Senzori și Traductoare Folosite în Industrie

ARGUMENT

Scopul lucrării este de a face o prezentare a pricipiilor de funcţionare ale celor mai uzuali senzori din compunerea traductoarelor analogice şi digitale de măsurare a vitezei de rotaţie, modul de etalonare cât şi posibilităţile de afişare şi prelucrare a informaţiilor obţinute de la aceştia.

Ansamblul format dintr-un senzor integrat in acelaşi circuit (chip) cu elementul de adaptare poartă numele de traductor "integrat". Recent a apărut conceptul de senzor sau traductor "inteligent" care prezină asocierea unui traductor cu un microprocesor (microcontroller). Astfel se pot obţine semnale de ieşire cu mare imunitate la pertarbaţii, liniarizarea caracteristicii de conversie a mărimii de intrare x(t) in mărime de ieşire y(t), autocalibrarea, corecţii faţă de diverşi factori de influenţă, generarea unor mărimi de control. Traductoarele inteligente s-au dezvoltat rapid ca elemente componente principale ale sistemelor automate, de măsură, monitorizare şi control, precum şi în domeniul roboticii industriale.

Senzorii şi traductoarele de nivel se folosesc pentru atingerea nivelului minim şi maxim dintr-un recipient cât şi pentru comanda de punere în funcţiune a dispozitivelor de umplere a rezervoareelor sau de umplere a lor.

Măsurarea nivelului în recipienţi este foarte importantă pentru multe procese tehnologice şi pentru evaluarea stocurilor existente.

Din punct de vedere al energiei, indispensabilă desfaşurării procesului de măsurare, senzorii se pot clasifica în senzori activi (generatori), senzori pasivi (parametrici).

În procesul de măsurare a nivelului pot apărea o serie de probleme specifice ca, de exemplu: vase speciale sub presiune sau la temperaturi înalte, prezenţa spumei la suprafaţa exterioară sau a turbulenţelor, corozitatea substanţelor folosite etc. Aceste probleme se rezolvă prin soluţii constructive adecvate. Cele mai simple traductoare de nivel se bazează pe forţa arhimedică: evident, ele pot fi folosite numai în cazul lichidelor.

Traductoarele de presiune reprezintă una dintre categoriile de traductoare care cunosc o largă raspândire în automatizările industriale, presiunea constituind un parametru de bază pentru numeroase procese tehnologice.

În multe ramuri industriale, ca de exemplu industria petrolului, chimiei, termoenergetică etc., reglarea presiunii este chiar determinanta pentru asigurarea desfașurării corecte a întregului proces tehnologic.

Presiunea reprezintă o marime esențiala pentru descrierea stării unui fluid.

Fluidele se caracterizează prin faptul că pot să curgă cu ușurință (straturile acestora alunecă usor unele față de celelalte). Din categoria acestora fac parte lichidele și gazele. Delimitarea lichidelor de gaze se poate face prin aceea ca primele au o suprafață liberă care la echilibru este plană si orizontală, pe când gazele nu au această suprafață ele ocupând tot volumul incintei în care sunt introduse.

O a doua deosebire este aceea că lichidele sunt practic incompresibile, pe când gazele sunt compresibile.

Legile generale ale fluidelor se studiază pentru fluidele perfecte; un lichid perfect este acela la care straturile se pot deplasa unul fața de celălalt fară frecare (nu există vâscozitate) și al carui volum nu poate fi modificat prin comprimare, iar un gaz perfect este un gaz la care, pentru o anumită cantitate, produsul dintre presiunea și volumul acestuia este constant (respectă legea Boyle-Mariotte). În realitate nu există fluide perfecte, ci fluide reale, care respectă într-o măsura mai mare sau mai mică proprietățile fluidelor perfecte. Metodele de măsurare a presiunii sunt adaptate fluidelor reale.

Considerând fluidele ca medii continue, într-o masă oarecare de fluid fiecare element de volum suportă actiunea unor forțe din partea restului de fluid, care în cazul fluidului perfect sunt perpendiculare (normale) pe fiecare suprafață a volumului unitar considerat.

CAPITOLUL I

SENZORI ŞI TRADUCTOARE - CARACTERISTICI

1.1. Definiția și clasificarea senzorilor și traductoarelor

Măsurarea unei mărimi presupune în primul rând detectarea sa.

Elementele sensibile care detectează mărimea de măsurat sunt denumite senzori. Senzorul este elemental sensibil cu rolul de a sesiza mărimea 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, ymt (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.

Senzorii care servesc numai la detectarea prezenţei unei mărimi constituie o categorie aparte şi se numesc detectori (detectori de proximitate, detectori de radiaţii ionizante etc.).

Ansamblul format din elemental sensibil (senzorul) şi elementele de adaptare şi prelucrare (condiţionarea semnalelor) se numeşte traductor (Figura 1). In unele lucrări de specialitate nu se face o distincţie clară între senzor și traductor.

Figura 1. Schema functional a unui traductor

Traductorul poate avea în structura sa mai mulți senzori, capabili să efectueze conversia mărimii de măsurat într-o mărime electrică, indirect, prin mai multe etape intermediare, până la obţinerea mărimii de ieşire finale y(t).

Ansamblul format dintr-un senzor integrat in acelaşi circuit (chip) cu elementul de adaptare poartă numele de traductor "integrat". Recent a apărut conceptul de senzor sau traductor "inteligent" care prezină asocierea unui traductor cu un microprocesor (microcontroller). Astfel se pot obţine semnale de ieşire cu mare imunitate la pertarbaţii, liniarizarea caracteristicii de conversie a mărimii de intrare x(t) in mărime de ieşire y(t), autocalibrarea, corecţii faţă de diverşi factori de influenţă, generarea unor mărimi de control. Traductoarele inteligente s-au dezvoltat rapid ca elemente componente principale ale sistemelor automate, de măsură, monitorizare şi control, precum şi în domeniul roboticii industriale.

Varietatea senzorilor este foarte mare deoarece, pe de o parte, aşa cum se va vedea mai jos, există un număr considerabil de mărimi de măsurat, iar pe de altă parte, pentru fiecare mărime de măsurat pot exista diferite metode de măsură, în funcţie de fenomenul care stă la baza conversiei. 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:

1. Senzori de radiaţie: 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.

2. Senzori mecanici: transformă energia mecanică în energie electrică, respectiv semnalul mecanic în semnal electric. Ca semnale mecanice putem avea: forţă, presiune, torsiune, nivel de vid, viteza de curgere, debit, volum, grosime, nivel, poziţie, deplasare, viteză, acceleraţie, rotaţie, lungime de undă acustică, amplitudine de vibraţie.