1.1. Traductoare pentru procese lente

 In cadrul proceselor lente se pot intalni diferite marimi care trebuie masurate şi controlate, cum ar fi: temperatura, presiunea, debitul, nivelul, pH­ul şi conductivitatea. Fiecare din aceste marimi poate fi masurata cu mai multi senzori sau traductoare in functie de anumite conditii impuse, de domeniul şi de precizia de masura, ceea ce impune cunoaşterea modului de utilizare a senzorilor şi traductoarelor şi a problemelor specifice pentru fiecare in parte.

Senzorul este un dispozitiv ce detecteaza o schimbare intr­un stimul fizic şi returneaza un semnal electric care poate fi masurat sau inregistrat, iar traductorul este un dispozitiv ce transfera semnalul de la un sistem la altul in aceeaşi forma sau diferit. Senzorul este elementul sensibil, iar traductorul contine elementul sensibil şi circuitele asociate (adaptoare de semnal).

 1.2. Masurarea presiunii absolute şi diferentiale

 Traductoare de masurare a presiunii:

­ pastila semiconductoare lipita pe o diafragma din siliciu (piezorezistiv);

­ pastila semiconductoare lipita pe o diafragma din otel inoxidabil;

­ timbru tensiometric lipit pe o diafragma din otel inoxidabil.

 Motorola a dezvoltat familia de traductoare de presiune piezorezistivi care sunt foarte bine adaptati pentru masurarea presiunilor şi nivelelor.

 

 

Figura 1.1. - Element de baza, capsula pentru presiune absoluta şi diferentiala

Sensorul piezorezistiv are ca principiu de masurare modificarea rezistentei unei pastile de siliciu datorita tensiunilor rezultate in urma curbari acestei pastile. Deoarece variatia rezistentei este foarte mica masurarea se face in punte.

 

 

Figura 1.2. - Schema interna echivalenta

In figurile urmatoare se poate observa carcasa traductorului din material plastic, pastila de siliciu şi gelul siliconic cu rol de protectie a pastilei de siliciu. Elementul absolut fata de cel diferential are partea de jos inchisa şi vidata.

 

 

Figura 1.3. - Structura elementului de masurare a presiunii absolute şi diferentiale

 

Seria MPX2xxx de senzori de presiune au calibrare interna a offsetului, cu ajutorul unor rezistoare semireglabile şi compensare de temperatura. Elementul activ de masurare a presiunii este de tip piezorezistiv.

 

Figura 1.4. - Seria MPX2xxx de senzori de presiune

 

Seria MPX5xxx de senzori de presiune au calibrare interna a offsetului, cu ajutorul unor rezistoare semireglabile, compensare de temperatura şi amplificare de semnal.

 

 

Figura 1.5. - Seria MPX5xxx de senzori de presiune

 

In tabelul urmator sunt prezentate domeniile de masura şi sensibilitatea pentru fiecare tip de traductor:

 

Dispozitiv	Interval de presiune	Sensibilitate	Tensiune generata
MPX2010DP	0 ­ 10 KPa	±0.01 KPa (1 mmH2O)	25 mV
MPX5010DP	0 ­ 10 KPa	±0.01 KPa (1 mmH2O)	0.19÷4.7 V
MPX5050DP	0 ­ 50 KPa	±0.05 KPa (5 mmH2O)	0.19÷4.7 V
MPX2100AP	15 ­ 115 KPa	±0.1 KPa (10 mmH2O)	40 mV
MPX5100AP	15 ­ 115 KPa	±0.1 KPa (10 mmH2O)	0.19÷4.7 V

 

Nota:	Sufixul DP semnifica ca traductorul respectiv este pentru masurarea presiunii diferentiale;
	Sufixul AP semnifica ca traductorul respectiv este pentru masurarea presiunii absolute;

Conditionarea semnalului - Conform datelor de catalog, prin aplicarea unei presiuni de 10 KPa (0.98 m coloana de apa) unui dispozitiv MPX2xxx acesta genereaza la ieşire o tensiune de amplitudine maxima 25÷40 mV. Pentru o buna utilizare acest semnal trebuie sa fie amplificat. Aceasta amplificare poate fi realizata folosind un amplificator diferential realizat cu amplificatoarele U1A şi U1B din circuitul LM324 care contine intern 4 amplificatoare operationale. Rezistorul R1 permite stabilirea amplificarii. Ieşirea diferentiala astfel obtinuta este amplificata cu ajutorul amplificatorului U1C prevazut şi cu un reglaj de offset prin intermediul amplificatorului U1D şi a potentiometrului R10. Acest circuit permite obtinerea la ieşire a unei tensiuni intre 0.19÷3.90 mV.

 

 

Figura 1.6. - Schema electrica de amplificare

 

In cazul unui dispozitiv MPX5xxx acesta genereaza la ieşire o tensiune de 4.7 V pentru capatul de scala şi nu necesita circuite de amplificare suplimentare.

 

 

Figura 1.7. - Schema electrica de utilizare

 

1.3. Masurarea temperaturii

Traductoare de masurare a temperaturilor:

­ termocuple;

­ termorezistenta;

­ termistorul;

­ senzor integrat de temperatura;

­ masurarea temperaturii in infraroşu.

 

Senzorul integrat LM35 - Este un senzor de temperatura de precizie, cu ieşire analogica de tensiune proportionala liniar cu temperatura masurata in grade Celsius. Ieşirea are impedanta scazuta, este liniara şi precizia implicita de calibrare simplifica interfata de citire a ieşirii.

 

Caracteristici generale ­ Calibrat direct in °C; factor de scala liniar +10 mV/ °C; masurarea temperaturii in intervalul ­55 °C ¸ +125 °C; tensiune de alimentare intre 4¸30 V şi un curent de 60 µV; impedanta de ieşire 0.1 Ω pentru un curent de incarcare de 1 mA; propria incalzire introdusa este de 0.08 °C in aer.

 

Figura 1.8. ­ Schema interna a senzorului integrat

 

Nu necesita calibrare externa şi furnizeaza o precizie de ±0.25 °C la temperatura de 25 °C şi ±0.75 °C pe tot domeniul de temperatura.

LM35 poate fi aplicat in mod uşor in interiorul altor senzori integrati de temperatura. Prin lipire sau cimentare pe o suprafata temperatura citita poate fi diferita cu 0.01 °C de temperatura suprafetei.

Aceasta presupune ca temperatura aerului inconjurator este aproape identica cu temperatura suprafetei; daca temperatura aerului este mult mai mare sau mai mica decat temperatura suprafetei, temperatura indicata de senzorul integrat LM35 va fi una intermediara intre cea a suprafetei şi cea a mediului. Este valabil in special pentru capsula de plastic TO­92, unde terminale din cupru reprezinta calea principala de evacuare a caldurii din circuit.

Problema poate fi rezolvata prin mentinerea traseului firelor de legatura ale circuitului LM35 la aceeaşi temperatura cu cea a suprafetei masurate; firele pot fi mentinute la aceeaşi temperatura cu suprafata prin lipirea lor de suprafata cu raşina epoxidica.

 

1.4. Masurarea umiditatii

 Poate fi realizata prin masurarea: diferentei de temperatura, modificarii capacitatii (cu ajutorul higristoarelor), sau a modificarii rezistentei.

Punctul de roua ­ Temperatura la care umiditatea incepe sa se formeze pe o suprafata, şi indica saturarea in proportie de 100% a aerului cu umiditate.

Umiditatea absoluta ­ Exprima o masura reala a cantitatii de vapori de apa in aer.

Umiditatea relativa - Procentul de umiditate in aer comparat cu o cantitate anterioara pe care o poate contine aerul.

 

 

Figura 1.9. - Schema electrica de utilizare

Traductorul realizat masoara umiditatea relativa 0÷100 %. Schema electrica contine un amplificator diferential realizat cu circuitul LM308 şi genereaza la ieşire o tensiune intre 2.9÷3.9 V.

 

 

1.5. Utilizarea interfetelor de achizitie native NI

 

In cazul utilizarii unor interfete de achizitie analogice realizate de National Instruments (NI) accesarea acestor interfete se realizeaza prin functii dedicate (intrari analogice, ieşiri analogice, buffere de date, generatoare de semnal, intrari şi ieşiri digitale, timere şi numaratoare, auto­calibrare) puse la dispozie sub forma unui pachet numit NI­DAQ.

 

 

Figura 1.10. - Paleta cu functii analogice (NIDAQ)

 

 

1.5.1. Caracteristicile placii Lab­PC­1200

 

1. Intrari analogice:

- 8 canale de intrare analogice cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de eşantionare de 100 KHz;

- tensiune de intrare ±5 V pentru intrare bipolara, 0÷5 V sau –5÷0 V pentru intrare unipolara şi protectie pana la ±35 V;

- amplificare reglabila cu 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100;

- o precizie de citire de 0.02 %;

 

2. Ieşiri analogice:

- 2 canale de ieşire cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de memorare de 1 KHz;

- tensiune de ieşire ±5 V pentru ieşire bipolara şi 0÷10 V pentru ieşire unipolara;

- o precizie de 0.002 %;

 

3. Intrari şi ieşiri digitale:

- 24 de linii de intrare ieşire digitale compatibile TTL;

- 3 numaratoare cu o rezolutie de 16 biti şi frecventa de baza de 2 MHz.

 

Pentru citirea placii Lab-PC-1200 este necesara specificarea:

­ numarului de placi utilizate: 1;

­ canalul utilizat: 0...7;

­ limita superioara a semnalului de intrare: 5 V, 2.5 V, 1 V, 0.5 V, 0.25 V, 0.1 V, 0.05 V;

­ limita inferioara a semnalului de intrare: ­5 V, ­2.5 V, ­1 V, ­0.5 V, ­0.25 V, ­0.1 V, ­0.05 V;

Diagrama pentru citirea unui canal al placii Lab-PC-1200 este prezentata in figura urmatoare:

 

Figura 1.11. - Diagrama pentru citirea placii Lab-PC-1200

 

 

1.6. Utilizarea unor interfetelor de achizitie diferite de NI

 

Utilizarea unor placi de achizitie care nu sunt produse NI poate fi facuta prin scrierea unor drivere in C şi apelarea lor prin intermediul CIN-urilor.

 

 

Figura 1.12. - Paleta cu functii realizate de utilizator

 

 

1.6.1. Caracteristicile placii AD510

 

1. Intrari analogice:

- 8 canale de intrare analogice cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de eşantionare de 7,5 sau 30 Hz;

- tensiune de intrare ±5 V pentru intrare bipolara;

- amplificare reglabila cu 1, 10, 100;

 

2. Intrari şi ieşiri digitale:

- 9 linii de intrare ieşire digitale compatibile TTL;

 

Citirea placii AD510 presupune doua etape:

­ initializarea placii de achizitie: se realizeaza in cadrul 0 al structurii secventiale;

­ citirea placii de achizitie: se realizeaza in cadrul 1 al structurii secventiale.

Pentru ambele etape este necesara specificarea:

­ adresei placii: 512;

­ canalul utilizat: 1...8;

­ amplificarea selectata: 1, 10, 100;

­ initializare (0) sau citire (1).

Diagrama pentru citirea unui canal al placii AD510 este prezentata in figura urmatoare:

 

 

Figura 1.13. - Diagrama pentru citirea placii AD510

 

 

1.6.2. Caracteristicile placii Super 12 Bit

 

1. Intrari analogice:

- 16 canale de intrare analogice cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de eşantionare de 20 KHz;

- tensiune de intrare ±10 V pentru intrare bipolara, 0÷10 V pentru intrare unipolara;

 

2. Ieşiri analogice:

- 2 canale de ieşire cu o rezolutie de 12 biti;

- rata de memorare de 1 KHz;

- tensiune de ieşire ±10 V pentru ieşire bipolara şi 0÷10 V pentru ieşire unipolara;

 

Utilizarea placii Super 12 Bit se face simplu, fiind necesara numai specificarea canalului utilizat. Diagrama pentru citirea placii Super 12 Bit este prezentata in figura urmatoare:

 

 

Figura 1.14. - Diagrama pentru citirea placii Super 12 Bit