UNIVERSITATEA "LUCIAN BLAGA"DIN SIBIU

FACULTATEA DE INGINERIE "HERMANN OBERTH"

Specializarea:

ELECTROMECANICA

Tema de proiectare

TRADUCTOARE DE DEPLASARE

Un rol important in buna functionare a sistemelor de achizitii si conducere il au senzori si traductoarele, componente ce preiau marimile nelectrice din procesele industriale si le transforma in marimi electrice ce pot fi usor prelucrate de sistemele de achiziti de date.

Traductoarele sunt dispozitive care convertesc marimi fizice masurabile cum ar fii temperatura, presiunea, forta, aceleratia,vibratiile, sunetele, umuditatea, debitul, nivelul, intr-un semnal electric.

Alegerea traductorului potrivit pentru o anumita aplicatie trebuie sa tina seama de mai multi factori:

- caracteristicile electrice (amplitudine, frecventa, impedanta sursei) ale etajului de iesire ale traductorului

- tipul sursei de alimentare /excitatie utilizata de traductor.

- precizia necesara

- in ce fel de mediu poate lucra (temperatura, umiditate, vibratii)

pretul de cost

Clasificarea traductoarelor

a)Dupa principiul de functionare pot fii:

- traductoare generatoare (active) care furnizeaza semnal electric fara sa fie alimentate ex.termocupluri, dispozitive fotoelectrice .

- traductoare parametrice (pasive) care necesita alimentare electrica pentru a furniza semnal de iesire ex. traductoare electrorezistive, inductive, termorezistive.

b) Dupa natura semnalului electric furnizat la iesire exista :

- traductoare analogice, care furnizeaza un semnal continuu dependent de marimea masurata.

- traductoare digitale (numerice) care furnizeaza un semnal discontinuu, o succesiune de impulsuri sau o combinatie de tensiuni care dupa un anumit cod reprezinta valorii discrete ale marimi de masurat

c) Dupa natura marimi de intrare traductoarele pot fii:

- traductoare de temperatura

- traductoare pentru marimi mecanice

- traductoare pentru marimi geometrice

- traductoare pentru marimi fotometrice

- traductoare pentru caracteristici de material

- traductoare de compozitie si de concentratie

- traductoare pentru radiatii

Masurarea deplasarilor

Deplasarea este o marime ce caracterizeaza schimbarile de pozitie ale unui corp fata de un sistem de referinta, ele pot fii:

- deplasari liniare cand un corp executa o miscare de translatie

- unghiulara cand corpul executa o miscare circulara in jurul unui punct fix

- deplasari pe traiectorie cand corpul executa o deplasare simultana pe diferite axe in raport cu un sistem de coordonate.

Unitatea de masura este:

- pentru deplasari liniare metrul si submultipli

- pentru deplasari unghiulare gradul sau radianul

Traductoarele de deplasare transforma o deplasare liniara sau unghiulara intr-o variatie a unui parametru al unui element pasiv de circuit electric ( rezistenta electrica, capacitate electrica, inductanta magnetica). Variatiile parametrilor de circuit sunt masurate prin determinarea curentului absorbit sau a tensiunii corespunzatoare.

Cele mai raspandite traductoare de deplasari mici sunt cele parametrice de tip rezistiv, inductiv si capacitiv, pentru deplasari mari se folosesc traductoare de tip rigla (inductosinul liniar, rigla optica) sau cele bazate pe interferometrie cu laser .

Cele mai simple traductoare de deplasare sunt:

a)     Traductoare de deplasare rezistive.

b)     Traductoare de deplasare inductive.

c)     Traductoare de deplasare capacitive.

Traductoare de deplasare rezistive - transforma o deplasare liniara sau unghiulara intr-o variatie a rezistentei unui reostat sau a unui potentiometru.

Dupa cum se cunoaste variatia rezistentei e data de relatia :

unde: = rezistivitate

= lungimea conductorului

S = sectiunea conductorului

Schiemele de conversie ale deoplasari in variatia rezistentei sunt de doua tipuri :

a)     Montaj reostatic unde deplasarea (x) se exprima prin modificarea curentului I,conform relatiei :   

Relatia indica o caracreristica neliniara

b)     Montajul potentiometric la care marimea de iesire este o tensiune.

Si deplasarea unghiulara se poate masura cu ajutorul elementelor sensibile rezistive.

Constructiv acestea sunt servopotentiometre care functioneaza pe acelasi principiu ca si elementele sensibile rezistive pentru deplasari liniare. Daca cursorul se roteste cu un unghi fata de pozitia de referinta se obtine la bornele potentiometrului tensiunile :

Unde : = tensiunea de alimentare

=unghi < de 360⁰

Caracteristica statica este liniara doar pentru sarcina infinita .neliniaritatea creste odata cu micsorarea rezistentei de sarcina,este necesara o rezistenta de sarcina cat mai mare .

; ;

m= coeficient de incarcare.

Traductoare de deplasare inductive- transforma o deplasare liniara sau unghiulara

intr-o variatie a inductantei unui circuit magnetic. Din punct de vedere constructiv elementele sensibile ale acestor traductoare sunt de doua tipuri :

a)     Cu modificarea inductantelor proprii sau mutuale (prin deplasarea unui miez mobil)

Traductor inductiv cu miez mobil

b)     Cu modificarea intrefierului(prin deplasarea unei armaturi mobile)

Traductor inductiv cu armatura mobila

Functionare : Componentele mobile ale traductoarelor inductive sunt solidare cu subansamblu a carui deplasare trebuie determinata, astfel ca prin modificarea distantei X dintre armatura mobila si armatura fixa, respectiv deplasarea miezului magnetic mobil in bobina fixa se modifica practic inductanta bobinei deci curentul absorbit de solenoid. Astfel curentul indicat de ampermetru este direct proportional cu deplasarea.

Pentru deplasari mici, de ordinul zecimilor de milimetru se foloseste traductorul inductiv cu armatura mobila. Pentru deplasari mai mari traductorul inductiv cu miez mobil

Pentru reducerea perturbatiilor de natura electromagnetica, intreg ansamblu se ecraneaza .

De asemenea apar forte parazite de atractie dintre miez si bobona, acest dezavantaj se elimina prin utilizarea a doua bobine(Bsi B) legate diferential care asigura o caracteristica mult mai liniara si sensibilitatea traductorului creste.

Traductor inductiv, cu miez mobil, cu bobine diferentiale (a) i varia ia diferen ei inductivita ilor cu deplasarea (b)

Daca miezul este asezat simetric fata de bobine ele vor avea inductante egale. Prin deplasarea miezului intr-un sens, bobina in care patrunde miezul isi va mari inductanta in timp ce cealaalta si-o va micsora.

Conectarea intr-o schema de punte impreuna cu doua rezistente egale, deplasarea miezului va produce dezechilibrul punti:

daca bobinele au rezistente neglijabile

Intervalul deplasarilor la care se utilizeaza acest tip de traductor este 0 - 100 mm

Daca miezulse deplaseaza spre stanga creste inductivitatea mutuala cu secundarul din stanga si creste U, in timp ce Uscade,astfel ca la iesire Uva fii diferita de zero. Faza tensiui U poate indica si sensul deplasarii.Functia U=f(x) este liniara si traductorul este foarte sensibil,masurand deplasari de la pana la 400.

Transformatorul diferetial liniar variabil cand bobinele scundare sunt legate diferential,astfelincat tensiunea la iesire este data de diferenta dintre tensiunile electromotoare induse in cele doua infasurari secundare

Element sensibil de tip TDLV:

a) schema constructiva; b) schema de conexiuni

U= U-U

Cand bobina primara este alimentata de la o sursa de tensiune alternativa in bobinele secundare se induc tensini,intrucat bobinele secundare sunt legate in sens contrar ,tensiunile induse sunt in opozitie de faza, astfel la iesire se obtine diferenta tensiunlor induse. Diferenta este nula cand miezul se afla pozitionat in centrul bobinei,pozitie considerata de zero.

Traductoare de deplasare capacitive - transforma o deplasare liniara sau unghiulara

intr-o variatie a capacitati electrice a unui condensator.    Din punct de vedere constructiv se deosebesc trei categori de traductoare capacitive de deplasare dupa relatia capacitati electrice a unui condensator:

C =

a) traductoare cu dielectric variabil sau cu distanta variabila si dielectric variabil

b) traductoare cu suprafata variabila

c) traductoare cu distanta variabila

Prin deplasarea dielectricului s-au a unei armaturi solidare cu dispozitivula carui deplasare se masoara se produce variatia unuia din cei trei parametri, variatia ce duce la modificarea capacitatii condensatorului,mai usor masurabila

Sensibilitatea traductoarelor e data de relatia S =

Toate traductoarele capacitive functioneaza in curent alternativ la frecventa de cel ptin 1 Khz.

Se utilizeaza frecvent pentru masuratori de deplasari rapide sau prin montarea in punte a doua traductoare identice,unde numai unul dintre traductoare este actionat de marimea nelectrica masurata sau controlata.

Armaturile se confectioneaza dintr-un material special numit invar pentru inlaturarea erorilor datorate variatiilor de temperatura.