Senzori. Comanda directa. Reprezentarea informatiei

TEMA PROIECTULUI

SENZORI COMANDA DIRECTA REPEZENTAREA INFORMATIEI

Senzori. Comanda directa. Reprezentarea informatiei.

CUPRINS

ARGUMENT…………………………………………………………………………….4 INTRODUCERE………………………………………………………………………...6 SENZORI INDUCTIVI………………………………………………………………….10 SENZORI CAPACITIVI………………………………………………………………...13 SENZORI REZISTI VI…………………………………………………………………...17 SENZORI PENTRU MASURAREA NIVELULUI LICHIDELOR…………………...24 ALEGEREA SENZORILOR ……………………………………………………………...29 APLICATII ALE SE NZORILOR…………………………………………………………32 DETECTAREA DEFECTELOR PIESELOR SISISTEMELOR TEHNICE............................... TEHNICE........................................................... ................................................... ............................................ ............................................33 .......................33 BIBLIOGRAFIE.............................. BIBLIOGRAFIE.......................................................... .................................................. ............................................. ...................................35 ............35 ANEXE............................. ANEXE.................................................... .................................................. .................................................. ............................................. .............................36 .......36

2


ARGUMENT

Mecatronica s-a impus mai intai in viata reala in industrie, dupa care a fost

“identificata”, definita si introdusa pentru a putea fi studiata si tratata corespunzator. Elementele electrice şi electronice au început să fie incluse în sistemele mecanice încă din anii 1940. Utilajele din această perioadă ar putea fi numite prima generaţie a mecatronicii. Se consideră ca primul utilaj complet din punct de vedere al conceptului mecatronic a fost maşina unealtă comandată numeric (CNC) pentru producţia elicelor de elicopter, construită la Massachusetts Institute of Technology din SUA, în 1952. Dezvoltarea informaticii la începutul anilor 1970 a fost marcată de apariţia microprocesorului, caracterizat printr -o înaltă fiabilitate şi o flexibilitate deosebită, oferind în acelaşi timp gabarit şi preţ scăzut; toate acestea au permis înlocuirea elementelor electronice analogice şi de decizie clasice, sistemele electronice devenind astfel mai complexe dar în acelaşi timp mai uşor de utilizat. Această etapă poate fi numită a doua generaţie a mecatronicii. Mecatronica a început să se dezvolte în mod dinamic în anii 1980, perioada în care era deja proaspăt definită, iar conceptul suferea permanent perfecţionări. A fost o perioadă de dezvoltare în direcţia obţinerii elementelor integrate, menite să asigure pe deplin controlul utilajelor, maşinilor şi sistemelor complexe. Aceasta a fost începutul celei de -a treia generaţii a mecatronicii, al cărui obiect de interes sunt sistemele multifuncţionale şi cu o construcţie complexă. Utilajele mecatronice sunt ansambluri care integrează elemente componente simple sau complexe ce îndeplinesc diferite funcţii, acţionând în baza unor reguli impuse. Principala lor sarcină este funcţionarea mecanică, deci producerea de lucru mecanic util, iar în esenţa lor este posibilitatea de a reacţiona inteligent, printr -un sistem de senzori, la stimulii exteriori care acţionează asupra utilajului luând decizii corespunzătoare pentru fiecare situaţie.Creşterea deosebită a complexităţi sistemelor automatizate de producţie necesită folosirea unor componente care să fie capabile să primească şi să transmită informaţii referitoare la procesul de producţie. Informaţiile sunt recepţionate, prelucrate şi transmise t ransmise mai departe de către senzori. Se poate spune că fără senzori nu ar exista automatizare, aceştia fiind de o importanţă deosebită în controlul proceselor tehnologice.

3


Senzorii furnizează furnizează informaţiile unui controler controler sau unei scheme scheme electrice,sub electrice,sub forma generală de variabile de proces. Prin variabilă de proces se înţelege o mărime fizică ce caracterizează procesul tehnologic respectiv: temperatură, presiune, forţă, lungime, unghi de rotaţie, nivel, debit etc. Există senzori pentru majoritatea mărimilor fizice, care reacţionează la una din aceste mărimi şi transmit semnale relevante. Noţiunea de proximitate se referă la gradul de apropiere dintre două corpuri. În instalaţiile tehnice se întâlnesc cazuri în care controlul poziţiei unui dispozitiv faţă de altul face parte din însăşi procesul tehnologic. Controlul poziţiei dintre dispozitivele dispozitivele aflate în mişcare, dintre care unul reprezintă sistemul de referinţă, se face cu ajutorul senzorilor de p roximitate. Acest control se face fără existenţa unui contact fizic direct direct între între corpurile corpurile aflate aflate în mişcare. Senzorii de proximitate au o caracteristică tip releu - tot sau nimic – adică – adică semnalul de ieşire reprezintă prezenţa sau absenţa obiectului controlat. Senzorii de proximitate au o larga utilizare in toate domeniile industriale datorita avantajelor pe care le ofera : siguranta in functionate ; posibilitate de reglaj(intern sau extern prin modificarea pozitiei) pozitiei) ; fiabilitate mare ; gabarit extrem de redus ; consum energetic redus

4


INTRODUCERE

Un senzor este un convertor care transforma o marime fizica (de exemplu : temperatura,distanta,presiunea) temperatura,distanta,presiunea) intr-o alta marime mai usor de evaluat, in mod uzual o marime electrica. o

Un senzor nu trebuie să genereze neapărat un semnal electric. De exemplu o supapă pneumatică generează un semnal pneumatic la ieşire sub forma unei schimbări de presiune.

o

Senzorii sunt dispozitive care pot să opereze atât prin contact fizic (un comutator, un senzor de forţă) sau fără contact fizic (barieră de lumină, barieră de aer, senzor magnetic).

o

În anumite condiţii, un simplu contact electric poate fi privit ca un un senzor.

Senzorul este un dispozitiv care poate monitoriza un proces prin semnalizarea semnalizarea

erorilor, analizarea acestora şi transmiterea informaţiilor către alte componente. Exemple: o

Un senzor de temperatură şi umditate sau de presiune şi temperatură,fiecare făcând parte din acelaşi dispozitiv. dispozitiv.

o

combinaţie de câţiva senzori de proximităţi; care sesizează mărimea şi materialul pieselor de prelucrat.

combinaţie de mai mulţi senzori senzori chimici pentru gaze gaze prin care senzorii au un răspuns răspuns treaptă şi prin intermediul unei evaluări inteligente furnizează mai multe informaţii ca întreg decât ar furniza fiecare senzor luat individual. Semanle de iesire tipice ale senzorilor :

Cunoaşterea diferitelor tipuri de semnale electrice de ieşire este importantă i mportantă pentru utilizarea corectă a senzorilor. Semnal tip A – semnal de iesire binar

Astfel de senzori

sunt cei de proximitate, de presiune, de nivel, de temperatură (bimetal). De

regulă aceşti senzori pot fi conectaţi direct la automate programabile. Semnal tip B – semnal pulsatoriu 5


Exemplu:

senzori de de tip encoder, care numără impulsuri datorate unor deplasări liniare

sau rotative. Semnal tip C – semnal – semnal analogic

Aceşti senzori nu au amplificator integrat şi nu realizează conversia electronică , ele furnizează semnale de ieşire analogice foarte mici, de ordinul mV, care nu trebuie evaluate

imediat, sau semnale care se evaluează evaluează numai prin utilizarea unui circuit auxiliar.

Exemple :

senzori piezorezistivi sau piezoelectrici celule termoelectrice senzor magnetic sonde pentru masurarea pH-ului sau a conductivitatii potentiometru liniar Semnale tip D : - semnale analogice care trebuie evaluate imediat

Acest tip de senzor conţine un amplificator integrat şi realizează conversia electronică. Valorile tipice ale acestor semnale :

0……….10V -10……….+10mA

1……….5V -5……….+5V

0……….20mA 4……….20mA Semnale de tip E :

Aceste semnale digitale sunt furnizare de senzori si de sisteme de senzori care convertesc marimea analogica intr-o valoare digitala, compatibile cu sistemele informatice de azi. Ele

furnizează valoarea digitatală prin comunicaţie serială serială sau prin comunicaţie comunicaţie în reţea. reţea. 6


Senzorii pot să transforme variaţia mărimilor fizice în semnale electrice binare sau analogice. Senzorii care furnizeaza semnale binare sunt :

senzori de temperatura senzori de proximitate senzori de presiune senzori de nivel supape sau distribuitoare, pneumatice sau hidraulice Tipuri de senzori

Senzorii de proximitate proximitate sunt sunt dispozitive dispozitive care permit permit detectarea detectarea şi semnalizarea prezenţei unor obiecte în câmpul lor de acţiune, fără contact fizic cu obiectele res pective. Clasificarea senzorilor de proximitate se face după principiul de funcţionare. Astfel se poate vorbi despre senzori de proximitate: Inductivi Capacitivi Optici Magnetici Cu ultrasunete Senzorul este elementul sensibil cu rolul de a sesiza m ărimea de măsurat aplicată la intrarea

sa, x(t) şi de a o converti într -o altă mărime fizică, de aceeaşi natură sau de natură diferită, Y int (t), care poate fi uşor măsurată, cel mai frecvent pe cale electrică. Conversia mărimii de intrare în mărime de ieşire la senzori se bazează pe efecte fizice sau chimice.

7


Schema functionala a unui traductor

Din multitudinea de senzori se remarcă amploarea considerabilă a utilizării senzorilor electrici. Luând în considerare principiul de lucru şi respectiv tipul de energie care se transformă în energie electrică, avem următoarele tipuri de senzori : Senzori de radiatie : -

transformă energia radiantă în energie electrică,respectiv semnalul

radiant în semnal electric. Ca semnale radiante avem: intensitatea luminoasă, lungimea de undă, polarizarea, faza, reflectanţa, transmitanţa, activitatea radioactivă. Senzori mecanici : -

transformă energia mecanică în energie electrică,respectiv semnalul

mecanic în semnal electric. Ca semnale mecanice putem avea: forţă, presiune, t orsiune, nivel de vid, viteza de curgere, debit,volum, grosime, nivel, poziţie, deplasare, viteză, acceleraţie, rotaţie, lungime de undă acustică, amplitudine de vibraţie. Senzori termici : -

energia termică în energie electrică, respectiv semnalul termic în cel

electric. Ca semnale termice putem avea: temperatura, căldura, entropia, căldura specifică, fluxul de căldură. Senzori magnetici : - transformă energia magnetică în energie electrică

respectiv semnalul

magnetic în semnal electric. Ca semnale magnetice putem avea: intensitatea câmpului magnetic, inducţia câmpului magnetic, permeabilitatea magnetică, magnetizarea. Senzori chimici : - transforma semnalul chimic in semnal electric. Ca exemple de semnal

chimic putem avea: compoziţia, concentraţia, viteza de reacţie, toxicitatea, potenţialul de oxidare-reducere, pH-ul.

8


SENZORI INDUCTIVI

Funcţionarea se bazează pe proprietatea potrivit căreia mărimea de măsurat produce o variaţie a inductivităţii unei bobine care face parte din circuitul oscilant RL al sen zorului. Inductivitatea proprie sau mutuală a "zonei active a senzorului" este modificată de acele elemente care influenţează geometria - lungimea întrefierului, aria secţiunii întrefierului sau permeabilitatea, µ , a circuitului magnetic. magnetic. Inductivitatea unei bobine alcătuită din N spire

dispuse pe un miez magnetic de permeabilitate

relativă µr, suprafaţa secţiunii transversale A si lungimea l este dată de relaţia :

Ştiind că reluctanţa magnetică este : 2 Ŕ = l / µ 0 µr A , atunci inductivitatea inductivit atea va va deveni : L = N / Ŕ.

Cum numărul de spire al bobinei senzorului, o dată realizată, nu poate fi modificat, soluţia pentu realizarea senzorului cu variaţie variaţie a inductivităţii este este de a produce produce modificări ale reluctanţei magnetice. În acest sens se pot realiza, de ex emplu, circuite magnetice cu armatura mobilă în care mărimea neelectrică determină poziţia armăturii faţă de restul circuitului magnetic. Schema bloc este prezentata in fig.1

Fig.1

Schema bloc a unui senzor de proximitate inductiv. 9


l-Oscilator; 2-Demodulator; 3-Trigger, 4-Afişaj de stare, 5 -Circuit

de ieşire cu proiecţie,

6-

Tensiune externă, 7 -Sursă de alimentare internă, 8 -Zona activă (miez de ferită), 9 -Semnal de ieşire senzor. Câmpul magnetic care este direcţionat spre ieşire, este generat de o bobină cu un miez de ferită deschis. Când senzorul este alimentat, circuitul oscilant generează un curent. Dacă în zona activă se introduce un obiect bun conducător de electricitate, apare o variaţie a inductivităţii care duce la modificarea curentului de ieş ire. Principala caracteristică a senzorilor inductivi este dimensiunea bobinei: cu cât aceasta este mai mare cu atât distanţa de comutare este mai mare.Traductoarele inductive pot pune în evidenţă deplasări de sute de milimetri. Caracteristicile tehnice ale senzorilor inductivi

Material detectat

Metale

Tensiunea de alimentare

Tipic: 10 V..30 V c.c sau c.a.

Distanţa nominală de sesizare

Tipic 0,8... 10 mm; max. 250 mm.

Curentul maxim de ieşire

75 mA...400 mA.

semnal Temperatura de lucru

-25°C..+70°C.

Vibraţii

10...50 Hz, 1 mm amplitudine.

Sensibilitatea la mizerie

Insensibil.

Durata de viaţa

Foarte lungă.

Frecvenţa de comutare

Tipic 10...5000 Hz, max.20kHz.

Design

Cilindric.

Variante constructive

M8x1, MI2x1,MI8xl;Φ4mm... Φ30mm 25mm x 40mm x 80mm.

10


Mulţi dintre senzorii de proximitate inductivi inductivi au următoarele funcţii de siguranţă incluse : Protecţie la inversarea polarităţii (împotriva avariilor rezultate din conexiuni inversate); Proiecţie la scurtcircuit Proiecţie la supratensiune Protecţie împotriva Protecţie împotriva efectelor întreruperii firelor fire lor (ieşire blocată dacă alimentarea este

deconectată). Comparativ cu microîntrerupătoarele mecanice, a căror funcţie o înglobează, senzorii inductivi au în general următoarele avantaje: Lucrează Lucrează fără contact mecanic, deci fără uzură; Asigură un număr nelimitat de comutări ; Nu generează generează zgomot de contact; contact; Pot comuta cu o frecvenţă mult mai mare ; Sunt închişi ermetic şi pot fi utilizaţi în medii agresive; Asigură o precizie mai mare. Senzorii inductivi mai oferă şi alt e avantaje: Semnalizare optică cu LED Protecţie pentru cazurile când accidental apare un scurtcircuit la ieşire Protecţie pentru situaţia când din greşeală se alimentează invers Protecţie la supratensiuni inductive inductive

11


SENZORI CAPACITIVI

Principiul de funcţionare

: funcţionarea unui capacitiv se bazează pe evaluarea variaţiei

capacităţii electrice a unui condensator dintr -un circuit rezonant RC, datorită apropierii unui material oarecare.

Senzorii capacitivi se realizează din două tipuri de condensatoare : plan şi cilindric, iar în analiza schemelor echivalente se presupune că rezistenţa de pierderi este neglijabilă faţă de reactanţa capacitivă şi unghiul de pierderi este mic. Orice condensator este caracterizat de o mărime numită capacitate electrică, care în cazul condensatorului condensatorului plan se defineşte defineşte astfel astfel : C = ε0 εr A / d , unde

ε0- permitivitatea vidului εr- permitivitatea relativă a dielectricului dielectricului A- suprafaţa de suprapunere a armăturilor d- distanţa dintre armături,

respectiv grosimea dielec tricului

Pentru un condensator cilindric formula de calcul a capacităţii depinde de permitivitatea dielectricului ε0 εr , diametrul electrodului exterior D, diametrul electrodului interior d şi de

înălţimea de suprapunere a celor doi cilindri h.

12


C = 2π ε0 εr h / ln D/ d

Din analiza formulelor de calcul pentru capacitatea condensatoarelor plan şi cilindric se observă că senzorii capacitivi pot servi la convertirea în variaţii de capacitate a oricărei mărimi neelectrice care modifică unul din elementele: distanţa dintre armături, suprafaţa de suprapunere a armăturilor, permitivitatea electrică a mediului dintre armături Senzorii capacitivi se pot realiza în trei moduri: Cu condensatoare plane cu o armătură ar mătură fixă şi una mobilă, Cu modificarea suprafeţei de suprapunere a armăturilor, Cu modificarea dielectricului.

La senzorul capacitiv cu o armătură fixă fi xă şi una mobilă se modifică distanţa dintre armături: d + ∆d . Capacitatea va deveni:

13


Senzorii care funcţionează funcţionează prin modificarea suprafeţei de suprapunere suprapuner e

a

armăturilor unui condensator condensator sunt sunt alcătuiţi dintr -o armătură plană fixă şi una mobilă care se deplasează paralel faţă de cea fixă.În acest caz se modifică aria de suprapunere a armăturilor, deci capacitatea va deveni: C = ε0 εr (A + ∆A)

Capacitatea unui condensator se poate modifica şi prin introducerea de dielectrici cu permitivităţi diferite între armături sau prin modificarea stării fizice a dielectricului datorită umidităţii. Câmpul electrostatic parazit este creat între î ntre un electrod activ şi electrodul de masă. În structura senzorului capacitiv există adesea un electrod de compensare care are rolul de compensare, a influenţei umidităţii asupra funcţionării senzorului.

1-Oscilator;2-Demodulator;3-Trigger;4-Afisaj;5-Circuit 1-Oscilator;2-Demodulator;3-Trig ger;4-Afisaj;5-Circuit de iesire;6-sursa de alimentare;7Zona activa(capaci acti va(capacitor);8-Iesire. tor);8-Iesire. Schema bloc a senzorului de proximitate capacitiv 14


Dacă în zona activă se introduce intr oduce un obiect sau un material (metal, plastic, apă, sticlă, lemn), capacitatea circuitulu i rezonant se modifică. Schimbarea valorii capacităţii depinde de distanţa

la care se află materialul faţă de suprafaţa activă, de dimensiunile materialului şi de constanta dieléctrică a acestuia. Sensibilitatea majorităţii senzorilor de proximitate capacitivi poate fi reglată prin intermediul unui potenţiometru. În acest mod este posibilă suprimarea detecţiei unui alt mediu, de exemplu este posibilă determinarea nivelului unei soluţii prin peretele unui recipient. Distanţa nominală la care comută un senzor este determinată determinată cu ajutorul unei foiţe de metal legată la pământ.

15


SENZORI REZISTIVI

Traductoarele rezistive de deplasare sunt constituite dintr- un

sensor a cărui cărui rezistenţă rezistenţă se

modifică datorită unui cursor ce se deplasează sub acţiunea mărimii de măsurat, deplasarea putând fi liniară sau circulară. Prin deplasarea cursorului are loc o modificare a lungimii l din senzor, care este inclusă în circuitul de măsurare, ceea ce conduce la relaţia R = f(x); R – rezistenţa – rezistenţa senzorului x – mărimea – mărimea neelectrică ce produce deplasarea cursorului

Traductoarele rezistive fac parte din grupa traductoarelor parametrice şi se bazează bazează pe faptul că mărimea de măsurat produce o variaţie a rezistenţei electrice a traductorului. Un senzor rezistiv este, din punct de vedere

electric, un rezistor a cărui rezistenţă electrică

este exprimată prin relaţia: R = p 1/A

unde : p – rezistivitatea materialului [Wm] l – lungimea [m] 2

A – aria – aria secţiunii transversale [m ]

Variaţia rezistenţei electrice R poate fi produsă prin variaţia unui a din parametrii ce intervin în ecuaţia de mai sus. De aceea , traductoarele rezistive sunt utilizate pentru măsurarea mărimilor neelectrice ce produc variaţia unuia dintre cei trei parametrii şi anume : - traductoarele rezistive la care variaţia rezistenţei se produce prin variaţia lungimii conductorului :

tradctoare potenţiometrice, traductoare rezistive cu contacte,

traductoare tensiometrice - traductoare rezistive la care variaţia rezistenţei se produce prin variaţia

rezistivităţii : traductoare termorezistive, traductoare fotorezistive, traductoare rezstive de umiditate, traductoare rezistive de presiune

16


- traductoare rezistive la care variaţia rezistenţei se produce prin variaţia

secţiunii unui conductor sau a unui semiconductor.

Orice măsurand este susceptibil de a fi convertit într -o variaţie de rezistenţă electrică, prin intermediul unui senzor rezistiv capabil să acţioneze asupra : - mobilităţii purtătorilor de sarcină (temperatură, cămp magnetic) - densităţii sarcinii ellectrice libere (temperatură, flux luminos) - dimensiunilor geometrice (forţă, deplasare cursor)

În figura 1 este prezentă o clasificare a senzorilor şi a traductoarelor rezistive :

Fig.1 a. senzori şi traductoare rezistive potenţiometrice

Senzorii potenţiometrici sunt constituiţi dintr -o rezistenţă elecrică dispusă pe un suport izolant, liniar sau circular (fig 2) şi un cursor a cărui poziţie este determinată de mărimea neelectrică, introducându -se astfel în circuitul de măsurare o parte din rezistenţa senzorului, care este proporţională cu deplasarea deplasarea cursorului. cursorului. 17


Fig.2 b. senzori şi traductoare resistive cu contacte

Traductoarele rezistive cu contacte sunt traductoare la care variţia lungimii firului rezistiv se face în trepte prin deschiderea sau închiderea unor contacte. Cazul cel mai simplu al traductorului rezistiv îl reprezintă o singură limită şi o pereche de contacte (fig.3a). Astfel rezistenţa traductorului este divizată în mai multe porţiuni. Pentru controlul dimensiunilor se folosesc traductoare rezistive cu două perechi de contacte şi două limite (fig.3b), dar se întălnesc şi traductoare cu mai multe limite pe ambele părţi ale armăturii. Contactele sunt confecţionate din platină, platina cu iridiu, wolfram, mobilden, iar forţa de deplasare pe contact să fie cel puţin 0,3 N. Tensiunea aplicată contactelor contactelor trebuie să fie mai mică decât valoarea la care începe strâpungerea şi depinde de distanţa dintre contacte, de formă şi de materialul contactelor. Aceşti senzori se utilizează utili zează la realizarea traductoarelor destinate controlului dimensiunilor sau sortării pieselor pe intervale de valori.

18


Fig.3 a – pentru o limită; b – pentru un interval; c – pentru mai multe intervale; d – pentru mai multe limite

c. senzori şi traductoare rezistive tensiometrice

Senzorii rezistivi tensiometrici produc variaţia rezistenţei electrice prin variaţia lungimii

conductorului ca efect al alungirii sau a contractiei (fig 4) se poate determina deformaţia piesei pe baza baza unor etalonaţi şi apoi apoi se măsoară mărimea mărimea ce a produs deformaţia.

Fig.4

d) senzori şi traductoare termorezistive

Senzorii termorezistivi sunt realizaţi din materiale pure şi materiale semiconductoare, astfel rezistenţa senzorilor depinde de temperatură. Senzorii termorezistivi realizaţi din materiale semiconductoare semiconductoare se numesc termistoare. Termistoarele şi termorezistenţele se utilizează în structura termometrelor electrice. Termorezistenţele sunt rezistente, executate din metale pure care prezintă mari variaţii de rezistivitate cu temperatura, rezultând o caracteristică de conv ersii liniare pe intervale largi de temperatură. Metalele utilizate pentru realizarea rezistenţelor sunt: platina, cupru, nichel. Traductorul termorezistiv se realizează prin bobinarea bifilară a firului rezistiv pe un suport izolant şi introducerea lui într -un tub de protecţie. Traductorul se fixează în peretele incintei cu ajutorul unei planşe filetate. Tubul de protecţie se execută din oţel inoxidabil cu sau fără cămaşă ceramică în funcţie de mediul unde se efectuează măsurarea. măsurarea. 19


Termorezistenţele se utilizează la măsurarea temperaturii şi în construcţii speciale, la măsurarea vitezei gazelor, a debitului volumetric, a concentraţiei gazelor şi a presiunilor scăzute. Termistoarele sunt senzori pasivi de temperatură a căror caracteristică esenţială o reprezintă sensibilitatea. Un termistor este relizat din materiale ceramice ce au suferit un proces de

sinterizare la temperaturi ridicate. Se deosebesc deosebesc două tipuri de termistoare: -

Cu coeficient de temperatură negativ (NTC), rezistenţa electrică scade odată cu

creşterea temperaturii. - Cu coeficient de temperatură pozitiv (PTC)

Termistoarele se obţin prin presare în formă de sferă sau discuri cu două terminale, din materiale semiconductoare. semiconductoare. Caracteristici metrologice ale termistorului:

– 150)°C - domeniul de utilizare (-50 – 150)°C - valorile nominale ale rezistenţei termistoarelor (1000 – 200000)Ω – 200000)Ω - sensibilitatea NTC este foarte mare în î n comparaţie cu alţi senzori parametrici - dimensiunile foarte mici ale termistoarelor - rezistenţă iniţială mare - interschimbabilitatea este descrisă prin toleranţele ce le

specifică fabricantul

Termistoarele sunt indicate atât pentru măsurări statice cât şi pentru măsurări dinamice ale temperaturii. e) senzori şi traducotare piezorezistive

Efectul piezorezistiv constă în modificarea rezistivităţii unui material dacă este supus unei presiuni exterioare, crescătoare din toate direcţiile. Variaţia rezistivităţii cu presiunea se datorează deformării reţelei cristaline produsă de presiunea exterioară. (fig 5).

20


Fig.5

f) senzori şi tr aductoare fotorezistive

Senzorii fotorezistivi se bazează pe efectul fotoelectric intern adică traductorul fotorezistiv se comportă ca o rezistenţă chimică a cărei valoare este comandată prin lumină. La căderea unui fascicul luminos pe stratul semiconductor, se transmite energie electronilor din banda de

valenţă care trece în banda de conducţie producând micşorarea rezistenţei electrice a semiconductorului. Traductorul Traductorul fotorezistiv (fig.6) se realizează prin depunerea depunerea pe un suport izolant a unui strat subţi re P de un micometru grosime de material semiconductor (sulfura de plumb, sulfura de cadmiu).

Fig.6

21


La electrozii A şi B este conectată o sursă de tensiune continuă şi un instrument magnetoelectric. În stare neluminată prin traductor trece un curent de valoare redusă, numit curent de întuneric, iar când suprafaţa este iluminată, rezistenţa scade aproximativ liniar cu iluminarea.

22


SENZORI PENTRU MASURAREA NIVELULUI LICHIDELOR

Masurarea nivelului din recipienti se realizeaza pentru lichide , suspensii , pulberi sau granule si este importanta atat pentru procesele tehnologice cat si la evaluarea stocurilor existente. In procesul de masurare a nivelului , pot aparea o serie de probleme speciale cum ar fi: vase sub presiune sau temperaturi inalte; prezenta spunei spunei la suprafata exterioara; coroziunea substantelor folosite.

Masurarea nivelului poate fi: continua,daca evaluarea masurandului se face neintrerupt; in puncte,cand se urmareste doar atingerea unor niveluri critice la nivelul lichidului

Metodele de masurare: directe, in cazul in care se determina lungimea substantei al carei nivel se masoara; indirecte,cand intervalul se determina prin intermediul unor marimi intermediare (masa,presiune,radiatie).

Masurarea nivelului nu presupune in mod obligatoriu determinarea volumului sau masei de substanta,acestea putand fi calculate numsi daca sunt cunoscute unele date suplimentare.In principiu metodele de masurare a nivelului deriva din metodele de masurare a altor marimi , ele doar se adapteaza masurarii nivelului. Senzorii ce pot fi utilizati la masurarea nivelelor lichidelor pot fi: senzori rezistivi; senzori inductivi; senzori capacitivi; senzori cu ultrasunete; cu radiatii nucleare; cu fibre optice.

23


Senzorii si traductoarele de nivel se folosesc atat ata t pentru semnalizarea atingerii nivelelor minim si maxim din rezervoare,cat rezervoare,cat si pentru comanda de punere in functiune a dispozitivelor de umplere a rezervoarelor rezervoarelor sau oprirea oprirea acestora. Metode de masurare a nivelului nivel ului lichidului 1.Metode bazate pe proprietatile electrice de material

Deoarece unele materiale materiale dielectrice si altele sunt sunt conductoare sunt sunt necesare metode metode de masurare diferite. a) pentru

materialele

dielectrice

masurarea

nivelului

se

face

prin

metode

capacitive(fig.1)

Fig.1 Nivelmetru Capacitiv h=inaltimea vasului; x=inaltimea lichidului

b)

Pentru materiale conductoare conductoare ce ce au conductivitatea conductivitatea mai mare de 10¯² 10¯² se foloseste metoda din fig.2 (nivelmetru rezistiv) la care rezistorul R este plasat in interiorul vasului metalic pe toata inaltimea acestuia lichidul conductor sunteaza o portiune rezistei astfel incat rezistenta toata devine

R(x)= R1+ R2

R(X)=R1 + R2 =Ro •

h  x h



Ro  r ( x)  x Ro  x  r ( x)  h

24


Fig.2 Nivelmetru rezistiv 2.Metoda bazata pe forta arhimedica

Metodele bazate pe forta arhimedica pot fi folosite doar pentru lichide si se grupeaza in: metode de masurare cu plutitor; metode de masurare cu imersor.

In fig.3 este prezentata metoda de masurare cu plutitor.

Fig.3 Nivelmetru cu plutitor

Plutitorul se afla in permanenta la suprafata lichidului si este legat de o contragreutate printr-un fir ce trece peste un tambur.Metoda este folosita la masurarea nivelului 25


pulberilor sau granulelor daca se mentine tensiunea din firul de suspendare la o anumita valoare. 3.Metode bazata pe masurarea presiunii

Determinarea nivelului cu ajutorul metodelor bazate pe masurarea presiunii consta in stabilirea presiunii hidrostatice coloanei de lichid cu ajutorul relatiei: Δp=p g h Unde : Δp- diferenta dintre presiunea de deasupra lichidului si presiunea de la baza acestuia p- densitatea lichidului g- acceleratia gravitational h- inaltimea coloanei de lichid

Metoda permite determinarea presiunii si pentru recipientii aflati sub presiune,cu conditia ca masurarea presiunii sa faca diferential. Daca pentru masurarea diferentei de presiune se foloseste un traductor cu balanta de forte,eroarea de masurare poate fi de 1%. 4.Metode bazate pe masurarea masei

Determinarea nivelului se poate realize indirect prin masurarea masei recipientului cu intregul sau continut.Masa de substanta este egala cu diferenta dintre masa masurata si masa recipientului.Fiind vorba de o masurare diferentiala daca masa recipientului este mult mai mare decat masa de substanta pot aparea erori foarte mari. 5.Metode cu radiatii

Determinarea nivelului cu ajutorul radiatiilor este deosebit de avantajoasa deoarece foloseste metode de masurare fara contact ce pot fi folosite in conditii speciale cum ar fi: recipiente sub presiune; recipiente la temperature inalte; recipiente in medii deosebit de corozive sau periculoase. 26


Dupa natura radiatiilor folosite nivelmetrele pot fi: cu ultrasunete; cu microunde; cu radiatii nucleare.

Nivelmetrele cu ultrasunet pot functiona: in unda continua; in impuls.

27


ALEGEREA SENZORILOR

Pentru alegerea unui senzor trebuiesc tr ebuiesc cunoscute cunoscute princi palele caracteristici caracteristici de funcţionare funcţionare şi de alimentare. Cele mai importante dintre acestea sunt prezentate în continuare. Valorile

numerice detaliate se regăsesc în cataloagele firmelor producătoare. a) Distante de sesizare

- distanţa de comutare nominală, Sn - este o valoare caracteristică senzorului pentru care nu se

iau în considerare abaterile date de temperatura şi tensiunea de alimentare. De asemenea nu se iau în considerare nici abaterile de măsurare ale senzorului; senzorului; -

distanţa de comutare reală, Sr - se defineşte pentru temperatura de funcţionare de 20°C şi

pentru o tensiune de alimentare corectă (nominală). Poate avea o abatere de ± 10% faţă de distanţa de comutare nominală, Sn; -

distanţa de comutare utilă, Su - este distanţa pentru care senzorul va comuta garantat dacă

temperatura şi tensiunea au valori în limitele de funcţionare normală prescrise de fabricant. Poate fi diferită cu +10% faţă de distanţa de comutare reală, Sr; - distanţa de comutare sigură, Sa - este distanţa pentru care senzorul va com uta garantat daca

temperatura şi tensiunea au valori în limitele l imitele de funcţionare permise, prescrise de fabricant. b) Limite permise pentru tensiunea de alimentare: - pentru

senzorii ce funcţionează funcţionează în curent continuu intervalul uzual este între 0.. . 30 V

dacă tensiunea nominală este de 24 V; - pentru senzorii care funcţionează funcţionează în curent alternativ intervalul poate fi între 20.. .265 V

dacă tensiunea nominală nominală este de 220 V. În plus, frecvenţa reţelei reţelei poate oscila între 45...65 45...65 Hz. c) Curentul de ieşire nomi nal - este curentul maxim care poate trece prin sarcina

conectată la senzor şi pe care senzorul îl poate suporta pentru un regim continuu de funcţionare. Dacă acest curent este depăşit, senzorii fără protecţie la scurtcircuit se defectează. d) Curentul minim de sarcină - este cel mai mic curent necesar pentru ca circuitele

electronice ale senzorului să poată funcţiona. Pentru cazul senzorilor de curent continuu cu 3 fire curentul minim de sarcină este 0 mA. Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 28


fire este de 5 mA. e) Căderea de tensiune pe sensor -

este diferenţa dintre tensiunea de alimentare a

circuitului ce include comutatorul senzorului şi tensiunea măsurată la bornele sarcinii (de exemplu releu). Pe comutatorul închis al senzorilor de curent continuu cu 3 fire căderea de tensiune este < 3,2 V. Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 fire este < 6 V. f) Curentul residual -

este curentul care trece prin comutatorul deschis al senzorului. În

contrast cu un comutator ideal pentru care acest curent trebu ie

să fie nul, pentru senzorii

de proximitate aceştia nu sunt nuli. Prin comutatorul deschis al senzorilor de curent continuu cu 3 fire curentul rezidual este neglijabil. Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 fire este < 1,5 mA. Acest curent este neces ar

funcţionării circuitelor interne ale

senzorului, dar este prea mic ca să poată acţiona un releu, de exemplu. g) Intervalul de temperatură de funcţionare -

este domeniul de temperaturi în care

senzorul poate să funcţioneze fără probleme. h) Gradul de protecţie -

defineşte nivelul de protecţie al senzorului împotriva

pătrunderii în el a impurităţilor impurităţilor şi a apei. i) Tipul de conexiune al senzorului -

defineşte modul de conectare a senzorului la

circuitul electric de comandă. Conexiunea senzorilor de curent c ontinuu cu 3 fire poate fi de două tipuri :

PNP: conectează la ieşirea de semnal potenţialul pozitiv; NPN: conectează conectează la ieşirea de de semnal potenţialul potenţialul negativ; Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 fire, sarcina poate fi conectată pe oricare din ce le 2 fire. Tipul de comutare -

descrie poziţia contactului când în raza de acţiune a senzorului nu este

prezent nici un obiect. Contactul poate fi: -

normal închis: curentul trece prin senzor până când acesta va detecta prezenţa unui obiect;

-

normal deschis: curentul va trece prin senzor doar când acesta va detecta prezenţa unui obiect; 29


-

ambivalent: sunt disponibile ambele două tipuri de contacte descrise mai sus, folosirea unuia din ele fiind stabilită de o funcţie de setare a senzorului, sau prin existenţa a 2 fire de semnal: negru pentru ND şi alb pentru NÎ.

30


APLICATII ALE SENZORILOR

Senzori inductivi pentru aplicaţii speciale -

senzori inel

-

senzori cu fantă

-

Q-Pak - senzori compacţi, rectangulari

-

senzori imuni la câmpurile magnetice (curenţi de sudură)

-

senzori

-

senzori cu domenii de temperatură extinse

-

senzori pentru presiune mare

-

senzori cu caracteristici de detecţie selective

-

senzori pentru aplicaţii submersibile

-

senzori pentru condiţii de mediu severe

-

senzori pentru graifare (cleşti acţionaţi pneumatic)

cu ieşire analogică

Senzori inductivi pentru electrovalve

Detectarea poziţiei elementelor de execuţie este foarte importantă în ndustriile chimică şi petrochimică, cât şi în industria alimentară. Utilizarea senzorilor în carcase de protecţie este metoda cea mai

uzuală la detectarea poziţiei valvelor, deoarece acest tip de

încapsulare protejează senzorul şi elementele în mişcare, de influenţele mediului extern. Un avantaj îl constituie terminalul dezizolat, dând asfel posibilitatea racordării prin bornier la comanda electrovalvei. electrovalvei.

31


DETECTAREA DEFECTELOR PIESELOR SISISTEMELOR TEHNICE

Fiabilitatea reprezintă aptitudinea unui unui material, piese sau sistem sistem tehnic de a nu se defecta defecta în cursul utilizării sale. Defectarea – pierderea aptitudinii unei componente a unui sistem tehnic de a-şi îndeplini funcţia cerută în condiţii date.

Defectările pot fi de mai multe feluri: -

defectare bruscă – defectare care nu ar putea fi prevăzută în urma unei verificări anterioare a caracteristicilor, deoarece modificările acestora decurg fo arte rapid;

-

defectare catastrofală – defectare – defectare care este în acelaşi timp bruscă şi totală;

-

defectare dependentă – defectarea – defectarea unui element cauzată de defectarea altui element, de care acesta este legat din punct de vedere funcţional;

-

defectare de derivă – defectare care este în acelaşi timp progresivă şi parţială; parţi ală;

-

defectare independentă – defectarea – defectarea unui element care apare fără a fi cauzată sau fără a fi cauza altor defecte cu care interacţionează în cadrul aceluiaşi sistem;

-

defectare parţială – defectarea rezultată din modificarea valorii reale a unuia sau mai multor parametrii, dincolo de limitele date de criteriile de defectare, fără a conduce la dispariţia totală a funcţiei cerute;

-

defectare primară – defectarea – defectarea unui dispozitiv care atrage după sine alte defectări;

-

defectare progresivă – defectare care ar putea fi prevăzută în urma verificării anterioare a caracteristicilor, deoarece modificările acestora decurg lent( fiind legate de uzura pieselo, îmbătrânirea materialelor şi dereglare) şi sunt declarate atunci când parametrii dispozitivului dispozitivului ating valori critice, necorespunzăto necorespunzătoare; are;

-

defectarea secundară – defectarea unui dispozitiv provocată de defectarea altui dispozitiv;

-

defectare totală – defectarea – defectarea rezultată din modificarea valorii reale a unui sau mai multor parametrii, dincolo de limitele date de criteriile de defectare, având ca efect dispariţia totală a funcţiei cerute.

În procesul de exploatare, unele sisteme tehnice îşi pierd / înrăutăţesc parametrii funcţionali, îşi pierd parţial / total capacitatea funcţională, din următoarele cauze: cauze: -

ruperea pieselor, fenomenelor de oboseală, scăderea rezistenţei mecanice; mecanice;

-

modificări dimensionale, ale formei, ale paralelismului, ale conexiunilor; 32


-

schimbarea lanţurilor cinematice a pieselor, datorită uzurii stratu lui superficial;

-

deformarea pieselor şi înţepenirea articulaţiilor în mişcare, sub acţiunea sarcinilor de vârf;

-

ruperea sau deteriorarea pieselor datorită agenţilor corozivi şi îmbătrânirii materialelor.

Cauzele defectării pot fi grupate în: -

defecte funcţionale – uzurile;

-

abateri de la tehnologiile de elaborare a materialelor;

-

abateri de la tehnologiile de fabricaţie;

-

acţiunea agenţilor externi;

-

exploatare necorespunzătoarea sistemelor tehnice.

Tipurile uzurii de oboseală: -

pitting-ul – este – este

o formă a uzurii de oboseală a suprafeţelor cu contacte contacte punctiforme şi şi se

recunosc sub forma caracteristică de cratere, ciupituri diferite de cele de adeziune care sunt provocate prin smulgere. -

exfolierea – este – este caracterizată de desprinderea de mici

particule metalice sau de oxizi care

se produc când este depăşită rezistenţa la forfecare, în zonele de contact cu frecări concentrate.

cavitaţia – este – este definită ca un proces de distrugere a suprafeţei şi deplasarea de material sub formă de mici particule, produsă în mediu lichid sau gazos ce este în contact cu metalul, dar fără prezenţa celei de a doua suprafeţe de frecare, fiind numită şi eroziune de cavitaţie sau coroziune de cavitaşie.

33


BIBLIOGRAFIE

1. Acţionări hidraulice hidraulice şi pneumatice – Editura – Editura Universitară, 2005 ; 2. Internet;

3. Mecatronică – Manual pentru clasa a XI-a. Editura Delta 2004; 4. Elemente de de mecatronică mecatronică – Editura EduSoft, 2006; 5. Maşini,aparate,acţionări şi automatizări - Năstase Năstase Bichir,Dan Mihoc,Corneliu Mihoc,Corneliu Boţan,Sabina Hilahi; 6. Elemente de coman dă

şi control pentru acţionări şi sisteme de reglare automată -Doiniţa

Ghinea,Sabina Ghinea,Sabina Hilahi.

34


Anexe

Placă metalică

| \

Distanţe de sesizare ale unui senzor de proximitate.

35


Tipuri de senzori inductivi

36


Tipuri de senzori capacitivi

37


Indicatoare de nivel Manometre, termometre

38


39

Senzori. Comanda directa. Reprezentarea informatiei

Recommend Documents