frecvent regulatoare cu acţiune directă sau regulatoare specializate cu acţiune indirectă. Presupunem că în desfăşurarea proceselor fizice, chimice şi microbiologice din reactor, presiunea p se modifică în funcţie de aportul de căldură din exterior. În aceste condiţii. într-un ciclu de funcţionare a reactorului 1 presiunea se poate modifica prin ajustarea debitului de agent termic prin mantaua 2 a reactorului.

15

Fig.16. Fig.17.

Fig.18. Fig.19.

5.3. ELECTROPOMPE ŞI HIDROFOARE

CONDIŢII:

Pompele portabile de grădină precum şi pompele de adâncime şi hidrofoarele :

Se utilizează la pomparea de apă curată şi de lichide neexplozive care nu conţin materiale chimice sau mecanice care să deterioreze pompa; temperatura maximă admisă a lichidelor pompate este de 90˚ C, dacă rotorul pompei este metalic (fontă, alamă sau oţel) şi de 50˚ C, dacă rotorul pompei este fabricat dintr-un material sintetic (noryl) sau dacă pompa este prevăzută cu unul sau mai multe difuzoare.

Se instalează într-un loc bine aerisit şi protejat împotriva intemperiilor, cu o temperatură ambiantă nu mai mare de 40˚ C.

Sunt prevazute cu ax rotor orizontal (cu exceptia modelelor MSV, care au ax vertical) si cu o talpa; din motive de siguranta se recomanda fixarea pompei utilizand gaurile din talpa; evitati instalarea electropompei cu motorul sub corpul pompei.

Nu pot depăşi 5 – 30 de porniri pe oră, la intervale regulate; numărul de porniri este cu atât mai mic, cu cât randamentul pompei este mai mare; la agregatele cu vas de presiune reglarea numărului de porniri / oră se realizează prin reglarea presiunii la presostat (vezi paragraful corespunzător) sau prin mărirea capacităţii vasului de presiune (fie se adaugă un vas de presiune corespunzător celui deja instalat, fie se înlocuieşte vasul de presiune existent cu unul mai mare).

CIRCUITELE DE ŢEVI : Circuitele de ţevi trebuie fixate şi ancorate pe trasee corespunzătoare şi

conectate astfel încât să nu transmită pompei forţe, tensiuni şi vibraţii.Pentru electropompele de grădină se recomandă ţevi spiralate, care pot fi livrate odată cu pompa. Diametrul interior al circuitelor depinde de lungimea lor şi de randamentul de pompare; el trebuie astfel ales încât viteza lichidului să nu depăşească 1,4 – 1,5 m/s în circuitul de aspiraţie şi 2,4 – 2,5 m/s în circuitul de refulare; în orice caz diametrul ţevilor nu poate fi mai mic decât cel al ştuţurilor de conectare a pompei. Înainte de instalare, verificaţi ca interiorul circuitelor să fie curat.

16

Circuitul de aspiraţie trebuie să fie: Cât mai scurt posibil, fără gâtuiri şi modificări bruşte de direcţie; Perfect etanş şi corespunzător depresiunii care ia naştere în momentul

aspiraţiei; Aşezat pe un traseu ascendent spre pompă, astfel încât să prevină

formarea de bule de aer, care pot împiedica umplerea pompei sau pot provoca golirea acesteia.

17

6. NORME DE PROTECŢIE A MUNCII

Respectarea normelor de tehnica securităţii muncii contribuie Ia asigurarea condiţiilor de muncă normale şi Ia înlăturarea cauzelor care pot provoca accidente de muncă sau îmbolnăviri profesionale.

În această direcţie responsabilitatea pe linie tehnică a securităţii muncii şi prevenirea şi stingerea incendiilor, revine atât celor care organizează, controlează şi conduc procesul de muncă, cât şi celor care lucrează direct în producţie.

Conducătorul laboratorului trebuie să ia măsuri pentru realizarea următoarelor obiective:

Să se asigure iluminatul, încălzirea şi ventilaţia în laborator; Să se asigure expunerea vizuală prin afişe sugestive, privitoare atât la

protecţia muncii, cât şi la prevenirea şi stingerea incendiilor; Maşinile şi instalaţiile din laborator să fie echipate cu instrucţiuni de folosire; Să se asigure legarea la pământ şi la nul a tuturor maşinilor acţionate

electric; În laborator să se găsească la locuri vizibile mijloace pentru combaterea

incendiilor; Să se efectueze instructaje periodice pe linie de protecţie a muncii, de

prevenire şi stingere a incendiilor; Înainte de începerea orei se va verifica dacă atmosfera nu este încărcată cu

vapori de benzină sau cu gaze inflamabile provenite de la substanţele din laborator;

Dacă s-a utilizat benzină sau alte produse uşor inflamabile pentru spălarea mâinilor, acestea trebuie din nou spălate cu apă şi săpun şi şterse cu un prosop;

Machetele sau exponatele trebuie să fie bine fixate în suport, iar utilizarea lor se va face numai în prezenţa inginerului sau laborantului;

Materialele utilizate se vor manevra cu grijă, pentru a nu se produce accidente precum:

Răniri ale mâinilor; Răniri ale ochilor; Insuficienţe respiratorii, etc.

Manevrarea instrumentelor, a mijloacelor de lucru, a machetelor mai grele se va face cu atenţie pentru a evita riscul de lovire.

Elevii: Vor utiliza materialul didactic doar sub supravegherea profesorului, iar în

timpul pauzelor, vor aerisi sala de clasă pentru a păstra un microclimat corespunzător de lucru;

Nu vor folosi în joacă instrumentele puse la dispoziţie; Nu vor introduce obiecte în prizele electrice; Vor avea grijă de mobilierul şi mijloacele didactice din dotarea laboratorului; Vor efectua lucrările de laborator în prezenţa profesorului sau laborantului; Vor păstra o atmosferă de lucru în timpul orelor, în linişte şi cu seriozitate. Nerespectarea regulilor mai sus menţionate poate conduce la accidente

nedorite, care vor fi sancţionate conform prevederilor legala şi ale regulamentului de ordine interioară.

18

BIBLIOGRAFIE

Circuite integrate liniare vol. 3, Ed. Tehnium Bucuresti

Miron C., Introducere în circuite electronice, Editura Dacia, Cluj-Napoca,

Dascalu D., s.a., Dispozitive si circuite electronice, Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti, 1982;

Oltean, G., Miron, C., Gordan, Mihaela, Hotoleanu, M., Dispozitive si circuite electronice. Îndrumator de laborator, II. Multiplicare UTCN, 1999;

Miron,C., Oltean, G., Gordan, Mihaela, Dispozitive si circuite electronice, --- Culegere de probleme, Editura Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca, 1999;

Lungu,S., s.a. - Electronica. Culegere de probleme Editura Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca, 1993;

Dascalu,D., s.a. - Dispozitive si Circuite Electronice. Probleme, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982;

Croitoru,V., s.a. - Electronica. Culegere de probleme, Ed.Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982;

Ciugudean, M., s.a. – Electronica aplicata cu circuite integrate analogice. - Dimensionare., Editura de Vest, Timisoara,1991;

Ciugudean, M., s.a. – Stabilizatoare de tensiune cu circuite integrate liniare. Dimensionare, Editura de Vest,Timisoara, 2001;

www.electronica.ro

www.edu.ro/manuale/clasa aXII-a

www.eprofu.ro/auxiliare curiculare

19