Senzori si traductoare

SENZORI ŞI TRADUCTOARE

PROIECT PENTRU LABORATOR 

Tema Proiectului:

Se va concepe folosind date de catalog schema unui traductor de temperatură cu element sensibil termorezistenţă capabil de următoarele  performanţe generale: •

alimentare şi semnal analogic de ieşire pe 2 fire;

•

mediu de lucru industrial;

•

timpul de răspuns de ordinul milisecundelor;  posibilitatea afişării locale a mărimii măsurate;

•

conversie analog-numerică in mod binar natural a mărimii

•

măsurate pentru cuplarea directă la echipamente numerice de conducere; În plus, faţă de aceste condiţii generale minime se impun  performanţele tipice ale traductorului şi anume: •

domeniul de măsurare [-100-- 300] (°C);

•

curentul de ieşire I0 (4÷20mA);

•

eroarea maximă admisibilă pe tot domeniul de măsurare

εmax=0.6%; •

rezistenţa de sarcină maximă admisibilă R S (0.6KΩ) ;

•

mediul în care se face măsurarea (mediu acid);

•

tipul de răspuns (incluzând şi elementul sensibil) τ max=4 minute;

•

elementul sensibil rezistiv poate fi folosit în punte Weatstone de

tensiune sau curent;

I.SCHEMA DE PRINCIPIU  _  mA

SCC

+ CPS

CPT T ACC1

TR 

R S ACC2

P

CTC CIU

BRL SAE SAP ELT 164

TR P SAP CPT ACC CTC SCC CPS SAE mA R S CIU R CAN

-elementul sensibil-termorezistenţa; -punte Wheatstone de tensiune; -sursa de alimentare pentru punte; -circuit de protecţie la defectarea termorezistenţei; -amplificatoare de curent continuu; -convertor de tensiune curent; -sursa de curent constant; -circuit de protecţie la supratensiuni; -sursa auxiliară de tensiune; -miliampermetru analogic; -rezistenţa de sarcină; -convertor curent-tensiune; -repetor de tensiune; -convertor analog-numeric;

R  CAN

2. Elementul sensibil : Elementul sensibil folosit este unul de tip parametric, mai exact o termorezistenţă  Pt100 a cărei principiu de functionare se bazează pe fenomenul variaţiei rezistenţei electrice a unui fir metalic în funcţie de temperatura sa. Caracteristici de catalog: •

Codul de bază al termorezistenţei: 212;

•

Domeniul de măsurare: -100÷300 (°C);

•

Materialul elementului sensibil: platina;

•

Gradul de precizie: precizie ridicata

•

Teaca de protectie (diametre şi materiale): -Diametrul exterior (mm): 200; -Materialul: oţel inoxidabil;

•

Valoarea rezistenţei electrice la 0°C: 100Ω;

•

Lungimi nominale şi de imersie: - Lung.nomin.max [mm] 2000;

•

- Lung.nomin.min [mm]

500;

- Lung.imers.min [mm]

250;

Mijloace de fixare: -Flanşa mobila; -Flanşa fixa; -Giplu filetat G 1;

•

Presiune maximă de lucru în funcţie de materialul tecii şi de

temperaratură (Kg f/cm 2): 20 Kgf/cm2 •

Constanta de timp (min): 1.5;

•

Calitatea izolaţiei electrice: -Rezistenţă (MΩ)

5;

-Rigiditate (KV) 0.5; •

Temperatura admisă pentru cutia de borne (°C) 150;

•

Grade de protecţie si protecţii speciale: -Eşanteizat IP 65; -Tropicalizat; -Antideflagrant;

Variaţia cu temperatura a raportului W t:

Valorile R T şi WT pentru termometrele cu termorezistenţă din platină cu W100=1.3910 sunt prezentate în Tabelul 1. Tabelul 1: Temp

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

R T

59.64

80

100

119.7

139.1

158.21

177.03

195.55

213.78

WT

0.5964

0.8

1

1.197

1.391

1.5821

1.7703

1.9555

2,1378

R T=R 0*WT; R 0=100;

Legarea termorezistenţei la adaptor: R 1

R 2 A’

E R 3

A R 

’

B

b’

B b

Puntea este echilibrată la temperatura de 0°C. Pentru liniaritatea si sensibilitatea punţii R 1=R 2=R 3=R 0=100Ω;

3. Adaptorul: Adaptorul folosit este   ELT 164 şi l-am pus în evidenţă în figura I înconjurându-l cu o linie punctată. Semnalul generat de termorezistenţa montată în punte este aplicat amplificatorului  ACC 1, cu impedanţă mare de intrare,

care realizează

totodată şi liniarizarea prin segmente a caracteristicii statice cu ajutorul  blocului de reacţie şi liniarizare BRL, ieşirea din ACC 1, sumată diferential cu tensiunea obţinută de pe rezistenţa de reacţie este amplificată de  ACC 2 şi convertită în curent de ieşire de convertorul CTC . Alimentarea blocurilor  evidenţiate în schema funcţională este asigurată de sursa de curent constant SCC 

care converteşte tensiunea de alimentare externă într-o tensiune

simetrică filtrată. Circuitul de protecţie la supratensiuni CPS , realizat cu dioda Zener, înlătură eventualele vârfuri de tensiune care pot apărea în alimentarea externă.

Dacă termorezistenţa se întrerupe intră în funcţiune circuitul de  protecţie CPT , care “obligă ” ieşirea să ia una din valorile externe (>I emax sau
4. Convertorul curent – tensiune: Este folosit pentru a se putea realiza conversia analog-numerică. Utilizăm convertorul  ELX 1213 cu separare galvanică cu intrarea în curent (4-20mA) şi iesirea în tensiune (0-5V).

5. Repetorul de tensiune: Se foloseşte amplificatorul  βM 108 care are impedanţă mare de intrare şi impedanţă mică de ieşire. Se realizează astfel adaptarea in impedanţă.

6. Convertorul Analogic - Numeric Conversia analog numerică în mod binar natural a mărimii măsurate  pentru cuplarea directă la echipamente numerice de comandă se realizează folosind un convertor analog numeric—  AD7572AIN03 realizat de  ANALOG  DEVICES.

AIN

1

24

VDD

VREE

2

23

VSS

AGND

3

22

BUSY

D11

4

21

CS

D10

5

20

AD

D9

6

19

HBEN

D8

7

D7

8

17 CLKIN

D6

9

16

D0/8

D5

10

15

D1/9

D4

11

14

D2/10

DGND 12

13

D3/11

AD7572A TOP VIEW

18 CKLOUT

Semnificaţiile intrărilor şi ieşirilor adaptorului:

AIN

-intrare analogică între 0-5V;

VREE

-tensiune de referinţă;

AGND

-masa pentru semnalul analogic;

D0-D11

-iesirile numerice;

D11

-bitul cel mai semnificativ;

DGND

-masa pentru semnalul digital;

CLKIN

-intrarea de ceas;

CLKOUT -ieşirea de ceas; HBEN

-pinul de activare al bitului cel mai semnificativ;

RD

-imput de citire, în conexiune cu CS e folosit pentru validarea

ieşirii cu 3 stări; CS

-intrarea de selectare a modului;

BUSY

-indică starea convertorului (low în timpul conversiei);

VSS

-alimentarea negativă , +12V;

VDD

-alimentarea pozitivă, +5V;

De obicei CS, RD si HBEN se conectează la un microcontroler. Rezoluţia este de 12 biţi. Timpul de conversie este de 3 microsecunde. Putere disipată: 215 mW;

Eroarea maximă:

Eroarea maximă a traductorului pe tot domeniul de măsurare este mai mica de 0,6% datorită componentelor performante care au fost alese. Adaptorul are un timp de răspuns de ordinul milisecundelor.

Bibliografie:

•

“Traductoare pentru automatizări industriale”-Gabriel Ionescu, Valentin Sgarciu.

•

“Circuite integrate liniare –Aplicaţii” – M. Cigudean

•

“Ap.electronice pt masurare si control”-Mihuţ

•

“Traductoare: principii si metode de proiectare”-Gabriel Ionescu

•

“Electronica Industrială “- C.I.Bogdanov

•

“Măsurarea elecrică a mărimilor neelectrice”- C.Iliescu, Brânduşa Pantelimon

•

“Indrumarul de laborator”