Senzori si traductoare-proiect

Senzori şi traductoare-Noţiuni generale

Cuprins
Argument..........................................................................................................................pag 3
Cap. 1 Senzori si traductoare...........................................................................................pag 6
1.1 Notiuni introductive...................................................................................................pag 6
1.2 Clasificarea senzorilor si traductoarelor.....................................................................pag 11
1.3. Principii fizice pe care se bazează funcţionarea senzorilor........................................pag 13
Cap. 2 Caracteristicile senzorilor...............................................................................pag 16
2.1. Caracteristici ale mărimii măsurate...........................................................................pag 16
2.2 Caracteristicile senzorilor.........................................................................................pag 16
2.3. Caracteristici electrice................................................................................................pag 17
2.4. Caracteristici mecanice si constructive......................................................................pag 18
2.4.1. Caracteristici ale regimului static....................................................................pag 19
2.4.2. Caracteristici ale regimului dinamic...............................................................pag 19
2.5 Cerinte impuse senzorilor si traductoarelor.............................................................pag 20
Concluzii...........................................................................................................................pag 21
Norme de protectia muncii, PSI, Protectia mediului.....................................................pag 22
Bibliografie.......................................................................................................................pag 23
Anexe

Argument
În procesul de producţie şi în cel de investigare şi exploatare a mediului mişcările şi
acţiunile pe care omul le execută pentru a acţiona asupra obiectelor muncii şi a mijloacelor de
muncă necesită contribuţia sistemelor senzoriale şi a centrilor nervoşi. Această activitate
permite identificarea parametrilor din mediu şi, totodată, optimizarea acţiunilor întreprinse.
Cea mai solicitată şi mai importantă funcţie senzorială este cea vizuală, care asigură
cantitatea preponderentă de informaţie, având şi cea mai mare viteză de transfer (circa 3x10 6
biţi/s). Vederea facilitează majoritatea acţiunilor umane de investigare a mediului:
identificarea obiectelor şi a configuraţiei acestora, a poziţiei şi a orientării lor, aprecierea
distanţelor. Extraordinara perfecţionare a simţului vizual explică, poate, absenţa altor senzori
de investigare la om, cum ar fi cei ultrasonici, cu care sunt dotate specii de animale ca lilieci,
delfini, balene ş.a.
Simţul auditiv permite omului recepţionarea undelor sonore din domeniul „audio", având
frecvenţe cuprinse între aproximativ 16 Hz şi 16 kHz. Rata de transfer a informaţiei auditive
este de circa 2x10 4 biţi/s. sensibilitatea cutanată a omului prezintă o importanţă deosebită,
fiinn asigurată de multipli receptori implantaţi în piele.
Simţul olfactiv (10 2 biţi/s) şi cel gustativ (10 biţi/s) sunt utilizate de om într-un număr
restrâns de procese de producţie din industria alimentară şi din cea cosmetică. Astfel de
sisteme senzoriale nu au fost implementate până în prezent la roboţi.
Pe măsură ce gradul de nedeterminare a principalilor parametri ai proceselor de
manipulare creşte, se impune înzestrarea maşinilor automate cu elemente senzitive şi de
prelucrare a semnalelor, având funcţii similare unor organe de simţ umane, denumite senzori
sau sisteme senzoriale.
O mare parte din elementele tehnice senzitive sunt încadrate în categoria de traductor. În
unele domenii, în special în sfera dispozitivelor electro- optice, se utilizează termenul de
detector (detector în infraroşu, fotodetector etc.).
Traductorul este acel dispozitiv care stabileste o corespondentă între o mărime fizică
(parametru de proces) variind într-un anumit domeniu prestabilit si un semnal electric calibrat
concordant unei stări/situatii de măsurare.

Senzorul este legat de modalitatea de perceptie a mărimilor măsurate, sugerând o
similitudine cu comportamentul uman în maniera de a obtine informatie despre cantitătile
fizice
Important: Un senzor nu imită modul de operare a simturilor umane (lucru de altfel
dificil, întrucât nu sunt cunoscute incă în profunzime mecanismele de functionare ale
organelor de simt), dar încearcă să redea cât mai bine comportamentul lor, iar prin
miniaturizare să se apropie de dimensiunile acestora.
Putem spune că senzorul presupune măsurarea unei mărimi într-o manieră similară modului
de observatie al omului. In acelasi timp, senzorii sunt dispozitive de mărimi
reduse (miniaturi), care permit determinări "punctuale" ale măsurandului, ceea
ce conduce la extensia definitiei către "arie" / "matrice" de senzori.
Prin senzori se înteleg ansambluri de dispozitive sensibile care permit determinarea unui
câmp de valori pentru o mărime fizică într-o manieră similară cu organele de simt umane
Concluzie: Senzorii permit obtinerea de imagini sau hărti ale unei scene prin căi
similare/analoge omului. Această afirmatie trebuie înteleasă în sensul definitiei introduse,
adică câmpul de valori obtinut cu ajutorul senzorilor trebuie prelucrat în vederea redării
cât mai corecte a imaginii achizitionate, deci aceasta să aibă o reprezentare similară celei
formate în modul de gândire umană.
Prin prisma definiţiei, un senzor realizează aceeasi functie ca si un traductor, adică
percepe starea unei mărimi fizice pe care o converteste în semnal electric; în consecintă,
structura functională a unui senzor respectă - în principiu - aceeasi schema ca a
traductorului. Aceasta explică de ce cele două notiuni sunt folosite frecvent în explicarea
principiilor functionale pentru diferite structuri constructive. Totusi, senzorilor le sunt
specifice cel putin trei caracteristici:
-miniaturizarea, care permite realizarea de măsurări (determinări)
"punctuale"ale mărimilor investigate;
-multiplicarea funcţională, adică existenta în structura unui senzor a unui număr mare
de dispozitive sensibile care îndeplinesc aceeasi functie, dispuse liniar sau matricial;
-fusiunea senzoriala, care presupune reuniunea mai multor senzori intr-o configuratie
unica, pentru a asigura o functionalitate dorita.
Aceste caracteristici, împreună cu proprietatea de "imitare" a simturilor umane, fac ca
senzorii să se diferentieze de traductoare. Exemplificare: fenomenul de piezoelectricitate
folosit atât în constructia traductoarelor de fortă cât si a senzorilor tactili.

Cap. 1 Senzori si traductoare
1.1 Notiuni introductive
Din totalitatea mărimilor prezente, în realitatea obiectivă se evidenţiază mulţimea
mărimilor măsurabile care îndeplinesc următoarele condiţii:
- pot fi definite;
- li s-a elaborat o scală de măsurare;
aparatul de măsurare care permite efectuarea măsurării a fost realizat pe baza unei metode de
măsurare
Scala de măsurare este formată din totalitatea numerelor reale, ce pot fi atribuite unei
mărimi măsurabile.
Metoda de măsurare reprezintă un sistem de reguli sau de principii care conduc la
determinarea valorilor mărimilor măsurabile.
Măsurarea reprezintă un proces complex, care constă din ansamblul operaţiilor necesare
privind solicitarea, obţinerea, transmiterea, recepţia şi prelucrarea semnalului metrologic,
pentru a se obţine valoarea mărimii măsurate.
Aparatul de măsurare poate fi reprezentat ca o reţea de captare şi de transmitere a
informaţiilor, denumită lanţ de măsurare. Aparatul de măsurare constituie, prin urmare, un
canal informaţional de-a lungul căruia vehiculează un semnal energetic purtător al informaţiei
de măsurare, denumit semnal metrologic.
Pentru formarea şi circulaţia semnalului metrologic, este necesară o energie de măsurare.
Măsurarea mărimilor neelectrice are un rol important atât în coordonarea de către om a
unui proces tehnologic, cât şi în funcţionarea celor mai perfecţionate sisteme automate care
conţin calculatoare electronice.
Elementele care servesc la convertirea (transformarea) unei mărimi de o anumită natură fizică
într-o mărime de aceeaşi natură, dar care variază în altă gamă de valori sau într-una de o altă
natură fizică, se numesc traductoare.
Traductorul converteşte:
- o mărime neelectrică (care trebuie măsurată) într-o mărime electrică; (de exemplu,
termocuplul converteşte temperatura în tensiune electromotoare);

- o mărime neelectrică tot într-o mărime neelectrică (de exemplu, traductoarele
pneumatice convertesc variaţia dimensiunilor unei piese în variaţii de presiune ale aerului
comprimat).
- Traductoarele trebuie sa conţină un element sensibil la variaţia unui anumit parametru.
Astfel, un traductor de temperatură trebuie să conţină un element sensibil la variaţia
temperaturii. Deci este necesar ca elementul sensibil al unui traductor să aibă o proprietate
fizică dependentă de mărimea măsurată în mod liniar şi într-un interval mare.
- De multe ori, informaţia căutată se referă la mărimi ce implică o energie care se
dezvoltă sau care acţionează în fenomenul studiat, de exemplu: energie mecanică (forţă,
presiune, deformaţie, deplasare, debit, viteză, acceleraţie), energie chimică (potenţial
electrochimic), energie termică (temperatură, flux de căldură), energie radiantă (intensitate de
radiaţie, distribuţie spectrală a radiaţiei), energie electrică (tensiune, curent, câmp electric
etc.). În aceste cazuri, semnalul electric se poate obţine cu ajutorul traductorului, prin simpla
conversie a marimii neelectrice respective in marime electrica.
In procesul de măsurare, traductoarele pot ocupa diferite poziţii pe lanţul de transmitere a
informaţiei:
- traductorul care preia informaţia de la măsurand se numeşte traductor de intrare
(traductor primar) sau senzor;
- traductorul de ieşire se află la ieşirea mijlocului de măsurare şi realizează adaptarea
sistemului de utilizare a informaţiei de măsurare la lanţul de măsurare;
pe lanţul de măsurare pot exista şi traductoare intermediare care au rolul de a realiza
transformări ale energiei purtătoare de informaţie în mărimi ce pot fi prelucrate mai uşor, în
condiţii de exactitate, viteză si imunitate la perturbatii exterioare.
Cuvintele „senzor", „traductor" şi, mai rar „aparate electronice de măsurare şi control"
sunt folosite frecvent în cadrul sistemelor de măsurare. Poate că şi precizia lingvistică
pledează în favoarea primelor două noţiuni, dar, cu siguranţă, semnificaţia acestora acoperă
paleta largă de situaţii practice întâlnite în măsurarea mărimilor fizice. Cel dintâi („senzor")
este foarte popular în terminologia americană, în timp ce al doilea („traductor") a intrat - de
mulţi ani - în limbajul specialiştilor europeni.
Definiţia cuvântului traductor este de „dispozitiv care transferă putere de la un sistem la
altul, în aceeaşi formă sau într-una diferită".
Denumirea de „senzor" are la origine termenul „simţ", care provine din latinescul „sensus" şi
denumeşte acea facultate a oamenilor şi a animalelor de a distinge impresii din lumea
exterioară, prin intermediul organelor de simţ. Omul poate percepe din mediul înconjurător

lumina, culorile, sunetele, căldura, mirosurile şi gusturile, cu ajutorul ochilor, urechilor, pielii,
nasului şi a limbii
O definiţie de dicţionar atribuie cuvântului senzor semnificaţia de „dispozitiv care detectează
o schimbare într-un stimul fizic şi o transformă într- un semnal care poate fi masurat sau
inregistrat.
O delimitare sensibilă între cele două noţiuni constă în folosirea cuvântului „senzor" doar
pentru elementul sensibil însuşi, iar cuvântul „traductor" pentru elementul sensibil şi circuitele
asociate.
De exemplu, se poate spune că un termistor este un „senzor", în timp ce un termistor plus o
punte de măsurare rezistivă (care transformă variaţiile de rezistenţă electrică în variaţii de
tensiune) este un „traductor". Astfel, toate traductoarele vor conţine unul sau mai mulţi
senzori, capabili să efectueze conversia mărimii de măsurat într-o altă mărime, care prezintă
calitatea de a fi uşor măsurabilă. Majoritatea senzorilor (dar nu toţi) sunt traductoare.
Dezvoltările tehnologice din ultima perioadă, ca şi modalităţile conceptuale ale celor două
categorii, fac ca cele două noţiuni să aibă semnificaţii sensibil diferite.
Un traductor este - în esenţă - un convertor de energie, ceea ce înseamnă că semnalul de
intrare are întotdeauna energie sau putere.
Transformarea unei mărimi într-o altă mărime necesită întotdeauna prezenţa uneia sau a mai
multor forme de energie. Traductoarele pot realiza fie transformarea directă, dintr-o formă de
energie în alta - în cazul mărimilor active, purtătoare de energie (forţa, curentul electric,
sarcina electrică etc.)-, fie modularea unei energii, în funcţie de un parametru - care reprezintă
măsurandul-, în cazul mărimilor pasive (densitatea, rezistenţa electrică, capacitatea electrică,
inductivitatea, etc.
Se poate spune că senzorul presupune măsurarea unei mărimi într-o manieră similară modului
de a observa folosit de om. În acelaşi timp, senzorii sunt dispozitive de mărimi reduse
(miniaturi), care permit determinări punctuale ale masurandului.
Prin urmare, senzorii reprezintă ansamblurile de dispozitive sensibile care permit
determinarea unui câmp de valori ale unei mărimi într-o manieră similară cu organele de simt
umane.
Traductoarele pot fi utilizate în mai multe moduri:
a) Pentru indicarea valorii unui parametru, traductoarele se conectează în general la
aparate de măsurat sau la aparate înregistratoare gradate în unităţile respective de măsură.

De exemplu, pentru a măsura valoarea temperaturii dintr-un cuptor cu ajutorul unui
termocuplu, este necesar un milivoltmetru gradat în °C. Sunt însă şi traductoare care pot
acţiona direct asupra unui ac indicator. De exemplu, la măsurarea temperaturii cu traductoare
bimetalice, acul indicator fiind actionat de capatul liber al lamei bimetalice.
Mărime Traductor Semnal Aparat
măsurată intermediar " indicator
Cu aparat indicator
Mărime Traductor Semnal Adaptor Semnal
măsurată intermediar " unificat
cu adaptor
Schema de măsurare: a - cu aparat indicator; b - cu adaptor
b) Pentru obţinerea unui semnal folosit în sistemele automate simple (de stabilizare a
valorii unui parametru) sau în sistemele automate complexe ce conţin calculatoare electronice,
traductoarele se conectează la dispozitive numite adaptoare. Rolul unui adaptor este de a
transforma mărimea de ieşire a traductorului într-o altă mărime standardizată, care este
utilizată în transmiterea informaţiei între blocurile sistemului automat. La ieşire, adaptorul
furnizează semnale unificate, adică semnale în curenţi sau tensiuni continue, variind între
anumite limite, indiferent de natura şi de domeniul de variaţie al mărimii aplicate la intrarea
traductorului
Prin utilizarea semnalelor unificate, se reduce diversitatea de aparate necesare pentru
automatizarea unui proces tehnologic şi se simplifică operaţiile de exploatare şi de întreţinere,
deoarece, în acest caz, aparatele de acelaşi tip sunt interschimbabile.
În automatizările industriale, este necesară instalarea unui număr mare de traductoare,
pentru cele mai diferite mărimi. Din această cauză, în practică se întâlnesc adaptoare care

diferă în primul rând după tipul operaţiei de convertire efectuate. Astfel, există adaptoare care
convertesc o tensiune continuă în curent continuu, o tensiune alternativă în curent contiuu, o
deplasare în curent continuu ş.a.m.d. Mărimea în care se convertesc depinde de sistemul
unificat din care face parte adaptorul respectiv. Aşadar, măsurarea diferiţilor parametri este o
operaţie fără de care controlul desfăşurării unui proces tehnologic şi, cu atât mai mult,
automatizarea sa complexă nu sunt posibile.
Diversitatea aparatelor de măsurare şi control utilizate astăzi în industrie este extrem de mare.
Cu toate acestea, se poate contura o structură generală comună celor mai multe dintre aceste
aparate. Sub o formă simplificată, această structură generală de măsurare este prezentata in
figura urmatoare.
Schema generală de măsurare
Senzorii şi traductoarele sunt primele elemente ale unui lanţ de măsurare. Fiecărui
măsurând îi este asociat un senzor, al cărui rol este de a converti acest măsurand de valoare x
într-o altă mărime fizică y, printr-o funcţie y(x), cunoscută de măsurand. Se urmăreşte ca
mărimea x să fie de natură electrică sau transformabilă uşor în mărime electrică, ea fiind la
originea semnalului electric prelucrat în lanţul de măsurare.
Senzorul (captorul) este elementul din lanţul de măsurare direct influenţat de mărimea de
măsurat.
Exemple: joncţiunea unui termometru termoelectric, tubul Bourdon al unui manometru,
flotorul unui aparat de măsurat nivelul lichidului etc.
Traductorul este dispozitivul care face ca unei mărimi de intrare să îi corespundă, conform
unei legi determinate, o mărime de ieşire. Exemple de traductori sunt: transformatorul de
măsurare, termoelementul, etc.

1.2.. Clasificarea senzorilor si traductoarelor
Înainte de a face o clasificare a senzorilor şi a traductoarelor, prezentăm în figura
urmatoare „arborele" domeniilor de aplicare a senzorilor.
Arborele domeniilor de aplicare a senzorilor
În practică, există o mare varietate de tipuri de traductoare şi de adaptoare, care se pot
clasifica în mai multe moduri:
I. după modul prin care se realizează transformarea mărimii neelectrice în mărime
electrică:
a) traductoare directe, care transformă direct mărimea neelectrică de măsurat într-o
variaţie a unei mărimi electrice la ieşirea lor (majoritatea traductoarelor utilizate
în aparatele de măsură şi control sunt de acest tip);
b) traductoare complexe, în care conversia mărimii neelectrice în mărime electrică se
efectueaza in trepte succesive

II. după natura mărimii electrice furnizate la ieşirea lor:
a) traductoare parametrice (sau modulatoare), în care mărimea de intrare influenţează
proprietăţile materialului constitutiv al traductorului şi este transformată în variaţii ale
proprietăţilor de material (rezistenţă, inductanţă, capacitate etc.). Din această categorie
fac parte termistorul, termorezistenţa etc. Temorezistenţa este un traductor parametric,
deoarece la variaţia mărimii măsurate, adică a temperaturii, transmite la ieşire o variaţie
a unei rezistenţe electrice. Utilizarea acestor traductoare necesită, de regulă, folosirea
unei surse externe de excitaţie (de activare), pentru punerea în evidenţă a modificărilor
mărimii de ieşire;
traductoare generatoare (sau energetice), în care mărimea de intrare este transformată la
ieşirea traductorului direct într-o tensiune electromotoare, sarcină electrică sau curent. Din
această categorie fac parte traductorul piezoelectric, termocuplul etc. Termocuplul este un
traductor generator, deoarece la variaţia mărimii măsurate, adică a temperaturii, transmite la
iesire o tensiune electromotoare.
Prin urmare, deosebirea dintre un traductor generator şi un traductor parametric consta în
natura diferita a semnalelor transmise la ieşire. Astfel, din categoria traductoarelor
parametrice fac parte traductoarele bazate pe variaţia unui parametru.
În general, senzorii parametrici sunt mai sensibili şi mai exacţi decât cei generatori,
consumă mai puţină
energie din fenomenul supus măsurării şi, prin aceasta, îl perturbă mai puţin.
Senzorii generatori au, în schimb, avantajul că dau la ieşire direct o tensiune care poate fi
nemijlocit măsurată de un aparat electric de masurare.
III. după destinaţia lor funcţională:
a) traductoare de temperatură;
b) traductoare de mărimi mecanice (forţă, presiune, tensiune mecanică, acceleraţie);
c) traductoare de semnale electrice (radiante);
d) traductoare de mărimi magnetice;
e) traductoare de mărimi chimice
IV. după mărimea de ieşire:
a) analogice, care furnizează la ieşire un semnal continuu variabil cu mărimea măsurată;
numerice, care furnizează un semnal discontinuu, o succesiune de impulsuri sau o combinaţie de
tensiuni, care după un anumit cod reprezintă valoarea numerică.

1.3. Principii fizice pe care se bazează funcţionarea senzorilor
Dezvoltarea rapidă a senzorilor produsă în ultimele decenii se datorează îndeosebi apariţiei
unor noi materiale şi descoperirii de noi efecte ce derivă din proprietăţile acestor materiale,
ceea ce a favorizat un important progres în domeniul fizicii, în general, şi în domeniul
electronicii, în particular.
Imediat ce a fost descoperit un nou efect fizic, s-a studiat posibilitatea folosirii acestuia la
realizarea unui senzor cu aplicativitate în procesul de măsurare. Aproape toate efectele fizice
cunoscute în prezent sunt efectiv utilizate pentru realizarea senzorilor.
În continuare, sunt prezentate pe scurt aceste efecte fizice, pentru evidenţierea domeniilor de
aplicare. Descrierea detaliată a acestora este realizată la tratarea fiecărui tip de senzor (de
exemplu, efectul termoelectric)
Efectul termoelectric
Se obţine într-un circuit format din două conductoare de natură chimică diferită, realizând,
la temperaturile Tj şi T2, joncţiuni care generează o tensiune termoelectrică ET.
Aplicaţii: măsurarea unei temperaturi necunoscute Tp dacă T2 (0°C de exemplu) este
cunoscută.
I. Senzorii generatori se numesc şi senzori activi şi au la baza principiului de
funcţionare un efect fizic ce asigură conversia în energie electrică a energiei
termice, mecanice sau de radiaţie. Cele mai semnificative efecte de acest tip sunt
prezentate în tabelul urmator.
Mărimea de măsurat Efectul utilizat Mărimea de ieşire
?
Temperatura Termoelectricitate Tensiune
Flux de radiaţii optice Piroelectric Fotoemisie Efect Sarcină electrică Curent
fotovoltaic
Efect Tensiune Tensiune
fotoelectromagnetic
Forţă
Piezoelectricitate
Sarcină electrică
Presiune
Acceleraţie
Viteză Inducţie electromagnetică Tensiune
Poziţie (magnet) Efect Hall Tensiune

Efectul piroelectric
Anumite cristale denumite piroelectrice (de exemplu, sulfatul de triglicerină), au o
polarizare electrică spontană, care depinde de temperatura lor; ele se încarcă la suprafaţă cu
sarcini electrice, proporţionale cu această polarizare şi de semne contrare, pe feţele opuse.
Aplicaţii: un flux de radiaţii luminoase absorbit de un cristal piezoelectric ridică
temperatura, producând o modificare a polarizării, ce se măsoară prin variaţia de tensiune de
la bornele unui condensator conectat în schemă.
Efectul piezoelectric
Acest efect se datorează proprietăţii anumitor dielectrici cristalini (cuarţul, titanatul de
bariu) de a se polariza în urma modificărilor dimensionale, produse de aplicarea unei forţe.
Aplicaţii: măsurarea forţelor, a presiunilor şi a acceleraţiilor, prin intermediul tensiunii
care produce variaţia sarcinii sale electrice la bornele unui condensator asociat elementului
piezoelectric.
Efectul inducţiei electromagnetice
Dacă un conductor se deplasează într-un câmp de inducţie fix, el este sediul unei tensiuni
electromotoare proporţionale cu fluxul tăiat în unitatea de timp şi cu viteza sa de deplasare.
De asemenea, în cazul unui circuit închis aflat într-un flux de inducţie variabilă, se induce
o tensiune electromotoare egală cu viteza de variaţie a fluxului magnetic prin suprafaţa acelui
circuit, luată cu semn schimbat.
Aplicaţii: măsurarea tensiunii electromotoare de inducţie pentru a se determina o viteză
de deplasare.
Efectul fotoelectric
Prin efect termoelectric se înţelege apariţia unei tensiuni electromotoare într-un sistem
format din două metale diferite, puse în contact. În general, acest efect are la origine
eliberarea sarcinilor într-un material, sub influenţa unei radiaţii luminoase sau a unei unde
electromagnetice, când lungimea de undă este inferioară celei proprii ce caracterizează
materialul. Se disting mai multe tipuri.
a) Efectul fotoemisiv
În cazul iluminării, sunt emişi electroni liberi, dând naştere unui curent a cărui
intensitate se măsoară în aplicaţiile realizate.
b) Efectul fotovoltaic
Atât electronii, cât şi golurile, sunt eliberaţi în vecinătatea unei joncţiuni de
semiconductori p sau n, sub acţiunea unui flux luminos, iar deplasarea
purtătorilor de sarcină modifică tensiunea la borne.

c) Efectul fotoelectromagnetic
Aplicarea unui câmp magnetic perpendicular pe radiaţii provoacă în materialul
iluminat apariţia unei tensiuni electrice în direcţie normală pe câmpul magnetic şi
pe radiaţii.
Aplicaţii: cele trei tipuri de efecte fotoelectrice prezentate permit obţinerea curentului sau a
tensiunii, în funcţie de iluminarea unui ecran şi stau la baza măsurării mărimilor fotometrice,
pe de o parte, iar pe de altă parte asigură circulaţia unui semnal electric dependent de
intensitatea luminoasă.
f)Efectul Hall
Un material, în general semiconductor, sub formă de plăcuţe, este
parcurs de un curent I şi supus unei inducţii B, făcând un unghi 0 cu
curentul. Pe direcţia perpendiculară pe inducţie şi curent va apărea o
tensiune UH de expresie:
UH = kHIB sin 0,
unde:
kH - constanta Hall, ce depinde de material şi de dimensiunile plăcuţei;
În tabelul urmator sunt prezentate principiile fizice precum şi tipurile de materiale
utilizate pentru ce stau la baza funcţionării senzorilor parametrici, obţinerea acestora.
Mărimea de măsurat Caracteristici electrice sensibile Tipuri de materiale utilizate
Temperatura
Rezistivitate Constantă Metale: platină, oţel, nichel
Temperatura foarte înaltă electrică
Semiconductoare, sticlă
Flux de radiaţii optice Rezistivitate Semiconductoare
Deformaţii
Rezistivitate
Permeabilitate magnetică
Aliaje de nichel, siliciu Aliaje
feromagnetice
Poziţie (magnet) Rezistivitate Materiale magnetorezistente:
bismut, antimoniura de indiu
Umiditate Rezistivitate Constantă Clorură de litiu Alumină, polimeri
dielectrică
Nivel Constantă dielectrică Lichide izolante

Cap. 2
Caracteristicile senzorilor
2.1. Caracteristici ale mărimii măsurate
Domeniul de măsurare este definit de limita inferioară şi de cea superioară a valorii
măsurandului, pentru care senzorul permite efectuarea corectă a măsurării. Se exprimă prin
intervalul Xmax - Xmin pentru care este definită această valoare. Valorile-limită Xmax si
Xmin pot să fie zero sau să aibă orice altă valoare
2.2 Caracteristicile senzorilor
Orice senzor poate fi privit ca o „cutie neagră", la intrarea căreia se aplică mărimile
fizice care urmează a fi măsurate, ieşirea fiind constituită din semnale electrice,
adecvate transmiterii către sistemul de comandă
Cei mai importanţi factori perturbatori de natură externă se datorează mediului
înconjurător în care se află traductorul (temperatură, presiune, umiditate, câmpuri electrice şi
magnetice etc.), în timp ce o serie de perturbaţii cum ar fi zgomotele generate de rezistoare
sau de semiconductoare, modificarea proprietăţilor materialelor prin îmbătrânire, apariţia de
abateri funcţionale faţă de condiţiile de etalonare sunt considerate drept mărimi de influenţă
internă.
Performanţele globale ale lanţului de măsurare rezultă din performanţele individuale ale
diverselor blocuri componente. De aceea, fiecare dintre aceste blocuri trebuie ales în funcţie
de condiţiile particulare ce îi sunt impuse. Această selecţie se realizează pornind de la

caracteristicile metrologice ale lanţului de măsurare, care reprezintă un ansamblu de
specificaţii ce descriu funcţionarea corectă.
Figura urmatoare sintetizează caracteristicile senzorilor
- influenţa
- caracteristica statică histerezis
- timp de repaos
- timp de funcţionare
temperaturii
- repetabilitate
- frecvenţa de rezonanţă
- grad de protecţie electrică
- influenţa
- rezoluţie
- caracteristica de frecvenţă
- protecţie la condiţii de climă
umidităţii
- sensibilitate
- influenţa
- prag de sensibilitate
vibraţiilor şi
şocurilor
- influenţa
acceleraţiilor
2.3. Caracteristici electrice
O serie de caracteristici electrice sunt legate de tensiunile şi de curenţii de alimentare a
senzorilor, precum şi de abaterile admise pentru tensiuni, frecvenţe şi curenţi de alimentare.
Important este şi consumul de energie.
Alte caracteristici se referă la semnalele electrice de la ieşire, care pot fi analogice,
caracterizate de forţ printr-o mărime electrică (tensiune, curent, sarcină) proporţională cu
măsurandul, acoperind o plajă continuă de valori în timp, sau numerice, în cazul cărora
măsurandul este reprezentat printr-un şir de valori discrete.

2.4. Caracteristici mecanice si constructive
Caracteristicile mecanice şi cele constructive ale senzorilor se stabilesc astfel încât să
îndeplinească condiţiile impuse de aplicaţiile în care urmează să fie utilizaţi. În general,
formele şi dimensiunile senzorilor trebuie concepute in sensul respectarii acestor cerinte.
-Robusteţea reprezintă proprietatea senzorului de a avea o funcţionare stabilă, în
condiţii de variaţii ale factorilor de mediu (şocuri, vibraţii, câmpuri electromagnetice
etc.).
Cu cât condiţiile de mediu pe care trebuie să le suporte aparatul de măsurat sunt
mai severe (şocuri, vibraţii, umiditate, agenţi nocivi, variaţii de temperatură), cu atât
robusteţea trebuie să fie mai mare.
Robusteţea este caracterizată prin capacitatea de supraîncărcare şi de suprasolicitare a
aparatului.
-Capacitatea de supraîncărcare reprezintă proprietatea senzorului de a suporta valori ale
mărimii de măsurat care depăşesc limita superioară a domeniului de funcţionare specificat în
cartea tehnică. Ea se mai poate defini ca valoarea maximă nedistructibilă, raportată la limita
superioară a domeniului de măsurare, fără ca aceasta să conducă la deteriorări constructive
sau la degradarea performanţelor funcţionale (sensibilitate, precizie, liniaritate, histerezis).
Capacitatea de supraîncărcare se poate referi la un timp mai lung - suprasarcină - sau la un
timp mai scurt - soc. Circuitul de ieşire al traductoarele este prevăzut cu limitare de semnal,
chiar dacă au loc depăşiri ale domeniului nominal al marimii de intrare.
-Protecţia climatică se referă la funcţionarea senzorului în condiţii specifice zonelor
climatice (rece, temperată, tropical-umedă, tropical-uscată şi foarte rece), stabilite la
recomandarea CEI (Comitetul Electrotehnic Internaţional).
-Protecţia contra exploziilor cuprinde o serie de măsuri specifice, în scopul evitării
aprinderii atmosferelor combustibile (explozive).
-Protecţia anticorozivă este necesară atunci când anumite părţi ale senzorului vin în contact
direct cu medii corozive. În acest caz, se folosesc materiale rezistente la astfel de medii sau se
acoperă cu peliculă

2.4.1. Caracteristici ale regimului static
Regimul staţionar al senzorilor se caracterizează prin aceea că atât mărimea de intrare, cât
şi mărimea de ieşire sunt invariabile pe durata observării. Pentru acest regim, se definesc o
serie de indicatori de performanţă, numiţi global caracteristici statice.
Caracteristicile statice permit determinarea răspunsului, când mărimea de intrare este
constantă sau când variaţiile sale sunt suficient de lente, pentru ca, în fiecare moment,
răspunsul să fie cel corespunzător unei mărimi de intrare, presupusă constantă. Aceste
caracteristici descriu performanţele senzorului, în condiţii de mediu normale (temperatura de
25 ± 10°, umiditatea relativă de 90% sau mai mică şi presiunea atmosferică de 880 - 1080
mbar). Valoarea măsurată se modifică lent şi nu există lovituri, şocuri şi vibraţii mecanice.
Caracteristica statică a unui senzor (traductor) este definită prin dependenţa dintre
mărimea de ieşire şi mărimea de intrare a unui traductor în regim staţionar. Mărimea de
ieşire a traductorului nu trebuie să fie influenţată de perturbaţii. Când perturbaţiile
influenţează mărimea de ieşire a traductorului, trebuie luate măsuri pentru a compensa
efectul acestora.
Caracteristica statică este reprezentată de relaţia
y = f(x)
Între intrare şi ieşire exista o relaţie liniara, astfel încât curba ideala este o dreapta de
forma:
y = ax + b
2.4.2. Caracteristici dinamice
Regimul dinamic al unui senzor corespunde funcţionarii acestuia în condiţiile în care
mărimea de măsurat şi, deci, semnalul de ieşire, variază în timp. Analiza comportării în regim
dinamic este mult mai complexă decât cea în regim static şi presupune utilizarea unei
aparaturi sofisticate. Caracteristicile dinamice stabilesc reacţia în timp a senzorului la
modificările mărimii măsurate.
Dacă semnalul de intrare este o funcţie de timp x(t), trebuie să se caracterizeze evoluţia
semnalului de ieşire, care este, de asemenea, o funcţie de timp y(t).
Pentru studierea evoluţiei semnalului de ieşire, se utilizează, în general, două tipuri de
semnale de intrare:
- semnal sinusoidal - caracterizare în domeniul frecvenţă;
- semnal treaptă - caracterizare în domeniul timp.

Caracteristica dinamică se defineşte prin inerţia unui traductor şi reprezintă dependenţa
dintre mărimea de ieşire şi mărimea de intrare a traductorului, în regim dinamic
Prin regim dinamic se înţelege starea de funcţionare în care mărimea de intrare şi, prin
urmare, mărimea de ieşire variază în timp.
Cele mai importante caracteristici dinamice sunt caracteristica de frecvenţă şi cea de
răspuns la variaţii în salt (impuls, treaptă) a mărimii de intrare
2.5 Cerinte impuse senzorilor si traductoarelor
Principalele cerinţele impuse traductoarelor sunt:
- să execute prelucrarea primară a informaţiei;
- să ofere o siguranţă mare în exploatare;
- să furnizeze un semnal mare de ieşire, cu precizie ridicată;
- să nu perturbe măsurandul;
- să permită alegerea domeniului de măsurare şi reglarea sensibilităţii;
- să admită suprasarcină de durată;
- să fie asigurată imunitatea la perturbaţii;
- să prezinte adaptabilitate la amplasare;
- să aibă o construcţie rigidă, rezistentă la şocuri şi la acţiunea mediului înconjurător;
- să aibă gabarit redus şi masă mică;
- să fie proiectate în construcţie modulară şi să permită interschimbabilitatea;
- să aibă legături simple de intrare şi ieşire;
- să asigure îndeplinirea normelor de protecţia muncii;
- să necesite o reglare şi o întreţinere uşoară;

Concluzii
Traductorul este acel dispozitiv care stabileste o corespondentă între o mărime fizică
(parametru de proces) dintr-un anumit domeniu prestabilit si un semnal electric calibrat
concordant unei stări/situatii de măsurare, iar semnalele electrice sunt folosite în
majoritatea sistemelor de măsurare.
-traductorul este - în general - element al sistemelor automate care furnizează indicatii
cantitative sistemelor de control/comandă despre procesul automatizat;
-traductorul are un caracter dual:
- de instrument de măsurat;
- de element tipic functional al sistemului de automatizare;
-traductorul trebuie să furnizeze semnale care să poată fi interpretate, deci iesirea lui este - de
regulă - un semnal electric. Mai mult, iesirea trebuie să fie proportională cu intrarea
-traductoarele electrice pot fi proiectate pentru orice mărime neelectrică prin alegerea
unui material corespunzător pentru elementul sensibil (datorită structurii electronice a
materiei, orice variatie într-un parametru neelectric va avea ca efect o variatie
corespunzătoare a unui parametru electric);
Avantaje:
-datorită posibilitătilor electronice de amplificare ale semnalului electric de iesire rezultă
că energia acestuia nu este alterată în procesul de măsurare;
-în prezent sunt disponibile un mare număr de circuite de conditionare si prelucrare
electronice; mai mult, în unele structuri monolitice de traductoare electronice sunt incluse
astfel de circuite;
-există o mare gamă de optiuni privind afisarea si înregistrarea informatiei într-o manieră
electronică; de asemenea, astfel de optiuni permit combinarea datelor numerice cu texte,
respectiv prezentarea sub formă de grafice si diagrame;
-transmisia semnalelor electrice este mult mai versatilă în comparatie cu alte categorii de
semnale.

Norme de protectia muncii, PSI, Protectia mediului
Prin noţiunea de protecţia muncii se înţelege ansamblul de măsuri tehnice, sanitare,
organizatorice şi juridice aplicate pentru ocrotirea sănătăţii şi vieţii oamenilor ce desfăşoară o
activitate organizatorică şi face parte integrantă din procesul muncii.
Încălcarea dispoziţiilor legale privind protecţia muncii şi normele PSI atrage după sine
răspunderea disciplinară, administartivă, materială sau penală, după caz, potrivit legii.
Spre a evita posbilitatea accidentării în cursul executării lucrărilor de laborator si a
lucrarilor din atelierele scolare se impune respectarea cu stricteţe a următoarelor reguli:
I. Înainte de începerea efectivă a lucrării elevul este chestionat asupra conţinutului
acesteia, fiind notat în funcţie de pregătire.
II. La terminarea lucrării, părăsirea laboratorului este permisă numai după ce
conducătorul lucrării vede rezultatele şi semnează caietul de însemnări, iar personalul
tehnic al laboratorului ia în primire montajul în funcţiune.
III. Pe toată durata desfăşurării lucrărilor de laborator, cadrul didactic conducător este
obligat să supravegheze buna desfăşurare a lucrărilor şi respectarea N.T.S. M.
1 Este interzisă începerea lucrărilor de laborator de către studenţii care nu sunt instruiţi
pe linie de protecţia muncii şi care nu au fişele de intructaj semnate.
2. Ţinuta vestimentară a studenţilor care execută lucrările de laborator trebuie să fie
corespunzătoare.
3. La venirea în laborator studenţii trebuie să cunoscă schemele de montaj, scopul
lucrărilor, modul de lucru şi aparatele necesare.
4. La efectuarea montajului trebuie să aibă în vedere şi o dispunese judicioasă a
aparatelor care să permită o manevrare comodă şi scoaterea de sub tensiune rapidă a
schemei.
5. La începerea lucrării se va avea grijă ca toate aparatele de măsură să fie aduse la zero.
6. În timpul executării montajului, este strict interzisă manevrarea întrerupătoarelor de la
tablourile de distribuţie care ar determina punerea sub tensiune a aparatelor.
7. Se va evita dispunerea dezordonată a cordoanelor de legătură, fapt ce poate duce la
manevre greşite.
8. După terminarea lucrării se va întrerupe alimentarea de la tabloul de distribuţie şi se
vor desface legăturile. Apoi conductoarele vor fi aşezate în ordine.
9. Elevii vor evita deplasările inutile prin laborator, discuţiile zgomotoase sau orice alte
acţiuni ce pot duce la accidente.

Bibliografie
1. Aurel Ciocarlea, Olguta Spornic-Senzori si traductoare-manual Ed CD PRESS 2007
2. Iliescu, C., Ionescu-Golovanov, I., Barbulescu, D., Măsurări electrice si electronice,
Editura Didactica şi Pedagogica, Bucureşti, 1983.
3. Vlaicu, C., Cepişca, C., Senzori şi traductoare, Universitatea „Politehnica" Bucureşti,
2001
4. Pantelimon, Brânduşa, Iliescu, C, Anghel, F., Buzatu, C., Ghinea, M., Ilie, L., Stanciu,
M., Senzori şi traductoare. Experimentări, Editura Tritonic, Bucureşti, 1995
5. Gheorghe, I.Gh., Palade, D. D., Pau, V., Senzori şi traductoare pentru aplicaţii
industriale, Bucureşti, 2003
6.. Cepişca, C., Şteflea, D., Jula, N., Traductoare în sistemele de măsurare, Editura
Conphys, Rm. Vâlcea, 2003

Anexe
Clasificarea senzorilor şi a traductoarelor rezistive