Senzorii

Baza oricărei inginerii este proiectarea, iar proiectarea se sprijină pe date obţinute prin operaţii de măsurare. Atât în ştiinţă, cât şi în tehnică informaţiile necesare sunt obţinute, în principal, prin măsurări.

Încă la finele secolului trecut, W.Thomson arăta că: “Istoria fizicii este în esenţă istoria evoluţiei mijloacelor de măsură deoarece un fenomen fizic nu poate fi înţeles şi utilizat în practică până nu e măsurat”. “Fizica este ştiinţa care măsoară realitatea”.

În prezent, trăim într-o lume a măsurătorilor; în nici un domeniu al activităţilor umane (ştiinţă, cercetare, producţie) nu se poate progresa fără operaţii de măsurare. Dintre ştiinţele tehnice, electronica este cea mai dependentă de tehnica măsurărilor. În acelaşi timp, evoluţia remarcabilă a aparatelor de măsură electronice se datorează progreselor realizate în domeniul dispozitivelor şi circuitelor electronice, a tehnicilor numerice de condiţionare şi prelucrare a semnalelor. AM Electronicele s-au răspândit atât de mult în toate sferele de activitate, încât azi nu e posibil ca cineva să pretindă că are o cultură tehnică generală fără a cunoaşte cât de cât instrumentaţia electronică de bază. În fine, afirmaţia lui G.Keinath (specialistul care a dominat scena metrologică electrică între anii 1930-1950): “Mehr messen, mehr wissen” (măsurăm mai mult, ştim mai mult) pledează suficient de convingător în această direcţie

Preluarea de către om a informaţiilor din lumea înconjuratoare s-a bazat, iniţial, pe cele cinci organe de simţ. Prin originea latină a cuvantului, senzorii ne conduc la semnificaţia de a o percepe, a simţi şi a distinge prin intermediul simţurilor umane: vederea (senzori optici), mirosul ( senzori de gaze şi umiditate) , auzul ( senzori acustici şi de presiune), pipăitul ( senzori termici şi de presiune), gustul ( senzori de compoziţii chimice).

În prezent, omul nu se mai bazează numai pe propriile sale organe de simţ, domeniul funcţiilor sale senzoriale fiind în continuă creştere datorită dezvoltării diferitelor tipuri de senzori, destinaţi măsurării şi analizării diverselor fenomene.

Noţiunile de traductor şi senzor

Cuvintele “senzor” şi “traductor” sunt pe larg folosite în cadrul sistemelor de măsurare.

Senzor - foarte popular în zona americană, în timp ce noţiunea de traductor - frecvent folosită în zona europeană.

Cuvântul “senzor” este derivat din cuvântul latin sentire care înseamnã “a percepe”, în timp ce “traductor” din traducere care înseamnã “a traversa”. O definitie de dicţionar atribuie cuvântului “senzor” semnificaţia de “dispozitiv care detecteazã o schimbare într-un stimul fizic şi o transformã într-un semnal care poate fi mãsurat sau înregistrat”, în timp ce pentru cuvântul “traductor” definiţia este de “dispozitiv care transferã putere de la un sistem la altul în aceeaşi formã sau în una diferitã”.

Delimitare sensibilã între cele douã noţiuni: se poate folosi cuvântul “senzor” pentru elementul sensibil însuşi, iar cuvântul “traductor” pentru elementul sensibil şi circuitele asociate; exemplificare: putem spune cã un termistor este un “senzor”, în timp ce un termistor plus o punte de mãsurare rezistivã (care transformã variaţiile de rezistentã electricã în variaţii de tensiune) este un “traductor”. În aceastã accepţiune rezultã cã toate traductoarele vor conţine un senzor, iar majoritatea senzorilor (nu toate însã!) vor fi traductoare.

Noţiunea de traductor

Într-un cadru general - un traductor este un dispozitiv care converteşte un semnal de o anumitã naturã fizicã într-un semnal corespunzãtor având o naturã fizicã diferitã.

Un traductor - în esenţã este un convertor de energie ’ semnalul de intrare are întotdeauna energie sau putere. Totuşi puterea (care prin integrare dã energia) asociatã semnalului de intrare trebuie sã fie suficient de mare pentru a nu fi perturbatã de cãtre traductor mãrimea de mãsurat, sau traductorul trebuie sã influenţeze prin circuitul sãu de intrare neglijabil , mãrimea de mãsurat (se spune cã puterea preluatã de la mãrimea de mãsurat trebuie sã fie sub o anumitã valoare denumitã putere disponibilã). Exemplificare: mãsurarea unei forţe cu ajutorul unor mãrci tensometrice; efectul de retroacţiune produs de traductor cãtre mãrimea de mãsurat este prezent la orice mãsurare, dar acţiunea sa este inferioarã unui prag impus.

Deoarece existã 6 clase diferite de semnale - mecanic, termic, magnetic, electric, optic si chimic - putem spune cã orice dispozitiv care converteste semnale dintr-o clasã în alta este considerat a fi un traductor

Analiza principilor de realizare şi a caracteristicilor senzorilor are la bază examinarea mărimilor m care se pot extrage de la fenomenul supus măsurării.

Utilizând principiile termodinamicii, se arată ca există mărimi:

-Extensive (masa, sarcina electrică. Polarizarea electrică si magnetică)

-Intensivă (potenţialul electric şi chimic, temperatura absolută, câmpul electric si magnetic).

Fiecare mărime extensivă are un corespondent în rândul celor intensive, iar produsul lor reprezintă energia reversibilă înmagazinată în material.

SENZORUL converteşte mărimea de măsurat într-o altă mărime ale cărei variaţii urmăresc fidel variaţiile mărimii de măsurat.

El efectuează transformarea analogică sau digitală a mărimii de măsurat într-o mărime fizică de aceeaşi natură sau de natură diferită, având însă calitatea importantă de a fi mai uşor măsurabilă.

Diversitatea necesităţilor de măsurare, consecinţa a constrângerilor metrologice, economice sau operatorii, impun existenţa, pentru acelaşi măsurand, a unor tipuri de conversii variate.

Traductoarele electrice pot fi proiectate pentru orice mãrime neelectricã prin alegerea unui material corespunzãtor pentru elementul sensibil (datoritã structurii electronice a materiei, orice variaţie într-un parametru neelectric va avea ca efect o variaţie corespunzãtoare a unui parametru electric);

Datoritã posibilitãtilor electronice de amplificare ale semnalului electric de ieşire rezultã cã energia acestuia nu este alteratã în procesul de mãsurare.

În prezent sunt disponibile un mare numãr de circuite de condiţionare şi prelucrare electronice; mai mult, în unele structuri monolitice de traductoare electronice sunt incluse astfel de circuite.

Existã o mare gamã de opţiuni privind afisarea şi înregistrarea informaţiei într-o manierã electronicã, de asemenea, astfel de opţiuni permit combinarea datelor numerice cu texte, respectiv prezentarea sub formã de grafice si diagrame;

Transmisia semnalelor electrice este mult mai versatilã în comparatie cu alte categorii de semnale.

Clasificarea erorilor de măsurare

Un senzor bun se supune următoarele reguli:

-Este sensibil la o proprietate de măsurat

-Este insensibil la orice alte brumuri care pot fi întâlnite în aplicarea acesteia şi nu influenţează proprietatea măsurată

Ideal , senzorii sunt concepuţi pentru a fi liniari sau liniar unor funcţii matematice simple de măsurare, de obicei logaritmica Semnalul de ieşire a unui astfel de senzor este liniar proporţională cu valoarea sau funcţia simplă a proprietăţii măsurate. Sensibilitatea este apoi definită ca raportul dintre semnalul de ieşire şi a proprietăţii măsurate. De exemplu, în cazul în care un senzor de măsură de temperatură are şi o ieşire de tensiune, sensibilitatea este o constantă cu unitatea [V / K]; acest senzor este liniar, deoarece raportul este constant în toate punctele de măsurare.