teoria sistemelor si automatizari.pdf

TEORIA SISTEMELOR ŞI AUTOMATIZĂRI Cap. 2. Sisteme de reglare automată

63

2.6 Traductoare

2.6.1 Generalităţi

Traductoarele TR sunt acele componente ale SRA care servesc la convertirea unor mărimi fizice în alte mărimi fizice, de altă natură sau de alt nivel energetic, în vederea măsurării şi includerii lor în buclele de reglare. Se poate spune că TR sunt de fapt mijloace de măsură care nu sunt utilizate direct de către om ci incluse în sistemele de conducere automată. Deseori, pentru acea parte a TR care este direct sensibilă la acţiunea mărimii măsurate se foloseşte termenul de senzor.

Traductoarele se pot clasifica după natura mărimilor de intrare şi de ieşire în : a) traductoare de mărimi electrice în mărimi electrice: amplificatoare, transformatoare, redresoare, divizoare, şunturi, etc.; b) traductoare de mărimi neelectrice în mărimi neelectrice: pârghii, resoarte, reductoare, membrane, etc.; c) traductoare de mărimi electrice în mărimi neelectrice: electromagneţi, electromotoare, , cristale piezoelectrice, LED-uri, etc.; d) traductoare de mărimi neelectrice în mărimi electrice: timbre tensometrice, cristale piezoelectrice, fotodiode, etc.. Deoarece majoritatea sistemelor de conducere actuale sunt electronice, cele mai des intâlnite traductoare sunt cele din categoria d). În lipsa altor precizări prin traductor vom înţelege în continuare traductoare de mărimi neelectrice în mărimi electrice. Traductoarele se pot clasifica şi după tipul caracteristicii statice : y y y u u u y y u u Tipuri de caracteristici statice de traductoare

a) Caracteristică ideală cu un

d

b) Caracteristică ideală cu două cadrane

c) Caracteristică cu zonă de insensibilitate

d) Caracteristică cu saturare e) Caracteristică cu hysterezis


64

Dintre parametrii traductoarelor cei mai importanţi sunt :

a) Sensibilitatea, care poate fi definită în mai multe moduri : - sensibilitatea globală (medie): Sm = (y lim sup - y lim inf) / (u lim sup - u lim inf); - sensibilitatea diferenţială: Sd =∆υ→ο lim (∆y /∆u) ⏐u0 definită într-un punct u0; - sensibilitatea relativă: Sr = (∆y/y0) / (∆u/u0) = (∆y/∆u)*(u0/y0) definită într-un punct static de funcţionare y0(u0). b) Eroarea, diferenţa dintre valoarea măsurată y şi valoarea yr obţinută pentru o referinţă impusă pentru acelaşi semnal de intrare; eroarea poate fi prezentată în mai multe moduri: - eroarea absolută: y - yr ; - eroarea relativă în procente: [( y - yr ) / yr ]⋅100 [%] , - eroarea raportată în procente: [(y - ymax ) / ymax]⋅100 [%], faţă de domeniul maxim de măsură, prin care se defineşte şi clasa de precizie a unui aparat de măsură în general. c) Reproductibilitatea, care caracterizează stabilitatea în timp a parametrilor TR. d) Rezoluţia, care reprezintă cea mai mică variaţie a intrării care provoacă la ieşire un efect decelabil. Rezoluţia poate fi exprimată şi prin insensibilitate, cea mai mare variaţie a intrării care nu provoacă un efect observabil la ieşire. Semnalele de ieşire ale TR pot fi unificate sau neunificate (vezi clasificarea sistemelor de reglare automată). În continuare se vor prezenta câteva categorii de TR mai des întâlnite, dar acest dome-niu este extrem de vast şi în continuă dezvoltare. 2.6.2 Traductoare pentru forţă

a) Traductoare mecanice

Aceste TR se folosesc pentru cuplarea măsurandului de natură mecanică la TR mecano-electrice sau la conversia unor mărimi mecanice ca forţa, momentul sau presiunea într-o deplasare liniară sau unghiulară care atacă la rândul ei un traductor electric. TR mecanice de cuplaj se întâlnesc în foarte multe variante constructive, dar principial, cele mai des utilizate se bazează pe palpatoare, pârghii, console sau diferite cuplaje.

a) palpator b) pârghie c) consolă d) cuplaj indirect

Traductoare mecanice de cuplaj.


65

În timp ce a) şi d) pot fi folosite până la deplasări de zeci de milimetri, b) şi d) funcţionează doar la deplasări mici, de ordinul milimetrilor.


66

Frecvenţele de lucru trebuie să fie mai mici decât frecvenţele de rezonanţă, care în general sunt de următoarele ordine de mărime: a) 10-15 Hz, b) 300 Hz, c) 1000 Hz etc.. Cele mai des utilizate TR de forţă sunt cele mecanoelastice, la care intrarea este o forţă concentrată iar ieşirea o deplasare liniară sau o rotaţie. Din această categorie de traductoare fac parte dinamometrele, vibrometrele şi accelerometrele. F F F F a) bară compactă b) tub c) resort d) lamă de egală rezistenţă

Traductoare mecanoelastice.

Pentru cuplurile de torsiune ieşirea trebuie să fie o deplasare unghiulară şi se pot utiliza bare compacte, tuburi cu secţiuni circulare sau pătrate, fire de torsiune, resoarte, etc.. TR mecanoelastice se combină cu TR tensometrice, obţinându-se TR de forţă. Ansamblele care măsoară forţa se numesc doze de măsurare. TR mecanoelastice pot fi utilizate şi la măsurarea presiunilor. Principalele soluţii con-structive se bazează pe: burdufe, membrane şi tuburi Bourdon. Măsurarea presiunilor poate fi făcută şi prin metode neconvenţionale. Penru presiuni foarte scăzute, un filament încălzit la curent constant pierde cu atât mai puţină căldură cu cât presiunea este mai scăzută. Pentru presiuni sub 10-3 atm concentraţia de ioni este dependentă de presiunea gazului. Măsurarea forţelor şi presiunilor poate fi deci redusă cu ajutorul TR mecanoelastice la măsurarea deplasărilor sau unghiurilor. Orice metodă de măsurare a deplasărilor sau a rotaţiilor poate fi, în principiu aplicată. Factorii care afectează precizia şi repetabilitatea acestor traductoare sunt: frecările, histerezele şi lipsa axialităţii. b) Traductoare tensometrice

TR tensometrice transformă deformarea TR mecanoelastice în semnale electrice proporţionale cu forţele aplicate. Deşi tensometria cunoaşte o serie largă de metode, în automatizări pot fi utilizate doar acele metode care sunt caracterizate de robusteţe, gabarit redus şi fiabilitate deosebită.

♦TR tensometrice rezistive sunt TR care au la intrare o deformaţie iar ca ieşire o variaţie a rezistenţei unui traseu realizat din depuneri rezistive sau semiconductoare, apărută ca efect al deformaţiei. Aceste TR pot fi utilizate fie direct prin aplicarea forţelor asupra lor, fie mai des, prin lipire pe suprafaţa piesei cercetate (timbre tensometrice). Tehnologia de realizare a depu-nerilor rezistive prin metoda foto (peliculară) este la rândul ei cea mai des utilizată, timbrele tensometrice cu fir fiind mai rare. Traductoarele tensometrice cu semiconductor au o sensi-bilitate foarte mare dar şi o dependenţă crescută cu temperatura şi o caracteristică neliniară.


67

♦ Traductoarele piezoelectrice sunt cristale sau ceramici care se electrizează sub acţiunea tensiunii mecanice (efectul piezoelectric direct) şi se deformează în câmp electric (efect piezoelectric invers). Reprezentantul tipic de cristal piezoelectric este cuarţul (SiO2). Aceste cristale pot fi tăiate în mai multe moduri faţă de cele trei axe electrice X , trei axe mecanice Y si axa optică Z. În repaus plăcuţa de cuarţ este neutră. Sub acţiunea forţei Fx orientată după direcţia X pe feţele paralele cu axa mecanică apare o sarcină electrică : q = d11*Fx unde d11 este modulul piezoelectric în direcţia axei X. La schimbarea sensului forţei se schimbă sensul sarcinii. În funcţie de direcţia de aplicare a forţei sunt posibile diferite module piezoelectrice. Aplicând forţa după axa optică efectul piezoelectric nu apare. De asemenea nu apare efect piezoelectric la o tensiune mecanică uniformă pe toate feţele (de exemplu o compresiune hidrostatică). Cristalul de cuarţ poate fi natural sau artificial. El este foarte stabil la influenţa temperaturii şi umezelii. Este şi rezistent mecanic admiţând eforturi unitare până la 100 N/mm2. Coeficientul de dilatare liniară este neglijabil. Modulul piezoelectric cel mai des folosit este d11 = 2,31*10-12 C/N puţin dependent de temperatură. Pe lângă măsurarea forţelor (combinate cu traductoare mecanice de cuplaj) aceste cristale se mai utilizează în măsurarea presiunilor, acceleraţiilor, precum şi în realizarea oscilatoarelor şi filtrelor electrice. 2.6.3. Traductoare pentru mărimi geometrice

Măsurarea marimilor geometrice se referă la poziţiile ocupate de diferite corpuri (puncte) într-un anumit sistem de referinţă, la distanţele dintre puncte şi la deplasările acestor puncte. În aceeaşi categorie de mărimi intră dimensiunile corpurilor, deformările lor, nivelele diferitelor substanţe din recipienţi etc. Măsurarea mărimilor geometrice se face prin metode absolute sau prin metode relative prin care se stabileşte o abatere faţă de o valoare de referinţă. În general, principiile de măsură folosite se bazează pe contactul realizat între corpul măsurat şi traductor, fie pe cale mecanică fie prin intermediul radiaţiilor sau undelor (lumină, infraroşii, microunde, câmp electromagnetic, ultrasunete).

a) Traductoare de deplasare şi de rotaţie

Majoritatea TR de deplasare şi de rotaţie sunt foarte asemănătoare unele cu altele, mai ales TR de rotaţie fiind tot mai mult folosite şi la măsurarea deplasărilor liniare, adaptarea realizându-se uşor, prin diferite sisteme de cuplaj (de exemplu pinion-cremalieră). Avantajul lor major constă în gabaritul redus şi posibilitatea etanşării, prin care se obţine o creştere importantă a fiabilităţii. Dezavantajul acestui sistem, introducerea unor neliniarităţi şi mai ales apariţia hysterezis-ului pot fi uşor eliminate în cazul acţionărilor cu echipamente numerice. Aceste echipamente pot introduce corecţiile necesare în mod automat.

♦ Traductoarele reostatice sunt rezistoare variabile la care cursorul este acţionat de o deplasare care poate fi rectilinie sau unghiulară, situaţie în care se realizează o adaptare între deplasarea măsurată şi poziţia unghiulară a cursorului (de exemplu prin pinion - cremalieră). Mărimea de ieşire este o rezistenţă electrică, care în funcţie de intrare poate varia liniar sau după altă lege. Se utilizează şi traductoare pentru unghiuri de rotaţie mai mari de 3600: potenţiometrele elicoidale (multitură). TR reostatice sunt simple şi relativ ieftine dar au o precizie scăzută datorită contactului imperfect dintre cursor şi traseul rezistiv, generază zgomote electrice la deplasarea cursorului, sunt sesibile la vibraţii şi au o fiabilitate scăzută datorită frecărilor.


68

♦ Traductoarele inductive se construiesc într-o mare varietate de variante întrucât oferă performanţe superioare celor reostatice. Ele conţin bobine de inductanţă proprie L sau mutuală M, cu sau fără miez feromagnetic, la care sub acţiunea deplasării se modifică L sau M. Cele mai simple TR inductive sunt cele cu întrefier variabil. Cunoscând expresia inductanţei unei bobine: L=N2µS/l=N2/R [H] unde R este reluctanţa, N este numărul de spire, µ permeabi-litatea magnetică, l lungimea medie a liniilor de câmp, S suprafaţa străbătută de fluxul magnetic. În cazul existenţei unui întrefier δ,

L = N2/(lf / µf*S + δ / µaer *Saer ) L δ L δ Traductor inductiv cu întrefier variabil

Sensibilitatea acestui traductor este foarte bună dar caracteristica sa este neliniară iar distanţa activă redusă (de ordinul mm). Sensibilitatea în jurul unei poziţii δ0 rezultă din dL = N2*µaer*Saer*1 /δ*dS şi este : dL/dδ = -N2 *µaer*Saer /(δ0 + dS)2 = - N2*µaer *Saer /δ0 *S0 (1+ dδ/δ0) = L0/δ0(1 + dδ/ δ0 )2

fiind deci neliniară (hiperbolică), dependentă de dδ/δ0. O altă variantă constructivă, care asigură o sensibilitate constantă este cu suprafaţa întrefierului variabilă : dL/dS = L0/S0

Aproape toate tipurile de traductoare inductive se folosesc în varianta diferenţială, care pe lângă liniarizarea caracteristicii şi compensarea automată a influenţei parazite a temperaturii are şi avantajul dublării sensibilităţii.

L x L1 x L2 T Traductor cu suprafaţa întrefierului variabilă Traductor diferenţial cu întrefier variabil


69

L2 deplasarea măsurată L2 L1 ieşire Z1 tensiune sinusoidală de alimentare a punţii Z2 Traductor inductiv diferenţial cu miez mobil conectat la o punte de măsură

Cea mai răspăndită variantă de TR inductiv de deplasare este TR diferenţial cu miez mobil, care asigură liniarizarea caracteristicii, compensarea efectelor temperaturii şi măsurarea unor deplasări mai mari (sute de mm). Deplasarea maximă măsurabilă este însă mică în raport cu lungimea traductorului (10 - 20 %). Cele 2 bobine ale TR trebuie să fie identice, având şi inductivităţile L1 şi L2 egale. Cînd miezul este în poziţie mediană uieş=0. Dacă apare o deplasare a miezului, inductivitatea uneia dintre bobine creşte iar inductivitatea celeilalte bobine scade. Incadrând TR într-o punte de măsură în curent alternativ, amplitudinea semnalului de ieşire va fi proporţională cu deplasarea iar defazajul dintre uieş şi uintr va depinde de sensul deplasării. ♦ Traductoare capacitive. O mare varietate de TR de deplasare se bazează pe variaţia capacităţii condensatoarelor provocată de deplasarea măsurată. C = ε ∗S / δ Diferite variante constructive de traductoare capacitive

TR capacitive au faţă de de cele inductive avantajul unui gabarit mai redus şi a unei forţe de acţionare mult mai reduse, dar avînd în vedere impedanţele mari de ieşire din punţile de măsură, necesită frecvenţe de lucru mai mari şi sunt mai sensibile la perturbaţii. Dintre aplicaţiile specifice TR capacitive putem enumera măsurarea automată a grosimii firelor, ţesăturilor, foliilor sau plăcilor din materiale dielectrice, a nivelului lichidelor din rezervoare, etc.

Oricare dintre parametrii capacităţii: constanta dielectrică ε, suprafaţa armăturilor S sau distanţa dintre armături δ poate fi utilizat în vederea măsurării deplasărilor. Ca şi la TR inductive schemele de utilizare sunt de obicei punţile de curent alternativ.


70

♦ Traductoare inductive tip transformator. Două înfăşurări a căror inductanţă mutuală se modifică sub acţiunea deplasării ca mărime de intrare de intrare fie prin modificarea poziţiei relative dintre ele fie prin modificarea poziţiei miezului sau întrefierului pot constitui TR de deplasare de mare precizie. Aceste TR pot realiza măsurarea deplasărilor pe distanţe de zeci de metri, cu erori de ordinul µm, constituind una din soluţiile de bază din construcţia de maşini.

Transformatoarele rotitoare se aseamănă cu motoarele asincrone, având însă 2 înfăşurări statorice decalate geometric cu 90o (perpendiculare). Aplicând unei înfăşurări statorice un semnal sinusoidal u1=Ussin(ωt), în rotor se va in-duce o tensiune sinusoidală dependentă de poziţia relativă dintre rotor şi stator, exprimată prin unghiul φ. Aplicând şi celei de a doua înfăşurări statorice semnalul sinusoidal u2=Us sin(ωt) în rotor se va măsura tensiunea compusă ur=Ur[cosφ+sinφ]sin(ωt)=Ksin(φ + π / 4)sin(ωt), sinusoidală, cu aceeaşi frecvenţă ca şi semnalele statorice dar cu amplitudinea dependentă de φ. Dacă u2=Uscos(ωt), defazată electric cu 90o faţă de u1, va rezulta în rotor tensiunea ur = Ksin(ωt+φ), sinusoidală, cu pulsaţia ω şi amplitudinea constantă dar defazată exact cu φ faţă de u1. Poziţia relativă dintre rotor şi stator va fi deci măsurată prin defazaj, mai avanta-jos decât în cazul anterior, deoarece defazajul este mai puţin dependent de paraziţii industriali decât amplitudinea şi poate fi măsurat relativ simplu cu precizii de circa 0,1%.

Riglele inductosin au constituit primul sistem de măsurare cu mare precizie a deplasărilor liniare, pe distanţe mari (metri, zeci de metri) aplicat pe scară largă pe maşinile unelte NC, centre de prelucrare şi roboţi. Un cursor solidar cu partea mobilă a maşinii, se deplasează paralel cu un suport rectificat montat pe partea fixă a maşinii, pe care sunt plasate un număr oarecare de rigle (în funcţie de lungimea axei). Riglele şi cursorul sunt realizate din suporturi izolatoare de oţel nemagnetic sau sticlă pe care se depun trasee metalice (conductoare de electricitate) în formă de zig zag cu pasul 2p (de obicei p=1mm). Există mai multe lungimi standardizate de rigle (250mm, 500mm, 1000mm) cea mai des utilizată fiind cea de 250mm. Cursorul se deplasează faţă în faţă cu rigla, la o distanţă de 0,15-0,2mm. Alimentând înfăşurările cursorului cu semnale sinusoidale datorită formelor traseelor conductoare şi a poziţiei relative dintre riglă şi cursor, în riglă se va induce un semnal electric. Considerând sistemul ca un transformator desfăşurat, cursorul este primarul iar rigla secundarul. Funcţionarea riglei inductosin este analogă cu a transformatorului rotitor, cu deosebirea că în locul rotaţiei de 360o domeniul maxim de măsură este pasul înfăşurării. Din acest motiv acest traductor va fi un traductor relativ. S-au realizat şi rigle cu desene mai complicate ale traseelor conductoare, care permit o măsurare absolută, dar fără succes economic. Aceste rigle permit obţinerea unei rezoluţii de 1µm şi chiar mai bună şi o precizie de 1-3µm în cadrul unei rigle. Pentru obţinerea unor axe mai lungi, la montare, riglele trebuiesc aliniate cu interferometre laser (descrise în continuare).


71

Riglă inductosin (faţa cablată) Cursor (faţa cablată)

Interforometrele cu laser se bazează pe capacitatea fascicolelor coerente laser de a produce interferenţe de bună calitate chiar şi după parcurgerea unor distanţe de zeci de metri prin atmosferă. Fascicolul de laser (de obicei HeNe cu lungimea de undă λ=0,68µm, roşu) este înjumătăţit, prima parte fiind dirijat spre o oglindă “colţ de cub” plasată pe partea fixă a maşinii, a doua parte fiind rămânând în interferometru. Între fascicolul reflectat de oglindă şi cel de referinţă are loc o interferenţă care depinde de diferenţa de drum d dintre cele două tra-see, a cărei intensitate este măsurată cu ajutorul unui fototranzistor. Dacă d = kλ = 2kλ/2, multiplu par de jumătăţi de lungime de undă, se va obţine un maxim, iar dacă d = (2+1)kλ/2, multiplu impar de jumătăţi de lungime de undă se va obţine un minim. La deplasarea oglinzii cu x se vor măsura un număr de int (2x / λ) maxime. Rezultă o rezoluţie de 0,34µm, care poate fi îmbunătăţită prin detectarea şi a minimelor precum şi prin introducerea unui fototranzistor suplimentar, deplasat cu λ/4 faţă de primul, care asigură şi sesizarea sensului de mişcare a oglinzii. Precizia acestui sistem în vid ar fi egală cu rezoluţia, deci mai mică de 0,1µm! În aer apar erori, daturare variaţilor indicelui de refracţie al atmosferei, dar prin corecţii cu temperatura, presiunea şi umiditatea atmosferică, se poate asigura o eroare de 0,2–0,3µm/m. Este necesară şi compensarea dilatării corpului maşinii măsurate cu temperatura. Atât conducerea măsurătorii cât şi analizarea informaţiilor traductoarelor de corecţie şi corecţia propriuzisă se realizează de către microprocesoare. Se poate măsura şi viteza de deplasare a maşinii. maşina etalonată interferometrul laser oglinda colţ de cub deplasarea maşinii rigle inductosin Alinierea riglelor inductosin cu interferometrul laser

La maşinile care necesită o precizie deosebită se poate utiliza chiar interferometrul ca traductor de deplasare, putându-se obţine şi măsurarea mai multor axe simultan, prin separarea fascicolului în 3 componente diferenţiate prin rotaţii diferite ale direcţiilor de polarizare.

Traductoarele optice de rotaţie sunt actualmente cele mai des folosite, datorită construcţiei compacte şi etanşe, a preciziei şi vitezei ridicate, a imunităţii la perturbaţii şi a preţurilor scăzute. Deşi aceste traductoare pot fi realizate la fel de bine şi pentru deplasări liniare, cea mai convenabilă soluţie este evident cea bazată pe rotaţie. Jocul care apare la sistemele de transformare a translaţiei în rotaţie între pinion şi cremalieră a constituit principalul obstacol în calea traductoarelor de rotaţie, dar odată cu echipamentele de comandă numerică acest


72

dezavantaj a fost înlăturat, echipamentele având posibilitatea de a corecta jocul la fiecare schimbare de sens. De altfel principala caracteristică a traductoarelor optice este tocmai com-patibilitatea perfectă cu echipamentele numerice, chiar principiul de măsură conţinând informaţia sub o formă numerică. TR optice pot fi absolute sau relative (incrementale). Ele sunt alcătuite din discuri sau cilindri pe suprafaţa cărora sunt imprimate diferite trasee, care conţin codificată informaţia referitoare la poziţie. În cazul TR incrementale desenul este format din linii alternative (transparente şi opace), distanţa dintre ele reprezentând incrementele care urmează să fie numărate. Dimensiunea incrementelor poate fi scăzută extrem de mult prin utilizarea unor reţele de scanare, intercalate pe traseul optic de citire a informaţiei, având acelaşi desen ca şi traductorul propriuzis. Sistemele absolute au desene mai complicate, desfăşurate pe mai multe piste, care reprezintă informaţia de poziţie sub o formă codificată binar. Citirea acestei informaţii se face prin sisteme optice care conţin surse de lumină (LED -uri) şi fototraductoare (fotodiode sau fototranzistoare). Suporturile sunt realizate fie din materiale transparente (sticlă, mase plastice) fie din oţel, deci funcţionarea e bazată fie pe diascopie fie pe episcopie. a) Traductor incremental b) Traductor absolut Traductoare optice de deplasare liniare

Unul dintre traductoarele optice incrementale româneşti TIRO 1000-C, conectat la echipamentul NUMEROM 307, poate exemplifica diferitele dezvoltări ale acestui principiu, care asigură, în funcţie şi de tipul cuplajului mecanic, precizii de ordinul micronilor. Reţeaua de scanare este formată din 4 ferestre de scanare decalate cu câte un sfert de pas faţă de reţeaua desenată pe disc. Cele 4 fotodiode utilizate vor colecta semnale care permit atât împărţirea incrementului cu 4 cât şi sesizarea sensului de deplasare a discului faţă de reţea. Reţea de scanare 4 fototraductoare 4 fotoemiţătoare fascicole luminoase Reţea incrementală Disc

a) vedere din faţă b) vedere din latral

Traductor optic incremental de rotaţie


73


74

2.6.4 Traductoare pentru alte mărimi geometrice

Majoritatea mărimile geometrice beneficiază actualmente de o multitudine de tipuri de traductoare bazate pe diferite fenomene fizice. Vom aminti doar unele dintre soluţiile posibile:

Pentru măsurarea automată a grosimilor straturilor sbţiri, de exemplu în cazul vopsirii unor carcase de vagon sau automobil se pot aplica traductoare bazate pe emiterea de trenuri de impulsuri de ultrasunete şi măsurarea întârzierii ecoului. Această metodă, ”a ecoului” este de altfel extrem de convenabilă în multe alte domenii ale ştiinţei şi tehnicii. De la radar, măsurarea distanţelor cosmice (de ex. distanţa Pământ-Lună) sau terestre (telemetre) până la medicină (ecografia). În cazul straturilor subţiri se vor folosi ultrasunetele datorită vitezei lor redusă de propagare. Ecoul util ia naştere la suprafaţa corpului vopsit, după parcurgerea stra-tului de vopsea. Datorită reversibilităţii efectului piezoelectric acelaşi cristal poate juca şi rolul emiţătorului şi pe cel al receptorului.

Distanţa sau grosimea măsurată

Schemă bloc a unui echipament de măsurare a distanţelor sau grosimilor prin metoda ecoului

Circuitul de comandă declanşează emisia undelor şi setează circuitul basculant bistabil. Impulsurile de frecvenţă bine determinată ale oscilatorului vor fi numărate în această perioadă de numărător. Recepţionarea ecoului va avea ca efect resetarea bistabilului şi întreruperea numărării, conţinutul numărătorului rămânând în continuare stabil şi indicând distanţa măsurată. Şi traductoarele inductive sau capacitive pot rezolva această problemă, stratul dielecric de vopsea având fie rolul de întrefier fie pe cel de dielectric. Traductorul se va plasa pe suprafaţa vopsită, cealaltă armătură sau element de circuit magnetic fiind chiar corpul vopsit (care trebuie să fie de natură metalică). Pentru măsurarea grosimii materialelor dielectrice se pot folosi traductoarele capacitive şi în altă variantă constructivă (vezi figura). Deoarece materialul prelucrat are o constantă dielectrică diferită de a aerului, frecvenţa unui oscilator LC în care condensatorul este chiar traductorul, va fi dependentă de grosimea materialului.

EMISIE

RECEPŢIE

Circ. de comandă

Circ. bistabil

Oscilator

Numărător


75

Traductor capacitiv pentru grosime

2.6.5 Traductoare de viteză

Pentru măsurarea vitezei se pot de asemenea găsi mai multe tipuri de traductoare.

În construcţia de maşini unelte, la variatoarele de turaţie pentru motoarele rotative, traductorul clasic este tahogeneratorul (motor de curent continuu de dimensiuni reduse, montat pe axul a cărei viteză de rotaţie trebuie măsurată. Odată cu dezvoltarea echipamentelor de comandă numerice, datorită posibilităţii lor de a efectua calcule numerice, pentru determinarea vitezelor este suficientă informaţia oferită de traductorul de deplasare, viteza fiind obţinută prin împărţirea deplasării la unitatea de timp. Efectul Doppler oferă posibilităţi diverse de măsurare a vitezelor de translaţie şi chiar de rotaţie. Pe această bază se pot obţine printre alte traductoare (de exemplu sistemele radar) şi debitmetre de mare fiabiltate, fără piese în mişcare. Se vor folosi 2 traductoare piezoelectrice, capabile să genereze şi să măsoare unde ultrasonore, plasate la o distanţă cunoscută d unul de celălalt. Timpul de propagare a sunetului în fluid va fi t=d/(c±v) unde c este viteza de propagare a ultrasunetelor în fluid iar v viteza fluidului. Dacă se utilizează pe rând cele 2 TR în regim de emiţător-receptor, diferenţa dintre intervalele de timp măsurate va fi ∆t = d/(c-v)-d/(c+v) = 2 dv/(c2-v2). Deoarece de obicei v este mult mai mică decât c, se poate considera ∆t = 2 dv/c2.

Oscilator

teoria sistemelor si automatizari.pdf

Documents