ЭСА лек.. Содержание введение датчики
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
Биметаллический Использует тепловое расширение твердых тел. Представляет собой пластинку из двух материалов с различными коэффициентами теплового расширения  и  . Рис. 45. «Биметаллический датчик температуры» При нагревании пластина изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом теплового расширения ( <). Таким образом, контролируемая физическая величина - температура преобразуется в механическое перемещение, которое может быть передано на стрелку отсчетного устройства для визуального контроля температуры и/или на ЭКУ для сигнализации о предельном значении температуры или для автоматического поддержания ее в заданных пределах путем периодического подключения и отключения нагревателя.Примеры использования биметаллических датчиков - терморегуляторы в утюгах, устройства защиты электрооборудования от перегрузок. Достоинства: Простота, низкая стоимость, надежность. Недостаток: Ограниченная точность. Термометрический Использует тепловое расширение жидкостей (ртуть, спирты). Ртутные термометры могут снабжаться электроконтактным устройством, как показано на рисунке 46.  Рис. 46. «Термометрический датчик температуры» При определенной температуре электрод касается ртутного столбика, замыкая цепь питания сигнальной лампы. Вместо лампы можно включить элемент, который будет подавать команду на прекращение подвода тепла Основная область применения - визуальный контроль температуры, сигнализация предельных значений и регулирование температуры в термостатах, сушильных камерах и т.п. Достоинство - высокая точность. Термоманометрический Использует тепловое расширение паров и газов. При увеличении температуры  , растет давление  в термобаллоне, которое, передаваясь к манометрической трубке, вызывает ее деформацию - перемещение свободного конца:  (Рис. 47).Область применения - визуальный контроль, сигнализация предельных значений и регулирование температуры, например, в прессах для влажно-тепловой обработки швейных изделий.  Рис. 47. «Термоманометрический датчик температуры» Термометры сопротивления (терморезисторы) Используют зависимость электропроводности материалов от температуры. Применяют металлические термометры сопротивления (терморезисторы) и полупроводниковые (термисторы). Металлический термометр сопротивления представляет собой проволочную спираль на теплостойком каркасе в защитном кожухе, сопротивление которой возрастает с ростом температуры (Рис. 48). При изменении температуры изменяется сопротивление  спирали, что приводит к изменению величины тока  в цепи измерительного прибора ИП: ,  .Принцип работы термисторов аналогичен, но в них с увеличением температуры сопротивление уменьшается.  Рис. 48. «Металлический термометр сопротивления» Терморезисторы - параметрические датчики. Контролируемая физическая величина - температура изменяет параметр электрической цепи - активное сопротивление .Основная область применения - быстродействующие термометры и промышленные регуляторы температуры. Термоэлектрические термометры (термопары) Используют явление возникновения термо-ЭДС в зоне контакта двух различных материалов. Термопара представляет собой спай двух проводников из различных материалов (горячий спай). Концы проводников подключаются к измерительному прибору. При нагревании места контакта образуется термо-ЭДС  , зависящая от контролируемой температуры  и температуры  холодного спая (Рис. 49). Рис. 49. «Термоэлектрический термометр (термопара)» В результате, показания прибора являются функцией температур и : .Если при измерениях температуру поддерживать постоянной, то показания прибора будут зависеть только от контролируемой температуры .Термопара - генераторный датчик; контролируемая физическая величина (температура) преобразуется в ЭДС. Основная область применения - контроль и регулирование температуры в широком диапазоне. Достоинства: Малые размеры, высокое быстродействие. Недостаток: Малый уровень выходного напряжения, необходимость его усиления либо измерения чувствительным электроизмерительным прибором. Электрические измерительные схемы включения датчиков Для преобразования неэлектрической выходной величины датчика «Y» в электрический сигнал (ток  или напряжение  ), датчик включают в электрическую измерительную схему, как показано на рисунке 50.Параметрические датчики часто включают в мостовую измерительную схему, которая может быть неравновесной и равновесной.  Рис. 50. «Включение датчика в электрическую измерительную схему» Неравновесная мостовая схема  Рис. 51. «Неравновесная мостовая измерительная схема» На рисунке:  ,  ,  ,  - плечи моста; ИП - измерительный прибор;Ветвь между точками а и b называют измерительной диагональю. При определенном соотношении между сопротивлениями плеч потенциалы точек а и b одинаковы, напряжение  - мост уравновешен.Условие равновесия моста:  , при условии, что:  .Используем в качестве  терморезистор. При определенной температуре, например  , сопротивление терморезистора будет таким, что мост уравновешен. При изменении температуры сопротивление терморезистора будет изменяться, условие равновесия моста нарушится, и в измерительной диагонали появится напряжение  , зависящее от температуры среды, в которую помещен терморезистор. Прибор можно снабдить шкалой в градусах и по нему измерять температуру.Равновесная мостовая схема  Рис. 52. «Равновесная мостовая измерительная схема» В такой схеме сопротивление одного из плеч моста, например  , выполнено регулируемым и снабжено шкалой.При измерении перемещают движок этого сопротивления, добиваясь равновесия моста (момент равновесия устанавливают по нулевому положению стрелки измерительного прибора ИП). Разным значениям температуры соответствует различное положение движка реостата в момент равновесия моста. Поэтому о температуре можно судить по положению движка реостата относительно шкалы.Равновесная мостовая схема с автоматическим уравновешиванием В измерительную диагональ вместо измерительного прибора подключен вход электронного усилителя ЭУ, к выходу которого подключен реверсивный электродвигатель М, как показано на рисунке 53. При разбалансе моста появляется напряжение на выходе усилителя, и электродвигатель начинает перемещать движок реостата и стрелку отсчетного устройства, добиваясь равновесия моста. Отсчет текущего значения температуры производится по шкале. Возможна регистрация изменения температуры на запоминающем осциллографе, а также автоматическое поддержание температуры в определенных пределах с использованием ЭКУ. Рис. 53. «Равновесная мостовая измерительная схема с автоматическим уравновешиванием» Компенсационная измерительная схема Схема используется для работы с генераторными датчиками, например, термопарами. Выходное напряжение датчика, функционально связанное с измеряемой физической величиной, сравнивается с известным напряжением  , снимаемым с потенциометра при перемещении движка. Равенство напряжений  и устанавливают по нулевому показанию измерительного прибора ИП. Отсчет  осуществляют по шкале потенциометра. Компенсация измеряемого напряжения напряжением может осуществляться автоматически, как в предыдущей мостовой схеме (Рис. 54). Рис. 54. «Компенсационная измерительная схема» 3. УСИЛИТЕЛИ 3.1. Назначение, классификация и общие характеристики Усилители служат для количественного преобразования (усиления) входного сигнала. Любой усилитель имеет вход для усиливаемого сигнала «Х», выход для усиленного сигнала «Y» и дополнительный вход «P» для подвода энергии от источника питания (Рис. 55).  Рис. 55. «Общая схема усилителя» По принципу действия усилители делят на: а) электронные (ламповые и полупроводниковые); б) электромашинные; в) магнитные; г) гидравлические и пневматические. Основным параметром усилителя является коэффициент усиления по мощности:  .Для усилителей с электрическим входом и выходом дополнительно используют коэффициенты усиления по току:  ,и по напряжению:  .Между этими коэффициентами усиления существует следующая связь:  .Электромашинные усилители (ЭМУ) Активным (усилительным) элементом в них является электрическая машина. Простейший ЭМУ - генератор постоянного тока, приводимый во вращение вспомогательным двигателем (Рис. 56).  Рис. 56. «ЭМУ на базе генератора постоянного тока» Усиливаемое входное напряжение  подводится к обмотке возбуждения генератора ОВГ.Усиленное выходное напряжение  снимается посредством щеток с обмотки якоря.Коэффициент усиления по мощности такого усилителя:  .Для получения больших коэффициентов усиления (порядка десятков тысяч) применяют специальные ЭМУ с поперечным полем, в которых происходит двухступенчатое усиление. Достоинство ЭМУ: Большой диапазон выходных мощностей (от единиц Ватт до десятков киловатт) Недостаток: Пониженная надежность из-за наличия вращающихся частей. Основная область применения: Регулируемый электропривод постоянного тока. В последнее время ЭМУ интенсивно вытесняются бесконтактными преобразовательными устройствами на базе силовых полупроводниковых приборов – тиристоров. 4. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Понятие о логических элементах В схемах автоматического управления часто необходимо выполнять логические операции. Например, сигнальная лампа HL должна загореться (должен появиться сигнал «Y»), если нет сигнала датчика а и есть сигналы датчика d или датчиков b и с (Рис. 62).  Рис. 62. «Логическая схема» Логические операции выполняют логические элементы И, ИЛИ, НЕ. Связь между выходным сигналом у логической схемы (выходной переменной) и входными сигналами (входными переменными) а, b, с, d, можно описать в виде структурной формулы, используя следующие обозначения: «&» - логическое умножение (И); «+» - логическое сложение (ИЛИ) «¯» - логическое отрицание (НЕ). Знак «¯» ставится над обозначением переменной.  - структурная формула, читается: НЕ а И (d ИЛИ b И с).Логические схемы могут строиться на релейно-контактной (силовой) и бесконтактной (маломощной) элементной базе. Примеры реализации логических элементов приведены в Таблице 2. С помощью набора элементов И, ИЛИ, НЕ можно построить логическую схему любой сложности. В качестве примера ниже приведены реализации логической схемы, описываемой структурной формулой , на логических элементах И, ИЛИ, НЕ и на релейно-контактных элементах (Рис. 63). Рис. 63. «Реализация функции : а) на логических элементах; б) на релейно-контактных элементах»Таблица 2. «Примеры реализации логических элементов»
|
