Traductoare 1. Caracteristici generale Traductoarele sunt dispozitive care au rolul de a stabili o corespondenţă între o mărime de măsurat şi o altă mărime (de obicei o mărime electrică), aptă de a fi prelucrată de sistemele de prelucrare automată a datelor (regulatoare sau sisteme de conducere). Acest lucru se realizează prin transformarea/convertirea mărimii fizice de măsurat, de obicei o mărime neelectrică, într-o mărime electrică sau, în aceaşi mărime fizică, cu schimbarea parametrilor acesteia (de exemplu o mărime electrică în altă mărime electrică dar cu un alt domeniu de variaţie). Această transformare nu se realizează întotdeauna direct printr-un singur element fizic, ci se poate face indirect, printr-o serie de transformări succesive de mărimi fizice. Un traductor este constituit, în general, din două blocuri principale (Figura 2-1): • elementul sensibil (detector, captor, senzor), specific mărimii măsurate, care transformă mărimea de măsurat, z, într-o mărime intermediară, w ; • convertorul de ieşire (adaptorul), element ce prelucrează şi converteşte semnalul dat de elementul sensibil, w , într-o mărime direct utilizabilă în sistemul automat, y ; • elementele de transmisie, sunt elemente auxiliare care realizează conexiuni electrice,
1
mecanice, optice sau de altă natură în situaţiile în care tehnologiile de realizare ale traductorului o impun; sursa de energie, necesară în cele mai frecvente cazuri pentru a menaja energia semnalului util. Elementele pe baza cărora se pot caracteriza şi compara diferitele traductoare sunt următoarele : a) natura fizică a mărimii de intrare şi de ieşire; b) puterea consumată la intrare şi cea transmisă sarcinii; c) caracteristica statică; d) caracteristica dinamică; e) nivelul de zgomot. Caracteristica statică exprimă dependenţa, în regim staţionar, între intrare şi ieşire: y = f (z ) . Astfel, pe baza caracteristicii statice, se pot defini următoarele mărimi : • Gradul de liniaritate al unui traductor se poate exprima prin „abaterea (eroarea) de neliniaritate“ Domeniul de măsurare corespunde intervalului în cadrul căruia se efectuează corect Măsurarea Sensibilitatea este calitatea traductoerului de a determina variaţii mari ale mărimii de ieşire la apariţia unor variaţii reduse la intrare şi se exprimă ca raportul dintre variaţia semnalului de la ieşire şi variaţia mărimii de intrare
2
Pragul de sensibilitate reprezintă variaţia minimă a mărimii de măsurat care determină o variaţie a mărimii de ieşire cel puţin egală cu eroarea admisibilă a traductorului. Puterea de rezolutie Dacă se raportrează pragul de sensibilitate la domeniul de măsurat, se obţine şi un prag de sensibilitate relativă care se numeşte rezoluţie sau putere de rezoluţie. Aceasta exprimă proprietatea traductorului de a distinge două valori cât mai apropiate una de alta ale mărimii de măsurat. • Clasa de precizie a traductorului este raportul dintre eroarea maximă admisibilă ad Δz care se produce în regim static de funcţionare şi domeniul de măsurare.
Caracteristica dinamică exprimă comportarea în regim dinamic a traductorului. Ea rezultă din ecuaţia diferenţială care exprimă dependenţa dintre variaţiile temporale ale mărimii de intrare şi ale mărimii de ieşire. De cele mai multe ori interesează răspunsul sistemului (traductorului) la o mărime standard la intrare sau caracteristicile de frecvenţă pe baza acestora determinându-se o serie de performanţe ale acestuia. Principalele performante ataşate răspunsului tranzitoriu al traductorului pentru un semnal treapta la intrare sunt: • viteza de răspuns a traductorului sau durata regimului tranzitoriu tt, • timpul de crestere tc, • suprareglajul σ (abaterea dinamică maximă). 3
Nivelul de zgomot al traductorului, care este un element primar de
prelucrare a informaţiei, trebuie să fie cât mai redus posibil pentru nu a altera deciziile care se iau prin prelucrarea ulterioară a mărimii furnizate de traductor. Clasificare Traductoarele se pot clasifica: a) După principiul de funcţionare al elementului sensibil în: traductoare generatoare şi traductoare parametrice. Funcţionarea traductoarelor parametrice se bazează pe modificarea unui anumit parametru caracteristic unui circuit electric sub acţiunea mărimii de măsurat (exemplu: traductoare rezistive , inductive , capacitive etc.). Pentru punerea în evidenţă a variaţiei parametrului respectiv este necesară introducerea unei energii exterioare. Funcţionarea traductoarelor generatoare se bazează pe transformarea directă a energiei mărimii de măsurat într-o energie asociată mărimii de ieşire, de regulă o mărime electrică (exemplu: temocupluri, traductoare piezoelectrice, tahogeneratoare). b) După natura mărimii măsurate traductoarele se clasifică în: traductoare pentru mărimi electrice (tensiune, curent, frecvenţă, putere, fază etc) şi traductoare pentru mărimi neelectrice (traductoare de poziţie şi deplasare, traductoare pentru măsurarea forţelor şi cuplurilor, a vitezelor şi acceleraţiilor, traductoare pentru măsurarea temperaturii, presiunii, nivelului etc.). c) După forma mărimii de ieşire există: traductoare analogice, cu impulsuri şi traductoare numerice. Traductoarele analogice realizează dependenţa între mărimea fizică măsurată z şi
4
mărimea rezultată la iesire y , astfel încât y este o funcţie continuă (liniară sau neliniară). La traductoarele cu impulsuri mărimea de ieşire y este o succesiune de impulsuri modulate în amplitudine, durată sau frecvenţă în funcţie de mărimea de intrare. Traductoarele numerice prezintă rezultatul măsurării sub forma numerică, obţinut în general prin măsurarea unei succesiuni de impulsuri codificate.
5
TRADUCTOARE CAPACITIVE 1.Traductoare capacitive Se folosesc condensatoare plane, la care se pot modifica:
a)distanta dintre armaturi.
(6.40) având sensibilitatea:
(6.41) si sensibilitatea relativa:
(6.42)
Sensibilitatea este sporita la variatii mici ale deplasarii (m m): La montajul diferential (fig.6.22):
6
(6.43) (6.44) (6.45) care depinde liniar de x. Conversia in semnal util se face cu o punte Sauty, alimentata la 500… 5000 Hz, in celelalte brate având condensatoarele C3 si C4, tensiunea de dezechilibru fiind preluata de un amplificator si un redresor sensibil la faza (fig.6.23).
b) suprafata armaturilor (fig.6.24). Sensibilitatea este constanta:
(6.46) unde: -a,b sunt dimensiunile condensatorului plan;
7
- x este deplasarea relativa a fetelor una fata de alta. Aceste elemente sensibile se folosesc mai mult pentru masurarea deplasarilor unghiulare. c) permitivitatea dielectricului. In varianta de baza se realizeaza din doi cilindri ficsi, intre care se deplaseaza un manson izolator cu o constanta dielectrica diferita de a aerului, alunecând cu frecare cât mai redusa. Se folosesc la masurarea nivelului unui lichid dielectric sau pulberi dielectrice. Daca se foloseste un condensator plan, a carui caracteristica este neliniara, elementul sensibil poate servila masurarea grosimii unor materiale dielectrice. Aceste elemente necesita etaje de amplificare cu impedanta mare de intrare, deoarece la modificari de capacitati mici (20…200 pf), chiar la frecvente ridicate (2…20 kHz) impedantele de iesire sunt mari, impunând amplificatoare cu Zi min = 20 MW . Acest fapt constituie o limitare in folosirea acestor traductoare. 2. Traductoare rezistive Desi sunt cele mai simple constructiv, au o folosire mai redusa datorita preciziei si rezolutiei relativ scazute. Se bazeaza pe variatia rezistentei electrice R a unui conductor cu:
- lungimea l; - rezistivitatea r ; - aria sectiunii S; (6.47) Schemele de conversie folosite sunt:
8
- in montaj reostatic, cu iesire in curent - fig.6.25: (6.48) deci cu dependenta liniara - montaj potentiometric cu iesirea in tensiune - fig.6.26:
(6.49) (6.50) Caracteristica statica este liniara doar pentru , m = 0. Neliniaritatea este cu atât mai mare cu cât RS este mai mica. Alta eroare de neliniaritate apare datorita pasului de bobinare, când cursorul calca pe doua spire. Rezolutia uzuala este de 10-3…10-4 din marimea masurata (0,01 la 100 m m). Elementele sensibile se protejeaza de impuritati prin capsulare. Exista: - elemente sensibile realizate prin bobinarea cu pas uniform a unui fir conductor pe un sport izolant; firul este din material cu coeficient de variatie al rezistivitatii cât mai mic: manganina, constantan, nicrom. Pentru cursor se realizeaza perii din fire de Ag cu grafit; pentru carcasa materiale ceramice cu buna izolatie si stabilizate cu temperatura. - elemente sensibile realizate din materiale conductive, capabile sa reziste la un numar mare de curse ale cursoarelor (plastic conductiv), permitând obtinerea de traductoare liniare suficient de lungi (sute de mm).
9
APARATE TELEFONICE
2.1. Aparate telefonice. Elemente componente, schema de principiu a telefonului BC automat .Aparatele telefonice sunt terminale ale retelei telefonice ce realizeaza urmatoarele functii: asigurarea comunicatiei telefonice prin conversia semnalului vocal in semnal electric la transmisie si conversia semnalului electric in semnal vocal la receptie; asigurarea semnalizarilor cu centrala telefonica prin: -transmisia spre -semnalizarile de apel - semnalizari de selectare.
centrala sau sfârsit
telefonica; de convorbire;
2.1.1. Elemente componente ale aparatelor telefonice Aparatul telefonic se compune din: -circuitul de transmisie a numarului apelat; -circuitul de sonerie pentru receptia semnalului de apel de la centrala telefonica; -dispozitiv de comutare a liniei la circuitul de sonerie sau la circuitul de transmitere a semnalului de convorbire si numerotare; -circuitul de transmisie/receptie a semnalului de convorbire. Circuitul de transmisie/receptie a semnalului de convorbire realizeaza urmatoarele functii: -transmisia semnalelor electrice de vorbire generate de microfon (traductorul realizeaza conversia semnalelor vocale in semnale electrice); -receptia semnalelor de vorbire si conversia lor in semnale vocale cu ajutorul receptorului telefonic (traductor electroacustic); -alimentarea in curent continuu a microfonului; -separarea intre circuitul telefonului si circuitul receptorului; -eliminarea efectului local; -limitarea semnalului electric la bornele receptorului in vederea asigurarii protectiei receptorului uman in cazul aparitiei unor perturbatii
10
in linia telefonica.Circuitul electric de transmisie/receptie a semnalului contine: traductoare electroacustice : - microfonul telefonic (cu carbune, electromagnetic, electrodinamic, piezoelectric, cu electret sau condensator); - receptorul telefonic (electromagnetic, electrodinamic sau piezoelectric). sistemul diferential; varistor pentru limitarea semnalului electric la bornele receptorului telefonic ( folosit in aparatele telefonice clasice); circuite integrate liniare pentru amplificarea semnalelor electrice la emisie si receptie, folosite in aparatele telefonice electronice. Sistemul diferential asigura eliminarea efectului local si separarea galvanica intre circuitul microfonului si al receptorului. Efectul local este fenomenul prin care abonatul aude vocea proprie in receptorul telefonului. Efectul local este dezavantajos deoarece se reduce calitatea transmisiei (utilizatorul crede ca vorbeste prea tare si are tendinta de a vorbi mai incet, in acest fel se reduce semnalul de transmitere in linie).
Sistemul diferential (adaptor de linie) are rolul de a elimina (de a reduce) efectul local prin conectarea microfonului si receptorului in diagonalele puntii de impedante. Este realizat ca un transformator diferential in aparatele telefonice clasice (fig.2.1.a) si este de tip RC in aparatele telefonice electronice (fig.2.1.b). Fig.2.1 a. Sistemul diferential al aparatelor telefonice clasice b. Sistemul diferential al aparatelor telefonice electronice.
11
2.1.2. Schema electrica a aparatului telefonic BC automat Schema electrica a aparatului telefonic BC automat din figura 2.2. utilizeaza un circuit de numerotare de tip DTMF (TEA-1075) si un circuit de transmisie de tip TEA-1080 sau TEA-1061. Adaptarea la impedanta liniei este realizata fie de circuitul de transmisie, fie de circuitul de numerotare, care au functiile complet separate. Alimentarea circuitelor integrate se realizeaza prin curentul de linie. Circuitul de transmisie controleaza prin stabilizatorul intern alimentarea celor doua circuite integrate. Circuitul de transmisie permite utilizarea unui microfon de sensibilitate redusa si impedanta mica, de tip electrodinamic sau magnetic, asigurând câstig de 52 dB si impedanta de intrare de 2 x 4k?, sau microfon piezoelectric sau cu electret pentru care se asigura un c? stig tipic de 38 dB si impedanta de intrare de 2 x 20 k?. Amplificarea tipica la receptie este de 25 dB. Eliminarea efectului local se realizeaza cu puntea rezistoare R 2, R3, R8 si Zbal. Schema include si circuitul de protectie a aparatului telefonic la supratensiuni (puntea redresoare formata din diodele 2 x BZW14, 2x BAY10 si dioda Zener BZX73C) si la supracurenti (rezistorul de 12 ohmi).
12
