1. Tahogenerator 

  Figura 2.4.1 Principiul de lucru al tahogeneratorului [1] 

Tahogeneratorul funcționează pe principiul reluctanței variabile. Constă dintr-un ansamblu de roată dințată și un circuit magnetic așa cum se arată în figura 2.4.1. Roata dințată este montată pe axul sau elementul al cărei mișcare unghiulară trebuie  măsurată. Circuitul magnetic este o bobină înfășurată pe un miez de material feromagnetic. Deoarece roata se rotește, distanța de aer dintre dintele roții și miezul magnetic variază, ceea ce duce la o variație ciclică a fluxului legat de bobină. Emf alternativă  generată este măsura mișcării unghiulare. Un condiționator de semnal de modelare a impulsului este utilizat pentru a transforma ieșirea într-un număr de impulsuri care pot fi contorizate printr-un contor. 

Figura 2.4.2 Construcția și funcționarea generatorului AC

Un generator de curent alternativ (AC) poate fi de asemenea utilizat ca tahogenerator. Este format din bobina rotor care se rotește cu arborele. Figura 2.4.2 prezintă schema generatorului AC. Rotorul se rotește în câmpul magnetic produs de un magnet permanent staționar sau electromagnet. În timpul acestui proces, se produce o emf alternativă care este măsura vitezei unghiulare a rotorului. În general, acești senzori prezintă o eroare de neliniaritate de aproximativ ± 0,15% și sunt folosiți pentru rotații de până la aproximativ 10000 rot/min. 

2. Senzori piroelectrici  

  Figura 2.4.3 Principiul piroelectricității 

Acești senzori funcționează pe principiul piroelectricității, care afirmă că un material din cristal, cum este tantalitul de litiu, generează sarcină ca răspuns la fluxul de căldură. În prezența unui câmp electric, când un astfel de material cristal se încălzește,  dipolii lui electrici se aliniază așa cum se arată în figura 2.4.3. Aceasta se numește polarizare. La răcire, materialul își păstrează polarizarea. În absența câmpului electric, când acest material polarizat este supus unei iradieri infraroșii, polarizarea sa se reduce. Acest fenomen este măsura detectării mișcării unui obiect.  

Figura 2.4.4 Construirea și funcționarea unui senzor piroelectric 

Senzorul piroelectric este alcătuit dintr-un element gros de material polarizat acoperit cu electrozi cu peliculă subțire pe fețele opuse, așa cum se arată în figura 2.4.4. Inițial, electrozii sunt în echilibru electric cu materialul polarizat. La incidența cu infraroșu, materialul se încălzește și își reduce polarizarea. Acest lucru duce la dezechilibrul de sarcină la interfața cristal și electrozi. Pentru a echilibra acest dezechilibru, circuitul de măsurare furnizează sarcina, care este calibrată pentru detectarea unui obiect sau mișcării acestuia.

Aplicații ale senzorilor piroelectrici [2]

 • Detector de intruziune

• Detector optotermic

• Detector de poluare

• Senzor de poziție

• Studii cu celule solare

• Analiza motorului 

3. Marca tensometrică ca senzor de forță 

Figura 2.4.5 Celula de sarcină bazată pe marca tensometrică (strain gauge)

Senzorii bazați pe marcă tensometrică funcționează pe principiul schimbării rezistenței electrice. Când un element mecanic este supus unei tensiuni sau unei compresii, se modifică rezistența electrică a materialului mărcii. Aceasta este utilizată pentru a măsura forța acționată asupra elementului. Detaliile referitoare la construcția traductorului cu mărci tensometrice sunt  prezentate ulterior.  

Figura 2.4.5 prezintă o celulă de sarcină cu mărci tensometricei. Este formată dintr-un tub cilindric pe care sunt atașate mărci tensometrice. O sarcină aplicată pe gulerul superior al cilindrului comprimă elementul marcă tensometrică modificându-i rezistența electrică. În general, mărcile tensometrice sunt folosite pentru a măsura forțe de până la 10 MN. Erori de neliniaritate și repetabilitate  ale acestui traductor sunt de ± 0,03% și, respectiv, 0,02%. 

4. Presiunea fluidului 

Industriile chimică, petrolieră, energetică trebuie adesea să monitorizeze presiunea fluidului. Diferite tipuri de instrumente, cum ar fi diafragme, capsule și burdufuri sunt utilizate pentru a monitoriza presiunea fluidului. În general, se utilizează mărci tensometrice proiectate special prin dopare în diafragme pentru a măsura presiunea admisiei de intrare în aplicații precum automobile. În figura 2.4.6 este prezentat un aranjament tipic de mărci tensometrice pe diafragmă. Aplicarea fluidului sub presiune deplasează diafragma. Această deplasare este măsurată de mărcile tensometrice în termeni de deformație radială și/sau laterală. Aceste mărci tensometrice sunt conectate pentru a forma brațele unei punți Wheatstone. 

 Figura 2.4.6 O diafragmă 

Figura 2.4.7 Scheme: Barometru și Burduf    

Figura 2.4.8 Burduf cu LVDT [1] 

Barometrul este format prin combinarea a două diafragme ondulate. Are o sensibilitate sporită în comparație cu cea a diafragmelor. Figura 2.4.7 prezintă o schemă a unui barometru și a unui burduf. O stivă de barometre este numită „burduf”. Burduful cu senzor LVDT măsoară presiunea fluidului în termeni de schimbarea tensiunii rezultate pe bobinele secundare ale LVDT. Figura 2.4.8 prezintă un aranjament tipic al acestuia.  

5. Senzori tactili 

Figura 2.4.9 Schema unui senzor tactil [1] 

În general, senzorii tactili sunt folosiți pentru a sesiza contactul degetelor unui robot cu un obiect. De asemenea, sunt utilizate la fabricarea ecranelor „touch display” ale unităților de afișare vizuală (VDU) ale mașinilor-unelte CNC. În figura 2.4.9 este arătată construcția senzorului tactil pe bază de fluorură de polivinilin piezoelectrică (PVDF). Are două straturi PVDF separate printr-o peliculă moale care transmite vibrațiile. Un curent alternativ se aplică stratului PVDF inferior care generează vibrații datorate  efectului piezoelectric invers. Aceste vibrații sunt transmise stratului PVDF superior prin pelicula moale. Aceste vibrații provoacă o tensiune alternativă pe stratul PVDF superior. Când o presiune se aplică pe stratul PVDF superior, vibrațiile sunt afectate și tensiunea de ieșire variază. Aceasta declanșează un comutator sau o acțiune în roboți sau pe afișaje tactile. 

6. Senzor piezoelectric 

Figura 2.4.10 Principiul de funcționare al senzorului piezoelectric 

 Senzorul piezoelectric este utilizat pentru măsurarea presiunii, accelerației și forțelor dinamice, cum ar fi oscilația, impactul sau compresia și tensiunea de mare viteză. Acesta conține materiale cu cristale ionice piezoelectrice, cum ar fi cuarț (Figura 2.4.10). Prin  aplicarea forței sau presiunii, aceste materiale sunt întinse sau comprimate. În timpul acestui proces, sarcina pe material se schimbă și se redistribuie. O față a materialului devine încărcată pozitiv, iar cealaltă încărcată negativ. Sarcina netă q pe suprafață este proporțională cu cantitatea x cu care s-au deplasat sarcinile. Deplasarea este proporțională cu forța. Prin urmare, putem scrie,

                                                                        q = kx = SF                                                     (2.4.1)

unde k este constantă și S este o constantă denumită sensibilitatea la sarcină.  

7. Debitul de lichid 

Debitul de lichid este, în general, măsurat prin aplicarea principiului Bernoulli a debitului de fluid printr-o constricție. Cantitatea debitului de fluid este calculată folosind căderea de presiune măsurată. Volumul debitului de fluid este proporțional cu rădăcina pătrată a diferenței de presiune la cele două capete ale constricției. Există diferite tipuri de dispozitive de măsurare a debitului de fluide care sunt utilizate în automatizarea producției, cum ar fi placa cu orificiu, contorul cu turbină etc.

7.a Placă cu orificiu: 

Figura 2.4.11 Placă cu orificiu [1] 

Figura 2.4.11 prezintă o schemă a dispozitivului cu placă cu orificiu. El are un disc cu o gaură în centrul său, prin care curge fluidul.  Diferența de presiune este măsurată între un punct egal cu diametrul tubului în amonte și un punct egal cu jumătatea  diametrului în aval. Placa cu orificiu este ieftină și simplă în construcții, fără piese mobile. Prezintă un comportament neliniar și nu funcționează cu suspensii. Are acuratețe de ± 1,5%. 

7.b Contor cu turbină  

Figura 2.4.12 Schema contorului cu turbină [1]

Contorul de debit cu turbină are o acuratețe de ± 0,3%. Are un rotor cu mai multe palete montat central în conducta de-a lungul căruia trebuie măsurat debitul. În figura 2.4.12 este prezentată dispunerea tipică a rotorului și a unei bobine magnetice. Fluxul de fluid rotește rotorul. În consecință, bobina de prelevare magnetică contorizează numărul de impulsuri magnetice generate de distorsiunea câmpului magnetic de către paletele rotorului. Viteza unghiulară este proporțională cu numărul de impulsuri și debitul de fluid este proporțional cu viteza unghiulară.

8. Nivelul fluidului 

Nivelul de lichid dintr-un vas sau container poate fi măsurat, 

a. direct prin monitorizarea poziției suprafeței lichide 

b. indirect, prin măsurarea unor variabile legate de înălțime. 

Măsurările directe implică utilizarea plutitoarelor, însă metodele indirecte folosesc celule de sarcină. Potențiometre sau senzori LVDT pot fi folosiți împreună cu plutitoare pentru a măsura înălțimea coloanei de fluid. Forța detectată de celulele de sarcină este proporțională cu înălțimea coloanei de fluid. 

Chestionar:

1. La fabricarea senzorului _________________________ se utilizează fluorură de polivinilin piezoelectrică PVDF.  

2. Propuneți un senzor adecvat pentru a măsura nivelul acidului sulfuric dintr-un rezervor de stocare. Senzorul trebuie să emită un semnal electric ca ieșire.  

3. „Burdufurile sunt mai sensibile decât barometrele”. Afirmație adevărată sau falsă și justificați răspunsul.

4. Precizați aplicațiile senzorilor piroelectrici.