TRADUCTOARE

1. INTRODUCERE

Rolul acestui modul este de a familiariza elevii cu cunoştinţele necesare înţelegerii principiilor de funcţionare şi modului de realizare constructivă pentru cele mai utilizate traductoare în cadrul sistemelor de reglare automată (SRA) a proceselor industriale.

2. DEFINITIE

Traductorul (definit în sensul atribuit de automatică) este un dispozitiv de automatizare care stabileşte o corespondenţă între mărimea de măsurat (ce poate fi de orice natură sau domeniu de variaţie) şi o mărime de natură dată, având un domeniu de variaţie calibrat, mărime ce este recepţionată şi prelucrată de către echipamentele de automatizare.

Observatii:1. Traductorul poate avea mai multe înţelesuri în diverse domenii ale tehnicii, înţelesuri care

pot crea confuzie; în domeniul automatizărilor însă, termenul se referă exclusiv la traductoarele folosite în procese de măsurare, denumirea mai corectă fiind de “traductoare de măsură”.

2. Traductoarele fiind destinate proceselor de măsurare ar putea fi confundate cu aparatele de măsurat; deosebirea este însă fundamentală şi va fi detaliată în continuare.

2.a. Deosebirile dintre traductor şi aparatul de măsurat

Prin aparat de măsurat se înţelege acel dispozitiv care stabileşte o dependenţă între mărimea de măsurat şi o altă mărime ce poate fi percepută nemijlocit cu ajutorul organelelor de simţ umane, într-o manieră care permite determinarea valorii mărimii necunoscute în raport cu o anumită unitate de măsură.

În cazul sistemelor de automatizare, conducerea procesului făcându-se fără participarea directă a operatorului uman, mijloacele prin care se realizează operaţia de măsurare sunt traductoarele. Informaţia furnizată de traductor nu se adresează unui operator uman, ci unui echipament de conducere sau reglare automată.

3. STRUCTURA GENERALĂ A UNUI TRADUCTOR

Realizarea funcţiilor (menţionate) de către traductor astfel încât semnalul obţinut la ieşirea acestuia să reprezinte valoric mărimea măsurată, sub formă accesibilă dispozitivelor de automatizare, implică o serie de operaţii de conversie. Schema structurală a unui traductor este prezentată în figura 1.

Fig. 1 - Structura generală a unui traductorSemnificaţia blocurilor funcţionale este următoarea:

D ES (element sensibil), sau detector; ET = element de transmitere (de transfer); A AD este adaptorul;

1

SEA este sursa de energie auxiliară.

Mărimea de măsurat x este aplicată la intrarea traductorului, reprezentând parametrul reglat (temperatură, debit, presiune, turaţie, nivel, vitază, forţă etc). Mărimea de ieşire y reprezintă valoarea mărimii măsurate, exprimată sub formă de semnal analogic (curent, tensiune, frecvenţă, etc).

3.a. Descrierea funcţiilor blocurilor componente

Detectorul (D) – numit şi element sensibil, senzor sau captor – este elementul specific pentru detectarea mărimii fizice pe care traductorul trebuie să o măsoare. În mediul în care trebuie să funcţioneze traductorul, în afara mărimii x, există şi alte mărimii fizice. Detectorul trebuie să aibă calitatea de a sesiza numai variaţiile mărimii x, fără ca informaţiile pe care acesta le furnizează să fie afectate de celelalte mărimi din mediul respectiv (din proces). În urma interacţiunii dintre mărimea de măsurat şi detector, are loc o modificare de stare a acestuia, care, fiind o consecinţă a unor legi fizice cunoscute, conţine informaţia necesară determinării valorii mărimii de măsurat.Modificarea de stare presupune un consum energetic preluat de la proces. În funcţie de fenomenele fizice pe care se bazează detecţia şi de puterea asociată mărimii de intrare, modificarea de stare se poate manifesta sub forma unui semnal la ieşirea elementului sensibil. Exemplu: Tensiunea electromotoare generată la bornele unui termocuplu în funcţie de temperatură.

În alte situaţii modificarea de stare are ca efect modificarea unor parametrii de material a căror evidenţiere se face utilizând o energie de activare de la o sursă electrică auxiliară (SEA).

Indiferent cum se face modificarea de stare a detectorului (D), informaţia furnizată de acesta nu poate fi folosită ca atare, necesitând prelucrări ulterioare prin (ET) şi (A).

Adaptorul (A) – are rolul de a modifica (adapta) informaţia obţinută la ieşirea detectorului (D) – la cerinţele impuse de aparatura de automatizare, care o utilizează, adică să o convertească sub forma impusă pentru semnalul de ieşire y.

Funcţiile realizate de adaptor sunt complexe, ele incluzând şi adaptarea de nivel, putere (sau impedanţă) cu referire la semnalul de ieşire, în raport cu dispozitivele de automatizare.

Adaptorul asigură conversia variaţiilor de stare ale ES în semnale calibrate la ieşire, ce reprezintă (la o altă scară) valoarea mărimii de intrare. Deci, adaptorul (AD) realizează operaţia specifică măsurării, adică comparaţia cu unitatea de măsură adoptată. În raport cu forma de variaţie a semnalelor de ieşire, adaptoarele pot fi:

a) - Analogice;b) - Numerice.

Semnalele analogice – se caracterizează prin variaţii continue ale unui parametru caracteristic şi sunt, de regulă, semnale unificate.Prin semnal unificat se înţelege adoptarea ca semnal a aceleiaşi mărimi fizice, cu acelaşi domeniu de variaţie, indiferent de locul unde este plasat elementul de automatizare într-un SRA.Frecvent utilizate sunt următoarele semnale unificate:

1) Curentul continuu (în cazul sistemelor de reglare a proceselor lent variabile) cu domeniul de variaţie:

Icc[ 2 … 10] mA , sau Icc[4 … 20] mA 2) Tensiunea continuă (în cazul sistemelor de reglare a proceselor rapide), cu domeniul de

variaţie: Vcc[0 … 10] V; sau Vcc[-10 … +10] V;

2

Semnalele numerice, generate la ieşirea traductoarelor numerice şi utilizate în SRA, se caracterizează prin variaţii discrete care permit reprezentarea într-un anumit cod a unui număr de valori din domeniul de variaţie a semnalului analogic de la intrarea traductorului.

Cele mai utilizate coduri (cu nivele compatibile TTL) sunt: binar - natural, cu 8, 10, 12, 16, 32 biţi (uneori 64 biţi); binar codificat zecimal cu 2, 3 sau 4 decade.

Observaţie:Utilizarea unui traductor este precedată de operaţia de calibrare iniţială prin care intervalul de variaţie al semnalului analogic de la ieşirea traductorului (adaptorului) se asociază domeniului necesar al mărimii de intrare în traductor şi în consecinţă, fiecărui nivel de semnal la ieşire îi corespunde o valoare bine precizată a mărimii de intrare (a mărimii traduse) – prin legea de dependenţă liniară a mărimii măsurate.

Elementul de transmitere (ET) – se foloseste numai în cazul în care distanţa dintre senzor şi adaptor este mare, sau când din anumite motive, adaptorul nu poate fi montat în acelaşi loc cu senzorul. Exemplu: În măsurarea temperaturilor înalte, elementul sensibil (ES) nu poate fi plasat în aceeaşi unitate constructivă cu adaptorul. Deci, este necesar un element de legătură între ES şi A (adaptor). În acest caz, (ET) – elementul de transmisie, realizează legături electrice, mecanice, optice etc între ES şi A.

Dacă mărimea generată de ES este neadecvată pentru transmisie (cazul transmisiilor la mare distanţă) atunci ET conţine şi elemente de conversie potrivit cerinţelor impuse de canalele de transmisie.

4. CARACTERISTICI GENERALE ALE TRADUCTOARELOR

La un traductor, mărimea de intrare x şi mărimea de ieşire y sunt de natură diferită, însă sunt legate între ele printr-o relaţie de forma :

y = f (x)

Reprezentarea grafică a acestei relaţii este ilustrată in figura 2 şi se numeşte caracteristica statică a traductorului.

3

Fig. 2 – Caracteristica statică a unui traductor

Pornind de la această reprezentare, putem defini principalele caracteristici ale unui traductor şi anume:

Liniaritatea – este parametrul ce ne garantează o proporţionalitate constantă între mărimea de intrare şi cea de ieşire, în oricare punct al caracteristicii.

Domeniul de măsurare – este definit de intervalul de valori pe care le poate lua mărimea de măsurat (xMAX – xMIN).

Exemplu:Putem avea un traductor de lungime pentru domeniul 0 – 1m, sau pentru domeniul 0 – 10mm.

Sensibilitatea (sau panta) S – reprezintă raportul dintre variaţia mărimii de ieşire (Δy) şi variaţia mărimii de intrare (Δx)

S = Δy / ΔxSensibilitatea ne arată cu cât se modifică mărimea de ieşire atunci când mărimea de

intrare se modifică cu o cantitate dată. De exemplu, dacă avem două traductoare care au acelaşi domeniu de măsură (să zicem, 0 – 10mm), dar unul are S = 2V/mm, iar celălalt are S = 0.5V/mm, spunem că primul traductor este mai sensibil decât al doilea.

Rezoluţia – reprezintă valoarea maximă cu care trebuie modificată mărimea de intrare pentru a obţine un salt de un pas al mărimii de ieşire (în special la traductoarele digitale).

Pragul de sensibilitate – reprezintă cea mai mică variaţie a mărimii de intrare care poate determina o variaţie sesizabilă (măsurabilă) a semnalului de ieşire.

5. CLASIFICAREA TRADUCTOARELOR

Traductoarele se pot clasifica după mai multe criterii şi anume:- După principiul de funcţionare :

Traductoare parametrice = mărimea de măsurat este transformată într-un parametru de circuit electric (rezistenţă, inductanţă sau capacitate). Vom avea astfel traductoare rezistive, traductoare inductive şi traductoare capacitive.

Traductoare generatoare = transformă mărimea de măsurat într-o tensiune a cărei valoare depinde de mărimea de măsurat.

- După mărimea furnizată la ieşire : Traductoare analogice Traductoare numerice (digitale)

- După natura mărimii aplicate la intrare : Traductoare de mărimi neelectrice (temperatură, deplasare, viteză, debit, presiune,

etc) Traductoare de mărimi electrice (curent, putere, frecvenţă, fază, etc)

4

6. PRINCIPII DE FUNCŢIONARE A TRADUCTOARELOR

5