Unitatea de nvare nr.12:Traductoare piezoelectrice si magnetostrictive. Masurarea tensiunilor

mecanice. Timbre tensiometrice. Masurarea pe cale electrica a presiunilorsi debitelor

Cuprins:12.1 Traductoare de tip tensorezistiv

12.3.1 Principiul de funcionare al elementelor sensibile tensorezistive12.3.2. Caracteristicile mrcilor tensometrice12.3.3. Adaptoare pentru traductoarele tensorezistive12.3.4. Utilizarea mrcilor tensometrice

12.2 Traductoare magnetostrictive12.3 Traductoare de for piezoelectrice12.4 Masurarea pe cale electrica a presiunilor si debitelor

12.1 Traductoare magnetostrictive12.1.1 Principiul de funcionare al elementelor sensibile tensorezistive

Considernd un conductor uniform de seciune A, lungime l i rezistivitate , variaiarezistenei sale datorit variaiei dimensiunilor produse de alungirea l , va fi:

A1AA

llAR 2sau, prin mprire la R1,variaia relativ va fi:

A

All

RR

ntruct ns:

ll2A

A

(8.20)unde este coeficientul lui Poisson (raportul dintre contracia transversal i alungire) iadmind pentru rezistivitate o variaie liniar cu volumul V, de forma:

ll21KV

lAAlKVVK

rezult n final expresia: Kl

lK21K21ll

RR (8.22)

Deoarece n practic elementele tensorezistive se ntlnesc sub denumirea unanimacceptat de marc tensometric, coeficientul K poart denumirea de factor de marc. Eldepinde de natura materialului i de tehnologia de realizare a mrcii i reprezint sensibilitateaacestui senzor (variaia relativ de rezisten raportat la alungirea relativ).

12.1.2. Caracteristicile mrcilor tensometricePrincipalele caracteristici ale mrcilor tensometrice sunt determinate de natura

materialului din care se realizeaz. Din acest punct de vedere ele se grupeaz n patrucategorii.

a) Mrci tensometrice din conductor metalicMrcile tensometrice de acest tip pot fi: cu capete libere, aderente prin lipire,

transferabile pe suprafa, sudabile.Marca cu capete libere (nelipit) const dintr-o srm ntins ntre dou suporturi; se

utilizeaz n prezent doar la doze tensometrice destinate operaiilor de cntrire, pentru alteaplicaii nu ofer precizia necesar datorit dificultilor de amplasare i sensibilitii reduse.

Marca aderent prin lipire (uzual denumit marc lipit) se fixeaz pe suprafaa pieseisupus la efort cu un adeziv special. Cea mai utilizat configuraie este cea din figura 1 iconst dintr-un filament de srm subire dispus n zig-zag i cimentat la baz. Conductoarelese sudeaz la terminalele filamentului, pentru a facilita conexiunile electrice externe.Lungimea configuraiei (exclusiv conexiunile) este lungimea activ a mrcii.

Fig.1Alegerea materialului pentru filament se bazeaz pe mai multe criterii: materialul trebuie s ofere un factor de marc K ct mai mare i o bun liniaritate; coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura s fie ct mai mic pentru a

minimiza erorile de temperatur; filamentul trebuie s aib o rezisten mecanic ridicat, pentru a evita deformrile

plastice i pentru a suporta eforturi mari; materialul trebuie s genereze la jonciunile filamentului cu conductorii un

potenial termoelectric e, ct mai mic posibil; coeficientul de dilatare trebuie s fie ct mai apropiat de cel al materialului din

care este confecionat piesa; limita de elasticitate s fie ct mai ridicat, iar histerezisul - pe ct posibil redus.Factorul de marc este practic acelai la alungiri i la compresie, modificri mici

( %5 ) putnd s apar datorit adezivilor i modulului de dispunere a filamentului pe suport.Mai multe tipuri de materiale se utilizeaz drept suport (baza). Cel mai rspndit este

suportul din hrtie de nitroceluloz, utilizabil la aplicaii la care temperatura variaz ndomeniul C7070 , cu grosimi de m40 .

Pentru domenii de temperatur mai largi ( 120180 ) este necesar suportul dinrin epoxi. Celuloza impregnat cu bachelit ori cu fibr de sticl poate suporta 180C. Dein majoritatea cazurilor filamentul se lipete de suport, exist i mrci la care filamentulnconjoar suportul (marc bobinat), dup care acesta se cimenteaz ntre dou plcueprotectoare subiri.

Terminalele conductoare sunt de obicei din aliaje: Ni-Cu; Ol-Cu; Ni-Ag; Ni-Cr. Ele sembrac n plastic, sau la aplicaii la temperaturi nalte, n manoane de sticl.

Mrcile transferabile se execut pe suporturi adezive, care se dispun pe suprafaasupus la efort fr alt liant (ciment). Materialul utilizat este de obicei plasticul (vinil), dar semai pot folosi: poliester, poliamid, azbest.

O categorie aparte o constituie configuraiile multiple de mrci (rozete), dar care sentlnesc mai frecvent n alt tehnologie.

Mrcile sudabile se monteaz pe supori metalici avnd baza mai larg dect corpulprincipal pe care se dispune marca.

b) Mrci tensometrice din folii metaliceApariia acestor mrci a fost favorizat de dezvoltarea tehnicii industriale, tehnologia

de realizare fiind asemntoare cu cea utilizat la elaborarea circuitelor imprimate. Principalulavantaj const n utilizarea mai bun a suprafeei-mrcile din folie avnd dimensiuni maireduse. De aceea, ele se utilizeaz frecvent sub form de rozete (un disc rozet cu 3 elementeocup un diametru de circa 10mm). Mrcile din folie se utilizeaz n general la eforturi maimari dect cele din conductor, avnd i o rezisten la distrugere superioar, n special nraport cu mrcile transferabile.

Folia, conductorii terminali i suportul sunt similare cu cele utilizate la mrci cufilament, predominante pentru materialul foliei fiind constantanul i nicromul.

n figura 2se prezint 3 configuraii tipice de mrci din folii: a - de lime normal(mai lungi pe axa sensibil, pentru a reduce efectele efortului transversal); b - de limesporit, recomandabil atunci cnd efortul transversal este neglijabil, deoarece disip o puteremai mare dect configuraia normal, ceea ce permite alimentarea la tensiuni mai mari; c -rozete cu 3 elemente n configuraie V.

Fig.2 Mrci tensometrice din foliia) lime normal; b) lime sporit; c) rozet

Rozetele se utilizeaz n situatiile n care direciile de aplicare ale efortului suntnecunoscute. Uzual se folosesc 3-4 elemente dispuse la 60 sau 45, care permit determinareadireciilor i valorilor deformatiilor.

O aplicare particular a mrcilor din folie o constituie marca efort/deformaie compusdin 2 elemente sensibile la efort uniaxiale, orientate la 90 una faa de alta. Cele 2 elemente auo conexiune comun, astfel nct pot fi utilizate fie independent, pentru msurriconvenionale de deformaie, fie nseriate, situaie n care permit determinarea efortului unitarpe axa principal a mrcii.

c) Mrci obinute prin depuneri metaliceAceste mrci se realizeaz direct pe suprafaa impus msurrii, dup ce aceasta a fost

n prealabil acoperit cu un strat izolator. Marca se formeaz prin metode de evaporare sau debombardare cu particule. Principala aplicaie pn n prezent a fost la diafragme pentrutraductoare de presiune, dar exist tendine de utilizare i la traductoare de for i cupluri. Dedimensiuni sensibil reduse, ele ofer avantajul c suport i temperaturi nalte (1200C).

d)Mrci tensometrice semiconductoare

ncepnd din anii 1950, cnd s-au pus pentru prima oar n eviden efectepiezorezistive n semiconductoare, s-au dezvoltat i elemente tensometrice semiconductoare.Caracterizate printr-un factor de marc net superior (50-200) fa de cele metalice (maxim 6,uzual 2) mrcile semiconductoare au dezavantajul unei neliniaritai mai pronunate, alcompensrii mai dificile a erorilor de temperatur i chiar al unor probleme mai dificile legatede dispunerea pe suprafaa de msurat.

Rezistivitatea unui semiconductor este invers proporional cu produsul dintre sarcinaelectric, numrul de purttori i mobilitatea. Amplitudinea i semnul schimbrii depind deforma i tipul materialului, de gradul de dozare, de orientarea cristalo-grafic. Factorul demarc poate fi pozitiv sau negativ, i este exprimat prin:

l0

E21RRK

unde R este rezistena modificat de efort; R0 - rezistena iniial; - deformaia; -coeficientul Poisson; E - modulul lui Young; l - coeficientul piezorezistiv longitudinal.

Deoarece factorul de marc depinde att de variaiile dimensionate, ct i de cele derezistivitate, apar neliniariti care pot fi minimizate prin utilizarea unor scheme de conectaretip punte, montnd perechi de mrci active n brae adiacente. O alt tehnic de liniarizareconst n pretensionarea mrcii nainte de montaj, pentru a stabili punctul de funcionare nzona liniar.

Pe de alt parte, coeficientul de variaie a rezistivitii cu temperatura este mult maimare dect la mrcile metalice (de circa 60-100 ori mai mare la constantan), variaiafactorului de marc de 3...5 ori mai mare, iar efectul termoelectric (coeficientul Seebeck) de10-20 ori mai mare. Faptul c exist i mrci cu coeficient negativ de variaie a rezistivitaiipoate fi folosit la compensarea neliniaritilor.

Materialul semiconductor cel mai folosit (aproape n exclusivitate) este siliciul, ncare, marca difuzat are lungimi de 0,02...0,05mm. Terminalele conductoare se realizeaz dinaur, cupru, argint sau nichel.

12.1.3. Adaptoare pentru traductoarele tensorezistiveVariaiile relativ mici ale rezistenei mrcii tensometrice atunci cnd este supus la

deformaii, impun utilizarea unor adaptoare performante. n aceste adaptoare se pot diferenia2 blocuri distincte: o schem de msurare de tip punte Wheatstone n care se conecteazelementele sensibile, motiv pentru care se numete punte tensometric, i un circuit final deamplificare i conversie n semnal util (semnal unificat). De aceea, apare natural s se facmai nti referiri la punile tensometrice, cu grad pronunat de specificitate n funcie deaplicaii i apoi la circuitele finale, care de fapt se reduc la dou variante de baz, dup cumlucreaz n curent continuu sau curent alternativ.

Puni tensometriceElementele sensibile tensometrice se pot conecta n punte conform schemelor

prezentate n figura 3.n figura 3.a se reprezint montajul in sfert de punte, puntea fiind alctuit dintr-un

senzor tensorezistiv exterior i trei rezistene calibrate montate n adaptor. Schema din figura3 b reprezint montajul n semipunte i este alctuit din dou elemente sensibile tensorezistiveexterioare i dou rezistene calibrate aflate n adaptor. Schema din figura 3.c reprezintmontajul n punte complet, la care n toate braele punii se afl conectate elemente sensibile.

Fig.3 Tipuri de puni tensometricea) sfert de punte; b) semipunte; c) punte complet

La alegerea schemei de conectare, n funcie de scopul urmrit, se ine seama de faptulc efectele din dou brae adiacente ale unei puni Wheatstone se scad, iar efectele din doubrae opuse se adun.

Aceste puni se alimenteaz clasic cu o surs de tensiune constant Ua, iar pediagonala de msurare se obine semnalul de ieire din punte Ue care, n cazul punilordezechilibrate, este folosit direct ca o msur a variaiei rezistenei n braele active ale punii.De obicei, puntea se echilibreaz naintea aplicrii solicitrii i rmne dezechilibrat dupaplicarea acesteia. n cazul punii complete din figura 3 c:

43214231

434

211

ae

RRRRRRRR

RRR

RRR

UU

Se constat c dac puntea nu este solicitat la efort i atunci:4321 RRRR

atunci:0U

Uae

Dup aplicarea solicitrii puntea se dezechilibreaz, iar raportul dintre tensiunea dedezechilibru i cea de alimentare devine:

443344

221111

ae

RRRRRR

RRRRRR

UU

unde 4,3,2,1icu,R i , reprezint variaia de rezisten a mrcii Ri ca urmare a solicitrii lacare este supus aceasta.

Se constat deci c n cazul general al punii cu patru brae active, tensiunea dedezechilibru Ue nu este liniar cu variaiile iR i deci nu este liniar cu eforturile care auprodus respectivele variaii. Dac ns se consider mrcile identice i ii RR , atunci sepoate obine o relaie liniar ntre Ue i Ua dac se dezvolt expresia (8.26) n serie Taylor ise rein doar termenii de ordinul 1:

42433

3243

422

211

1221

243

421

1a

*e RRR

RRRRRRRR

RRRRR

RRR

RRR

UU

i,

RR

RR

RR

RR

41

UU 4321

a

*e

Aplicnd din nou condiia (8.27) se scrie:

44

33

22

11

a

*e

RR

RR

RR

RR

41

UU

sau folosind legea de funcionare a mrcilor tensometrice dat de relaia (8.22): 4321

a

*e

41

UU

Relaiile exprim modelul matematic liniarizat al punii Wheatstone complete.Pentru a exprima eroarea care apare atunci cnd n loc de ecuaia de ieire real se

folosete ecuaia liniarizat se definete eroarea relativ de liniarizare: %100U/U

U/UU/Uea

*e

a*eae

rel Deci, datorit neliniaritii punii, ntre deformaia real i deformaia msurat

exist relaia:n

unde n se numete eroare incrementabil.n proiectarea adaptoarelor pentru elemente sensibile tensorezistive se folosesc acele

aranjamente ale mrcilor n punte care asigur pe ct posibil liniarizarea ecuaiei de ieire,obinerea unui raport unitar ntre i , compensarea erorilor de temperatur, umiditate,efort aparent etc. n continuare sunt prezentate principalele configuraii de puni tensometrice.

a) Puntea cu un singur bra activ (figura 4):

Fig.4 Punte cu un singur bra activ

n aceast situaie relaia (8.26) devine:

434

21111

ae

RRR

RRRRR

UU

i n condiiile stipulate prin (8.25) devine:

K24

KUU

ae pentru V/VU/U ae

Dac efortul se msoar n m/m , iar raportul Ue/Ua n V/mv ,6

3

ae

10K2410K

UU

Ecuaia de ieire liniarizat se obine

6a

*e 104

KUU cnd V/VU

Ua

*e

sau3

a

*e 104

KUU cnd V/mvU

Ua

*e

Impunnd condiia:

a

*e

ae

UU

UU

i identificnd aceast relaie cu (8.32), rezult c eroarea incrementabil de msurare aefortului este:

6

62

10K210Kn

iar eroarea relativ de liniarizare: %102

Ke 4rel b) Puntea cu dou brae active, cu o marc tensometric montat pentru a sesiza

efectul Poisson (figura 5):

Fig. 5 Punte cu dou brae active,cu sesizare la efect Poisson

Particulariznd relaia se obine:

434

221111

ae

RRR

RRRRRR

UU

iar cu condiia

RR

RR22

RR

RR

UU

21

21

ae

Folosind relaiile: KKR

R1

1 i KKRR

22

se obine:

63

ae

101K22101K

UU

Vmv

iar prin particularizarea relaiei (8.29): 6

6

101K2101K1

Din condiia (8.34), innd cont de (8.30) i (8.25) rezult: %1012

Ke 4rel i

662

101K2101Kn

c) Puntea cu patru brae active cu dou brae orientate dup efortul maxim i doumrci pentru

sesizarea efortului Poisson (figura 6 ):

Fig.6 Punte cu 4 brae activecu sesizarea efortului Poisson

Din particularitile relaiilor (8.29) i (8.30) rezult:

Vmv

2101K

UU 3

ae

0n;0e;1 rel

d) Punte cu patru brae egale supuse la eforturi egale i de sens contrar (figura 7):

Fig.7 Punte cu 4 brae active supusela eforturi contrare i egale

Cu aceleai particularizri ca i la cazul c) i considernd n plus 1 , se obine:

3ae 10KU

U

0n;0e;1 rel

12.1.4. Utilizarea mrcilor tensometriceTraductoarele de for i momente cu mrci tensometrice utilizeaz deformarea

elastic produs la aplicarea efortului, valorificnd dou caracteristici ale acesteia: alungirirelative locale i deflecii. Fiecare din acestea i au nivelul maxim localizat n elementulsensibil, dar nu neaprat n acelai loc. De aceea, elementele mecanice pe care se aplic marcatrebuie s aib o anumit structur, care s permit orientarea efortului spre zona desensibilitate maxim a mrcii, iar aceasta, bineneles , trebuie s fie aplicat n modcorespunztor.

Cele mai simple elemente mecanice pentru captarea forelor sunt barele care pot fimontate n trei variante de baz (figura 8):

Fig.8. Concentratoare de efort tip bara) ncastrat la un capt; b) sprijinit; c) dublu castrat

Se observ c pentru toate cele trei configuraii, deflexia maxim are loc n punctul deaplicaie al forei. Avantajul principal al barelor de seciune constant este acela c deformaiarelativ este constant pe toat lungimea. Diafragmele (discuri circulare) sunt utilizate i eleca elemente de concentrare a forelor, deoarece localizeaz ntotdeauna deflexia maxim ncentru, asigurnd i o bun stabilitate.

Inelele de prob se pot executa n variantele artate n figura 9. La inelele standard,dei deformaia maxim apare n punctul de aplicaie a forei, se pot utiliza pentru amplasareamrcilor i punctele aflate lateral la 90, unde nivelul deformaiei este cam de acelai ordin.

Fig.9 Concentratoare de efort tip inela) standard; b) plat; c) cu guri

Coloanele (fig.10) au punctul de deformaie maxim n centru, pe axa vertical lajumtatea nlimii coloanei i alungirea relativ maxim pe axa lateral fa de centru.Caracteristicile depind n primul rnd de raportul nlime/lime (L/h.).

Fa de varianta standard (a), se pot folosi coloane cu gaur de concentrare aeforturilor (b) sau coloane cu perei cilindrici (c).

Se vor analiza n continuare principalele modaliti de amplasare a mrcilor pe unelement mecanic concentrator de efort, pentru cele mai importante tipuri de solicitare,considernd configuraia de msurare cu patru brae active.

Fig.10 Concentratoare de efort tip coloana) standard; b) cu gaur; c) cilindru

a) Msurarea forelor la solicitri de ntindere-compresieAmplasarea mrcilor se face ca n figura 11.

Fig.11 Dispunrea mrcilor pentru solicitri de ntindereConsidernd mrcile identice i faptul c ntre alungirea relativ longitudinal l i

alungirea relativ transversal t exist relaia: tl , unde este coeficientul Poisson,atunci 4231 ; i puntea este caracterizat de relaia:

4K

4K

UU

4321ae

unde 12 se numete factor de punte (pentru 6,2;3,0 ).b) Msurarea forelor la solicitri de ncovoiere

n acest caz, amplasarea mrcilor tensometrice se face ca n figura 12 innd cont desensul de solicitare al fiecrei mrci, rezult:

4321ae

4K

UU

Dac:4321

se obine: KU

Uae

Fig.12 Dispunerea mrcilor pentru solicitri de ncovoiere

12.2. Traductoare magnetostrictiveAceste traductoare folosesc elemente sensibile alctuite din materiale (numite

magnetostrictive), care au proprietatea de a-i schimba caracteristicile magnetice (mai exactciclul de histerezis) sub aciunea unei fore. Dintre materialele de acest tip, cele mai utilizatesunt nichelul pur i permalloy (aliaj din nichel cu fier, cu 68% Ni). Efectul efortului asupracurbei de histerezis se prezint n figura 13

Fig.13 Curbe de histerezis la materiale magnetostrictivea) nichel; b) permalloy

Se constat c la nichel panta caracteristicii de histerezis scade la creterea efortului(magnetostriciune negativ), pe cnd la permalloy panta crete odat cu creterea efortului

(magnetostriciune pozitiv). Deoarece aceast variaie de pant poate fi convertit ntr-ovariaie de tensiune electromotoare, traductoarele magnetostrictive sunt traductoaregeneratoare. Ele se utilizeaz cu precdere n domeniul vibraiilor (n special acustice), avndca principale avantaje o ridicat impedan mecanic de intrare (deflexie la efort practicneglijabil) i o impedan electric la ieire joas (n raport cu cristalele piezoelectrice careau aceast impedan ridicat). Aceste caliti recomand utilizarea elementelor sensibilemagnetostrictive i la msurarea forelor, de regul a celor dinamice. n figura 14 se prezintschema de principiu a unui traductor magnetostrictiv.

Fig.14 Traductor magnetostrictiv cu variaia permeabilitiiElementul sensibil este un circuit magnetic nchis, din material magnetostrictiv;

variaia de permeabilitate produs de aplicarea forei provoac o variaie de inductan nbobina asociat, care poate fi preluat de circuitul de adaptare CA (de ex. adaptor de punte).

De obicei, se utilizeaz un montaj diferenial cu dou elemente magnetostrictive dintrecare unul supus la compresie i cellalt la ntindere. Inductana traductorului depinde deamplitudinea i frecvena curentului de excitaie furnizat de adaptor. Frecvena trebuie s fiebine stabilizat, n special la variaii de temperatur. Pentru compensarea acestora se folosescrezistene de compensare limitnd eroarea de temperatur la 0,05%. Totui, pe ansamblultraductorului nu se poate obine o precizie mai mare de 1%.

O alt soluie de utilizare a elementului sensibil magnetostrictiv const n preluarea dela adaptor a variaiei induciei remanente. Schema de principiu a traductorului se prezint nfigura 15

Fig.15 Traductor magnetostrictiv cu variaia induciei remanente

Miezul magnetic al elementului sensibil este adus la saturaie i se afl n situaienormal (nesupus la efort) la inducia remanent Bro. Sub aciunea efortului , Bro, semodific (de exemplu crete la permalloy) la valoarea Br, astfel c:

Bror CBB (CB constant de material) i provoac o variaie de tensiune indus nbobin:

dtdBCne

unde n este numrul de spire i C constant de material.Adaptorul conine un integrator (amplificator operaional cu reacie capacitiv) astfel

nct la ieire se obine un semnal n tensiune: BBBe CCnRC1dteRC1U rro

Deoarece condensatorul tinde s se descarce, traductorul se utilizeaz la msurareaforelor dinamice.

n cazul n care se dorete msurarea unor fore dinamice de frecven ridicat (deordinul zecilor de KHz), se recomand utilizarea elementelor sensibile magnetostrictive cuferit Astfel de elemente sensibile, pentru frecvenele de 20, 50, 100KHz, avnd forma dinfig.16, au dimensiunile din tabelul 17.

Fig.16 Elemente sensibile magnetostrictive din feritTabelul 17

Frecvena nominalde rezonan (kHz) Tip

Dimensiuni (mm) Greutateg.fa b c d e f g h

20 I 20 24 61 98 24 95 25 4 1350 2I 50 10 20 42 10 40 20 3 10100 100 5 20 25 10 20 10 6 5

Un traductor magnetostrictiv particular este traductorul magnetoelastic. Acestautilizeaz un element sensibil de tip coloan confecionat din tole de fier moale perforate n 4locuri (fig.18).

Fig.18 Traductor magnetoelastic

Prin cele patru guri trec 2 bobine (de o singur spir), care se ntretaie n unghi drept,constituind primarul (P), respectiv secundarul (S) al unui transformator. Variaiile depermeabilitate datorate variaiilor de efort modific cuplajul ntre cele dou bobine (cuplajuleste nul n absena efortului). Permeabilitatea scade pe direcia de aplicare a forei decompresie, fluxul crete n plan transversal i prin aceasta crete tensiunea indus n secundar.Efectul este invers la ntindere.

12.3. Traductoare de for piezoelectriceUtilizarea elementelor sensibile piezoelectrice se justific n primul rnd pentru

msurarea forelor dinamice, dei prin utilizarea de amplificatoare de sarcin electricadecvate se pot msura i fore cvasistatice.

n practic, cu astfel de traductoare se pot converti fore cu perioada de fluctuaie 0,1ms.

Unitile elastice ce preiau efortul sunt de cele mai multe ori de tip coloan, avndncastrat n centru elementul sensibil (cristalul piezoelectric), aa cum se poate vedea nschema de principiu din figura 19

Fig.19 Traductor de for piezoelectric

Un traductor de for piezoelectric rspunde numai la fore de compresie.Totui, el poate fi precomprimat astfel nct fora dinamic aplicat s acioneze n

raport cu un nivel static, fa de care apar alternativ diminuri i intensificri, astfel c se potdetermina eforturi fluctuante de ntindere i compresie.

Traductoarele piezoelectrice, dei nu necesit o tensiune de excitaie, fiind de tipgenerator, trebuie prevzut cu adaptoare cu impendan de intrare foarte mare (peste 100M),deoarece au impendana de ieire a elementului sensibil.12.4 Masurarea pe cale electrica a presiunilor si debitelor

Consideraii generale. Principii de msurarentruct presiunea reprezint un parametru de baz pentru numeroase procese

tehnologice, traductoarele de presiune cunosc o larg rspndire n automatizrile industrialei navale.

n practica msurrii presiunii se pot ntlni de obicei trei situaii:a) msurarea presiunii n raport cu vidul absolut (considerat de presiune zero):

presiune absolut;b) msurarea diferenelor de presiune fa de cea atmosferic. Aceast diferen

poart numele de presiune relativ sau efectiv (presiunile msurate cu

manometrul sunt n general presiuni efective). Dup cum diferena este pozitivsau negativ, se denumete suprapresiune sau depresiune.

Relaiile dintre presiunea efectiv i presiunea absolut: bar01325,1pp ea n care: pa este presiunea absolut; pe - presiunea efectiv, - factor de corecie reprezentnddiferena dintre presiunea atmosferic normal i presiunea atmosferic real n momentulmsurrii;

c) msurarea diferenei de presiune fa de o valoare de referin convenional. nacest caz rezultatul msurtorii poart denumirea de presiune diferenial.

n practica curent exist o mare varietate de tipuri de traductoare de msuratpresiunea. Ca n orice operaie de msurare, i n acest caz este necesar alegerea unorelemente sensibile adecvate.

n figura 20 se prezint domeniile de variaie a presiunii tehnice.

Fig. 20 Domenii de vibraie a presiunii tehniceDe regul, aceste elemente sensibile convertesc presiunea fie ntr-o mrime

intermediar de natura unei deplasri sau deformaii mecanice, fie direct ntr-o mrimeelectric (tensiune, sarcin electric etc).

Deplasrile sau deformaiile mecanice rezultate pot fi convertite n semnal electric prinmai multe metode, cele mai utilizate fiind cele ce urmresc modificarea de parametri electrici(R, L, C, reluctane magnetice etc). n acest caz msurarea presiunii presupune o serie deconversii p deformare mecanic parametru electric, i ca atare, pe de o parte, estenecesar o metod de proiectare i alegere riguroas pentru asigurarea sensibilitilor ipreciziilor necesare, iar pe de alt parte, structuri specializate de adaptoare.

Elemente elastice utilizate pentru traductoarele de presiuneAceste elemente convertesc presiunea n deformaia elastic a unor corpuri de form

special. Cele mai frecvent utilizate sunt: membranele elastice; tuburile spirale sau simplu curbate; membrana dubl tip burduf.MembraneleMembranele sunt plci elastice de grosime mic, de form circular, ncastrate la

extremitate. Fixarea pe contur face ca sub aciunea presiunii aplicate pe o fa s deadeformaii unor msurabile. Dup forma constructiv, membranele pot fi:

plane grofate

Fig.21 Membran plan Fig. 22 Membran grofatMembranele grofate pot avea diverse profile, ca n figura 8.88.

Fig. 23 Profil cu membrane grofatea) sinusoidal; b) trapezoidal; c) ascuit.

TuburilePot fi tuburi ondulate (silfoane), care sunt tuburi cilindrice cu grofaje transversale pe

suprafaa lateral (fig.24) sau tuburi Bourdon (tuburi cu perei groi sau subiri de forma unuiarc de cerc avnd la centru 250C). Tubul Bourdon se prezint n figura 25.

Fig. 24 Silfon Fig. 25 Tub Bourdonsimplu

Dispozitive de conversie, asociate elementelor sensibile elasticeAceste dispozitive au rolul de a converti deformaiile mecanice n variaii ale unor

parametri de circuit electric.

n figura 26 se prezint un element de conversie inductiv cu cuplare direct, cumembran. Presiunea (mrimea de msurat) modific prin intermediul unei membraneelastice, inductana unei bobine.

Fig. 26 Element de conversie inductiv cu cuplare direct, cu membrann figura 27 se prezint un element de conversie inductiv, cu cuplare direct, cu tub

Bourdon.

Fig.27 Element de conversie inductiv cu cuplare direct, cu tub BourdonModificarea poziiei miezului magnetic se poate obine prin antrenarea de ctre captul

liber al tubului Bourdon, ceea ce duce la modificarea cuplajului magnetic ntre bobinele dinprimarul i secundarul unui montaj de tip transformator diferenial.

Un element de conversie fr cuplare este prezentat n figura 28.

Fig 28 Element de conversie fr cuplare