Tipuri de traductoare

Fişa suport 6.3. Traductoare de presiune

Presiunea reprezintă un parametru de bază pentru majoritatea proceselor tehnologice în care se folosesc fluide şi se defineşte prin relaţia:

p= FS [raport dintre forţă F şi suprafaţă S] (6.3.1)

Presiunea poate fi : absolută , atunci când se măsoară în raport cu vidul absolut, relativă sau efectivă, dacă măsurarea se face ca o diferenţă faţă de

presiunea atmosferică, diferenţială , atunci când măsurarea se face în raport cu o presiune

considerată ca referinţă.

Unitatea de măsură a presiunii :pascalul (1 Pa = 1 N/m2), în tehnică se preferă barul (1 bar = 103 Pa), unităţi derivate:

atmosfera fizică (1 atm reprezintă presiunea hidrostatică echivalentă a unei coloane de mercur cu densitatea de 13,595 g/cm3, cu înălţimea de 760 mm, la acceleraţia gravitaţională g = 980,666 cm/s2);

mm coloană de mercur (1 mm Hg = 1 torr – presiunea hidro-statică a unei coloane de mercur cu înălţimea de 1 mm, în condiţiile anterioare;

mm coloană apă (1 mm H2O reprezintă presiunea hidro-statică echivalentă unei coloane de apă cu înălţimea de 1 mm).

Presiunea normală, luată ca referinţă în tehnică – presiunea exercitată de o coloană de mercur cu înălţimea de 735,56 mm (echivalentul unei atmosfere tehnice) – diferă de presiunea atmosferică normală, care corespunde presiunii hidrostatice echivalente unei coloane de mercur cu înălţimea de 760 mm la 00 C şi g = 980,666 cm/s2.

a)

b)

c)

d)

a)

b)

1)

2)

3)

Domeniul presiunilor din tehnică este deosebit de vast, metodele de măsurare fiind specifice doar pentru anumite intervale

Deoarece presiunea p se defineşte pe baza forţei, rezultă că metodele de măsurare sunt asemănătoare cu cele pentru măsurarea forţelor.

Principiul de funcţionare al traductoarelor de presiune (elementele sensibile ale acestora) constă în general, în convertirea unei presiuni într-o deplasare liniară care, la rândul său este convertită într-o variaţie de tensiune cu ajutorul unui montaj potenţiometric.

În funcţie de domeniul presiunilor de măsurat, elementele sensibile ale acestor traductoare diferă.

Elementele sensibile pot fi:

Membrane

a – plană

b – gofrată triunghiular

c – gofrată sinusoidal

d – gofrată trapezoidal

Tuburi

a – silfon

b – tub Bourdon (1 – oval;

2 – eliptic; 3 – în D)

Pistoane

cu resort

Caracteristici :

membranele gofrate sunt mai dificil de realizat, dar sunt mai sensibile

se poate considera că o membrană gofrată amplifică efectul obţinut cu o membrană plană, de atâtea ori, câte onduleuri are

la pistonul cu resort, forţa elastică a acestuia, echilibrează presiunea de măsurat

p c

c p

a.b.

Silfoane

pc

Membrană Tub Bourdon

p

a.

b.

c.

Oţelinoxidabil

Firrezistiv

silfoanele şi tuburile fac parte din aceeaşi categorie de elemente sensibile

burdufurile metalice ondulate (silfoane), realizate dintr-un material elastic cunoscut tehnic sub denumirea de tombac sau din oţel obişnuit, au proprietatea

de a-şi modifica dimensiunile sub acţiunea unei presiuni, fiind reprezentate în două variante posibile

În cazul în care e necesară măsurarea unei presiuni absolute sau diferenţiale, se utilizează baterii de burdufuri montate în opoziţie

Camerele cu membrană, cunoscute şi sub denumirea de membrane gofrate, se execută în general dintr-un aliaj de bronz şi beriliu sau din oţeluri inoxidabile.

Funcţionarea membranei este similară cu cea a burdufului ondulat, adică sub acţiunea unei presiuni se va produce deformarea acesteia, ceea ce duce la convertirea unei presiuni într-o variaţie de deplasare liniară.

Tuburile Bourdon se execută în general din alamă arcuită, cunoscută sub numele de “tombac”, sub forma unui tub cu secţiune ovală, eliptică sau semisferă (a, b, c), cu un capăt rigid la care se aplică presiunea de măsurat. Celălalt capăt (liber) se va deforma sub acţiunea presiunii, realizând fie o deplasare liniară, fie una unghiulară (cazul manometrelor), putând fi prevăzute cu contacte electrice de minim şi maxim (cazul presostatelor).

Sensibilitatea maximă a tuburilor Bourdon se obţine pentru cele cu secţiunea semisferică.

Traductoarele de presiune prezentate au o sensibilitate relativ redusă, precizia lor fiind influenţată de vibraţii şi şocuri, temperatură, umiditate existenţa derivei de zero etc.

Durata de viaţă a acestor traductoare este influenţată de ciclurile de funcţionare şi suprasarcinile la care sunt supuse, fiind totuşi traductoarele de presiune cele mai utilizate.

Traductor de presiune special

Pentru cazul presiunilor foarte mari (sute sau mii de daN/cm2) se folosesc traductoare de presiune speciale, una din variante fiind reprezentată principial în figura de mai sus.

Elementul sensibil este executat de obicei din oţel inoxidabil care, sub acţiunea unei presiuni este supus unei dilatări. Acest lucru va duce la variaţia lungimii unui fir rezistiv bobinat, adică la variaţia rezistenţei electrice a acestuia.

Cu ajutorul unui montaj potenţiometric sau cu o punte de măsură, variaţiile de

presiune sunt preluate sub forma unor semnale de tensiune electrică.

Pentru măsurarea subpresiunilor se utilizează :

vacuumetre Pirani,

traductoare de vacuum cu ionizare cu catod cald sau rece (Penning),

traductoare cu ionizare prin radiaţii (alfatron) şi traductoarele de tip magnetron.

Alte exemple de traductoare de presiune:

Timpanul - este un traductor de presiune acustică

undele sonore sunt caracterizate prin presiune şi viteză: pentru procesele tehnologice în care intervin aceste unde, foarte importantă

capilar: prin acesta, cavitatea şi exteriorul comunică pentru a elimina influenţa variaţiilor de presiune ale mediului ambiant

membrană: preia presiunea acustică şi o transformă într-o deplasare care se transmite unui traductor

carcasă

cavitate închisă (capsula microfonului)spre traductorul electric

este presiunea, deoarece viteza particulelor, fiind foarte mică, este dificil de determinat

în cazul urechii, vibraţiile sonore sunt “culese” de pavilionul urechii; undele intră în conductul auditiv şi ajung la timpan; acesta începe să vibreze şi informaţia este transformată (prin componentele anatomice ale urechii) în impulsuri electrice care sunt transmise la creier; se poate spune că timpanul este un traductor de presiune

Microfonul - în figura următoare sunt reprezentate schema de principiu şi componentele unui microfon cu rolul lor funcţional :

Traductoare piezoelectrice – sunt traductoare de presiune bazate pe fenomenul piezoelectric

fraţii Curie au descoperit fenomenul piezoelectric; astfel, cristalele de cuarţ (SiO2) presate pe două feţe opuse produc între alte două feţe opuse, o tensiune proporţională cu presiunea exercitată

proprietăţi piezoelectrice mai au şi turmalina, oxidul de zinc, titanatul de bariu şi altele

cristalele de cuarţ sunt folosite la ceasurile electronice de mână şi de precizie, a căror eroare în măsurarea timpului este foarte mică, de câteva zecimi de secundă într-o mie de ani

Traductoare de presiune relativă, absolută sau diferenţială : Cu următoarele caracteristici :

clase de precizie: ± 1%; ± 0,5%; ± 0,25% ; ± 0,1%

semnale de ieşire: 2 fire (4…20 mA) sau 3 fire (0...20 mA; 0…5

V ; 0…10 V)