Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul...
Transcript of Învăţământul profesional şi tehnic în domeniul...
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
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
Competenţa / rezultatul învăţării Teme Elemente componente
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
Competenţa / rezultatul învăţării Teme Elemente componente
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:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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;
Timp de lucru 10 minute
15
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;
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
Competenţa: C27.1. Identifică performanţele unui SRA Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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
Timp de lucru 10 minute
17
fiecare elev din grupă, când îi vine rândul, precizează ce face componenta respectivă în sistem din momentul primirii semnalului până la ieşirea componentei
Evaluare:
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
1
U(t)
t 0
18
Formele de variaţie ale semnalelor:
a) semnal treaptă unitară 1 pentru t > 0
u(t) = 0 pentru t ≤ 0
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
Competenţa: C27.1. Identifică performanţele unui SRA Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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
Timp de lucru 10 minute
20
a – semnal treaptă unitară 1 pentru t > 0
u(t) = 0 pentru t ≤ 0
1.
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
U(t)
t 0
Xr
A
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
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; 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
0
Xe
Xi
Xe
ee
Xi
0
22
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:
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)
KRA KEE KIT
KTM
Xi + ε
Xp
Xc Xm Xe
Xr -
K1 K2
K = K1* K2
X1 X3X2
X1 X3
23
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;
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
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
Xi(t)
Xe(t)
t
t
25
Activitatea de învăţare 3.1 Regimurile de funcţionare ale SRA
Competenţa: C27.1. Identifică performanţele unui SRA
Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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:
Timp de lucru 30 minute
26
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:
- 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
X0
X0*e-t/To
X0(t)
ε(t)t p
t p
28
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.
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 -
Xe29
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);
30
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
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
Competenţa: C27.1. Identifică performanţele unui SRA
Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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
Timp de lucru 25 minute
32
(tranzitoriu)
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:
Punctajul se acordă în funcţie de exactitatea informaţiilor obţinute.Dacă aţi realizat cerinţa, puteţi trece la următoarea activitate, dacă nu, refaceţi activitatea.
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:
Elementsensibil
AdaptorXi Xo Xe
Traductor
34
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.
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.
36
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 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
temperaturădebitpresiunenivel
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
traductoare parametrice (transformă o mărime neelectrică într-un parametru de
rezistive
inductive
37
ieşire
circuit electric)capacitive
fotoelectrice etc.
traductoare generatoare (transformă o mărime neelectrică într-o forţă electromotoare)
de inducţie
sincrone
piezoelectrice
termoelectrice etc.
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.
38
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.
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 CurentEfect 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 Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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:
Tipul activităţii: Expansiune
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 traductorului
Timp de lucru 30 minute
40
5. 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 elevii vor utiliza fişa de documentare 5, 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.
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:
42
(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 .
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:
dSC .
x
S
ε
ε0d
+
–
x
εε0d
–
S +
x
Sε0d
+
–
xSε0
+
–
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: dCS
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 cupluriPentru 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
suport izolator
fir (folie)
terminal Δl
ΔF
44
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 presiunePresiunea se defineşte prin relaţia:
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 nivelMăsurarea 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
SFp
p c
c p
a
.
Silfoane
pc
Membrană Tub Bourdon
p
a
.b
.c.
Pistoane cu resort
p
45
Traductoare cu imersor
Traductorul de nivel cu plutitor
La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesară cunoaşterea densităţii lichidului.
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 debitMăsurarea 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
Gx
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
46
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.
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.
densitatea fluidului
α
v
~
VSN vB
electrod (metalic)
pol magnetic (al unui electromagnet) tub izolator (conductă
de curgere)
v
E1 E2
e
D
H
~U
47
Traductoare de temperaturăSunt 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 :
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.).
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)
48
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)
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.
e
mVM1
M1
M3M2
a. b.
Termocuplu Fire de extensie Circuit de măsură
Tm > Tf Tm = Tf Tm < Tf
49
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.
Pirometrele sunt foarte mult utilizate în siderurgie (metalurgie) pentru măsurarea temperaturii şarjei în cuptoare, furnale etc.
AdaptoarePe 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.
50
Adaptoare electronice deplasare-curent
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:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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
Timp de lucru 30 minute
CU DISTANŢĂ VARIABILĂ
TRADUCTOARE DE DEPLASARE ŞI POZIŢIE
TRADUCTOARE REZISTIVE
DEPLASARE UNGHIULARĂ
DEPLASARE LINIARĂ
CU ARMĂTURĂ MOBILĂ
CU DIELECTRIC VARIABIL
TRADUCTOARE INDUCTIVE
TRADUCTOARE CAPACITIVE
CU SUPRAFAŢĂ VARIABILĂ
CU MIEZ MOBIL53
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
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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;
Timp de lucru 50 minute
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
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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:
Timp de lucru 50 minute
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
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- să alegeţi tipul de timbru tensometric necesar într-o măsurare- să realizaţi măsurarea unei forţe cu timbrul tensometric
Durata:
Tipul activităţii: Experimentul
Timp de lucru 50 minute
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 presiuneCompetenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- 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
Tipul activităţii: Expansiune
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
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.
62
Activitatea de învăţare 6.6 Traductoare de nivel
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- să explicaţi principiul de funcţionare a unui traductor de nivel- să precizaţi tipuri de traductoare de nivel
Durata:
Timp de lucru 25 minute
63
Tipul activităţii: Problematizarea
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
tehnice pentru a completa cunoştinţele dobândite la orele de curs;
Evaluare: Vă apreciaţi singuri munca realizată prin calificativele: foarte slab, slab, suficient,
bine, foarte bine.
Gx
64
Activitatea de învăţare 6.7 Traductoare de debit
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
- să explicaţi principiul de funcţionare a unui traductor de debit- să precizaţi tipuri de traductoare de debit
Durata:
Timp de lucru 25 minute
65
Tipul activităţii: Problematizarea
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
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
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
Competenţa: C27.2. Prezintă funcţionarea elementelor componente Obiectivul/obiective vizate:
După parcurgerea activităţii veţi fi capabili :
să explicaţi principiul de funcţionare al unui adaptor să indicaţi tipuri de adaptoare utilizate în construcţia traductoarelor
Durata:
Timp de lucru 25 minute
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 măsurat sistemul 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 automată comanda care se realizează numai prin dispozitive prevăzute în acest scop
comanda manuală comanda 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).
eroarea diferenţa dintre rezultatul unei măsurări şi valoarea mărimii măsurate
membrană element elastic, folosit în construcţia aparatelor de măsură
precizia caracteristica 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 automat ansamblul cuprinzând procesul şi dispozitivul de automatizare.
telecomanda comanda 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 unificat semnalul 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