06_Sisteme de reglare automata I

Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TICProiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013Beneficiar – Centrul Naţional de Dezvoltare a Învăţământului Profesional şi Tehnic

str. Spiru Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureşti-010176, tel. 021-3111162, fax. 021-3125498, [email protected]

Titlul modulului: Sisteme de reglare automată

Material de învăţare – partea I

Domeniul: Electronică automatizăriCalificarea: Tehnician în automatizări

Nivel 3

2009

mailto:[email protected]

AUTOR:NINA CIOBANU – profesor, gradul I, Grup Şcolar Naval „Viceamiral Ioan

Bălănescu” Giurgiu

COORDONATOR:

GABRIELA DIACONU - profesor, gradul I, Grup Şcolar Chimie „Costin Neniţescu” Bucureşti

CONSULTANŢĂ:

IOANA CÎRSTEA – expert CNDIPTGABRIELA CIOBANU – expert CNDIPTANGELA POPESCU – expert CNDIPTDANA STROIE – expert CNDIPT

2

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul TIC, proiect cofinanţat din Fondul Social European în cadrul POS DRU 2007-2013

CuprinsI. Introducere.....................................................................................................................4II. Resurse ……………………………………………………………………………...……..7Tema 1. Sisteme de Reglare Automată (SRA); noţiuni generale…………………………. 8Fişa de documentare 1. Prezentarea Sistemelor de Reglare Automată (SRA)..............8Activitatea de învăţare 1.1 SRA – definiţie, rol, scop. Clasificarea SRA………………..12Activitatea de învăţare 1.2 Schema bloc a unui SRA. Mărimi de intrare/ieşire. Rolul componentelor………………………………………………………………………………… 15Activitatea de învăţare 1.3 Descrierea funcţionării după schema bloc………………….17Tema 2. Semnale utilizate în SRA…………………………………………………………...18Fişa de documentare 2. Semnale utilizate în SRA.........................................................18Activitatea de învăţare 2.1 Semnale utilizate în SRA…………………………………… ..20Tema 3. Regimuri de funcţionare ale unui SRA…………………………………………… 22Fişa de documentare 3. Regim staţionar şi regim tranzitoriu.........................................22Activitatea de învăţare 3.1 Regimurile de funcţionare ale SRA………………………… 26Tema 4. Performanţele unui SRA……………………………………………………………28Fişa de documentare 4. Performanţe staţionare şi tranzitorii.........................................28Activitatea de învăţare 4.1 Performanţele unui SRA……………………………………… 32Tema 5. Traductoare…………………………………………………………………………. 34Fişa de documentare 5. Generalităţi despre traductoare...............................................34Activitatea de învăţare 5.1 Generalităţi despre traductoare……………………………… 40Tema 6. Tipuri de traductoare………………………………………………………………..42Fişa de documentare 6. Tipuri de traductoare.............................................................42Activitatea de învăţare 6.1 Traductoare de poziţie şi deplasare………………………….53Activitatea de învăţare 6.2 Traductoare de poziţie şi deplasare………………………….55Activitatea de învăţare 6.3 Traductoare de forţă şi cupluri……………………………......48Activitatea de învăţare 6.4 Timbre tensometrice………………………………………...…49Activitatea de învăţare 6.5 Traductoare de presiune………………………………….…...50Activitatea de învăţare 6.6 Traductoare de nivel………………………………………….. 51Activitatea de învăţare 6.7 Traductoare de debit…………………………………………..53Activitatea de învăţare 6.8 Traductoare de temperatură…………………………………..55Activitatea de învăţare 6.9 Adaptoare……………………………………………………… 57III. Glosar……………………………………………………………………………………….71IV. Bibliografie………………………………………………………………………………….73

3

I. Introducere

Materialul de învăţare are rolul de a conduce elevul la dobândirea competenţelor : C27.1. - Identifică performanţele unui SRAC27.2. - Prezintă funcţionarea elementelor componente

Domeniul: Electronică şi automatizări

Calificarea: Tehnician în automatizări

Nivelul de calificare: 3

Materialul cuprinde:

- fişe de documentare

- activităţi de învăţare

- glosar

Prezentul material de învăţare, se adresează elevilor din cadrul liceelor tehnologice, domeniul Electronică şi automatizări, calificarea Tehnician în automatizări.

Competenţa / rezultatul învăţării

Teme Elemente componente

C27.1.Identifică performanţele unui SRA

Tema 1

Sisteme de reglare automată; noţiuni generale

Fişa de documentare 1. Prezentarea Sistemelor de Reglare Automată (SRA)

Activitatea de învăţare 1.1. SRA – definiţie, rol, scop. Clasificarea SRA

Activitatea de învăţare 1.2. Schema bloc a unui SRA. Mărimi de intrare/ieşire. Rolul componentelor.

Activitatea de învăţare 1.3. Descrierea funcţionării după schema bloc

C27.1. Tema 2 Fişa de documentare 2. Semnale

4



Identifică performanţele unui SRA Semnale utilizate

în SRA

utilizate în SRA

Activitatea de învăţare 2.1. Recunoaşterea semnalelor tip utilizate în SRA

C27.1. Identifică performanţele unui SRA

Tema 3

Regimuri de funcţionare ale unui SRA

Fişa de documentare 3. Regimuri de funcţionare ale SRA

Activitatea de învăţare 3.1. Regimurile de funcţionare ale SRA

C27.1. Identifică performanţele unui SRA

Tema 4

Performanţele unui SRA

Fişa de documentare 4. Performanţe staţionare şi tranzitorii

Activitatea de învăţare 4.1. Performanţele unui SRA

C27.2.Prezintă funcţionarea elementelor componente

Tema 5

Traductoare

Fişa de documentare 5. Generalităţi despre traductoare

Activitatea de învăţare 5.1. Traductoare. Generalităţi. Clasificare.

C27.2.Prezintă funcţionarea elementelor componente

Tema 6

Tipuri de traductoare

Fişa de documentare 6. Tipuri de traductoare

Activitatea de învăţare 6.1. Traductoare de poziţie şi deplasare

Activitatea de învăţare 6.2. Traductoare de poziţie şi deplasare

Activitatea de învăţare 6.3. Traductoare de forţă şi cupluri

Activitatea de învăţare 6.4. Timbre tensometrice

5



Activitatea de învăţare 6.5. Traductoare de presiune

Activitatea de învăţare 6.6. Traductoare de nivel

Activitatea de învăţare 6.7. Traductoare de debit

Activitatea de învăţare 6.8. Traductoare de temperatură

Activitatea de învăţare 6.9. Adaptoare

După parcurgerea celor şase teme, ce vizează primele două competenţe din standard, absolvenţii nivelului 3, calificarea Tehnician în automatizări, vor fi capabili să recunoască un SRA în funcţie de categorie, să descrie semnalele utilizate în SRA, să caracterizeze regimurile de funcţionare şi performanţele SRA cu legi de reglare obişnuite şi speciale, să identifice tipuri de traductoare din construcţia SRA, să explice funcţionarea traductoarelor din SRA pe baza caracteristicilor generale, conform criteriilor de performanţă din SPP.

6

II. ResursePrezentul material de învăţare cuprinde diferite tipuri de resurse care pot fi folosite

de elevi:

- fişe de documentare

- activităţi de învăţare

Elevii pot folosi atât materialul prezent (în formă printată) cât şi varianta echivalentă online.

7

Tema 1. Sisteme de Reglare Automată (SRA); noţiuni generale

Fişa de documentare 1. Prezentarea Sistemelor de Reglare Automată (SRA)

ROLUL ŞI OBIECTUL UNUI SRA

Sistem de Reglare Automată (SRA) - un sistem în care, între mărimea de ieşire şi mărimea de intrare, fără intervenţia omului, se realizează automat o relaţie funcţională, care reflectă legea de conducere a unui proces.

Rolul SRA - asigură menţinerea automată – fără intervenţia omului – a unor mărimi tehnologice la o valoare prestabilită, de regim.

Obiectul SRA - înlocuirea omului în realizarea diverselor operaţii din procesul de producţie.

CRITERII DE CLASIFICARE A SRA

1. După caracterul informaţiei apriorice asupra IT: SRA cu informaţie apriorică completă SRA cu informaţie apriorică incompletă.

2. După dependenţele – în regim staţionar – dintre mărimile de ieşire şi de intrare ale elementelor componente:

SRA liniare ; SRA neliniare ;

3. După caracterul prelucrării semnalelor : SRA continue ; SRA discrete ;

4. După aspectul variaţiei în timp a mărimii de intrare (şi deci şi a mărimii de ieşire) : sisteme de reglare automată ; sisteme cu program ; sisteme de urmărire ;

5. După numărul de bucle principale (de reglare) : SRA cu o buclă de reglare ; SRA cu mai multe bucle de reglare ;

6. După viteza de răspuns a IT la un semnal aplicat la intrare : SRA pentru procese rapide ; SRA pentru procese lente ;

7. După modul de anihilare a mărimii perturbatoare :

o SRA după abatere ;

o SRA după perturbare ;

o SRA combinate sau în cascadă ;

8. După caracteristicile construcţiei dispozitivelor de automatizare : SRA unificate ; SRA specializate ;

9. După agentul purtător de semnal : SRA electronice, SRA pneumatice, SRA hidraulice, SRA mixte.

SCHEMA BLOC SRA :

ELEMENTE COMPONENTE:

EC – element de comparaţie RA – regulator automatEE – elementu de execuţieTr – traductorIT - instalaţie tehnologică

MĂRIMI DE INTRARE/IEŞIRE:

Xi – mărimea de intrare în sistemXr – mărimea de reacţie

ε – semnalul de eroare (abaterea)

Xc – mărimea de comandăXm – mărimea de execuţie Xp – mărimi perturbatoareXe – mărimea de ieşire

RAA

EE IT

Tr

Xi + ε

-Xr

ECXc

Xm

Xp

Xe

Xe

9

ROLUL ELEMENTELOR COMPONENTE ALE SRA

Elementul de comparaţie (EC) - compară permanent mărimea de ieşire a instalaţiei tehnologice cu o mărime de acelaşi fel cu o valoare prescrisă (considerată constantă), rezultatul comparaţiei fiind semnalul de eroare ε (abaterea); este de regulă un comparator diferenţial;

Regulatorul automat (RA) - efectuează 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 de comandă Xc aplicată elementului de execuţie;

Elementul de execuţie (EE) - intervine 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) - transformă mărimea de ieşire a IT, de regulă într-un semnal electric aplicat EC; este instalat pe bucla de reacţie negativă a SRA.

Convertorul electro/pneumatic sau pneumo/electric (CONV I/P sau P/I) - converteşte semnalul obţinut la ieşirea RA într-un semnal de altă natură fizică, necesar pentru comanda EE, atunci când acestea sunt diferite; dacă semnalul de la ieşirea RA şi cel necesar pentru comanda EE sunt de aceeaşi natură fizică, atunci convertorul poate să lipsească;

DESCRIEREA FUNCŢIONĂRII DUPĂ SCHEMA BLOC

Mărimile perturbatoare Xp acţionează asupra instalaţiei tehnologice IT, determinând variaţii ale mărimii reglate;

Variaţiile mărimii reglate sunt măsurate, semnalizate şi prelucrate, prin intermediul traductorului Tr, cuplat în sistem pe legătura de reacţie negativă, obţinându-se la ieşirea acestuia un semnal de reacţie Xr, de aceeaşi natură fizică cu semnalul de intrare în sistem;

Prin intermediul elementului de comparaţie EC, semnalul de reacţie Xr de la ieşirea traductorului este comparat cu mărimea de intrare Xi, proporţională cu valoarea prescrisă a mărimii de referinţă X0, rezultând la ieşirea comparatorului (de regulă diferenţial, aflat în construcţia RA, pe intrarea cestuia), un semnal de

eroare ε = Xi - Xr ;

Semnalul de eroare ε este amplificat prin intermediul unui amplificator din construcţia regulatorului automat RA şi transformat într-un semnal de comandă

10

Xc (prin circuitul de reacţie care fixează legea de reglare, circuit aflat în RA), la ieşirea RA;

Semnalul de comandă Xc, acţionează asupra servomotorului elementului de execuţie EE, punând în mişcare organul de reglare, în sensul anihilării erorii de

funcţionare ε ;

Dacă semnalul de comandă este de natură fizică diferită de semnalul necesar acţionării servomotorului, atunci, între regulatorul automat RA şi elementul de execuţie EE se cuplează un convertor I/P sau P/I, care realizează conversia semnalului de comandă; altfel, convertorul poate să lipsească;

Dar mărimile perturbatoare Xp continuă să-şi exercite influenţa asupra parametrului reglat din instalaţia tehnologică IT, ale cărui variaţii sunt percepute şi prelucrate de traductorul Tr (de regulă, cuplat local pe IT) şi procesul de reglare se reia (continuă).

11

Activitatea de învăţare 1.1 SRA – definiţie, rol, scop. Clasificarea SRA

Competenţa: C27.1. Identifică performanţele unui SRA Obiectivul/obiective vizate:

După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :

- să definiţi un SRA- să precizaţi rolul şi scopul unui SRA- să recunoaşteţi un SRA în funcţie de categorie

Durata:

Tipul activităţii: împerechere (potrivire)

Sugestii - activitatea se poate face individual, un elev la câte un

calculator, folosind această fişă de lucru

Sarcina de lucru : Pe baza cunoştinţelor teoretice dobândite, veţi asocia unei

litere din coloana A, o cifră din coloana B, în cele două tabele :

Tabel 1.A B

a – definiţia SRA1 - asigură menţinerea automată – fără intervenţia omului – a unor mărimi tehnologice la o valoare prestabilită, de regim

b – rolul SRA2 - înlocuirea omului în realizarea diverselor operaţii din procesul de producţie.

c – obiectivul SRA3 – sistem la care, între mărimea de ieşire şi mărimea de intrare, se realizează automat o relaţie funcţională, care reflectă legea de conducere a unui proces.

4 – realizează corecţia valorii parametrului reglat, manual sau automat

Timp de lucru 10 minute

12

Tabel 2. Criterii de clasificareA B

a – După caracterul informaţiei apriorice asupra IT

1 sisteme de reglare automată ;sisteme cu program ;sisteme de urmărire ;

b – După dependenţele – în regim staţionar – dintre mărimile de ieşire şi de intrare ale elementelor componente

2 SRA pentru procese rapide ; SRA pentru procese lente ;

c – După caracterul prelucrării semnalelor 3 SRA cu o buclă de reglare ;SRA cu mai multe bucle de reglare ;

d – După aspectul variaţiei în timp a mărimii de intrare (şi deci şi al mărimii de ieşire)

4 SRA cu informaţie apriorică

completă SRA cu informaţie apriorică

incompletă.e – După numărul de bucle principale (de reglare)

5 SRA neunificate liniare ;SRA specializate neliniare ;SRA electronice discrete ;

f – După viteza de răspuns a IT la un semnal aplicat la intrare

6 SRA continue ; SRA discrete ;

g – După modul de anihilare a mărimii perturbatoare

7 SRA electronice, SRA pneumatice, SRA hidraulice,SRA mixte.

h – După caracteristicile construcţiei dispozitivelor de automatizare

8 SRA liniare ;SRA neliniare ;

i – După agentul purtător de semnal 9 SRA după abatere ;SRA după perturbare ;SRA combinate sau în

cascadă ;10

SRA unificate ;SRA specializate ;

Răspuns: Tabel 1: a-3; b-1; c-2.Tabel 2: a-4; b-8; c-6; d-1; e-3; f-2; g-9; h-10; i-7.

13

Sugestii Lucraţi individual pentru rezolvarea cerinţelor de mai

sus; Completaţi pe fişa de lucru răspunsurile la cerinţele din

tabelele 1 şi 2; Centralizaţi toate răspunsurile pe un flip-chart; Profesorul, cu rol de moderator, corectează răspunsurile greşite; Comparaţi răspunsurile voastre cu răspunsurile corecte. Cu o altă

culoare faceţi completări sau tăiaţi de pe fişa voastră răspunsurile care nu corespund.

Evaluare:Vă apreciaţi singuri munca realizată prin unul din

calificativele: foarte slab, slab, suficient, bine, foarte bine.

14

Activitatea de învăţare 1.2 Schema bloc a unui SRA. Mărimi de intrare/ieşire. Rolul componentelor.

Competenţa: C27.1. Identifică performanţele unui SRA

Obiectivul/obiective vizate:


- să identificaţi elementele componente ale unui SRA- să precizaţi mărimile de intrare/ieşire ale fiecărei componente din sistem- să explicaţi rolul fiecărei componente în sistem

Durata:

Tipul activităţii: Cubul Sarcina de lucru :

Pe baza cunoştinţelor teoretice dobândite, veţi preciza, pentru fiecare componentă a unui sistem de reglare automată (SRA), mărimile de intrare/ieşire ale componentei şi, rolul îndeplinit în sistem de fiecare componentă

Sugestii:

activitatea se desfăşoară sub forma unui concurs între echipele de lucru; profesorul va fi moderatorul şi arbitrul activităţii; se împarte colectivul în grupe de câte 6 elevi; se alege un lider care să controleze derularea acţiunii; se împart activităţile între membri grupului: fiecare elev din grup primeşte o foaie

de hârtie de formă pătrată ce va constitui în final o “faţă” a cubului, deci o componentă a sistemului de reglare automată;


15

pe foaia de hârtie primită va fi scrisă cerinţa de lucru a fiecărui elev şi anume precizarea mărimilor de intrare/ieşire ale componentei şi rolul îndeplinit în sistem:

,,faţa” - 1 = elementul de comparaţie (EC) ,,faţa” - 2 = regulatorul automat (RA) ,,faţa” - 3 = convertorul (CONV I/P sau P/I) ,,faţa” - 4 = elementul de execuţie (EE) ,,faţa” - 5 = instalaţia tehnologică (automatizată) (IT) ,,faţa” - 6 = traductorul (Tr)

liderul coordonează şi verifică desfăşurarea acţiunii; după rezolvarea sarcinilor se construieşte cubul; se compară rezultatele obţinute de fiecare echipă.

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcţie de exactitatea informaţiilor obţinute

16

Activitatea de învăţare 1.3 Descrierea funcţionării după schema bloc



- să explicaţi funcţionarea sistemului de reglare automată după schema bloc

Durata:

Tipul activităţii: Expansiune

Sarcina de lucru : Veţi preciza, pe baza schemei bloc, funcţionarea unui sistem de reglare

automată (SRA), respectiv modul de transmitere a semnalului de la intrarea în sistem până la ieşirea acestuia

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe de câte 6 elevi fiecare elev din grupă reprezintă o componentă a sistemului de

reglare elevii se vor aşeza pe poziţiile din schema bloc a sistemului fiecare elev din grupă, când îi vine rândul, precizează ce face

componenta respectivă în sistem din momentul primirii semnalului până la ieşirea componentei

Evaluare:


17

Punctajul se acordă în funcţie de exactitatea informaţiilor obţinute.Dacă aţi realizat cerinţa, puteţi trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceţi activitatea.

Tema 2. Semnale utilizate în SRA

Fişa de documentare 2. Semnale utilizate în SRA

CLASIFICAREA SEMNALELOR UTILIZATE ÎN SRA : (după A. Szuder)

Tipuri de semnale aplicate SRA: Semnal treaptă unitară Semnal rampă unitară Semnal impuls unitar Semnal sinusoidal

Formele de variaţie ale semnalelor:

a) semnal treaptă unitară 1 pentru t > 0

u(t) = 0 pentru t ≤ 0

1

U(t)

t

0

18

b) semnal rampă unitară

t pentru t > 0 u(t) =

0 pentru t ≤ 0

c) semnal impuls unitar (semnal impuls unitar Dirac)

pentru t = 0,

pentru t ≠ 0, u(t) = 0

d) semnal sinusoidal u(t) = Umax sin ωt

Comportarea elementelor SRA se studiază în funcţie de un semnal de intrare treaptă unitară.

U(t)

0

t

U(t)

t 0

Xr

A

U(t)

0

Xr

A

t T/2

Xr

A

T

19

Activitatea de învăţare 2.1 Semnale utilizate în SRA



- să identificaţi tipuri de semnale utilizate în SRA- să precizaţi relaţiile care descriu formele de variaţie a semnalelor

Durata:

Tipul activităţii: împerechere (potrivire)

Sugestii - activitatea se poate face individual, un elev la câte un

calculator, folosind această fişă de lucru

Sarcina de lucru : Pe baza cunoştinţelor teoretice dobândite, veţi asocia unei

litere din coloana A, o cifră din coloana B, în tabelul următor:

A B

a – semnal treaptă unitară 1 pentru t > 0

u(t) = 0 pentru t ≤ 0

1.


U(t)

t 0

Xr

A20

b – semnal rampă unitară t pentru t > 0

u(t) =0 pentru t ≤ 0

2.

c – semnal impuls unitar

pentru t = 0,

pentru t ≠ 0, u(t) = 0

3.

d – semnal sinusoidal

u(t) = Umax sin ωt4.

5.

Răspuns: a-2; b-5; c- 1; d-3.

Sugestii Lucraţi individual pentru rezolvarea cerinţelor de mai

sus; Completaţi pe fişa de lucru răspunsurile la cerinţele din

tabel; Centralizaţi toate răspunsurile pe un flip-chart; Profesorul, cu rol de moderator, corectează răspunsurile greşite;

1

U(t)

t 0

U(t)

0

Xr

A

t T/2

Xr

A

T

U(t)

0

t

t

U(t)

0

21

Comparaţi răspunsurile voastre cu răspunsurile corecte. Cu o altă culoare faceţi completări sau tăiaţi de pe fişa voastră răspunsurile care nu corespund.

Evaluare:Vă apreciaţi singuri munca realizată prin acordarea a

două puncte pentru fiecare răspuns corect şi două puncte din oficiu.

Tema 3. Regimuri de funcţionare ale unui SRA

Fişa de documentare 3. Regim staţionar şi regim tranzitoriu

REGIMUL STAŢIONAR:

Este un regim de echilibru static, când mărimile de intrare şi de ieşire sunt constante în timp; se mai numeşte şi regim static.

Reprezentarea grafică a dependenţei dintre mărimea de ieşire Xe şi mărimea de intrare Xi a unui element al SRA, în regim static, se numeşte cacteristică statică a elementului.

Caracteristicile statice pot fi: liniară - descrisă de ecuaţia: Xe = K * Xi (3.1)

- K este factorul de amplificare al elementului SRA : K = Xe / Xi (3.2)

neliniară - pot fi liniarizabilă pe zona de funcţionare a elementului SRA

Reprezentarea grafică a caracteristicilor statice :

caracteristică liniară caracteristică neliniară

Mai multe elemente conectate în serie (cascadă), pot fi înlocuite printr-un element echivalent, care are factorul de amplificare echivalent K egal cu produsul factorilor de amplificare ai elementelor conectate în serie:

0

Xe

Xi

K1 K2

K = K1* K2

X1 X3X2

X1 X3

Xe

ee

Xi

0

22

Caracteristica statică a unui SRA :

- în regim staţionar Xe = f ( Xi ) (3.3)- dacă toate elementele sistemului sunt liniare, atunci şi caracteristica statică a sistemului este liniară:- sistemul SRA este descris de ecuaţia :

(3.4)

unde Ko = factorul global de amplificare al sistemului:

- ecuaţia caracteristicii statice a sistemului este dată de relaţia : (3.5)

unde Ko este factorul global de amplificare al sistemului :

REGIMUL TRANZITORIU (DINAMIC):

Caracteristica dinamică a elementelor SRA

în regim dinamic, elementele SRA sunt descrise de ecuaţii care exprimă dependenţa dintre mărimile de ieşire şi intrare, variabile în timp: Xe(t), Xi(t)

s-a convenit în practică, să se stabilească variaţia mărimii de ieşire, în regim dinamic pentru o mărime de intrare variabilă sub formă de treaptă unitară;

o astfel de caracteristică dinamică este numită răspuns la semnal treaptă sau răspunsul indicial;

KRA KEE KIT

KTM

Xi + ε

Xp

Xc Xm Xe

Xr -

23

comportarea dinamică a elementelor SRA are loc după anumite legi ca:

- proporţionale- integratoare- derivative- combinaţii ale acestora.

Elementul proporţional: - este descris de legea: - grafic - răspunsul indicial:

Elementul integrator :- este caracterizat de legea: - grafic - răspunsul indicial:

Elementul derivativ : - mărimea de ieşire a unui element derivativ este proporţională cu viteza de

variaţie a mărimii de intrare, după legea:- grafic - răspunsul indicial:

Xe(t) = K * Xi (t)

Xe(t)

Xi(t)

t

t

Xi(t)

Xe(t)

t

t

Xi(t)

Xe(t)

t

t

24

Caracteristica dinamică a unui SRA :

- comportarea dinamică a unui SRA este apreciată în funcţie de răspunsul său indicial : Xe(t) = f(Xi(t));

- comportarea dinamică a unui SRA depinde de comportarea dinamică a elementelor de automatizare din componenţa SRA.;

grafic:

- răspunsul indicial al SRA reprezintă variaţia mărimii de ieşire a SRA la o variaţie sub formă de treaptă unitară a mărimii de referinţă (a mărimii de intrare):

- mărimea reglată atinge valoarea prescrisă pentru mărimea de referinţă

abia la infinit : t ∞ (t tinde la infinit)

- cu cât constanta de timp To este mai mică, cu atât mărimea reglată se apropie mai repede de valoarea prescrisă Xo.

t

t

xio

xi i

0xe

xo

To0

25

Activitatea de învăţare 3.1 Regimurile de funcţionare ale SRA




- să definiţi cele două regimuri de funcţionare ale unui SRA- să reprezentaţi grafic dependenţele dintre mărimile de intrare/ieşire în

regim staţionar şi în regim dinamic- să determinaţi relaţia matematică a caracteristicii statice de funcţionare a

unui SRA- să explicaţi comportarea sistemului în regim staţionar şi, respectiv,

tranzitoriu

Durata:

Tipul activităţii: Harta conceptuală Sarcina de lucru :

Pe baza cunoştinţelor teoretice dobândite, veţi realiza o hartă conceptuală a regimurilor de funcţionare ale SRA, în care să se regăsească:


26

- definirea regimului staţionar, respectiv definirea regimului dinamic (tranzitoriu)- reprezentările grafice ale dependenţei dintre mărimile de intrare/ieşire în regim

static- reprezentările grafice ale răspunsurilor indiciale ale elementelor SRA în regim

dinamic- deducerea factorului de amplificare pentru SRA în regim staţionar- obţinerea relaţiei matematice a caracteristicii statice a SRA- reprezentarea grafică a caracteristicii SRA în regim dinamic

Sugestii: Utilizaţi fişa de documentare 3 Folosiţi internetul, reviste de specialitate şi cărţi tehnice pentru a

completa cunoştinţele dobândite la orele de curs; Elevii vor lucra individual, iar rezultatele se vor prezenta întregii clase;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcţie de exactitatea informaţiilor obţinute

27

Tema 4. Performanţele unui SRA

Fişa de documentare 4. Performanţe staţionare şi tranzitorii

PERFORMANŢE STAŢIONARE

- în regim staţionar, mărimile din sistem sunt constante - principalul indice de performanţă în regim staţionar este eroarea staţionară

Calitatea reglării automate este exprimată prin precizia cu care SRA asigură menţinerea mărimii de referinţă la valoarea prescrisă, indiferent de acţiunea perturbaţiilor ;

Variaţia în timp a erorii ε(t) la variaţia treaptă a mărimii de referinţă

Între mărimea reglată Xe(t) şi mărimea de referinţă Xo(t) există o diferenţă numită abatere dinamică ε(t).

La infinit, eroarea dinamică se anulează şi sistemul intră în regim staţionar. Pentru unele SRA, ε(t) nu se anulează total, existând în regim staţionar o abatere permanentă, numită eroare staţionară a SRA.

X0

X0*e-t/To

X0(t)

ε(t)t p

t p

28

EROAREA STAŢIONARĂ A SRA:

- deoarece în regim staţionar mărimile din sistem sunt constante, derivatele lor sunt nule şi acest regim se stabileşte teoretic la infinit, deci eroarea staţionară este eroarea ε(t) pentru t ∞:

lim ε(t) = lim Xi (t) – lim Xe (t) (4.1)

t ¥ t ¥ t ¥

atunci, eroarea staţionară devine : εst = Xi – Xe.st

unde : Kr = factorul de amplificare al dispozitivului de prescriere a mărimii de referinţă

K0 = factorul de amplificare al SRA

Xe = Kr*K0*X0 (4.2)

unde:

(4.3)

Kr K0 Xe

p

Xi

p

Xo

Xp

KRA KEE KIT

KTM

Xi + ε Xc Xm Xe

Xr -

Xe

29

Ecuaţia caracteristicii statice fiind :

eroarea staţionară devine:

εst = (4.4)

- eroarea staţionară poate fi modificată prin factorul de amplificare pe cale directă K, ce duce la micşorarea erorii; factorul de amplificare se poate modifica, modificând KRA:

- dacă SRA conţine pe cale directă un element integrator atunci eroarea staţionară a sistemului este nulă; pentru ca sistemul să funcţioneze cu eroarea staţionară nulă, se utilizează de regulă un SRA de tip PI.

- Performanţa staţionară impusă unui sistem de reglare este de forma :

εst = 0 (4.5)

sau, prin raportare la valoarea Xe.st , poate fi de forma:

εst ≤ εst.imp [exprimată în %] (4.6)

unde εst.imp este valoarea impusă erorii staţionare, maxim admisibilă din considerente legate de buna desfăşurare a procesului tehnologic automatizat.

PERFORMANŢE TRANZITORII (REGIMUL DINAMIC)

performanţele sunt apreciate în funcţie de eroarea dinamică (abaterea dinamică) ε(t) pe întreaga perioadă, din momentul apariţiei până la stabilizare ;

sistemele SRA pot fi comparate între ele după precizia reglării în regim dinamic, deci în funcţie de răspunsurile lor la un semnal treaptă unitară (răspunsuri indiciale);

calitatea reglării poate fi apreciată în funcţie de următorii indicatori de performanţă:

- suprareglajul σ - indică valoarea maximă cu care mărimea reglată depăşeşte mărimea de referinţă Xo = Xe.st (primul maxim al mărimii reglate); σ = Xe.max - Xe.st

30

La sistemele stabile, cu evoluţia regimului tranzitoriu de forma I, oscilaţiile sunt amortizate şi suprareglajul este σ ≠0 (primul maxim, prima depăşire a valorii staţionare), iar la sistemele cu regim tranzitoriu aperiodic, de forma II , suprareglajul este nul : σ = 0.

Performanţa impusă suprareglajului are aspectul unei condiţii de limitare, de forma : σ ≤ σimp [exprimată în %].

Valoarea maximă impusă sau maximă admisibilă a suprareglajului σimp

depinde de tipul instalaţiei tehnologice şi al procesului care se desfăşoară în această instalaţie ; depăşirile mari ale valorii staţionare duc la suprasolicitarea instalaţiei şi, în final, la deteriorarea acesteia.

- timpul de răspuns (reglare) tr – indică valoarea duratei regimului tranzitoriu şi reprezintă intervalul de timp dintre momentul inceputului procesului tranzitoriu şi momentul în care absolută a diferenţei Xe – Xe.st scade sub o valoare limită fixată

Durata regimului tranzitoriu exprimă timpul în care eroarea ε(t) scade sub 5% din valoarea mărimii de referinţă Xo (sau a valorii staţionare Xe.st).

Xe – Xe.st ≤ ± 5% Xe.st (4.7)

Pentru asigurarea rapidităţii necesare desfăşurării procesului de reglare, pentru timpul de răspuns se impune o performanţă (valoare limită a tr) de forma:

tr ≤ tr.imp (4.8)

Valoarea maximă impusă timpului de răspuns tr.imp este valoarea maximă admisibilă şi depinde de tipul instalaţiei tehnologice şi al procesului care se desfăşoară în această instalaţie ;

În unele cazuri, se impun şi alte performanţe tranzitorii, cum sunt:Gradul de amortizareTimpul de creştere Lărgimea de bandă (în cazul regimurilor sinusoidale) etc.

II

tr II

I

Xe(t)

Xe.st

t p

tr I

31

Activitatea de învăţare 4.1 Performanţe staţionare şi tranzitorii




- să precizaţi indicii de performanţă în regim staţionar şi tranzitoriu- să indicaţi relaţiile matematice ale erorii staţionare, suprareglajului şi

timpului de răspuns (reglare) ale unui sistem- să analizaţi variaţiile mărimii de ieşire ale tipurilor de SRA în regim

tranzitoriu

Durata:

Tipul activităţii: Problematizarea

Sarcina de lucru : Utilizând cunoştinţele acumulate, veţi completa spaţiile rubricile goale din tabelul

următor, deducând relaţiile matematice, unde este cazul:

Tipul regimului de funcţionare a

SRA

Indici de performanţă

Relaţie matematică Reprezentare grafică

StaţionarEroarea

staţionară

Dinamic (tranzitoriu)


32

Sugestii:

elevii vor utiliza fişa de documentare 4, internetul, reviste de specialitate şi cărţi tehnice pentru a completa cunoştinţele dobândite la orele de curs;

elevii se pot organiza în perechi elevii din fiecare pereche vor completa împreună tabelul câte un elev din fiecare grupă va prezenta rezultatul muncii echipei profesorul, cu rol de moderator, corectează răspunsurile greşite;

Evaluare:


33

Tema 5. Traductoare

Fişa de documentare 5. Generalităţi despre traductoare

GENERALITĂŢI, PERFORMANŢE, CLASIFICARE

În scopul măsurării mărimilor fizice care intervin într-un proces tehnologic, este necesară, de obicei, convertirea acestora în mărimi de altă natură fizică pentru a fi introduse cu uşurinţă într-un circuit de automatizare.

Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de a măsura valorile parametrului reglat şi de a converti acest parametru (de obicei o mărime fizică neelectrică) într-o mărime fizică (de obicei electrică) dependentă de prima, compatibilă cu mărimea de intrare în elementul următor al sistemului.

Traductoarele sunt cunoscute şi sub denumirea de elemente de măsură, destinate măsurării mărimilor conduse şi a unor mărimi semnificative, pe baza cărora se pune în evidenţă echilibrul proceselor

Prin intermediul traductoarelor putem obţine informaţiile necesare conducerii automate a proceselor în circuit închis

Traductoarele sunt montate de regulă pe bucla de reacţie.

Structura generală a traductoarelor este foarte diferită, de la un tip de traductor la altul, cuprinzând unul, două sau mai multe convertoare conectate în serie. În majoritatea cazurilor, structura generală a unui traductor este cea din figura următoare:

Elementul sensibil numit şi detector, efectuează operaţia de măsurare propriu-zisă, luând contact cu mediul al cărui parametru se măsoară; este specific fiecărui parametru măsurat;

Adaptorul numit şi transmiter asigură transformarea (adaptarea) semnalului măsurat într-un alt semnal, în general electric sau pneumatic, unificat, semnal ce se pretează pentru transmiterea la distanţă.

Elementsensibil

AdaptorXi Xo Xe

Traductor

34

De obicei, adaptorul cuprinde şi sursa de energie care face posibilă convertirea mărimii Xo în mărimea Xe.

Funcţionare: Mărimea de intrare Xi (de exemplu: presiune, nivel, forţă etc.) este convertită de

către elementul sensibil într-o mărime intermediară X0 (deplasare liniară sau rotire), care este transformată în mărimea de ieşire Xe (tensiune electrică, rezistenţă electrică, inductanţă, capacitate etc.), aplicată circuitului de automatizare cu ajutorul adaptorului.

Mărimea de ieşire a traductoarelor : pentru sistemul electronic unificat E, este un semnal electric în gama 2-10

mApentru sistemul electronic nou de automatizare (S.N.A.) (sistemul

electronic unificat F) este un semnal electric în gama 4-20 mApentru sistemul unificat pneumatic folosesc ca semnal unificat presiunea

de 0.2-1daN/cm2.

Caracteristicile generale ale traductoarelor

La un traductor, mărimea de intrare Xi şi cea de ieşire Xe sunt de natură fizică diferită, însă sunt legate între ele printr-o relaţie generală de dependenţă de forma:

Xe = f(Xi) (5.1)

Relaţia de dependenţă poate fi o funcţie liniară sau neliniară, cu variaţii continue sau discontinue.

caracteristica statică a traductorului - este reprezentarea grafică a relaţiei generale de dependenţă dintre mărimea obţinută la ieşirea traductorului şi mărimea aplicată la intrarea sa; este prezentată în figura următoare:

Xe min

Xe max

α

Xe

Xi min

Xi max

X i

35

Performanţele traductoarelor pot fi apreciate pe baza următoarelor caracteristici:

natura fizică a mărimilor şi de ieşire de intrare (presiune, debit, tempe-ratură, deplasare etc., respectiv rezistenţă electrică, curent, tensiune etc.);

puterea consumată la intrare şi cea transmisă elementului următor (de sarcină); de obicei, puterea de intrare este relativ mică (câţiva waţi, miliwaţi sau chiar mai puţin), astfel încât elementul următor în schema de automatizare este aproape totdeauna un amplificator;

liniaritatea - se referă la aspectul caracteristicii statice a elementelor şi, această caracteristică nu trebuie să prezinte curburi şi histerezis pe tot domeniul de variaţie al mărimilor de intrare şi ieşire.

sensibilitatea absolută sau panta Ka - este raportul dintre variaţia mărimii de ieşire şi a mărimii de intrare:

(5.2)

sensibilitatea - reprezintă limita raportului dintre variaţia infinit mică a mărimii de ieşire şi cea de intrare, când ultima tinde spre zero, adică:

(5.3)

în mod normal, elementele de măsurat prezintă un anumit prag de sensibilitate,adică o valoare limită Xi sub care nu mai apare o mărime măsurabilă la ieşire.

panta medie (Km) - se obţine echivalând caracteristica statică cu o dreaptă având coeficientul unghiular:

Km = tg α ≈ Ka (5.4)

domeniul de măsurare - definit de pragurile superioare de sensibilitate Xi max

şi Xe max şi de cele inferioare Xi min şi Xe min; reprezintă intervalul în care variază mărimea de intrare şi în care traductorul are precizia cerută.

precizia – definită în funcţie de eroarea relativă a traductorului, exprimată în procente:

(5.5)

rapiditatea sau timpul de răspuns - reprezintă intervalul de timp în care un semnal aplicat la intrare se va resimţi la ieşirea elementului; acest timp poate fi oricât de mic, dar niciodată nul, putând fi asimilat cu inerţia.

fineţea sau gradul de fineţe - se caracterizează prin cantitatea de energie absorbită de traductor din mediul de măsură, recomandându-se să fie cât mai mică pentru a nu influenţa desfăşurarea procesului; alegerea traductorului se

36

va face în funcţie de parametrul reglat, în funcţie de mediul de măsură, în funcţie de tipul semnalului: continuu, electric sau neelectric, discontinuu, ş.a.

comportarea dinamică - caracteristică ce se referă la capacitatea elementului traductor de a reproduce cât mai exact şi fără întârziere variaţiile mărimii măsurate.

reproductibilitatea - reprezintă proprietatea elementelor de a-şi menţine neschimbate caracteristicile statice şi dinamice pe o perioadă cât mai lungă de timp, în anumite condiţii de mediu admisibile.

CLASIFICAREA TRADUCTOARELOR

după natura mărimii de intrare

traductoare de mărime

mărimi neelectrice

temperatură

debit

presiune

nivel

umiditate

viteză etc.

mărimi electrice

tensiune

curent

rezistenţă

frecvenţă etc.

traductoare de calitate (caracteristici ale compoziţiei corpurilor)

gazoanalizoare

traductoare de pH

spectrografe etc.

după natura mărimii de ieşire

traductoare parametrice (transformă o mărime neelectrică într-un parametru de circuit electric)

rezistive

inductive

capacitive

fotoelectrice etc.

traductoare generatoare (transformă o mărime neelectrică într-o forţă electromotoare)

de inducţie

sincrone

piezoelectrice

termoelectrice etc.

37

TRADUCTOARE PARAMETRICE

Mărimi fizice de bază

Mărimi fizice derivate Elemente sensibile tipice

Deplasare

- deplasare liniară;- deplasare unghiulară- lungime (dimensiuni geometrice);- grosime;- straturi de acoperire;- nivel- deformaţie (indirect forţă, presiune sau cuplu); - altitudine.

- rezistive;- inductive;- fotoelectrice;- electrodinamice (de inducţie, selsine, inductosine).

Viteză- viteză liniară;- viteză unghiulară; - debit.

- electrodinamice (de inducţie);- fotoelectrice.

Forţă

- efort unitar;- greutate- acceleraţie (vibraţie); - cuplu;- presiune (absolută, relativă, vacuum, nivel, debit); - vâscozitate.

- termorezistive;- termistoare;- rezistive;- inductive;- capacitive;- piezorezistive;- magnetorezistive.

Temperatură

- temperatură ( pentru solide, fluide, de suprafaţă);- căldură (flux, energie);- conductibilitate termică.

- termorezistenţe;- termistoare;- termocupluri.

Masă - debit de masă- complexe (dilatare+deplasare)

Concentraţie

- densitate;- componente în amestecuri de gaze;- ioni de hidrogen în soluţii.

- idem ca la forţă;- termorezistive; - electrochimice;- conductometrice.

38

Radiaţie

- umiditate;- luminoasă;- termică;- nucleară.

- fotoelectrice;- detectoare în infraroşu;- elemente sensibile bazate pe ionizare.

TRADUCTOARE GENERATOARE

Mărimea fizică de măsurat

Efectul utilizat Mărimea de ieşire

TemperaturaTermoelectricitate Tensiune

Piroelectricitate Sarcina

Flux deradiaţie optică

Foto-emisie Curent

Efect fotovoltaic Tensiune

Efect foto-electric Tensiune

Forţa Piezo-electricitate Sarcina electrică

Presiune Piezo-electricitate Sarcina electrică

Acceleraţie Piezo-electricitate Sarcina electrică

Viteza Inducţie electromagnetică Tensiune

Poziţie (Magnet) Efect Hall Tensiune

39

Activitatea de învăţare 5.1 Generalităţi despre traductoare

Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente



- să explicaţi funcţionarea unui traductor - să precizaţi rolul elementului sensibil şi al adaptorului- să analizaţi performanţele unui traductor- să clasificaţi traductoarele - să alegeţi un traductor pentru o aplicaţie dată

Durata:


Sarcina de lucru : Realizaţi un eseu de circa 20 – 25 rânduri, cu tema ,,Traductoare” după

următoarea structură:1. definiţia traductorului2. structura unui traductor3. rolul elementului sensibil şi al adaptorului4. funcţionarea traductorului5. caracteristica statică a traductorului6. performanţele traductoarelor în funţie de caracteristicile lor7. clasificarea traductoarelor

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual


40

elevii vor utiliza fişa de documentare 5, internetul, reviste de specialitate şi cărţi tehnice pentru a completa cunoştinţele dobândite la orele de curs;

Evaluare:


41

Tema 6. Tipuri de traductoare

Fişa de documentare 6. Tipuri de traductoare

Traductoare de poziţie şi deplasare

transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variaţie a unui parametru al unui element pasiv de circuit electric (rezistenţă electrică, capacitate electrică, inductanţă magnetică)

cele mai simple traductoare de deplasare sunt : rezistive - transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variaţie a

rezistenţei unui reostat sau a unui potenţiometru capacitive - transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variaţie a

capacităţii electrice a unui condensator inductive - transformă o deplasare liniară sau unghiulară într-o variaţie a

inductanţei unui circuit magnetic

variaţiile parametrilor de circuit sunt măsurate prin determinarea curentului absorbit sau a tensiunii electrice corespunzătoare

I) Traductoare rezistive de deplasare

Pot fi de deplasare liniară şi de deplasare unghiularăI.1.deplasare liniară (a) Funcţionare: Subansamblul mobil a cărui deplasare liniară se măsoară, este conectat solidar cu cursorul ce alunecă pe înfăşurarea rezistivă, astfel că variaţia rezistenţei electrice este măsurată prin căderea de tensiune între capătul fix de rezistenţă zero şi cursor:

(a) (b)

I.2.deplasare unghiulară (b)

Funcţionare: Pentru deplasări unghiulare se utilizează un potenţiometru de formă circulară, obţinut prin bobinarea unui fir rezistiv pe un suport izolant circular, fir rezistiv peste care alunecă un cursor, astfel că, rezistenţa la ieşirea potenţiometrului şi tensiunea de ieşire, când acesta este alimentat la o tensiune continuă stabilizată, depind numai de unghiul de rotaţie α .

42

II) Traductoare inductive de deplasare

Clasificare:

traductoare inductive cu întrefier variabil (cu armătură mobilă - utilizate în cazul deplasărilor liniare mici (sub 2 mm )

traductoare inductive diferenţiale cu întrefier variabil - în cazul unor deplasări între 2 mm şi 4 mm

traductoare inductive diferenţiale cu miez magnetic mobil - pentru deplasări de ordinul centimetrilor

Funcţionare: Componentele mobile ale traductoarelor inductive (armătura mobilă, respectiv miezul magnetic mobil) sunt solidare cu subansamblul a cărui deplasare trebuie determinată, astfel că, prin modificarea distanţei x dintre armătura mobilă şi armătura fixă, respectiv deplasarea miezului magnetic mobil în bobina cilindrică, se modifică practic inductanţa bobinei deci curentul absorbit de solenoid, respectiv de bobina cilindrică. Astfel, curentul indicat de ampermetru este direct proporţional cu deplasarea.

Traductor inductiv cu armătură mobilă Traductor inductiv cu(pentru deplasări mici, de ordinul miez mobil

zecimilor de milimetru) (pentru deplasări mari)

Pentru reducerea perturbaţiilor de natură electromagnetică, întreg ansamblul se ecranează.

III) Traductoare capacitive de deplasare

Se deosebesc trei categorii de traductoare capacitive de deplasare după relaţia capacităţii electrice a unui condensator:

d

SC

.

x

S

ε

ε0d

+

–

x

εε0

d

–

S +

x

Sε0d

+

–

x

Sε0

+

–

traductoare cu suprafaţă variabilă

traductoare cu distanţă variabilă

traductoare cu dielectric variabilsau

43

Prin deplasarea dielectricului sau a unei armături (solidare cu dispozitivul a cărui deplasare se măsoară) se produce variaţia unuia din cei trei parametri (ε, S, d), variaţie ce duce la modificarea capacităţii condensatorului, mai uşor măsurabilă.

Sensibilitatea traductoarelor e dată de relaţia: d

CS

Toate traductoarele capacitive funcţionează în curent alternativ, la o frecvenţă de cel puţin 1 kHz.

Se utilizează frecvent pentru măsurări de deplasări rapide (metoda compensării) sau prin montarea în punte a două traductoare identice, unde numai unul dintre traductoare este acţionat de mărimea neelectrică măsurată sau controlată.

Armăturile se confecţionează dintr-un material special numit invar, pentru înlăturarea erorilor datorate variaţiilor de temperatură.

Traductoare de forţă şi cupluri

Pentru măsurarea forţei se pot folosi fie traductoare specifice, fie traductoare de deplasare care captează forţa şi o transformă într-o deplasare.

Sunt traductoare elastice care se bazează pe modificarea reversibilă a formei unei structuri de bază (bară, inel) sub acţiunea forţei aplicate: măsurând lungirea sau contracţia structurii respective, se obţin informaţii despre mărimea forţei care a determinat-o.

Odată cu modificările de natură mecanică (lungime l, secţiune S sau rezistivitate

electrică ) ale unui corp metalic sau semiconductor, supus unei forţe, are loc şi o modificare a rezistivităţii acestuia – efectul tensorezistiv, a cărui aplicaţie o reprezintă timbrele tensorezistive.

Acestea sunt realizate dintr-un fir conductor dispus în zig-zag sau dintr-o folie conductoare foarte subţire ce se depune pe un suport izolator şi se lipeşte pe piesa solicitată. Suportul izolator şi adezivul pentru lipire sunt materiale elastice şi foarte durabile.

Caracteristica de transfer a unui timbru metalic

Un timbru tensometric are rezistenţa nominală între 100 şi 500 Ω şi poate măsura deformaţii de la câţiva milimetri până la câţiva centimetri

Traductoare de presiune

Presiunea se defineşte prin relaţia:

suport izolator

fir (folie)

terminal

Δl

ΔF

S

Fp

44

Principiul de funcţionare al traductoarelor de presiune constă în convertirea unei presiuni într-o deplasare liniară care este convertită apoi într-o variaţie de tensiune cu ajutorul unui montaj potenţiometric sau cu o punte de măsură.

În funcţie de domeniul presiunilor de măsurat, elementele sensibile ale acestor traductoare diferă.

Elementele sensibile ale traductoarelor de presiune pot fi:

membrane elastice tuburi elastice pistoane cu resort

Au o sensibilitate relativ redusă, precizia lor fiind influenţată de vibraţii şi şocuri, temperatură, umiditate, existenţa derivei de zero etc.

Pentru presiuni foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, la care elementul sensibil este executat de obicei din oţel inoxidabil şi 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.

Pentru măsurarea subpresiunilor se utilizează :vacuumetre Pirani, traductoare de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece (Penning),traductoare cu ionizare prin radiaţii (alfatron) şi traductoarele de tip magnetron.

Traductoare de nivel

Măsurarea nivelului în recipienţi este foarte importantă pentru multe procese tehnologice şi pentru evaluarea stocurilor existente.

Funcţionarea traductoarelor de nivel se bazează pe acţiunea forţei arhimedice. Pot fi utilizate numai pentru lichide

Cele mai simple traductoare de nivel sunt:

Traductoare cu plutitor

Traductoare cu imersor

Traductorul de nivel cu plutitor

La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesară cunoaşterea densităţii lichidului.

p c

c p

a

.

Silfoane

pc

Membrană Tub Bourdon

p

a

.b

.c.

Pistoane cu resort

p

45

Schemă de principiu, construcţie şi funcţionare:

Traductorul de nivel cu imersor

Schemă de principiu, construcţie şi funcţionare:

Pentru traductorul cu imersor, este necesar să se ştie valoarea densităţii lichidului.

Se poate adapta foarte uşor la un traductor de tipul balanţă de forţe, metoda fiind aplicabilă dacă se cunoaşte densitatea lichidului, principalele erori fiind date de dependenţa de temperatură a densităţii, aceste erori putând fi compensate.

Traductoare de debit

Măsurarea debitului este o problemă legată de curgerea unui fluid. Ca fenomen, curgerea este caracterizată prin viteză însă, de cele mai multe ori, interesează debitul.

Debitul poate fi:

volumic QV = volumul de fluid care trece printr-o secţiune a conductei de curgere, în unitatea de timp

masic Qm = masa de fluid care trece printr-o secţiune a conductei de curgere, în unitatea de timp

Qm = ρ . Qv

Traductorul de debit cel mai simplu se bazează pe faptul că un fluid care curge, poate pune în mişcare de rotaţie un sistem mecanic.

G

x

tambur: poziţia sa relativă dă indicaţii

despre nivelul lichiduluicontragreutate:

echilibrează mişcarea plutitorului

plutitor: se află permanent pe suprafaţa

lichidului

resort: forţa sa elastică şi forţa arhimedică sunt

echilibrate de greutatea imersorului

imersor: parţial introdus în lichid şi suspendat de resort, îşi

modifică poziţia în funcţie de nivelul lichidului

G

x

Fa

Fe

densitatea fluidului

46

Traductorul de debit cu paletă

Se obţine prin montarea unei palete pe direcţia de curgere a fluidului.

Funcţionare: Datorită curgerii fluidului, asupra paletei acţionează o forţă care o roteşte în jurul articulaţiei, rotire care este pusă în evidenţă printr-un traductor de deplasare unghiulară; cu cât forţa este mai mare, cu atât unghiul α este mai mare.

Deplasarea paletei în mediul conductor lichid aflat sub acţiunea unui câmp magnetic produce, conform legii inducţiei electromagnetice, o tensiune electromotoare proporţională cu viteza de deplasare a lichidului prin conductă.

Dezavantaje : măsurarea modifică debitul de curgere a fluidului iar informaţia care se obţine este însoţită de erori.

Traductorul electromagnetic de debit

Schema de principiu a unui astfel de traductor este următoarea:

Indicaţia voltmetrului V este proporţională cu viteza de curgere, deci cu debitul fluidului.

Măsurătorile nu sunt influenţate de vâscozitatea fluidului, densitatea sau conductibilitatea acestuia şi nici de modul de curgere laminar sau turbulent.

Precizia de măsurare este de ± 1% la lichide cu o conductibilitate minimă de 100 μS/cm şi viteze între 0 – 1 m/s până la 10 m/s.

Traductoare de temperatură

Sunt dispozitive care convertesc temperatura într-o deplasare sau dilatare (gaz sau metal), într-o variaţie a unui parametru al circuitelor electrice (de obicei rezistenţă) sau într-o tensiune electromotoare.

Funcţionarea traductoarelor de temperatură are la bază proprietatea materialelor conductoare de a-şi modifica rezistivitatea electrică (deci şi rezistenţa electrică), în funcţie de temperatură, conform relaţiei :

R = R0 (1 + α*Δθ)

rezistenţa electrică la o temperatură

oarecare rezistenţa electrică la temperatura de referinţă

(de obicei, 20 ˚C)

coeficient de variaţie a rezistenţei cu temperatura

variaţia de temperatură (faţă de temperatura de

referinţă)

α

v

~

VSN vB

electrod (metalic)

pol magnetic (al unui electromagnet) tub izolator (conductă

de curgere)

v

E1 E2

e

D

H

~U

47

Cele mai simple traductoare de temperatură sunt temometrele cu sau fără contact (reglabil sau nereglabil), ambele tipuri fiind cu mercur.

Măsurând (prin metode cunoscute) rezistenţa electrică a unui conductor cu o anumită temperatură, se pot obţine informaţii despre valoarea temperaturii respective.

Traductoarele termorezistive

Din această categorie fac parte :

termorezistoarele, care sunt traductoare termorezistive metalice, realizate cu materiale conductoare, fie ca o înfăşurare pe un suport izolant (termorezistenţe), fie ca un ansamblu de două conductoare (traductoare bimetalice), fie ca o peliculă (film) depusă pe o placă din aluminiu, oxidată (timbre termorezistive)

termistoarele, care sunt traductoare termorezistive realizate cu materiale semiconductoare

Termorezistenţele – sunt traductoare la care, odată cu modificarea temperaturii se modifică rezistenţa electrică a materialului conductor. Aspectul exterior al termorezistenţelor tehnice este similar cu cel al termocuplelor.

Elementul sensibil al termorezistenţei este realizat dintr-o înfăşurare conductoare plată sau cilindrică, peste un suport izolant din mică, izoplac, ceramică, textolit ş.a. ; înfăşurarea conductoare este un fir din platină (-180 ÷ +6000 C şi mai rar –200 ÷ +10000

C), nichel (-100 ÷ +2500 C), cupru, wolfram, fier, fir bobinat neinductiv pe suport.

Cele mai utilizate sunt termorezistenţele din platină, care se folosesc şi ca etaloane de temperatură în intervalul 0÷6000C.

Traductoare bimetalice - sunt realizate din materiale metalice, fabricate din table sau benzi din componente diferite, unite intim între ele şi caracterizate de coeficienţi de dilatare termică liniară diferiţi.

Prin deformarea lamelei bimetalice la variaţii de temperatură, se pot închide sau deschide contacte electrice fixe sau reglabile cu temperatura.

În aplicaţiile industriale traductoarele bimetalice sunt elemente esenţiale în cazul protecţiei la suprasarcini a masinilor electrice, transformatoarelor, conductelor electrice, iar în scopuri mai puţin “industriale” sunt utilizate la aparatele şi dispozitivele electrocasice (calorifere, perne, plite, uscătoare, fiare de călcat etc.).

Termistoarele - sunt traductoare de temperatură realizate din material semiconductor, fenomenele de conducţie în acest caz fiind mult mai complexe.

Termistoarele de siliciu au o bună stabilitate pentru temperaturi între –50 ÷ +1200C. Până la 1200C, în mecanismul de conducţie intervine dopajul ce reduce mobilitatea purtătorilor de sarcină, pentru temperaturi mai mari, datorită ionizărilor termice, rezistenţa scade cu temperatura.

Traductoare termoelectrice (termocuple)

48

Constructiv, se realizează din două conductoare metalice sau aliaje diferite (termoelectrozi) sudate împreună la unul din capete.

Funcţionare : prin încălzirea locală a sudurii (joncţiunea de măsurare – capăt cald), datorită efectului termoelectric direct (efectul Seebeck) se va genera o tensiune termoelectromotoare la capetele libere ale conductoarelor (joncţiunea de referinţă – capăt rece) indicată de un milivoltmetru.

Electrodul M3 se utilizează la prinderea, lipirea, răsucirea sau sudarea capătului cald.

Cu toate că sensibilitatea termocuplelor este mai redusă decât a termorezistenţelor, ele nu produc semnal de ieşire dacă nu există o diferenţă de temperatură, însă sensibilitatea scade foarte mult la temperaturi scăzute.

Pirometrele

Permit măsurarea temperaturii prin intermediul energiei radiante, fără contact, în concordanţă cu legile radiaţiei termice.

Măsurarea se face prin comparaţie, adică pe imaginea suprafeţei radiante, ce emite o radiaţie în spectrul vizibil, se suprapune o lampă etalon.

Reglând curentul de filament se va modifica temperatura acestuia şi implicit culoarea.

În funcţie de temperatura filamentului Tf, valoarea curentului prin acesta constituie o măsură a temperaturii urmărite Tm .

Pirometrele obişnuite au domeniile: 7000C (filament roşu închis) şi temperatura maximă a filamentului 15000C, dar pot fi extinse până la 30000C prin utilizarea unor atenuatoare optice.

e

mV

M1

M1

M3M2

a. b.

Termocuplu Fire de extensie Circuit de măsură

Tm > Tf Tm = Tf Tm < Tf

49

Pirometrele sunt foarte mult utilizate în siderurgie (metalurgie) pentru măsurarea temperaturii şarjei în cuptoare, furnale etc.

Adaptoare

Pe lângă elementul sensibil, în construcţia unui traductor intră şi adaptorul . Mai cunoscute sunt :

Adaptorul tensiune (rezistenţă)-curentAdaptorul ELT 160

Se foloseşte pentru obţinerea semnalului electric unificat, curent 2 - 10 mA, prin cuplarea cu un element sensibil de tip termorezistenţă sau termocuplu. Adaptorul se compune din:

bloc de gamă K71…H77 care servesc la obţinerea, la ieşirea lui, a unui semnal standard de curent continuu ±10 μA, în funcţie de semnalul de la ieşirea elementului sensibil;

un amplificator de curent continuu cu modulare, amplificatoare în curent alternativ şi modulare;

un bloc de liniarizare sau corecţie.Semnalul de la ieşirea blocului de gamă se aplică înfăşurării de comandă a

modularului magnetic, fiind transformat într-un semnal alternativ cu frecvenţa de 1000Hz. Acest semnal este amplificat şi se obţine la ieşire un semnal unificat 2-10 mA, proporţional cu mărimea de intrare a elementului sensibil (temperatura).

Caracteristica statică a ansamblului element sensibil - bloc de gamă poate fi neliniară, motiv pentru care este prevăzut un bloc de liniarizare sau corecţie, care are o caracteristică neliniară ce compensează neliniarităţile introduse de blocul de gamă sau elementul sensibil.

Adaptorul ELT162

Face parte din sistemul nou de automatizare (S.N.A.) – sistemul F (4–20 mA) şi este destinat să înlocuiască adaptoarele ELT162 (161), din sistemul E. Conţine un amplificator de curent continuu, realizat cu amplificator operaţional integrat care asigură o precizie foarte bună, sensibilitate, stabilitate cu temperatura şi amplificarea semnalelor obţinute de la ieşirea blocului de gamă.

Se foloseşte combinat cu următoarele tipuri de detectoare de temperatură:termorezistenţe Pt 50 şi Pt 100;termocupluri PR10%, PR 13%, Cromel-alunel, Fier-constant.

Adaptoare electronice deplasare-curent

50

Aceste tipuri de adaptoare sunt frecvent utilizate în cadrul sistemului electronic E, întrucât multe dintre traductoarele acestui sistem conţin elemente sensibile care au ca mărime de ieşire o deplasare liniară sau unghiulară. Aşa este cazul traductoarelor de presiune, nivel, debit.

Adaptorul deplasare unghiulară-curent ELT370

Foloseşte principiul convertirii unei deplasări mecanice (rotire) într-un semnal de curent alternativ, a cărui amplitudine este proporţională cu deplasarea. Adaptorul ELT370 este plasat în aceeaşi carcasă cu elementele sensibile ale traductoarelor în care este cuplat.

Adaptoare forţă-curent

În cadrul traductoarelor din sistemul F se foloseşte un adaptor forţă-curent bazat pe principiul balanţei de forţe (echilibru de forţe).

Conţine un traductor diferenţial deplasare-tensiune de tip inductiv.

Adaptoare pneumatice de deplasare unghiulară-presiune

Adaptoarele pneumatice împreună cu elementele sensibile corespunzătoare fac parte din ansamblul denumit traductor pneumatic, utilizat pentru măsurarea şi reglarea automată a unor procese din instalaţiile industriale care folosesc diferite fluide.

Adaptorul pneumatic transformă deplasarea unghiulară în semnal unificat pneumatic 0,2…1 daN/cm2 sau 1…0,2 daN/cm2.

Adaptorul pneumatic deplasare unghiulară-presiune PLT370

Adaptorul pneumatic PLT370 este format dintr-o placă de bază pe care se montează mecanismul respectiv şi care se compune din:

un sistem duză-clapetă;un sistem de reacţie compus dintr-o capsulă mecanică şi un mecanism cu articulaţie elastică;un amplificator pneumatic.

51

Funcţionare : mişcarea de rotaţie primită de la axul 5 al elementului sensibil este transmisă sistemului duză-clapetă 2.

Dacă se apropie de clapetă şi presiunea p în spatele duzei va creşte, aceasta este transmisă amplificatorului pneumatic inversor AP - 3, la ieşirea căruia presiunea pe

va scădea proporţional cu deplasarea duzei. Totodată presiunea pe este transmisă şi unei capsule mecanice 4 care, prin

articulaţia elastică 1, asigură legătura inversă (reacţia negativă) şi măreşte astfel stabilitatea ansamblului.

52

Activitatea de învăţare 6.1 Traductoare de poziţie şi deplasare

Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:


- să precizaţi elementele componente ale fiecărui tip de traductor de deplasare

- să explicaţi funcţionarea fiecărui tip de traductor de deplasare

Durata:

Tipul activităţii: Diagrama păianjen


CU DISTANŢĂ VARIABILĂCU DISTANŢĂ

VARIABILĂ

TRADUCTOARE DE DEPLASARE ŞI POZIŢIE

TRADUCTOARE DE DEPLASARE ŞI POZIŢIE

TRADUCTOARE REZISTIVETRADUCTOARE

REZISTIVE

DEPLASARE UNGHIULARĂDEPLASARE

UNGHIULARĂ

DEPLASARE LINIARĂDEPLASARE

LINIARĂ

CU ARMĂTURĂ MOBILĂCU ARMĂTURĂ

MOBILĂ

CU DIELECTRIC VARIABIL

CU DIELECTRIC VARIABIL

TRADUCTOARE INDUCTIVETRADUCTOARE

INDUCTIVE

TRADUCTOARE CAPACITIVETRADUCTOARE

CAPACITIVE

CU SUPRAFAŢĂ VARIABILĂ

CU SUPRAFAŢĂ VARIABILĂ

CU MIEZ MOBILCU MIEZ MOBIL

53

Sarcina de lucru : Folosind surse de informare diferite, obţineţi informaţii despre construcţia fiecărui

tip de traductor de deplasare şi funcţionarea fiecăruia.Completaţi diagrama cu informaţiile obţinute pentru fiecare tip de traductor.

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual elevii vor utiliza fişa de documentare 6, internet, manual, caiete de notiţe, reviste

de specialitate şi cărţi tehnice, pentru a completa cunoştinţele dobândite la orele de curs;

Evaluare:

Punctajul se acordă în funcţie de numărul informaţiilor furnizate.Dacă aţi realizat cerinţa, puteţi trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceţi activitatea.

54

Activitatea de învăţare 6.2 Traductoare de poziţie şi deplasare



- să alegeţi tipul de traductor de deplasare necesar într-o măsurare- să realizaţi măsurarea unei deplasări

Durata:

Tipul activităţii: Experimentul

Sarcina de lucru:

Pe baza cunoştinţelor teoretice dobândite la orele de curs, veţi realiza măsurări ale deplasării unui subansamblu din dotarea laboratorului, pe o distanţă de 5 mm, după următorul plan :

1. Alegerea tipului de traductor de deplasare;


55

2. Realizarea montajului de măsurare;3. Verificarea montajului de măsurare;4. Notarea rezultatelor într-un tabel;5. Concluzii.

Sugestii: Realizarea lucrării de laborator presupune lucrul în echipe de 2 – 4 elevi; Fiecare membru trebuie să primească o sarcină de lucru şi să-şi asume

responsabilitatea rezultatelor echipei; Membrii grupului organizează şi execută împreună sarcinile de lucru; Profesorul observă şi analizează nivelul de cooperare, atmosfera creată

în timpul lucrului; Elevii trebuie să cunoască normele de protecţia muncii specifice

domeniului.

Evaluare: Se consideră lucrare realizată, dacă elevii refectuează cel puţin două

detreminări cu tipul de traductor ales în funcţie de subansamblul din dotarea laboratorului.

56

Activitatea de învăţare 6.3 Traductoare de forţă şi cupluri



- să definiţi efectul tensorezistiv- să descrieţi principiul de funcţionare al traductoarelor de forţă şi cupluri

Durata:

Tipul activităţii: Diagrama păianjen

Sarcina de lucru:

Realizaţi un eseu de circa 15 rânduri, cu tema ,,Traductoare de forţă şi cupluri” după structura prezentată în diagrama din figură:


57

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual elevii vor utiliza fişa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate şi cărţi

tehnice pentru a completa cunoştinţele dobândite la orele de curs;

Evaluare: Se consideră lucrare realizată, dacă elevii refectuează cel puţin două

detreminări cu tipul de traductor ales în funcţie de subansamblul din dotarea laboratorului.

58

Activitatea de învăţare 6.4 Timbre tensometrice



- să alegeţi tipul de timbru tensometric necesar într-o măsurare- să realizaţi măsurarea unei forţe cu timbrul tensometric

Durata:

Tipul activităţii: Experimentul


59

Sarcina de lucru: Cunoscând relaţia dintre rezistenţa electrică şi rezistivitate, realizaţi un scurt

“îndrumar de laborator” pentru determinarea forţei utilizând timbre tensometrice. Îndrumarul va cuprinde:

a) schema montajului de lucru;

b) aparatele necesare;

c) modul de lucru.

Sugestii: Realizarea lucrării de laborator presupune lucrul în echipe de 2 – 4 elevi; Fiecare membru trebuie să primească o sarcină de lucru şi să-şi asume

responsabilitatea rezultatelor echipei; Membrii grupului organizează şi execută împreună sarcinile de lucru; Profesorul observă şi analizează nivelul de cooperare, atmosfera creată

în timpul lucrului; Elevii trebuie să cunoască normele de protecţia muncii specifice

domeniului.

Soluţie:a) Schema montajului de lucru

b) Aparate necesare: ohmmetru serie (sau multimetru)c) Modul de lucru: se reglează ohmmetrul (indicaţia pentru Rx = 0 şi pentru Rx = ∞) se măsoară rezistenţa nominală a timbrului tensometric (înainte de aplicarea forţei)

Rn = ……. Ω se măsoară rezistenţa timbrului tensometric în timp ce forţa F este aplicată piesei

R1 = ……. Ω se determină ΔR = R1 – Rn = …….. Ω utilizând caracteristica de transfer a timbrului tensometric utilizat, se determină forţa

aplicată piesei (forţă proporţională cu deformaţia Δ )

Evaluare:

60

Se consideră lucrare realizată, dacă elevii refectuează cel puţin două detreminări cu tipul de traductor ales în funcţie de subansamblul din dotarea laboratorului.

Activitatea de învăţare 6.5 Traductoare de presiune



- să explicaţi principiul de funcţionarea unui traductor de presiune- să precizaţi tipuri de elemente sensibile şi adaptoare ale traductoarelor de

presiune- să clasificaţi traductoarele de presiune- să alegeţi un traductor pentru o aplicaţie dată

Durata:Timp de lucru 15 minute

61


Sarcina de lucru : Realizaţi un eseu de circa 15 rânduri, cu tema ,,Traductoare de presiune” după

următoarea structură:

definiţia presiunii unităţi de măsură pentru presiune principiul de funcţionare al traductoarelor de presiune tipuri de traductoare de presiune tipuri de elemente sensibile şi adaptoare aferente traductoarelor de

presiune utilizări ale traductoarelor de presiune

Sugestii:

elevii se pot organiza în grupe mici, de câte 2-3 elevi sau pot lucra individual elevii vor utiliza fişa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate şi cărţi


Evaluare: Punctajul se acordă în funcţie de exactitatea informaţiilor obţinute.

Dacă aţi realizat cerinţa, puteţi trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceţi activitatea.

62

Activitatea de învăţare 6.6 Traductoare de nivel



- să explicaţi principiul de funcţionare a unui traductor de nivel- să precizaţi tipuri de traductoare de nivel

Durata:


63


Sarcina de lucru: I. Se dă schema de principiu pentru măsurarea nivelului din figura următoare:

1. precizaţi tipul de traductor de nivel2. indicaţi elementele componente şi precizaţi rolul lor3. indicaţi principiul fizic pe care se bazează construcţia şi funcţionarea

acestui tip de traductor4. explicaţi modul de măsurare cu acest traductor

II. Investigaţi mediul în care vă desfăşuraţi activitatea cotidiană, la şcoală şi acasă, pentru a descoperi situaţii sau instalaţii în care se utilizează traductoare de nivel.

Ce fel de traductoare sunt acestea? Completaţi tabelul următor:

Nr. crt.

Instalaţia Tipul traductorului

Sugestii: elevii se pot organiza în grupe mici (2 - 3) elevi sau pot lucra individual. elevii vor utiliza fişa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate şi cărţi


Evaluare: Vă apreciaţi singuri munca realizată prin calificativele: foarte slab, slab, suficient,

bine, foarte bine.

G

x

64

Activitatea de învăţare 6.7 Traductoare de debit



- să explicaţi principiul de funcţionare a unui traductor de debit- să precizaţi tipuri de traductoare de debit

Durata:


65


Sarcina de lucru: I. Se dăschema de principiu pentru măsurarea debitului, din figura următoare:

1. precizaţi tipul de traductor de debit2. indicaţi elementele componente şi precizaţi rolul lor3. indicaţi principiul fizic pe care se bazează construcţia şi funcţionarea

acestui tip de traductor4. explicaţi modul de măsurare cu acest traductor5. analizaţi schema traductorului şi aflaţi sensul tensiunii electromotoare

induse aplicând regula mâinii drepte; reprezentaţi sensul respectiv, lăsând doar o săgeată dintre cele două reprezentate în dreptul voltmetrului (ştergând-o pe cea necorespunzătoare).

Sugestii: elevii se pot organiza în grupe mici (2 - 3) elevi sau pot lucra individual. elevii vor utiliza fişa de documentare 6, internetul, reviste de specialitate şi cărţi

tehnice pentru a completa cunoştinţele dobândite la orele de curs;Evaluare:

Punctajul se acordă în funcţie de exactitatea informaţiilor obţinute.

Dacă aţi realizat cerinţa, puteţi trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceţi activitatea.

VSN vB

66

Activitatea de învăţare 6.8 Traductoare de temperatură



să explicaţi principiul de funcţionare a unui traductor de temperatură să indicaţi tipuri de traductoare de temperatură utilizate în tehnica

măsurărilor să precizaţi caracteristicile tehnice ale diferitelor tipuri de traductoare de

temperatură, precizănd tipurile de adaptoare utilizate

67

să utilizaţi traductoare de temperatură în procesul de măsurare

Durata:

Tipul activităţii: Rezumare

Sarcina de lucru:

Întocmiţi într-o perioada de 1 săptămână un referat, utilizând surse de documentare concrete (internet, reviste de specialitate, cărţi tehnice, pliante, cataloage ale firmelor producătoare) în care să prezentaţi cel puţin 3 tipuri de traductoare de temperatură folosite în automatizări.

Se vor avea în vedere următoarele: proprietatea pe care se bazează funcţionarea lor construcţia şi funcţionarea caracteristici tehnice generale; domeniul de utilizare

Sugestii:

Elevii se pot organiza în grupe mici (2 - 3) elevi sau pot lucra individual.

Evaluare: Se consideră lucrare realizată, dacă elevul prezintă cel puţin 3 tipuri de

traductoare de temperatură cu caracteristici tehnice şi instrucţiuni de utilizare.

Timp de lucru 1 săptămână

68

Activitatea de învăţare 6.9 Adaptoare



să explicaţi principiul de funcţionare al unui adaptor să indicaţi tipuri de adaptoare utilizate în construcţia traductoarelor

Durata:


69

Tipul activităţii: Învăţarea prin categorisire

Sarcina de lucru:

Completaţi următorul tabel cu răspunsurile pe care le consideraţi corecte; După completarea fiecărei rubrici, veţi confrunta răspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe folie.

Tipuri de adaptoare

Varianta constructivă

Tipul de traductor în care este utilizat

Caracterizare

Adaptoare tensiune (rezistenţă) - curent

Adaptoare electronice deplasare - curent

Adaptoare forţă - curent

Adaptoare pneumatice de deplasare unghiulară - presiune

Evaluare: Vă apreciaţi singuri munca realizată prin unul din calificativele: foarte slab, slab,

suficient, bine, foarte bine.

70

III. Glosar

aparatul de măsuratsistemul tehnic care permite determinarea cantitativă a mărimilor ce se măsoară

automatizareaintroducerea unor dispozitive şi legături cu scopul de a realiza operaţiile de comandă şi reglare automată a procesului.

comanda

ansamblul de operaţii ce se efectuează în circuit deschis şi care au ca efect stabilirea unei dependenţe după o lege prestabilită, pentru valoarea unei mărimi dintr-un proces în raport cu mărimi independente de acesta.

comanda cu program

comanda care se realizează conform unui program

71

comanda secvenţială

comanda care se realizează după un program secvenţial ce fixează apriori succesiunea acţiunilor asupra unui sistem, unele acţiuni depind de executarea acţiunilor precedente sau de îndeplinirea în prealabil a unor condiţii

comanda automatăcomanda care se realizează numai prin dispozitive prevăzute în acest scop

comanda manualăcomanda în care omul intervine asupra elementului de execuţie

controlul operaţia de măsurare, verificare prin comparare, analiză.metoda digitală metoda de afişare a datelor sub formă numerică

dispozitivul de automatizare

ansamblul de aparate şi legături care se conectează cu procesul în scopul realizării operaţiilor de comandă şi de reglare dorite.

element al sistemului automat

o parte a sistemului automat care formează o unitate constructivă şi realizează una sau mai multe din funcţiunile sistemului automat; un element are una sau mai multe mărimi de intrare şi o mărime de ieşire, prin care se primesc şi se transmit mărimile fizice caracteristice funcţionării elementului; elementele componente ale unui sistem automat formează un ansamblu unificat dacă elementele sunt legate între ele prin semnale de intrare şi ieşire cu variaţii în domenii date (2…10 mA c.c. ; 1…5 mA c.c. ; 0…20 mA ; 0,2…1 daN/cm2 – kgf/m2).

eroareadiferenţa dintre rezultatul unei măsurări şi valoarea mărimii măsurate

membrană element elastic, folosit în construcţia aparatelor de măsură

preciziacaracteristica aparatului de măsură în funcţie de care se alege aparatul şi se evaluează calitatea măsurării

procesansamblul transformărilor, caracterizat prin una sau mai multe mărimi măsurabile, pentru care se realizează o automatizare.

reglarea(automată–manuală)

ansamblul de operaţii care au drept scop ca, pe baza comparaţiei valorii măsurate a unei mărimi din proces cu o valoare prestabilită să acţioneze asupra procesului astfel că mărimea reglată să fie adusă sau menţinută la valoarea prescrisă prin stabilirea unei dependenţe după o lege prestabilită pentru valoarea unei mărimi dintr-un proces în raport cu mărimi independente sau dependente de proces sau prin reducerea influenţei mărimilor perturbatoare asupra mărimilor din proces.

semnal mărimea fizică utilizată pentru transmiterea unei informaţiisemnalizarea ansamblul de operaţii care au ca efect declanşarea unor

semnale de alarmă (optică, acustică) pentru a atrage atenţia asupra apariţiei unor situaţii normale - anormale în

72

funcţionarea procesului.

sensibilitateacaracteristica unui element care exprimă raportul dintre variaţia mărimii de ieşire şi variaţia mărimii de intrare care o produce, după ce regimul staţionar a fost atins

siguranţa în funcţionare

calitatea unui element de a funcţiona cu o probabilitate prestabilită un interval de timp determinat, fără să se depăşească valorile tolerate

sistemul automatansamblul cuprinzând procesul şi dispozitivul de automatizare.

telecomandacomanda se realizează de la distanţă (se folosesc metode şi dispozitive de teletransmitere).

traductorulpartea unui ansamblu de măsurare care care are rolul de a transforma informaţia de măsurare într-o mărime fizică prelucrabilă

semnal unificatsemnalul din canalul de transmitere cu domeniul de variaţie standardizat

GLOSARUL – poate fi completat pe măsura parcurgerii modulului şi ar fi indicat ca, fiecare elev să aibă în portofoliu o listă cu cuvintele cheie propriei discipline de specialitate.

O parte dintre termenii specifici domeniului auotmatizărilor sunt definiţi în cuprinsul fişelor de documentare, urmând ca profesorul şi elevii să-i descopere şi să-i adauge prezentului glosar.

IV. Bibliografie

Bălăşoiu, T., ş.a., [2002] - Elemente de comandă şi control pentru acţionări şi SRA, manual pentru clasele a XI-a şi a XII-a, liceu tehnologic, specializarea electrotehnică, Editura Econimică Preuniversitaria, Bucureşti

Bichir, N. şi colectiv ,[1993]– Maşini, aparate, acţionări şi automatizări, manual pentru clasa a XI–a şi a XII–a licee industriale şi şcoli profesionale, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti

Călin Sergiu, Dumitrache I., Dimo Paul [1972] - Automatizări electronice - E.D.P. –Bucureşti

73

Mareş, Fl., Bălăşoiu, T., Fetecău, Gr., Enache, S., Federenciuc, D. , [2002] – Elemente de comandă şi control pentru acţionări şi sisteme de reglare automată, manual pentru clasele a XI-a şi a XII-a, Editura Economică, Bucureşti

Mareş, Fl., ş.a. , [2001] - Solicitări şi măsurări tehnice. Laborator tehnologic. Auxiliar curricular pentru clasa a X-a, liceu tehnologic – profil tehnic, Editura Econimică Preuniversitaria, Bucureşti

Mihoc, D., Simulescu, D., Popa, A. , [1982] – Aparate electrice şi automatizări, Editura Didactică şi Pedagogică

Mihoc Dan, Popescu Stelian [1978] - Automatizări – EDP, Bucureşti

Mirescu, S.C., ş.a. , [2004] – Laborator tehnologic. Lucrări de laborator şi fişe de lucru, Vol. I şi II. Editura Economică Preuniversitaria, Bucureşti

Pintea Mihaela– Sisteme de automatizare - Auxiliar curricular pentru ciclul superior al liceului, profil tehnic - Programul PHARE TVET RO 2003/005– 551.05.01– 02

Tertişco Mihai, Stamata Aurel, Antonescu Magdalena, Soare Corina, Neagu Ana, Glatz Alexandru [1986] - Aparate de măsurat şi automatizări în industria chimică, E.D.P. – Bucureşti

Tertişco Mihail, Stamata Aurelian, Magdalena Antonescu, Corina Soare [1994] – Aparate de măsurat şi control. Automatizarea producţiei - EDP, RA Bucureşti

74

06_Sisteme de reglare automata I

Documents

Transcript of 06_Sisteme de reglare automata I