STF Materie Partial

  • View
    218

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

STF

Transcript

  • ROLUL SI LOCUL TRADUCTOARELOR IN SISTEMELE DE MASURA

    Definiia clasic a operaiei de msurare bazat pe noiunea de unitate de msur arat c a

    msura nseamn a stabili pe cale experimental valoarea (numeric) a unei mrimi fizice necunoscute prin compararea cu o mrime de aceeai natur aleas n mod convenional ca unitate.

    Uzual msurrile sunt efectuate cu participarea unui operator uman, participare care se reflect

    n mod direct n obinerea rezultatelor. innd cont de acest aspect, operaia de msurare ca o comparaie direct perceptibil a mrimii de msurat cu unitatea nu e posibil dect ntr-un numr

    restrns de cazuri n care unitile pot fi realizate sub o form care s permit utilizarea lor ca atare. Restriciile apar, pe de o parte, datorit faptului c exist numeroase mrimi fizice care nu sunt

    accesibile simurilor umane, iar, pe de alt parte, chiar i n situaiile celor care posed aceast posibilitate, numai un domeniu limitat poate fi sesizat. Din aceste motive, msurtorile se efectueaz

    n majoritatea cazurilor, cu ajutorul aparatelor de msurat. Prin aparat de msur se nelege acel aparat care stabilete o dependen ntre mrimile de msurat i o alt mrime ce poate fi perceput n

    mod nemijlocit de organele de sim, de o manier care permite determinarea valorii mrimii necunoscute n raport cu o anumit unitate de msur.

    Exist i un alt caz, cel al sistemelor automate de conducere eficient a unui proces n care deciziile de conducere pot fi luate numai pe baza unor informaii ct mai corecte asupra unor

    parametri semnificativi pentru caracterizarea tehnico-economic a procesului. n acest caz, traductoarele stabilesc o coresponden ntre mrimea de msurat i o mrime cu un domeniu de

    variaie calibrat, apt de a fi recepionat i prelucrat de echipamente de conducere a procesului.

    Structura general a unui traductor Realizarea funciei de traductor nseamn c la ieirea traductorului se obine un semnal care

    reprezint valoric mrimea msurat sub form accesibil dispozitivelor de automatizare. Aceasta implic o serie de operaii de conversie cu caracter informaional nsoite totodat i de transformri

    energetice bazate pe energia asociat mrimii msurate, fie pe cea furnizat de surse auxiliare. Un traductor are (n general) dou componente: Elementul sensibil (denumit i detector, captor sau senzor) este elementul specific pentru

    detectarea mrimii fizice pe care traductorul trebuie s o msoare (mrimea x). Mediul n care funcioneaz traductorul, n afara acestei mrimi x pe care aceasta trebuie s-o converteasc, i sunt proprii numeroase alte mrimi fizice.

    Elementul sensibil se caracterizeaz prin proprietatea de a detecta numai mrimea x, eliminnd sau reducnd la un minim acceptabil influenele pe care le exercit asupra sa toate celelalte mrimi

    fizice n mediul respectiv. Sub aciunea mrimii de intrare are loc o modificare de stare a elementului sensibil care, fiind o consecin a unor legi fizice, conine informaia necesar determinrii valorii acestor mrimi. Modificarea de stare presupune un consum energetic preluat de la mrimea de

  • msur. n funcie de fenomenele fizice pe care se bazeaz detecia, de puterea asociat mrimii de intrare i de cantitatea din aceasta care se poate ceda fr a-i altera valoarea, modificarea de stare se poate manifesta sub forma unui semnal la ieirea elementului sensibil (de exemplu tensiunea electromotoare a unui termocuplu n funcie de temperatur). n alte situaii modificarea de stare are ca efect variaii ale unor parametri de material a cror evideniere printr-un semnal necesit o energie

    de activare extern. A doua component, adaptorul, are rolul de a adapta informaia obinut la ieirea elementului

    sensibil la cerinele impuse de aparatura care o utilizeaz. Pe partea de intrare adaptorul se caracterizeaz printr-o mare diversitate din necesitatea de a

    putea prelua variatele forme sub care pot s apar modificrile de stare a numeroaselor tipuri de elemente sensibile: pe partea de ieire adaptoarele cuprind, elemente constructive comune pentru

    generarea de semnale unificate indiferent de intrare, ndeosebi n cazul aparaturii de automatizare standardizate sau aparaturii de msur standardizate.

    Funciile realizate de adaptor sunt complexe. Ele determin ceea ce se nelege uzual prin adaptare de nivel sau de putere, impedan. Adaptorul asigur conversia variaiilor de stare ale elementelor sensibile n semnalele calibrate reprezentnd valoarea mrimii de intrare. Prin urmare se poate spune c adaptorul este elementul in care se efectueaz operaia specific msurrii: comparaia

    cu unitatea de msur adoptat. Modalitile practice de efectuare a comparaiei pot fi diverse, ele innd de nsi principiile

    metodelor de msurare aplicate i determinnd diferenieri structurale importante ale adaptoarelor. Astfel comparaia se poate face n raport cu o mrime etalon care exercit o aciune permanent i

    simultan cu mrimea de intrare (comparaie simultan). n cele mai multe cazuri comparaia este nesimultan, n sensul c mrimea etalon este aplicat

    din exterior iniial, n cadrul operaiei de calibrare, anumite elemente constructive memornd efectele sale i utilizndu-le ulterior pentru comparaia cu mrimea de msurat, singura care se aplic din exterior n aceste cazuri (comparaie succesiv).

    De asemenea, n cadrul adaptorului poate s apar necesitatea efecturii unor operaii de calcul liniare (atenuare, amplificare, sumare, integrare, difereniere), neliniare (produs, ridicare la putere, logaritmare) sau realizrii unor funcii neliniare particulare intenionat introduse pentru compensarea neliniaritii inerente anumitor componente i asigurarea unei dependene liniare intrare-ieire pentru traductor n ansamblu.

    n majoritatea cazurilor y este un semnal electric analog, sau numeric dup forma de variaie. Semnalele analogice se caracterizeaz prin variaiile continue ale unui parametru caracteristic, similare cu variaia mrimii aplicate la intrarea traductorului, (mrime n mod natural continu) (ex. de semnal analogic unificat: cc 2-10 mA). Prin calibrare, intervalul de variaie al semnalului analogic se asociaz cu domeniul necesar al mrimii de intrare n traductoare i n consecin fiecrui nivel de

    semnal i corespunde o valoare bine precizat a mrimii msurate.

  • n ultimii ani prin introducerea microprocesoarelor o serie de traductoare furnizeaz la ieire semnale numerice, fiind prevzute n acest scop cu adaptoare capabile s efectueze conversia analog-digital. Semnalele numerice se caracterizeaz prin variaii directe ce permit reprezentarea ntr-un

    anumit cod a unui numr finit de valori n domeniul de variaie continu a mrimii de intrare. Orice traductor, indiferent de complexitate, destinaie sau de forma constructiv poate fi redus

    la aceste dou elemente componente. Uneori pot aprea elemente auxiliare. Astfel, cnd elementul sensibil nu poate fi plasat n

    aceeai unitate constructiv cu adaptorul, sunt necesare elemente de legtur pentru transmiterea semnalului de la elementul sensibil, la adaptor, conexiuni electrice, mecanice, optice, etc. Alte elemente auxiliare sunt sursele de energie.

    Caracteristicile traductoarelor Caracteristicile funcionale ale traductoarelor reflect n esen modul n care este realizat

    relaia de dependen intrare-ieire. n faza conceptual aceste caracteristici se prezint sub form idealizat. Printr-o proiectare si

    construcie corect rezult caracteristicile reale ale traductoarelor, care se caut s fie ct mai apropiate de cele ideale. Performanele traductoarelor sunt indicatori care permit s se aprecieze

    msura n care caracteristicile reale corespund cu cele ideale i care sunt condiiile necesare pentru o ct mai bun concordan a lor.

    Un traductor poate fi caracterizat complet cu ajutorul a dou tipuri de caracteristici: 1. caracteristici statice

    2. caracteristici dinamice

    1. Caracteristicile statice Caracteristicile i performanele de regim staionar se refer la situaia n care mrimile de

    intrare i ieire nu variaz n timp (matematic derivatele n raport cu timpul s fie nule pe un interval de timp concludent pentru caracterizarea comportrii traductorului).

    1.1. Caracteristica static a unui traductor este reprezentat prin relaia intrare-ieire: y=f(x) n

    care y i x ndeplinesc cerinele unei msurtori statice. Relaia de dependen poate fi exprimat analitic sau poate fi dat grafic printr-o curb trasat pe baza perechilor de valori (x, y). Relaia red dependena intrare-ieire sub form idealizat. n realitate, n funcionarea traductorului simultan cu mrimea de msur x intervin i influenele exercitate de mrimile perturbatoare externe i interne cu

    efecte nedorite (i) i de eventualele reglaje (necesare), i (fig. 1): (1)

    1 1 1 1 1 1

    1 2 n 1 2 n

    ( )1 1 1n ny f x ... ... =

    ( )x yy f z =

  • Fig. 1

    Exist mai multe tipuri de caracteristici statice:

    a. Caracteristica static liniar unidirecional cu expresia analitic:

    (2) i reprezentarea grafic din figura 2.

    Fig. 2

    b. Caracteristica static liniar bidirecional cu expresia analitic:

    (3) i reprezentarea grafic din figura 3.

    Fig. 3

    c. Caracteristica static liniar pe poriuni cu zon de insensibilitate i saturaie, cu expresia analitic:

    (4)

    i reprezentarea grafic din figura 4.

    Fig. 4

    d. Caracteristica static liniar pe poriuni de zon de insensibilitate, saturaie i histerezis cu expresia analitic urmtoare a ieirii:

    ( )0 00

    y k x x yx x

    k tg

    = +

    =

    y kx,k tgx= =

    ( )1 1

    2 11

    1 2

    2

    2

    0

    s

    s

    pentru x x x

    x x xk x x pentru

    x x xy

    y pentru x x

    y pentru x x

    + +=

    +

    ( )( )

    1 1

    1 1

    2 11

    1 2

    1 2 1 1 2

    2 2

    2 2

    0 00