COMPONENTELE PRINCIPALE ALE TRADUCTOARELOR

1. Elementele sensibile ale traductoarelor (ES)

Elementele sensibile (ES) constituie partea cea mai diversificata a traductoarelor. Acestea permit detectarea marimii de masurat din intreg ansamblul de marimi care actioneaza in mediul inconjurator rejectand sau reducand la un minim acceptabil influenta celorlalte.

Dat fiind numarul si marea varietate a marimilor care intervin in procesele automatizate si care trebuie masurate cu ajutorul traductoarelor, rezulta implicit necesitatea unei multitudini de tipuri de elemente sensibile (ES), corespunzator acestor aplicatii.

Elementele sensibile se pot clasifica :

a)        dupa principiul de conversie a marimii fizice aplicate la intrare:

elementele sensibile (ES) parametrice;

elementele sensibile (ES) generatoare.

Principiul conversiei este important pentru studiul general al traductoarelor si evidentierea fenomenelor fizice care stau la baza functionarii acestora (modul de conversie al marimii de masurat intr-un anumit tip de marime electrica).

b)        dupa natura marimii fizice de masurat:

elemente sensibile (ES) pentru: deplasare, viteza, forta, debit, radiatie etc.

1.1 Elemente sensibile de tip parametric

Elementele sensibile (ES) parametrice (sau modulatoare) se utilizeaza atunci cand marimea de masurat este pasiva, adica nu are asociata o putere suficienta, sau fenomenul fizic pe care se bazeaza conversia nu permite obtinerea directa a unui semnal electric. Se numesc elemente sensibile parametrice deoarece marimea de intrare (neelectrica) determina variatia proprietatilor de material care sunt de natura unui parametru electric de circuit (rezistenta electrica, inductivitate, capacitate sau combinatii ale acestora).

Pentru a pune in evidenta aceste variatii este nevoie de o sursa de energie auxiliara care genereaza tensiune sau curent constant, a carei valoare este modulata de variatia parametrului respectiv, obtinandu-se astfel un semnal electric ale carei variatii reproduc pe cele ale marimii de masurat.

Marimile fizice de natura neelectrica din cele mai diverse domenii (mecanica, chimie, termotehnica, radiatii) pot fi convertite in marimi de natura electrica datorata legilor fizice care exprima dependenta parametrilor (R, L, C) mentionati la anumite materiale (conductoare, semiconductoare sau dielectrice) in raport cu aceste marimi.

Relatii fundamentale care stau la baza functionarii elementelor sensibile parametrice sunt

a)      Rezistenta electrica a unui conductor omogen:

(1)

unde l - lungimea conductorului;

S - sectiunea conductorului;

r - rezistivitatea materialului.

b)      Inductivitatea proprie a unui bobine (considerand circuitul magnetic liniar):

(2)

unde N - numarul de spire al bobinei;

l_k - lungimea circuitului magnetic (k);

m_k si s_k - permeabilitatea magnetica si sectiunea mediilor ce formeaza circuitul magnetic al bobinei.

c)      Capacitatea unui condensator plan cu armaturi paralele:

(3)

unde e - permitivitatea mediului;

S - suprafata activa comuna a armaturilor;

d - distanta intre armaturi.

Pentru fiecare din cele trei elemente sensibile parametrice (R, L, C) se vor prezenta tabelar atat fenomenele fizice pe care se bazeaza conversia masurandului, cat si aplicatiile recomandate.

1. Elemente sensibile (ES) rezistive (R)

Tabel 1.a

Elemente sensibile inductive (L)

Tabel 1.b

Elemente sensibile capacitive (C)

Tabel 1.c

Elementele sensibile (ES) parametrice sunt foarte raspandite datorita faptului ca pot fi utilizate pentru conversia unei game foarte largi de marimi cu domenii de variatie diferita.

Elemente sensibile de tip generator

Elementele sensibile de tip generator (sau energetice) sunt utilizate in cazul marimilor active, adica a acelor marimi care asociaza o putere ce poate fi utilizata pentru conversie fara a afecta valoarea marimii masurate. Aceste elementele sensibile (ES) furnizeaza la iesire un curent, o tensiune sau o sarcina electrica avand variatii dependente de intrare (x).

Pentru a influenta cat mai putin marimea de masurat, puterea luata de la aceasta trebuie sa fie cat mai mica. In practica se utilizeaza surse auxiliare de energie pentru asigurarea unor performante ridicate si pentru a permite a buna adaptare de impedanta cu circuitele receptoare din SRA.

In tabelul T 2 sunt date principalele tipuri de elemente sensibile - generatoare, fenomenele fizice pe care se bazeaza conversia si aplicatiile posibile.

Elementele sensibile (ES) de tip generator prezinta avantajul unei cuplari mai usoare cu adaptorul, cat si structuri mai simple ale adaptorului, intrucat nu mai necesita conversia unui parametru de circuit (R, L, C) intr-un curent sau tensiune - este vorba de elemente sensibile electromagnetice.

Elementele sensibile electrochimice si piezoelectrice (si chiar fotoelectrice) impun cerinte speciale, deoarece ele sunt considerate generatoare de tensiuni electromotoare cu impedanta interna foarte mare, ceea ce atrage dupa sine conditii severe pentru impedanta etajului de intrare in adaptor cat si modul de realizare a conexiunilor electrice (rezistenta de izolatie foarte buna, ecranare etc.).

Tabel 2

Observatie:

Pentru proiectant si constructor este utila clasificarea dupa principiul de functionare, dar pentru utilizator este mai convenabila clasificarea elementelor sensibile dupa marimile fizice pe care ES le poate detecta.

In tabelul 3. este prezentata o succinta clasificare a ES dupa marimile fizice detectate.

2 Clasificarea elementelor sensibile dupa marimile

detectate

Tabel 3

Observatii:

Acelasi tip de element sensibil poate fi utilizat pentru detectarea unor marimi fizice foarte diferite. Explicatia consta in aceea ca urmarindu-se conversia intr-o marime electrica, este firesc ca elementele sensibile pasive sa fie tot de tipul R, L, C, iar cele generatoare sa furnizeze o tensiune, un curent sau o sarcina electrica. Al doilea argument consta in faptul ca variatiile parametrilor R, L, C sau tensiunile si curentii generati depind, la randul lor, de o multitudine de factori care, in cadrul unor fenomene fizice convenabil explorate (uneori cu elemente de cuplare adecvate) pot fi influentate de diverse marimi.

Pentru aceeasi marime fizica convertita pot fi utilizate mai multe tipuri de elemente sensibile. Alegerea celor mai potrivite elemente sensibile de face in functie de:

gama de variatie a marimii masurate;

posibilitatea de cuplare la proces;

factorii de mediu;

performantele impuse;

factorii economici.

3 ADAPTOARE (AD)

Rolul adaptorului este acela de a converti semnalul generat de elementul sensibil intr-un semnal electric de iesire (Y) de regula unificat. Semnalele de iesire fiind unificate, rezulta ca etajele de iesire ale adaptoarelor sunt similare pentru acelasi tip de semnal unificat. Diferentieri constructive apar pe partea de intrare in traductoare, care receptioneaza marimile diversificate (ca natura fizica si domeniu de variatie) furnizate de elementele sensibile.

3.1 Adaptoare pentru elemente sensibil de tip parametric

Tinand seama ca adaptoarele de acest tip transforma variatiile parametrilor R, L, C in tensiune sau curent electric, rezulta ca etajele de intrare in aceste adaptoare utilizeaza punti de curent continuu sau alternativ, functionand in regim dezechilibrat. La iesirea puntilor de masurare se obtine un semnal de dezechilibru care este amplificat si convertit (de etajul final al adaptorului) in semnal unificat. Pentru a elimina influenta perturbatiilor se utilizeaza (de regula) o bucla de reactie negativa astfel incat aceasta sa includa cat mai multe din blocurile componente ale adaptorului.

Daca schema de masurare sau elementul sensibil prezinta neliniaritati importante se prevad in schema adaptorului blocuri de liniarizare (sub forma unor generatoare de functii) plasate fie pe calea directa, fie pe calea de reactie a adaptorului.

Structura unui adaptor pentru un element sensibil rezistiv este prezentata in figura 1:

Fig.1

SM - schema de masurare tip punte Wheatstone in curent continuu (regim dezechilibat);

BC - bloc de comparatie care calculeaza diferenta intre DU = U_d - U_r ;

A - amplificator de tensiune continua;

CTC - convertor tensiune - curent care asigura semnalul unificat de curent la iesire (I_C= [2.10] mA sau [4.20] mA;

BR - bloc de reactie negativa care furnizeaza tensiunea U_r, proportionala cu semnalul unificat I_c. In unele cazuri blocului de reactie i se ataseaza si un circuit de liniarizare (BRL)

BL - bloc de liniarizare introdus atunci cand este necesar sa se compenseze neliniaritatile generate de elementul sensibil sau puntea de masurare.

In afara elementelor din schema bloc se prevad si surse de alimentare necesare circuitelor utilizate. Alimentarea puntii Wheatstone necesita o tensiune U₀ foarte bine stabilizata, deoarece tensiunea de dezechilibru U_d este influentata de variatia lui U₀.

- A - poate fi de tipul cuplare directa sau cu modulare-demodulare, in functie de valoarea tensiunii U_d , de conditiile de adaptare a impedantelor si de necesitatea separarii galvanice.

- CTC - este realizat cu tranzistoare de putere (medie) deoarece amplificatoarele integrate nu pot asigura la iesire puterea necesara. (ex. 20mA pe 600Ω). Conexiunile de tip Darlington sunt frecvent utilizate.

- BR - este realizat (de cele mai multe ori) dintr-un divizor rezistiv de tensiune sau de curent;

- BL - realizat cu diode Zener, tranzistoare etc. care introduc in mod intentionat neliniaritati de sens opus celor furnizate de elementele sensibile sau de schemele de masurare.

Observatie: In cazul elementelor sensibile de tip inductiv sau capacitiv, schemele de masura sunt punti de curent alternativ in regim dezechilibrat, iar amplificatoarele de curent alternativ sunt de tip selectiv, acordate pe frecventa de alimentare a schemelor de masurare (a puntilor de curent alternativ). Separarea galvanica este usor de asigurat, utilizand transformatoare de cuplaj, dar reactia globala (cu cat mai multe elemente in bucla) si liniarizarea devin mai complicate.

3.2 Adaptoare pentru elemente sensibile de tip generator

Acestea au in principiu aceeasi structura ca in figura anterioara, (1), dar lipseste schema de masurare (SM). Semnalul dat de elementele sensibile se aplica direct la intrarea amplificatorului. Daca exista reactie, comparatia se realizeaza intr-un singur montaj diferential de tensiune. Intrucat lipseste (SM) care printr-o proiectare adecvata realiza si o adaptare de impedanta, amplificatoarelor folosite in cadrul acestor adaptoare li se impun o serie de cerinte care sunt strans legate de caracteristicile semnalului generat de elementele sensibile. Cele mai frecvent intalnite semnale generate de ES sunt :

tensiuni continue de nivel foarte redus;

tensiuni alternative cu frecventa variabila in limite largi;

tensiuni continue sau alternative obtinute de la surse cu impedanta proprie foarte mare.

Masurarea tensiunii de nivel foarte redus (mV), cum este cazul termocuplurilor, este afectata de deriva tensiunii de decalare datorita rezistentei sursei de semnal, care este relativ mica.

Exemplu: daca termocuplul Pt. Rh-Pt are o sensibilitate de ordinul 10mV/sC, iar amplificatorul are o deriva de tensiune de 15mV/sC, rezulta ca la o variatie a temperaturii de 10sC, deriva va fi de 150 mV ceea ce corespunde unei erori de temperatura de 15sC, evident neacceptabila.

Pentru reducerea derivelor, deci a erorilor de masurare se utilizeaza amplificatoare integrate de masurare, cu performante ridicate care pot asigura derive de 0,25 mV/sC sau 0,1 mV/sC, la fel ca cele realizate de amplificatoarele cu modulare-demodulare, dar mult mai ieftine si mai simple.

In cazul traductoarelor electromagnetice (tahogeneratoare, traductoare de debit cu turbina etc) care utilizeaza semnale alternative cu frecventa variabila in limite largi se folosesc amplificatoare de banda larga 1Hz .10⁶ Hz, care au cuplaje RC intre etaje si au reactie negativa, pentru a asigura liniaritatea si amplificari constante pe intreaga banda.

Atunci cand sursa de semnal a elementelor sensibile are rezistenta sau impedanta interna foarte mare, de ordinul (10⁸ W.10⁹ Ω) este necesar ca in aceste situatii masurarea sa se faca fara consum de putere de la sursa de semnal (traductoare de pH, traductoare de debit electromagnetice, piezoelectrice). In aceste cazuri amplificatoarele continute in adaptoare, numite amplificatoare electrometrice, trebuie sa aiba impedante de intrare de ordinul (10¹² .10¹⁴)Ω.

Acest lucru se poate realiza utilizand:

amplificatoare cu modulator utilizand diode varicap;

amplificatoare realizate cu tranzistoare de tip MOS.

Celelalte blocuri functionale sunt aceleasi cu cele descrise la adaptoarele pentru ES parametrice.

3.1 Adaptoare utilizand scheme de masurare

cu echilibrare automata

Masurarea precisa a tensiunii sau a curentilor de nivel scazut (dati de elementele sensibile generatoare) se poate face cu scheme de masurare de tip compensator care realizeaza compararea tensiunii sau curentului respectiv cu marimi similare a caror valori pot fi reglate automat si cunoscute cu precizie.

In acest fel masurarea se poate face fara consum de putere de la elementele sensibile, deci se elimina erorile sistematice de metoda. Intrucat marimile furnizate de elementele sensibile sunt variabile in timp, este necesar ca operatia de compensare cat si echilibrarea puntilor sa se faca automat. Astfel, pentru o serie de traductoare la care se cer performante superioare, adaptoarele se realizeaza sub forma unor compensatoare automate sau punti cu echilibrare automata.

A - Compensatoare automate

Schema de principiu a unui compensator pentru masurarea tensiunilor de nivel redus (cazul termocuplurilor) este prezentata in figura

Fig. 2

Schema reprezinta un sistem automat in circuit inchis (sistem de urmarire) avand ca intrare tensiunea U_x (de la ES), iar ca iesire deplasarea unghiulara a axului servomotorului (SM). Acesta actioneaza asupra cursoarelor potentiometrelor P₁ si P₂ prin intermediul reductoarelor R₁ si R₂ si asupra unui dispozitiv de indicare si inregistrare (I ) pe diagrama (S). Tensiunea U_x se compara cu tensiunea U_C (de comanda), culeasa de la potentiometrul P₁ si care variaza liniar cu pozitia cursorului. Diferenta de tensiune DU=U_x-U_C este amplificata de amplificatorul A si aplicata servomotorului SM, care se roteste si prin reductorul R₁ deplaseaza cursorul potentiometrului P₁, pana cand (U_x=U_C), deci (DU=0). Simultan servomotorul (SM) antreneaza dispozitivul de indicare sau inregistrare (I), care se opreste pe o pozitie la care se poate citi valoarea marimii masurate. Asemanator, prin reductorul R₂ se antreneaza cursorul potentiometrului P₂, obtinandu-se tensiunea de iesire U_e =K U_x , care poate fi de natura unui semnal unificat, in domeniul [0.10] V_cc

Observatii:

Daca U_e este culeasa intre cursorul lui P₂ si alta pozitie (decat capetele potentiometrului) corespunzatoare unei valori de referinta, atunci P₂ + sursa poate indeplini functia de comparator pentru un SRA (sistem de reglare automata) in care se afla inclus traductorul. In acest caz , U_e = K(U_ref - U_x) si reprezinta semnalul de eroare pentru SRA. Servomotorul (SM) avand o caracteristica de element integrator, compensatoarele respective sunt denumite de tip integral. Caracterul integrator al servomotorului prezinta avantajul ca la o variatie treapta a marimii de intrare eroarea stationara este nula.

B - Puntea cu echilibrare automata

Structura puntilor cu echilibrare automata este asemanatoare cu cea a compensatoarelor automate, asa cum se observa din figura 3.

Variatiile DR ale elementului sensibil rezistiv conduc la dezechilibrarea puntii si la aparitia tensiunii de dezechilibru U_d care actioneaza prin amplificatorul A, asupra servomotorului SM, astfel incat puntea sa se echilibreze prin deplasarea cursorului potentiometrului P₁. In regim echilibrat precizia masurarii depinde numai de precizia rezistentelor R₁, R₂, R₃ si P₁, eliminandu-se erorile cauzate de variatia tensiunii (care intervine numai la punti dezechilibrate). De asemenea, se elimina si erorile de neliniaritate, care la variatii mari DR afecteaza puternic tensiunea U_d si impun utilizarea circuitelor de liniarizare. Semnalele de iesire, indicarea sau inregistrarea valorilor marimii masurate se realizeaza la fel ca in figura 2 (ca si in cazul compensatorului).

Performante:

precizia 0,25.0,5 %;

deriva de temperatura ;

eroarea la variatia tensiunii de alimentare :

Datorita existentei unor elemente in miscare (role, reductor) - performantele in regim dinamic sunt reduse si ca urmare astfel de adaptoare sunt utilizate numai pentru procese lent variabile in timp (cu banda de frecventa f 1Hz).

Fig. 3.

Traductoare numerice. Adaptoare pentru traductoare

numerice

In cazul reglarii sau conducerii numerice a proceselor este necesar ca traductoarele sa fie prevazute cu iesiri numerice.

- Traductoarele numerice au semnale de iesire compatibile TTL - care reprezinta valoarea masurata in cod binar sau binar codificat zecimal.

- Obtinerea semnalelor numerice la iesirea traductorului este posibila prin utilizarea unor convertoare analog-numerice (C.A.N.) care sa transforme semnalul analogic (unificat) obtinut la iesirea unuia din adaptoarele prezentate anterior, intr-un semnal numeric la iesirea traductorului (figura 4).

Pentru conversia analog - numerica exista convertoare realizate cu componente discrete sau cu circuite integrate. Tinand seama de principiile functionale, cele mai utilizate CAN sunt

a) C.A.N. cu reactie:

- cu trepte egale de tensiune;

- cu aproximatii succesive.

b) C.A.N. prin integrare.

C.A.N. sunt mult mai complexe decat adaptoarele (dar mai scumpe), deci utilizarea lor trebuie sa se justifice economic.

Utilizarea C.A.N. este justificabila daca se folosesc circuite electronice de multiplexare a iesirilor analogice, astfel incat un singur C.A.N. sa fie folosit pentru masurarea (conversia) mai multor semnale analogice.

Fig. 4 - Schema unui traductor cu semnal de iesire numeric.

In comparatie cu principiul de functionare al C.A.N. cu reactie, unde iesirea C.A.N. se compara cu semnalul analogic de la intrare (care este afectat de zgomot), in cazul C.A.N. prin integrare, acest dezavantaj este inlaturat.

C.A.N. prin integrare functioneaza astfel : iesirea numerica (digitala) depinde de valoarea integrala a marimii analogice de intrare intr-un timp bine stabilit.

Cele mai utilizate C.A.N. prin integrare sunt cele cu dubla panta, a caror schema este prezentata in figura 5:

Fig. 5

- Conversia marimii analogice de intrare se realizeaza in doua secvente. In prima secventa tensiunea de intrare se aplica integratorului o perioada de timp (T₁), determinata prin blocul logic de comanda. Deci rampa obtinuta are durata constanta si panta variabila proportionala cu valoarea semnalului analogic de intrare (V_in), figura 6.

- Sensul de crestere sau descrestere al rampei depinde de polaritatea tensiunii de intrare. In a doua secventa i se aplica integratorului o tensiune de referinta care are sensul opus semnalului de intrare. Se va genera o rampa de tensiune in sens opus primei rampe.

Fig. 6

Curentul de descarcare al condensatorului (incarcat dupa prima treapta) este constant in timp, panta rampei de descarcare este constanta, deci durata de descarcare (T₂) va fi variabila, proportionala cu valoarea tensiunii la care s-a incarcat condensatorul. Comparatorul C semnalizeaza sfarsitul descarcarii condensatorului, adica trecerea prin zero a tensiunii de la iesirea integratorului. Tensiunea de la iesirea integratorului la sfarsitul primei secvente este:

Semnalul obtinut prin integrarea tensiunii de referinta pe durata de descarcare T₂ este:

(5)

Din egalitatea tensiunilor, exprimate prin relatiile (4) si (5), valabila in momentul t' rezulta

(6)

Considerand referinta constanta (V_ref ct.) se observa ca durata de descarcare (T₂) variaza liniar cu tensiunea de intrare. Deoarece T₁ este masurat cu un semnal de tact de frecventa f₀ , iar marimea sa este: T₁= N f₀ ; unde N este valoarea prefixata (arbitrar), iar T₂ este masurat cu aceeasi frecventa avand valoarea: T₂ = N_x f₀ , din egalitatea anterioara (6) rezulta:

Deci, numarul de impulsuri (N_x) inregistrat in numarator este direct proportional cu tensiunea de intrare (V_IN) daca V_ref si valoarea lui N sunt constante (prescrise).

In constructia traductoarelor numerice prezinta interes deosebit elementele sensibile care pot furniza la iesire semnale periodice sinusoidale sau impulsuri, a caror frecventa este dependenta liniar de marimea de masurat.

Conversia frecventei sau duratei in cod (numeric) poate fi realizata cu ajutorul unor scheme de complexitate mai mica ca in figura 7.

Fig.7

Marimea de iesire din E.S. este convertita in frecventa sau durata de impulsuri prin blocul CF (convertorul in frecventa). Semnalele obtinute sunt aplicate circuitului de poarta CP care realizeaza functia "SI". CP primeste un semnal de referinta de la GT (generator de tact ) care, in cazul conversiei in frecventa, reprezinta un interval de timp calibrat, iar la conversia in durata - o frecventa calibrata. In acest mod, la iesirea blocului CP rezulta un numar de impulsuri, proportional cu x, care este acumulat de numaratorul N, eventual retinut intr-o memorie tampon (MT) si transferat la iesire sub forma numerica y_N - in codul necesar (de regula binar sau binar codificat zecimal) de catre un decodificator adecvat (D). Blocul de control (BC) comanda functionarea, intr-o anumita succesiune logica, acelor trei blocuri din figura si asigura modurile de operare ale acestora.

5 Traductoare pneumatice

Aceste traductoare efectueaza conversia marimii de masurat intr-un semnal calibrat de natura pneumatica (aer instrumental sub presiune). Traductoarele pneumatice sunt destinate aplicatiilor in care mediile de lucru prezinta pericol de incendiu sau explozie si nu permit utilizarea traductoarelor electrice. Dificultatile de transmitere a semnalelor pneumatice la distanta determina utilizarea traductoarelor pneumatice in instalatii de automatizare sau agregate distribuite pe o suprafata redusa. Adaptoarele acestor traductoare realizeaza conversia marimii furnizate de elementul sensibil in semnal pneumatic unificat (0.2.1) bar, adica (20.100) kPa - cu o putere suficienta pentru transmitere la distanta si prelucrare de catre echipamentele pneumatice de automatizare.

5.1 Adaptoare pentru traductoare pneumatice

In functie de natura fizica a semnalului furnizat la iesirea elementelor sensibile adaptoarele pentru traductoare pneumatice - se realizeaza in doua moduri:

a) Sub forma unui amplificator de putere (presiune si debit) alimentat, de la o sursa de aer instrumental cu presiune de 1.4 bari, daca E.S. genereaza la iesire semnal pneumatic.

b) Adaptoare care functioneaza pe principiul compensarii fortelor sau deplasarilor, daca ES furnizeaza la iesire deplasari sau forte.

In figura 8 este prezentat adaptorul pneumatic, functionand prin compensarea fortelor:

Fig.8

Semnificatiile notatiilor din figura sunt:

F_i - forta de intrare generata de E.S.; V - ventil (robinet) ;

PA - punct de articulatie; AP - amplificator de putere;

PC - parghie de comparatie;    P - paleta (obturator);

BR - burduf de reactie;    D - duza (ajutaj);

F_i - forta de intrare (in adaptor) SR - surub pentru reglarea

de la E.S.; punctului (pozitiei) zero

F_r - forta de reactie data de BR.

Comparatia fortelor F_i si F_r se efectueaza prin momentele pe care acestea le exercita asupra parghiei PC. Actiunea fortei F_i are ca efect apropierea paletei de ajutaj si ca urmare se obtine o crestere a presiunii de iesire (P_e) si implicit o crestere a fortei de reactie (F_r). La echilibru intre F_i si F_r rezulta ca presiunea de iesire reprezinta valoarea fortei F_i

Observatie:

Deplasarile punctelor de aplicatie ale fortelor sunt foarte reduse (de ordinul micronilor sau zecilor de microni). In figura 9 este prezentata schema adaptorului pneumatic bazat pe compensarea deplasarilor. Fortele F_i si F_r actioneaza liber asupra parghiei de comanda (PC) care nu are punctul de reazem.

Fig. 9

Notatiile au aceeasi semnificatie ca la figura anterioara (adaptor prin compensarea fortelor). In acest caz, deplasarea x_i produsa de F_i este echilibrata de deplasarea x_r data de forta (F_r) a burdufului de reactie (BR). Sistemul de parghii este astfel construit incat permite deplasari mai mari (ca in cazul anterior) ale punctelor de aplicare a fortelor F_i si F_r , dar deplasarea diferentiala a paletei (P) ramane in domeniul redus (microni sau zeci de microni).

Ca urmare, adaptorul din figura 9 va avea o caracteristica mai liniara decat cel prezentat in figura 8. Dintre cele doua tipuri de adaptoare, in realizarea traductoarelor este preferat adaptorul bazat pe compensarea fortelor, intrucat prezinta urmatoarele avantaje:

erori de neliniaritate si histerezis reduse datorita deplasarilor foarte mici;

rezistenta ridicata la uzura, socuri si vibratii.

Observatie

In ambele variante constructive se observa prezenta dispozitivului duza - paleta, care are functia de convertor deplasare - presiune si se mai numeste preamplificator pneumatic.

Amplificatoarele pneumatice de putere (AP)pot fi de tipul:

- AP avand consum continuu, care asigura o amplificare de presiune A=(10 15) pentru un debit de iesire variabil intre 1200.1600 Nl/h (normal - litri pe ora);

- AP avand consum intermitent, cu amplificarea: A=(1.5) la un debit de iesire variabil in domeniul: 1500.2500 Nl/h.

Consumul de aer instrumental este variabil in domeniul: 600.1000 Nl/h - pentru AP ce functineaza in regim continuu si in domeniul: 150.400 Nl/h la AP care functioneaza in regim intermitent.

6 Principii generale de alegere a traductoarelor

Alegerea traductorului, dintr-o gama relativ extinsa oferita de firmele constructoare, pentru o anumita aplicatie necesara utilizatorului, reprezinta o problema tehnico - economica. Solutia corecta tine seama de particularitatile functional - constructive ale traductoarelor, determinate de locul, rolul si durata de utilizare a acestora in automatizarea proceselor industriale.

Utilizand terminologia aplicata, in mod curent, in proiectarea si constructia echipamentelor de automatizare, principalii factori care definesc eficienta economica a unui traductor sunt:

a)      eficacitatea operationala (E.O.);

b)      costurile totale de utilizare(C.T.U.).

Variatiile celor doi factori ce definesc eficienta economica prin utilizarea unui traductor sunt prezentate in figura 10:

Fig. 10

Eficacitatea operationala a unui traductor exprima modul in care acesta satisface cerintele impuse de aplicatia caruia ii este destinat pe o perioada de utilizare fixata. In esenta, acest factor exprima capabilitatea traductorului (proprietatea acestuia de a-si mentine performantele nominale, pe durata prestabilita de utilizare in cadrul echipamentului de automatizare).

Costurile totale de utilizare reprezinta suma cheltuielilor de achizitie, verificare si instalare, cat si cheltuieli de intretinere in scopul mentinerii eficacitatii operationale pentru durata de utilizare stabilita. Variatia costurilor in raport cu fiabilitatea traductorului este data in figura 10.

Eficacitatea economica in alegerea unui traductor se poate exprima simplu prin raportul K_ef dintre eficacitatea operationala (E.O.) si costurile totale de utilizare (C.T.U.)

(8)

Alegerea traductoarelor prin prisma consecintelor economice determinate preponderent de anumite performante tehnice, necesita intocmirea unui bilant tehnico-economic al masurarii. Precizia de masurare influenteaza costurile traductoarelor, conform diagramelor din figura 11, care au urmatoarele semnificatii

- curba a exprima dependenta costurilor in functie de eroarea care afecteaza masurarea;

- curba b ilustreaza costurile provocate de lipsa de precizie;

- curba c exprima suma valorilor momentane din a si b.

Curba a se exprima printr-o relatie de forma:

(9)

unde: C = costul total al masurarii;

A si k = constante specifice domeniului de masurare si categoriei de aparate (traductoare) utilizate;

E = eroarea de masurare.

Observatie:

Elaborarea unei metodologii unitare de alegere a traductoarelor bazate pe optimizarea unor criterii tehnico-economice si corect formulate ramane o problema deschisa pentru ingineria economica!.