SEN ZORI ŞI TRADUCTOARE NUMERICE

1. SENZORI ŞI TRADUCTOARE NUMERICE Ágoston Katalin Universitatea “Petru Maior” Tg.Mureş

2. TIPURI DE SENZORI FOLOSITE ÎN ENERGETICĂ • Senzori de tensiune • Senzori de curent • Senzori de temperatură • Senzori de nivel • Senzori pentru gaze • Senzori de debit • Senzori de presiune

3. Senzori de tensiune Caracterizat prin: *puterea nominală secundară *clasa de precizie *supradimensionat pentru solicitări termice *funcţionează în gol (Rv f. mare)

4. Senzori de tensiune Divizoare de tensiune rezistive Divizoare de tensiune inductive

5. Caracteristici generale Pot măsura nivele de tensiune AC sau DC. La ieşire furnizează U sau I proporţional cu mărimea de intrare. Pot furniza frecvenţă sau o frecvenţă modulată de intrare. Unele au la ieşire un semnal sin sau un tren de impulsuri. Altele folosesc modulaţia în amplitudine (AM), modulaţie în frecvenţă (FM) modulaţia lăţimii impulsului (PWM). Se folosesc şi senzori cu alimentaţie proprie, portabile, pentru circuite imprimate. Unele sunt capabile pentru măsurarea tensiunii trifazate. Pot fi echipate cu indicator de semn. Senzori specializaţi folosesc fibre optice şi componente optice.

6. Utilizare • Se folosesc la: • măsurarea puterii • detectarea căderilor de tensiune • detectarea sarcinii • la cuplări , decuplări în siguranţă • detectare de suprasarcină la motoare • în clădiri • sisteme de control • măsurarea temperaturii

7. Exemplu • Asigură ieşire izolată de semnal unificat 4 - 20mA proporţional dc. • Precizie 1%FS; • Timp de răspuns110ms; • Alimentare+25 to +45Vdc; • Domeniul de temperatură –25° to +75°C

8. Exemplu • Ieşire izolată, prop. cu tensiunea AC. de intrare în dom.0-5V • Precizie 0.5%FS; • Timp de răspuns 1/2-cycle of AC; • Alimentare din tensiunea de intrare; • Frecvenţă 57-63Hz; • Dom de temp. -40° to +70°C; • Carcasă metalică

9. Senzori de Curent • căderea rezistivă de tensiune • câmpul magnetic generat • Transformator de măsură de curent • Sesizare magnetică cu senzor Hall • Convertor curent-tensiune • Sesizare rezistivă

10. Transformator de curent • Supradimensionat pentru solicitări • termice şi de curent • Funcţionează în scurtcircuit • Nu are voie să funcţioneze în gol • Fenomenul de saturaţie mai mic decât • în c.c.

11. Sesizare magnetică cu senzor Hall Izolare galvanică Senzor magnetorezistenţă gigant – GMR pentru cablaje imprimate sensibil pentru câmpuri parazite

12. Convertor curent-tensiune pentru curenţi mici (pA)

13. Sesizare rezistivă • Căderea de tensiune pe rezistenţa • Puterea disipată P=I2·R • Rezistenţa parazită serie • Scurgeri de curent la R mari • Autoâncălzire – neliniaritate • Efecte dinamice – dependenţă de • frecvenţă

14. Exemplu LEM

15. LEM

17. Avantaje, dezavantaje • Măsoară în c.c. şi c.a. • Asigură izolare galvanică • Consum mic • Cost redus • Dimensiune mică • Fără întreruperea circuitului • Bandă de frecvenţă limitată • Timp de răspuns moderat • Dependente de variaţii de temperatură • Offset magnetic şi d.c.

19. Caracteristici • Curent de intrare 2A- 20kA • Se elimină dependenţa de temperatură • Fluxuri reziduale • Timp de răspuns mai mic • Precizie mai mare • Domeniu de frecvenţă mare - 200kHz

21. 2 variante: - rezistenţă internă - rezistenţă externă

22. Utilizări

28. ACS715 Automotive Grade, Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation

29. Senzori de Temperatură Termorezistenţe -T coeficient de variaţie a rezistivităţii mare -R0 rezistenţa nominală mare -liniaritate bună a caracteristicii -stabilitate în timp şi la agenţi chimici

30. Pt100 şi Pt1000 • rezistivitate: 0,1mm2m. • domeniu de temperatură -200C +850C • etaloane de temperatură 0  600C Pt100 R=100la 0C R=138,4la 100C R=0,384T=1C T0,00385C

31. Circuite de măsurare cu termorezisteţe Metoda de punte (tip Wheatstone ) -echilibrat -dezechilibrat:

32. Legarea termorezistenţei cu patru fire IEX -generator de curent constant V -voltmetru sau circuit electronic (amplificator) RL -rezistenţele firelor de legătură

33. Termocupluri efectul termoelectric direct sau efectul Seebeck • Proprietăţi: • sensibilitate, stabilitate în timp • nu prezintă tensiuni de offset • domeniu de utilizare mare care • depinde de materialele uilizate • tensiune de ieşire f. mică (V,mV) • sensibilitatea scade la temp. mici • temp. joncţiunii reci f. constant • fire de legătură prea lungi produc • căderi suplimentare de tensiune • teaca de protecţie scade sensib. • şi măreşte timpul de răspuns • func. nu este infl. de factori externi • doar de zgomote termice interne

34. Utilizarea, construcţia termocuplurilor se face pe baza unor legi: 1Legea circuitului omogen: într-un circuit omogen (conductoare de aceeaşi natură) nu apare tensiune electromotoare, indiferent de diferenţa de temperatură dintre diferite puncte. Acesta permite utilizarea unor conductoare de legătură 2  Legea metalelor intermediare: într-un circuit izoterm (T=ct.) nu se generează tensiune termoelectromotoare indiferent de natura elementelor care formează circuitul. Aceasta permite ca lipirea conductoarelor să se facă cu un alt material, respectiv ca joncţiunea rece să fie formată şi din circuitul de măsurare, cu condiţia ca elementele să fie la aceeaşi temperatură. 3. Legea metalelor succesive: tensiunea termoelectromotoare generată de un termo- cuplu format din conductoarele A şi B este egală cu diferenţa tensiunilor termoelectromotoare generate de termocuplele formate din conductoarele A şi C respectiv C şi B, cu condiţia ca diferenţa de temperatură a joncţiunilor să fie aceeaşi. Pe baza acestei legi se face etalonarea termocuplurilor. 4. Legea temperaturilor intermediare: tensiunea termoelectromotoare obţinută pentru diferenţa de temperatură T2 – T1 este egală cu suma tensiunilor termoelectromo- toare obţinute pentru diferenţele de temperatură T2 – T3 şi T3 – T1 . Aceasta permite realizarea corecţiilor la schimbarea temperaturilor de referinţă. T2 – T1 =(T2 – T3)+(T3 – T1).

35. LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT Depinde de: *natura metalelor componente *distanţa dintre punctul de măsurare circuitul de prelucrare *modul de menţinere şi sesizarea temperaturii joncţiunii reci 1.Dacă aparatul se află la d2m şi T=ct. firele se prelungesc: din aceeaşi material, sau din materiale de mare conductivitate Termostatarea se face la: 0C apă-gheaţă 20C ulei

36. LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT 2.Dacă distanţa până la aparatul de măsură este mare se folosesc fire de extensie. 3.Utilizarea unui termocuplu identic

37. LEGAREA TERMOCUPLELOR ÎN CIRCUIT 4. Utilizarea unei termorezistenţe sau a unui termistor

38. Senzori integrate, numerice de temperatură • Ieşire analogică • Termocuple de tip J sau K • Sesizare întrerupere senzor • Tensiune de alimentare • +5V, ±15V • Consum mic 1mW

40. MAX6699 Four Thermal-Diode Inputs Local Temperature Sensor 1°C Remote Temperature Accuracy (+60°C to +100°C) Temperature Monitoring Begins at POR for Fail-Safe System Protection Active-Low ALERT and Active-Low OVERT Outputs for Interrupts Small 16-Pin QSOP and 16-Pin TSSOP Packages 2-Wire SMBus Interface

41. AD22100

42. LM84

43. ADT7301 • convertor A/D pe 13 biţi plus bit de semn, • rezoluţie 0,03125°C

44. MAX6677, MAX6676 Semnalul drepunghiular de la ieşire cu frecvenţă 1,8kHz (±20%) la +25°C Se citesc duratele de timp t1 şi t2. Determinarea temperaturii unde t1= 0,24ms

45. Senzori ultrasonici UnderstandingUltrasonics Ultrasonic Sensing/Control Basics

46. The ultrasonic sensors use wave-propagation phenomena in air or other materials to measure physical or chemical properties. Ultrasonic sensors transmit ultrasonic waves from its sensor head and again receives the ultrasonic waves reflected from an object. With accordance to the influence principle, two main types of ultrasonic sensors can be differentiated: The propagation-path sensors - decode changes on propagation to get a fast measurement of temperature, flow, pressure variations or gas concentration. Here, the parameters that are affected are the speed of propagation Distance-Sensors detect echoes from objects and evaluate their propagation time and amplitude. They arebased on ultrasonic principles; use the travel time and amplitude of the received signal to derive the presence, distance

47. The ultrasonic transducers comprise: • ahigh voltage generator, • a piezoelectric transducer (transmitter and receiver), • asignal processing circuit and • an output stage. • Excited by the high voltage generator, the transducer (transmitter-receiver) generates a • pulsed ultrasonic wave (200 to 500 kHz depending on the product), which travels through • the ambient air at the speed of sound. • When the wave strikes an object, it reflects (echo) and travels back towards the transducer. • A micro controlleranalyses the signal received and measures the time interval between • the transmitted signal and the echo. • By comparison with the preset or learnt times, it determines and controls the output states.

48. Each transducer has defined terms by the standard IEC 60947-5-2

49. The Doppler Effect is the change in frequency and wavelength of a wave that is perceived by an observer moving relative to the source of the waves. For waves that propagate in a medium, such as sound waves, the velocity of the observer and of the source is reckoned relative to the medium in which the waves are transmitted. The total Doppler Effect may therefore result from either motion of the source or motion of the observer. The relationship between observed frequency f' and emitted frequency f is given by: the speed of waves in the medium the velocity of the source

50. Advantages of Ultrasonic Sensors When used for sensing functions, the ultrasonic method has unique advantages over conventional sensors: 1. Discrete distances to moving objects can be detected and measured. 2. Less affected by target materials and surfaces, and not affected by color. 3. Solid-state units have virtually unlimited, maintenance free life. 4. Can detect small objects over long operating distances. 5. Resistance to external disturbances such as vibration, infrared radiation, ambient noise, and EMI radiation.