Экзамен. Классификация и особенности применения По назначению и характеру выполняемых работ системы автоматики разделяют
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Классификация по принципу действия Процесс замера температуры окружающей среды базируется на физических процессах, исходя из этого положения выделяют 5 категорий термометров. Контактные Подобные устройства в науке больше известны как термометры расширения. Принцип их действия базируется на мониторинге изменения объема вещества под воздействием меняющейся температуры. Как правило, измеряемый диапазон варьируется в пределах от -190 до +500 гр. Цельсия. К данной группе можно отнести как механические, так и жидкостные приспособления. Причем последние представляют собой градусники, наполненные спиртом, ртутью, керосином либо толуолом (в стеклянной колбе). Они довольно крепкие. Термометры противоположного типа работают со средами самых различных видов. Особое распространение они получили в инженерии. Бесконтактные Такие приборы работают от инфракрасных датчиков, считывающих параметры излучения. Делятся на две категории: яркостные и радиационные. Первые выполняют замеры на заданной длине волны, их температурный разбег начинается от +100 и доходит до +6000 гр. Вторые фиксируют тепловое воздействие лучеиспускания в пределах от -50 до +2000 гр. Актуальны для определения степени нагрева металла в машиностроении. Термометры сопротивления В эту группу входят устройства, приспособленные вычислять электрическое сопротивление рабочих веществ, которое, в зависимости от температурных параметров, может варьироваться. Рабочий диапазон таких градусников изменяется в пределах от -200 до +650 гр. Эти термометры включают несколько чувствительных датчиков и сверхточных электронных модулей, они отслеживают изменение параметров проводимости электрического потенциала и сопротивления. Чаще всего они работают не обособленно, а как часть большой системы мониторинга, когда имеется необходимость в постоянном отслеживании данных, чтобы предотвратить их превышение над критическими отметками. Манометрические Эти термометры фиксируют связь между давлением газа и уровнем температурных показателей. Принцип работы прост: в определяемую среду помещают термобаллон, прикрепленный при помощи металлической трубки с небольшим манометром. В процессе нагрева термобаллона в нем постоянно возрастает давление, и это учитывается манометром. Подобный прибор позволяет проводить вычисления в границах от -160 до +600 гр. Электронные термопары В процессе измерения такие градусники генерируют электрический ток, что дает возможность выполнить необходимые замеры температуры благодаря изменению термоэлектродвижущей силы. Рабочий диапазон в данном случае варьируется в пределах от 0 до +1800 градусов. Типы по материалам Несмотря на то что с момента появления первых термометров прошло свыше 400 лет, тем не менее эти приборы и по сей день продолжают совершенствоваться. Промышленность постоянно предлагает все новые устройства, основанные на принципах действия, не используемых ранее. Жидкостные Такие термометры имеют самую давнюю историю. Принцип их действия базируется на особенностях расширения жидкости при любых измерениях температурных параметров. В процессе нагревания жидкость, в соответствии с законами физики, расширяется, а при охлаждении, наоборот, сжимается. Устройство представляет собой колбу из стекла, наполненную действующим веществом, ее прикладывают к расположенной внутри шкале в форме линейки. Температура определяемой среды вычисляется по приведенной шкале — высота столбика жидкости отражает соответствующий параметр. Наиболее распространены ртутный, спиртовой и керосиновый. Подобные приборы относятся к высокоточным, погрешность их замеров не превышает 0,1 гр. В зависимости от наполнения этот градусник может высчитывать температуру в границах от 0 до +700 гр., однако при падении он может расколоться. Газовые Эти термометры функционируют по тому же механизму, что и жидкостные, но они наполнены инертным газом. За счет этого можно существенно увеличить рабочий диапазон измеряемых параметров. Как правило, наибольшее значение на таких устройствах находится в границах от +270 до +1000 гр. Чаще всего газовые термометры используются для определения степени нагрева горючих веществ. Механические Подобные градусники работают от деформации спирали из металла. Их оборудуют стрелкой, потому визуально напоминают обычные стрелочные часы. Чаще всего устанавливаются на панельных приборах автомашин и спецтехники. Основное их преимущество — прочность. Им нестрашны удары и встряски, чего не скажешь о стеклянных моделях. Электрические Подобные приборы функционируют, основываясь на мониторинге изменения параметров сопротивления проводника в разных средах. Сопротивляемость в момент передачи тока будет тем выше, чем горячее будет металл. Границы чувствительности таких приборов разнятся. Все зависят от вида металла-проводника. Так, для меди они соответствуют -50-+180 гр. изделия на платине вычисляют значения в диапазоне от -200 до +850 гр. — именно их обычно используют в научных лабораториях. Термоэлектрические Такой градусник имеет пару проводников, способных измерять температурные показатели по физико-механическому принципу. Они имеют довольно широкий функциональный диапазон: от -100 гр. до +2000, при этом погрешность замеров никогда не превышает 0,1 гр. В основном нашел свое применение в промышленности, когда нужно определить температуры выше 1000 гр. Инфракрасные Наиболее известное название агрегата – пирометр, и он стал одним из новых изобретений. Максимальная граница может быть в температурном промежутке от +100 до +3000 гр. Такие градусники позволяют производить замеры без взаимодействия с измеряемой средой — устройство самостоятельно посылает ИК-лучи на нужную поверхность, и вскоре на мониторе отображается температура. Однако точность таких измерений никак нельзя назвать высокой — полученные показатели отличаются от реальных на 2–3 гр. Такие приборы актуальны при выполнении работ с металлом в корпусе мотора, горне и других труднодоступных местах. Волоконно-оптические Как и следует из названия, эти термометры выполняются из оптоволокна. Это особо чувствительные датчики, измеряющие температуру в границах до +400 гр. Принцип действия базируется на использовании натянутого оптического волокна, которое под действием изменяющейся температуры может либо сжиматься, либо растягиваться. Проводимый через него поток света преломляется, это фиксируется датчиком, который и сопоставляет степень преломления с параметрами нагрева внешней среды. Датчики перемещений. Классификация, назначение, применение. Датчик перемещения – это прибор, предназначенный для определения величины линейного или углового механического перемещения какого-либо объекта. Разумеется, подобные приборы имеют колоссальное количество практических применений в самых разнообразных областях, поэтому существует множество классов датчиков перемещения, которые различаются по принципу действия, точности, цене и прочим параметрам. Следует сразу отметить, что все датчики перемещения можно разделить на две основных категории – датчики линейного перемещения и датчики углового перемещения. По принципу действия датчики перемещения могут быть: потенциометрическими; индуктивными; ёмкостными; оптическими; вихретоковыми; ультразвуковыми; магниторезистивными; магнитострикционными; на основе эффекта Холла. Потенциометрический датчик Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является линейное или угловое перемещение токосъемного контакта, а выходной величиной – напряжение, снимаемое с этого контакта, изменяющееся по величине при изменении его положения. По способу выполнения сопротивления потенциометрические датчики делятся на: ламельные с постоянными сопротивлениями; проволочные с непрерывной намоткой; с резистивным слоем. Индуктивные датчики В данной группе датчиков изменяющимся параметром управляемой цепи является индуктивное сопротивление: Эти системы применяются лишь на переменном токе. Принцип действия индуктивных датчиков основан на том, что в перемещение, которое предполагается измерить, вовлекается один из элементов магнитного контура, который вызывает тем самым изменение потока через измерительную обмотку и соответствующий электрический сигнал. Если подвижным элементом является ферромагнитный сердечник, то его перемещение проявляется: в изменении коэффициента самоиндукции катушки (переменная индуктивность); в изменении коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора (дифференциальный трансформатор), что приводит к изменению вторичного напряжения. По схеме построения датчики можно разделить на одинарные и дифференциальные. Одинарный датчик содержит одну измерительную ветвь, дифференциальный – две. В дифференциальном датчике при изменении измеряемого параметра одновременно изменяются индуктивности двух одинаковых катушек, причем изменение происходит на одну и ту же величину, но с обратным знаком. Различные варианты реализации индуктивных датчиков приведены в таблице 2.2. Емкостные датчики Емкостной датчик представляет собой одну или несколько емкостей с изменяющимися параметрами. При движении контролируемого объекта его емкость может изменяться путем: изменения величины зазора между пластинами; изменения взаимного положения пластин и как следствие этого увеличения (уменьшения) зоны взаимного перекрытия; изменения диэлектрической проницаемости изолирующего слоя. При изменении емкости устройства эта величина может сама по себе служить сигналом, передаваемый к электронным блокам управления, и может включать генератор импульсов, которые более просто поддаются дальнейшей обработке. Зависимость емкости от величины смещения выражается формулой: где С – емкость датчика; δ – величина смещения, т. е. величина изменения зазора между пластинами; d – зазор между пластинами при δ=0, мм; S – площадь пластин. Чувствительность такого датчика: В различных датчиках, применяющихся для контролирования какой-либо неэлектрической величины, может меняться один из указанных параметров. На рисунке 2.8 а представлен датчик из двух параллельных пластин, применяющийся для измерения небольших смещений. В данном датчике переменой величины является расстояние между пластинами. Для преобразования угловых перемещений в изменение емкости применяются поворотные датчики (рисунок 2.8 б), в которых переменной величиной является площадь конденсатора. Для увеличения емкости датчика обычно берут не одну пару пластин, а систему, состоящую из нескольких неподвижных и подвижных пластин. Примером такого датчика может явиться обычный воздушный конденсатор переменной емкости, применяемый в радиотехнике. Для измерения перемещений применяются цилиндрические емкостные датчики (рисунок 2.8 в) с переменой площадью. Оптические датчики Существует множество вариаций схем датчиков перемещения, основанных на различных оптических эффектах. Наиболее популярной является схема оптической триангуляции – датчик положения является, по сути, дальномером, который определяет расстояние до интересующего объекта, фиксируя рассеянное поверхностью объекта излучение и определяя угол отражения, что даёт возможность определить длину d – расстояние до объекта (рисунок 2.12). Важным достоинством большинства оптических датчиков является возможность производить бесконтактные измерения, кроме того такие датчики обычно довольно точны и имеют высокое быстродействие. В другой реализации оптического датчика, предназначенной для регистрации и определения параметров малых перемещений и вибраций, используется двойная решётчатая конструкция, а также источник света и фотодетектор (рисунок 2.13). Одна решётка неподвижна, вторая подвижна и может быть механически закреплена на интересующем объекте или каким-либо способом передавать датчику его движение. Малое смещение подвижной решётки приводит к изменению интенсивности света, регистрируемой фотодетектором, причём с уменьшением периода решётки точность датчика возрастает, однако сужается его динамический диапазон. Дополнительными возможностями применения обладают оптические датчики, учитывающие поляризацию света. В таких датчиках может быть реализован алгоритм селекции объектов по отражательным свойствам поверхности, т.е. датчик может «обращать внимание» только на объекты с хорошей отражающей способностью, прочие объекты игнорируются. Разумеется, чувствительность к поляризации негативно сказывается на стоимости подобных устройств. Вихретоковые датчики перемещения Датчики данного типа содержат генератор магнитного поля и регистратор, с помощью которого определяется величина индукции вторичных магнитных полей. Вблизи интересующего объекта генератор создаёт магнитное поле, которое, пронизывая материал объекта, порождает в его объёме вихревые токи (токи Фуко), которые, в свою очередь, создают вторичное магнитное поле (рисунок 2.14). Вихретоковые преобразователи (вихретоковые датчики) предназначены для бесконтактного измерения вибрации перемещения и частоты вращения электропроводящих объектов. Они применяются для диагностики состояния промышленных турбин, компрессоров, электромоторов. Наиболее часто объектом контроля является осевое смещение и радиальная вибрация вала ротора относительно корпуса. Ультразвуковые датчики перемещения В ультразвуковых датчиках реализован принцип радара – фиксируются отражённые от объекта ультразвуковые волны, поэтому структурная схема обычно представлена источником ультразвуковых волн и регистратором (рисунок 2.15), которые обычно заключены в компактный корпус. Определение временной задержки между моментами отправки и приёма ультразвукового импульса позволяет измерять расстояние до объекта с точностью, доходящей до десятых долей миллиметра. Наряду с оптическими, ультразвуковые датчики на сегодняшний день являются, пожалуй, наиболее универсальным и технологичным бесконтактным средством измерения. Использование этого принципа измерений опять же можно найти в детекторах обнаружения дефектов, только на этот раз уже в ультрозвуковых дефектоскопах. Магниторезистивные датчики перемещения В магниторезистивных датчиках перемещения используется зависимость электрического сопротивления магниторезистивных пластинок от направления и величины индукции внешнего магнитного поля. Датчик, как правило, состоит из постоянного магнита и электрической схемы, содержащей включённые по мостовой схеме магниторезистивные пластинки и источник постоянного напряжения (рисунок 2.16). Интересующий объект, состоящий из ферромагнитного материала, перемещаясь в магнитном поле, изменяет его конфигурацию, вследствие чего изменяется сопротивление пластинок, и мостовая схема регистрирует рассогласование, по величине которого можно судить о положении объекта. Датчики на основе эффекта Холла Датчики этого типа имеют конструкцию подобную конструкции магниторезистивных датчиков, однако в основу их работы положен эффект Холла – прохождение тока через проводник, на который воздействует внешнее магнитное поле, приводит к возникновению разности потенциалов в поперечном сечении проводника. Набольшее распространение получили так называемые ключевые датчики Холла, т.е. такие датчики, выход которых меняет свое логическое состояние при превышении напряженностью магнитного поля определенной величины. Однако существует отдельный класс интегральных микросхем с элементом Холла, позволяющий значительно расширить область применения. Речь идет о так называемых линейных датчиках Холла. Магнитострикционные датчики перемещения Как правило, магнитострикционный датчик представляет собой протяжённый канал – волновод, вдоль которого может свободно перемещаться постоянный кольцевой магнит. Внутри волновода содержится проводник, способный при подаче на него электрических импульсов создавать магнитное поле вдоль всей своей длины (см. рисунок 2.17). Датчики скорости. Классификация, назначение, применение. Датчик скорости (датчик скорости автомобиля, ДСА) — чувствительный элемент электронной системы измерения скорости транспортных средств; контактный или бесконтактный датчик, измеряющий угловую скорость вала в коробке передач или в редукторе ведущего моста, и передающий результаты измерений на контроллер измерения скорости автомобиля или на спидометр. Информация общего характера От колёс в процессе вращения исходят импульсы электрической энергии – на их анализе и построена работа приборов. Суть типовых датчиков – в том, что они выглядят как элементы небольших размеров внутри привода. Они располагаются в том же месте, что и КПП. На сегодняшний день основными видами датчиков признают следующие: Электронные современные модели. Индуктивные. Язычковые. Более подробное описание В современном автомобилестроении наибольшее распространение получили именно приборы с эффектом Холла. Этапы функционирования в этом случае имеют следующее описание: Датчики монтируют внутри приводов спидометра. После этого начинается отслеживания частоты вращения у одного из колёс. Формируется единая электрическая цепь. Изучаем определитель скорости. Специальному контроллеру передают до 6004 импульсов через каждый километр пути, пока устройство функционирует. Увеличение показателя пропорциональное. Импульсы передаются с большей частотой по мере того, как увеличивается скорость движения. Ранее отмеченный измеритель анализирует результаты приёма и передачи импульсов. После этого считается, с какой скоростью автомобиль точно движется в настоящее время. Полученные результаты идут на блоки, отвечающие за контроль р. Водитель через спидометр тоже получает интересующую его информацию. |