Măsurări în procese industriale

1. Introducere

În funcţie de precizia dorită, pentru măsurarea vitezei unghiulare (turaţiei) pe cale

electrică, există o mare diversitate de mijloace. Tahometrul complet sau sistemul de măsură a

turaţiei include traductorul de turaţie, circuitele auxiliare şi instrumentul de ieşire. Partea de

traductor se compune dintr-un element sau mai multe, montate, ataşate sau incluse în dispozitivul

a cărui mişcare de rotaţie se măsoară şi un element sau elemente situate în imediata apropiere a

dispozitivului în mişcarea de rotaţie.

Funcţia de traductor are la bază modificarea transferului de energie între aceste

elemente în funcţie de turaţie. Circuitele auxiliare constau din surse de excitaţie, amplificatoare,

demodulatoare, numărătoare, convertoare etc.

Traductoarele de turaţie se clasifică în traductoare analogice şi digitale. Traductoarele

de turaţie analogice convertesc turaţia într-un semnal electric a cărui amplitudine este dependentă

(în cele mai multe cazuri liniar) de valoarea acesteia. Traductoarele digitale de turaţie convertesc

turaţia într-un semnal electric a cărui frecvenţă, perioadă sau intervalul de timp între două

impulsuri succesive este dependentă de turaţie.

Tahogeneratorul de c.c.

Tahogeneratorul este o micromaşină de c.c. cu colector, al cărui indus este rotit de

arborele pentru care se măsoară viteza unghiulară. Excitaţia maşinii se realizează cu ajutorul

unor magneţi permanenţi care formează inductoare cu una sau mai multe perechi de poli. Fluxul

magnetic în întrefier fiind constant, t.e.m. ce se culege la perii (5-30 V) este proporţională cu

turaţia indusului. Această proporţionalitate se păstrează şi pentru sarcini relativ mari conectate la

periile maşinii. Turaţia este indicată de un voltmetru ce se conectează la tahogenerator prin

intermediul unor rezistenţe care stabileşte şi domeniul de măsurare.

Tahogeneratoare de c.a.

Sunt cunoscute următoarele tipuri de tahogeneratoare de c.a.: tahogeneratorul sincron

mono şi trifazat şi tahogeneratorul cu rotorul în formă de pahar.

Tahogeneratorul sincron monofazat are înfăşurarea pe stator, iar rotorul format dintr-un

magnet permanent cu mai mulţi poli este cuplat pe axul la care se măsoară turaţia. Rotorul

produce în întrefierul maşinii un câmp magnetic învârtitor care induce în înfăşurarea de pe stator

o t.e.m. a cărui valoare este:

E0=K⋅Φ0⋅p⋅n

Traductoare de turaţie digitale

Faptul că montarea traductoarelor analogice de turaţie pe maşina a cărei viteză

unghiulară se măsoară nu este întotdeauna posibilă şi că maşinile de putere mică nu pot fi

încărcate cu mase relativ mari ale rotorului traductorului, constituie o limitare a acestora.

Înlăturarea acestor neajunsuri este posibilă prin utilizarea traductoarelor cu impulsuri. Precizia

acestora nu este afectată de parametrii liniei electrice de legătură între punctul de măsurare şi cel

de indicare. Producerea impulsurilor la rotaţia axului se obţine prin diferite metode: comutatoare

inductive, capacitive, fotoelectrice

Traductoare de turaţie capacitive.

Cele mai simple traductoare capacitive de turaţie (fig. 5) se bazează pe obţinerea unei

capacităţi variabile prin salt, proporţională cu turaţia arborelui ce se măsoară.

Traductorul capacitiv de turaţie din fig. 5 este compus dintr-un stator plat alimentat la

tensiunea E şi un rotor plat, solidar cu axul a cărui turaţie se măsoară. Capacitatea între stator şi

rotor se modifică prin salt în funcţie de poziţia rotorului; tensiunea U ce se obţine la ieşire are

forma de impulsuri a căror număr este dependent de turaţie.

Traductoare inductive de turaţie

Traductorul inductiv de turaţie în forma sa cea mai simplă este prezentat în fig.8. La

rotirea rotorului (1) cu turaţia de măsurat - n - în intrefierul electromagnetului (2) excitat de la

sursa I, se modifică reluctanţa magnetică şi ca urmare în bobina secundară se vor induce

impulsuri de tensiune proporţională cu turaţia n.

Traductoare de turaţie fotoelectrice

Cel mai simplu sistem de măsură fotoelectric al turaţiei este descris în fig. 10

Lumina emisă de sursa de lumină (1) este proiectată de sistemul optic compus din

lentilele (3) şi (4) pe fotoelementul (5). Între lentile este montat, pe arborele a cărui turaţie se

măsoară, un disc prevăzut cu orificiu, care permite razelor de lumină să treacă pentru scurt timp

spre fotoelement. Astfel că numărul de impulsuri electrice obţinute la ieşirea fotoelementului

este proporţional cu turaţia, rezoluţia fiind cu atât mai bună cu cât numărul de orificii este mai

mare (de obicei N=60).

O altă soluţie constă în dispunerea, pe axul a cărui turaţie se măsoară, a unor fâşii

alternante reflectorizante şi absorbante. Astfel că lumina trimisă de sursă este sesizată de

fotoelement cu un tact dependent de turaţie. Frecvenţa impulsurilor poate fi mărită prin mărirea

numărului de zone absorbante şi reflectorizante.

Cu această metodă se pot măsura cele mai mari turaţii intâlnite în tehnică 300÷300000

rot/min. În plus procedeele optice au avantajul că nu încarcă arborele a cărui mişcare se măsoară

Strobotahometre

Sunt aparate de măsură a turaţiei bazate pe efectul stroboscopic, ce prezintă avantajul

că măsurarea vitezei unghiulare se realizează în absenţa oricărui contact mecanic cu obiectul

aflat în mişcarea de rotaţie.

Obiectul de rotaţie este iluminat periodic cu impulsuri de mare intensitate şi de scurtă

durată. Dacă între frecvenţa impulsurilor luminoase şi frecvenţa obiectului există egalitate sau

raport de numere întregi, obiectul va fi iluminat mereu în aceeaşi poziţie şi datorită inerţiei

ochiului se va obţine o imagine imobilă.

Schema bloc a unui stroboscop electronic este prezentată în fig. 11.

Senzori pentru masurarea marimilor mecanice unghiulare (NOBAROT)]

1. VT250 - Interfaţa om-maşină (HMI display) dispune de un ecran tactil cu diagonala de 5.7" de

tip TFT cu rezoluţie QVGA într-o carcasă compactă de plastic. Dimensiunile semi-standardizate de

asamblare (212mm × 156mm × 50mm). VT250 permite accesul la cardul de memorie SD şi la bateria de

rezervă din afara carcasei. Conectorul tip sub-d cu 9 pini pentru portul de fieldbus este bine protejat,

suportă DeviceNet, CANopen şi Profibus, şi permite poziţionarea cablului în aceeaşi direcţie ca toate

celelalte cabluri. HMI-ul prezintă in partea de jos conectorul pentru alimentarea cu 24Vdc, portul de

comunicaţie ce suportă RS232 şi RS485 şi un port USB. De asemenea are si două porturi Ethernet de

timp real. Poate fi configurat ca master sau ca sclav. Procesorul RISC pe 32 de biţi cu frecvenţa de

200MHz oferă, pe lângă puterea de calcul necesară comunicaţiei, şi resurse suficiente pentru softwareul

de vizualizare şi control QVIS care permite utilizatorului să creeze şi să proiecteze interfeţe grafice

utilizator, furnizând toate funcţiile unui sistem modern de vizualizare, cum ar fi gestionarea alarmelor,

gestionarea elementelor componente, protecţia cu parolă, istorie, grafice şi simulări.