SERVO-INREGISTRATOARE

Servo-Inregistratoare

1.Introducere

Principalele caracteristici ale servo-inregistratoarelor sunt :

permit inscriptionarea pe hartie -in coodonate rectangulare (deobicei) sau polare (mai rar) - a unor evolutii temporale (Y-t) sau a unor dependente functionale (Y-X), marimile de intrare (Y,X) fiind de tip tensiune;

inscriptionarea pe hartie se face printr-un dispozitiv electromecanic ce controleaza un inscriptor de tip penita;

echipamente de precizie (erori de masurare si inscriptionare sub 0.5%) dar lente -cu banda de frecventa fiind cc.. 01..10Hz-.

2. Servo-Inregistratoare de tip Y-t (SVYT)

2.1. Generalitati

A. SVYT sunt construite pentru inregistarea evolutiei temporale a uneia sau a mai multor marimi, marimea de intrare primara fiind de tip tensiune.

Forma hartiei pe care se face inregistrarea depinde de tipul de inregistrare: in coordonate polare sau in coordonate rectangulare. Hartia este prealabil caroiata si inscriptionata -conform cu tipul de coordonate utilizat- asa incat prin cunoasterea unor factori de scara sa se poata determina, usor, valorile efective ale marimilor inregistrate.

B. Inregistrarea in coordonate polare -sau de tip 'Pie'- presupune o hartie de forma circulara, pe care se inscriptioneaza, continuu, evolutia ce s-a dorit inregistrata. Rotirea hartiei cu viteza constanta defineste axa timpului.

Varianta este folosita pentru inregistrari pe perioada predeterminata (o zi sau o fracti-

une din aceasta); faptul ca, oricand, intrega inregistrare este accesibila analizei reprezinta avantajul esential al acestei variante de inregistrare (tipic americana).

C. Inregistrarea in coordonate rectangulare, presupune o hartie ce se deruleaza cu viteza constanta intre doua tambure; in aceasta derulare hartia trece si prin fata inscriptorului.

Varianta permite inregistrari de lunga durata si/sau cu viteza sporita (utile pentru procese in flux continuu respectiv pentru procese rapide), dar are dezavantajul ca doar putin din inregistrare este accesibila analizei in timpul inregistrarii.

De obicei, pentru aceste variante de inregistrator, deoarece latimea hartiei poate fi importanta, pe acelasi suport sunt trasate -simultan sau cvasisimultan- mai multe evolutii temporare.

Inscriptionarea simultana este de tip continuu -fiecarei marimi de intrare i se ataseaza un dispozitiv inscriptor-; functie de solutia constructiva aleasa fiecare canal poate folosi integral aria de hartie sau numai o fasie din aceasta.

Inscriptionarea cvasisimultana este de tip prin puncte -acelasi element inscriptor folosindu-se, prin multiplexare, pentru 'punctarea distincta' a diverselor evolutii-; avantajul solutiei este simplitatea constructiva si desfasurarea potentiala a oricarei evolutii pe intreaga deschidere a hartiei.

D. Actionarea elementului inscriptor se face prin intermediul unui compensator automat de c.c., singurul ce permite o precizie a factorului static de transfer, asigurand, in acelasi timp si energia necesara efortului de inscriptionare.

E. Sevo-inregistratoarele Y-t sunt folosite, de obicei, pentru urmarirea evolutiei marimilor fizice de tip neelectric (temperaturi, presiuni, debite), fiind inglobate in automatizarile conventionale ale unor echipamente chimice, energetice, etc.

2.2. Compensatorul automat de cc.(COMA)

A. Replica automatizata a compensatorului de c.c. cu curent constant, COMA, cu structura principiala din fig.1., contine: GTC -generatorul tensiunii de compa-ratie, in esenta o punte simpla de c.c. functionand in regim dezechilibrat; AE - amplifi-catorul de eroare ; M -motor electric RE -reductor meca-nic, cuplat pe axul lui M; SAI -sistemul de afisare si inre-gistrare (de tip scala gradata, ac indicator si inscriptor cu pe-nita); LC₁, LC₂ -legaturi cine-matice.

B. Schema din fig.1. are configuratia unui sistem cu reactie negativa, in care pe calea directa se afla AE, M, RE, iar pe calea de reactie GTC. Sistemul are ca marime de intrare tensiunea de masurat, U_x, iar ca marime de iesire l_X -deplasrea cursorului potentiometrului P fata de o pozitie de referinta ce este intotdeauna unul din capetele lui P (*).

Sub actiunea buclei de reactie negativa, o valoare diferita de zero a tensiunii de eroare, U_e, este anulata prin modificarea tensiunii de compensare U_C, urmare a modificarii pozitiei cursorului potentiometrului P (pe calea AE, M, RE); cu notatiile din figura, presupunand ca AE are mare rezistenta de intrare (deci puntea din GTC functioneaza in gol), rezulta:

(1)

, (2)

relatii deduse in ideea ca tensiunea necunoscuta, U_x, evolueaza in intervalul U_xm, U_xM , interval caruia i se pune in corespondenta variatia lui DP in intervalul 0..P . Se observa ca:

, (3)

deci DP este direct proportional cu variatia tensiunii necunoscute fata de limita ei minima.

Daca potentiometrul P este linear -deci l_X este proportionala cu DP-, rezulta proportionalitatea intre l_X si ; de obicei U_xm este zero, dar in numeroase cazuri domeniul de variatie al tensiunii poate fi bipolar (U_xm si U_xM de semne diferite) sau unipolar offsetat (U_xm si U_xM de acelasi semn si ambele diferite de zero) -precum la masurarea temperaturilor-.

Daca se introduce in paralel cu P o rezistenta se poate creste factorul de proportionalitate intre l_X si , cu pastrarea dependentei lineare.

C. Uneori depinde nelinear de o marime neelectrica (cazul masurarii temperaturii cu termocuplu); o modalitate interesanta de linearizare a dependentei lui l_X fata de marimea neelectrica masurata -cerinta obligatorie pentru citirea comoda a inregistrarii- o reprezinta scurtcircuitarea lui P pe portiuni cu rezistente de valori alese corespunzator.

D. Motorul de actionare, M, de tip rotativ, poate fi:

de c.c., controlat prin nivelul si semnul tensiunii aplicat infasurarii de excitatie; in acest caz AE este un amplificator de c.c.;

de c.a. de tip asincron bifazat. Un asemenea motor are rotorul in scurtcircuit si doua infasurari statorice (de excitatie si de comanda -la care se aplica tensiuni alternative defazate constant cu 90 de grade electrice (defazaj introdus prin intermediul unui condesator in serie cu infasurarea de excitatie). Infasurarea de excitatie este alimentata cu tensiune alternativa de valoare fixa. Infasurarea de comanda este alimentata cu tensiune alternativa variabila ca valoare controlandu-se astfel viteza de rotatie; schimbarea sensului de rotatie se face prin schimbarea semnului tensiunii aplicata infasurarii de comanda. In acest caz de motor, AE este de tip modulator in amplitudine, frecventa purtatoarei fiind aceeasi cu frecventa tensiunii ce alimenteaza excitatia.

Varianta cu motor de c.c. se foloseste rar datorita problemelor de fiabilitate, fiind folosita, de obicei, varianta cu motor de c.a.

2.3. Exemplu

In fig.2. sunt prezentate elementele principiale ale unui SVYt, in coordonate rectangulare si cu inscriptionare continua: - hartia pe care se inscriptioneaza, fixata pe un tambur, ce tansforma miscarea circulara, m , in miscarea de translatie, cu viteza constanta (simuland axa timpului, t - sania inscriptorului (ce descrie miscarea de translatie y), rezultatul miscarii de rotatie, m , a axului al reductorului din compensatorul automat de c.c.; 4, 5, 6, tamburi, pe care aluneca sfoara 8, fixata rigid de sania 3.

3. Servo-Inregistratoare de tip X-Y (SVXY) -generalitati

A. SVXY, numite curent plottere, sunt construite pentru inregistarea/inscriptionarea, in coordonate rectangulare, pe un suport de tip hartie, a unor dependente functionale Y(X) ce sunt rezultatul unui experiment sau al unei simulari numerice.

SVXY are doua intrari de date (de tip analogic sau de tip numeric) -ce descriu evolutiile temporale corelate X(t) si Y(t)- si o intrare de control (de tip numeric) ce descrie starea (activ/inactiv) a elementului inscriptor (penita).

Hartia pe care se face inregistrarea este de tip foaie unica, de format standardizat (A A ), fixata electrostatic pe o planseta (cazul plotterelor plane) sau 'plimbata' dupa o axa a sa prin intermediul unui tambur aderent(cazul ploterelor cu tambur).

Elementul inscriptor este incorporat mecanic intr-o 'sanie' ce se deplaseaza linear pe o Rigla, descriind axa Y a inregistratorului. Axa X este descrisa de deplasarea lineara a Riglei -in cazul plotterelor plane- sau de deplasarea hartiei -in cazul plotterelor cu tambur-.

Elementele principiale ale unui plotter plan sunt prezentate in fig.3., si anume: 1-planseta; 2 -hatie (fixata electrostatic); 3- Rigla, ce se poate deplasa linear; 4-Sanie, culisand pe rigla; 5 -element inscriptor.

B. Deplasarile mecanice dupa axele X si Y ale plotterului sunt realizate prin intermediul unor servomecanisme.

Pentru obtinerea unei deplasari circulare (ce defineste axa X a plotterului cu tambur) se foloseste o structura de conversie initiala in valori numerice urmata de o structura de actionare ce poate fi de tip in bucla deschisa (folosind motoare tip pas cu pas -stepper-) sau de tip in bucla inchisa (folosind motor clasic si cu traductor numeric de rotatie pe calea de reactie).

Pentru obtinerea unei deplasari lineare (X si Y pentru plotterul plan, Y pentru plotterul cu tambur) se utilizeaza: o structura de tip compensator automat de c.c. cu motor de urmarire de tip rotativ (similare celor de la 2.2) sau cu motor de urmarire de tip linear; o structura ce defineste o miscare circulara, cuplata la un ansamblu mecanic ce o transforma in miscare de translatie.

C. Plotterele cu intrari de date de tip analogic definesc intrari de tip tensiune, pentru care ofera: posibilitatea selectiei factorului de scara (V/cm); posibilitatea definirii -prin offsetare manuala dupa ambele axe- a punctului de inceput al graficului (si deci implicit a zonei de pe hartie unde se deseneaza); posibilitatea cuplarii la intrarea X a unui generator de tensiune linear variabila cu panta selectata, putandu-se astfel trasa dependente de tip Y-t.

Variantele cu intrari de date de tip numeric, au fost realizate pentru a se cupla la calculatoare; de obicei ele folosesc sisteme de actionare cu control numeric.

Controlul penitei (de tip on/off) permite: realizarea unor desene complicate cu presupun discontinuitati in scriere; posibilitatea utilizarii a mai multe culori -prin prezenta pe 'sanie' a mai multor inscriptoare -activate dupa dorinta- sau prin posibilitatea schimbarii automate a inscriptorului.

D. Utilizarile actuale ale plotterelor sunt legate de desenarea asistata de calculator pe format mare (A ..2xA₀), pentru formate mai mici imprimantele de mare definitie fiind net mai avantajoase.