Traductoare de pozitie si deplasare

Traductoare de pozitie si deplasare

sunt utilizate frecvent

transforma o deplasare liniara sau unghiulara intr-o variatie a unui parametru al unui element pasiv de circuit electric (rezistenta electrica, capacitate electrica, inductanta magnetica)

cele mai simple traductoare de deplasare sunt :

rezistive - transforma o deplasare liniara sau unghiulara intr-o variatie a rezistentei unui reostat sau a unui potentiometru

capacitive - transforma o deplasare liniara sau unghiulara intr-o variatie a capacitatii electrice a unui condensator

inductive - transforma o deplasare liniara sau unghiulara intr-o variatie a inductantei unui circuit magnetic

variatiile parametrilor de circuit sunt masurate prin determinarea curentului absorbit sau a tensiunii electrice corespunzatoare

pentru masurarea deplasarilor se utilizeaza o serie de traductoare cum ar fi: traductoarele rezistive (potentiometrice), inductive, capacitive, selsinele, traductoare piezoelectrice, cu radiatii, numerice, de proximitate, s.a.

I)  Traductoare rezistive de deplasare

I.1.deplasare liniara:

Principiul de functionare a traductorului rezistiv de deplasare liniara este ilustrat in figura de mai jos:

Dupa cum se cunoaste, variatia rezistentei e data de relatia : 

(6.1.1)            

unde:   r - rezistivitatea electrica; l - lungimea conductorului; S - sectiunea conductorului. Modificand lungimea conductorului, practic se va modifica rezistenta electrica R.

Traductorul rezistiv de deplasare are urmatoarele caracteristici:

diametrul minim al conductorului: 0,05 mm

viteza maxima a cursorului: 1 m/s

deplasari masurate: de ordinul centimetrilor

numarul maxim de utilizari: aproximativ 10⁶.

Schema electrica prin care este ilustrat principiul de functionare a traductorului de deplasare, cunoscand ca variatia rezistentei este masurata prin caderea de tensiune intre capatul A si cursor:

Rezistenta R_x a spirelor dintre capatul A si cursor este proportionala cu deplasarea liniara x :

(6.1.2)

I.2.deplasare unghiulara:

Pentru deplasari unghiulare se utilizeaza un potentiometru de forma circulara, obtinut prin bobinarea  pe un suport izolant circular a unui fir rezistiv peste care aluneca un cursor, conform figura urmatoare:

Rezistenta la iesirea potentiometrului si tensiunea de iesire cand acesta este alimentat la o tensiune continua stabilizata, depind numai de unghiul α dupa relatia:

si (6.1.3)

II) Traductoare inductive de deplasare

Pentru cazul deplasarilor liniare mici (sub 2 mm), uzual se folosesc traductoare inductive cu intrefier variabil (cu armatura mobila). Circuitul magnetic se realizeaza dintr-o ,,oala,, de permaloy si o armatura mobila de care este fixata o tija. Prin modificarea distantei x dintre armatura mobila si armatura fixa, se modifica practic inductanta bobunei

Pentru cazul deplasarilor mai mari de 2 mm in mod obisnuit se utilizeaza traductoare inductive diferentiale cunoscute si sub denumirea de transformatoare diferentiale.

In cazul unor deplasari intre 2 mm si 4 mm se utilizeaza traductorul inductiv diferential cu intrefier variabil

Pentru deplasari de ordinul centimetrilor se utilizeaza traductoare inductive diferentiale, cu miez magnetic mobil. Acestea se realizeaza constructiv prin bobinarea a doua infasurari primare si doua secundare identice pe cele doua carcase izolante ce se monteaza pe un tub din material nemagnetic (plastic, textolit, alama s.a.) in interiorul caruia se poate deplasa liber un miez magnetic ce se executa obisnuit din fier moale. Practic reprezinta doua transformatoare identice montate pe aceeasi carcasa.

Principiul de functionare a traductorului inductiv de deplasare este ilustrat in figurile de mai jos:

Traductor inductiv cu armatura mobila Traductor inductiv cu

(pentru deplasari mici, de ordinul   miez mobil

zecimilor de milimetru)                         (pentru deplasari mari)

Componentele mobile ale traductoarelor inductive (armatura si respectiv miezul) sunt solidare cu subansamblul a carui deplasare trebuie determinata.

Modificarea pozitiei acestora inseamna - intr-un circuit magnetic - modificarea inductivitatii, deci a curentului absorbit de solenoid, respectiv de bobina cilindrica. Deci, curentul indicat de ampermetru este direct proportional cu deplasarea.

Pentru reducerea perturbatiilor de natura electromagnetica, intreg ansamblul se ecraneaza.

III)  Traductoare capacitive de deplasare

Principiul de functionare a unui traductor capacitiv de deplasare poate fi inteles pornind de la relatia de calcul a unui condensator,

(6.1.4)

relatie din care rezulta ca se deosebesc trei categorii de astfel de traductoare:

Un traductor cu dielectric variabil are distanta dintre armaturi fixa, iar dielectricul este mobil, putandu-se deplasa dupa una dintre axele Ox sau Oy.

Daca dielectricul se deplaseaza dupa axa Ox, capacitatea traductorului este echivalenta conectarii in paralel a doua condensatoare cu dielectrici diferiti: unul cu permitivitatea electrica absoluta ε₀ si celalalt cu permitivitatea electrica absoluta ε.

Daca dielectricul se deplaseaza dupa axa Oy, capacitatea traductorului este echivalenta conectarii in serie a doua condensatoare cu dielectrici diferiti: unul cu permitivitatea electrica absoluta ε₀ si celalalt cu permitivitatea electrica absoluta ε.

Un traductor cu suprafata variabila are distanta dintre armaturi fixa si suprafata armaturilor, de asmenea, fixa. Ceea ce variaza este insa, suprafata pe care, cele doua armaturi se suprapun (sunt "drept in drept").

La traductoarele cu distanta variabila, distanta dintre armaturi variaza cu deplasarea, iar suprafata armaturilor si dielectricul sunt aceleasi.

Pentru deplasari mici, se utilizeaza traductoare capacitive la care se modifica distanta dintre armaturi, armatura 1 fiind suspendata elastic si se poate deplasa paralel cu ea insasi sub actiunea fortei F (a deplasarii). Armatura 2 este fixa si izolata electric fata de suport. 

Sensibilitatea traductoarelor e data de: (6.1.5)

Pentru masurarea unor unghiuri se utilizeaza traductorul capacitiv reprezentat schematic in figura urmatoare, la care se modifica practic suprafata de suprapunere a armaturilor, una fiind fixa - 1, cealalta - 2 putandu-se roti prin fixarea acesteia pe axul 3.

In functie de unghiul de rotire α a armaturii mobile se va modifica suprafata de suprapunere dintre cele doua armaturi, valoarea capacitatii fiind data de:

(6.1.6)

rezulta sensibilitatea:

Pentru cazul unor deplasari liniare se utilizeaza: traductoare cu armaturi dreptunghiulare si cilindrice.

Pentru traductorul cu armaturi dreptunghiulare (1-fixa, 2- mobila) - figura de mai jos - capacitatea este data de relatia:

, iar  (6.1.7)

Pentru traductorul cu armaturi cilindrice din figura urmatoare (1-fixa, 2-mobila), capacitatea depinde de deplasarea axiala a cilindrului interior, fiind:

, iar (6.1.8)

unde r₁, r₂ sunt razele cilindrului interior, respectiv exterior.

Exista si variante de traductoare capacitive la care se modifica dielectricul (nu in sensul modificarii pozitiei dielectricului fata de cele doua armaturi).

Toate traductoarele capacitive functioneaza in curent alternativ la frecventa de cel putin 1 kHz.

Traductoarele capacitive prezinta o foarte buna sensibilitate fiind utilizate frecvent pentru masurari de deplasari rapide (metoda compensarii).

Datorita faptului ca in mare masura capacitatea traductorului depinde de dimensiunile geometrice ale armaturilor, care pot varia cu temperatura mediului, ducand la erori importante, pentru inlaturarea acestui inconvenient, armaturile se confectioneaza dintr-un material special numit invar.

De asemenea se utilizeaza si prin montarea in punte a doua traductoare identice, numai unul dintre traductoare fiind actionat de marimea neelectrica masurata sau controlata.