3.9.1
Порядок работы при измерениях в электрической цепи
Порядок проведения измерений в электрической цепи:
•
Выключить источник напряжения.
•
Установить на мультиметре требуемый режим работы (измерение силы тока или напряжения, напряжение постоянного или переменного тока, сопротивления).
•
В случае использования приборов со стрелкой, проверить ее положение и если необходимо, установить её на нуле.
•
При измерении напряжения постоянного тока/силы тока, подключить измерительный прибор к правильной клемме (положительная клемма измерительного прибора к положительной клемме источника напряжения).
•
Выбрать наибольший измерительный диапазон.
•
Включить источник напряжения в цепь.
•
Следить за стрелкой или индикатором и постепенно переходить на меньший измерительный диапазон.
•
Считать показания прибора при максимальном отклонении стрелки (в самом маленьком возможном диапазоне).
•
Используя приборы со стрелкой, всегда следите за его показаниями, чтобы избежать погрешностей.
34
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
3
Основы электротехники
Измерение напряжения Для определения напряжения, измерительный прибор соединяется с устройством-потребителем параллельно.
Падение напряжения на нем совпадает с падением напряжения на измерительном приборе. Каждый прибор, измеряющий напряжение (вольтметр), имеет собственное внутреннее сопротивление. Получение наиболее точного результата возможно только в том случае, если через измерительный прибор протекает очень маленький ток, то есть внутреннее сопротивление вольтметра должно быть настолько большим, насколько возможно.
Вольтметр
V
V
H
Рисунок 3.17: Измерение напряжения
Измерение силы тока Для определения силы тока, измерительный прибор подключается к устройству-потребителю последовательно. Весь ток, потребляемый устройством, протекает через измерительный прибор.
У каждого амперметра есть свое внутреннее сопротивление. Это дополнительное сопротивление уменьшает силу тока.
Чтобы погрешности оставались небольшими, внутреннее сопротивление амперметра должно быть очень маленьким.
Амперметр
A
V
H
Рисунок 3.18: Измерение силы тока
35
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 63 060
3
Основы электротехники
Измерение сопротивления
Сопротивление устройства-потребителя в цепи с постоянным током может быть определено прямо или косвенно.
•
При косвенном нахождении сопротивления измеряется сила тока, проходящего через устройство-потребитель, и падение напряжения на нем (Рисунок 3.19а). Замеры могут быть произведены по очереди или одновременно. Затем по закону Ома рассчитывается сопротивление.
•
При прямом определении устройство-потребитель отделяется от цепи (Рисунок 3.19б).
Измерительный прибор включается в режиме «измерение сопротивления» и подсоединяется к двум клеммам устройства-потребителя. Значение сопротивления считывается с прибора.
Если устройство-потребитель повреждено (например, сгорела электромагнитная катушка клапана), при измерении сопротивления будут получаться или очень большие значение или ноль (короткое замыкание).
Важно!
Активное сопротивление устройства-потребителя в цепи с переменным током измеряется только прямым методом.
а)
б)
A
V
Напряжение V H
R
H
R =
U
I
Рисунок 3.19: Измерение сопротивления
36
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
Датчики предназначены для сбора информации и передачи ее в формате, поддающемся оценке, в системе обработки сигналов. Они используются для решения разнообразных технологических задач.
Именно поэтому датчики классифицируются по:
• принципу работы (оптические, индуктивные, механические, и т.д.),
• измеряемому параметру (перемещение, давление, расстояние, температура, значение уровня ph, интенсивность освещения, присутствие объектов и т.д.),
• выходному сигналу (аналоговый, цифровой, двоичный и т.д.).
Чаще всего в автоматизации используются датчики с цифровым выходным сигналом, так как они намного более устойчивы к помехам, чем аналоговые. Цифровые контроллеры могут использовать сигналы этих датчиков без преобразования их в цифровой формат, так называемыми аналого-цифровыми преобразователями.
В промышленности широкое распространение получили так называемые бесконтактные датчики, определяющие положение (или приближение) заготовки.
4.1
Бесконтактные датчики
В бесконтактных датчиках нет контактов и, следовательно, внешнего механического пускового воздействия. Это обеспечивает их долговечность и высокую надежность. Различают следующие виды бесконтактных датчиков:
Датчики с механическим переключающим контактом
- герконы
Датчики с электронным переключателем выхода
- индуктивные бесконтактные датчики
- емкостные бесконтактные датчики
- оптические бесконтактные датчики
37
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.1.1
Магнитные датчики
Герконы приводятся в действие магнитом. Они состоят из двух контактных пластинок в маленькой стеклянной трубке, заполненной инертным газом. Действие магнита вызывает замыкание пластинок так, чтобы мог протекать ток (Рисунок 4.1). В случае с герконами, которые работают как нормально замкнутые контакты, пластинки предварительно нагружаются с использованием маленьких магнитов. Это предварительное нагружение впоследствии перекрывается воздействием намного более сильного переключающего магнита.
Герконы долговечны и обладают высокой скоростью переключения (приблизительно 0,2 мс). Они просты в обслуживании, но не могут использоваться в местах с сильными магнитными полями
(например, вблизи сварочных аппаратов или компьютерных томографов).
Рисунок 4.1: Конструктивная схема и условное обозначение геркона (нормально открытый контакт)
Рисунок 4.2: Геркон
38
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.1.2 Электронные датчики Электронные датчики бывают индуктивными, оптическими и емкостными. Как правило, у них есть три электрических выхода для соединения с:
• источником напряжения,
• зазем лением,
• выходным сигналом.
В электронных датчиках переключается неподвижный контакт. Вместо этого выход соединяется или с источником напряжения, или с землёй (= выходное напряжение 0В).
В зависимости от вида полярности выходного сигнала электронные бесконтактные датчики могут иметь конструкцию двух типов:
•
В случае положительно переключающихся электронных датчиков, когда в зоне его действия нет детали, напряжение на выходе будет равно 0 (выкл.). Приближение заготовки приводит к тому, что выход включается и начинается подача напряжения.
•
В
случае отрицательно переключающихся датчиков, подача напряжения происходит, когда в зоне действия датчика заготовки нет. Ее приближение приводит к смене напряжения на 0.
39
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.1.3
Индуктивные бесконтактные датчики
Индуктивные бесконтактные датчики состоят из резонансного контура (1), триггера (2) и усилителя (3)
(Рисунок 4.3). При подаче напряжения на контакты, резонансный контур вырабатывает
(высокочастотное) магнитное переменное поле, которое излучается из передней части датчика.
Помещение электрического проводника в это переменное поле «ослабляет» резонансный контур. Далее по мере протекания тока электронный блок, состоящий из триггера и усилителя, оценивает характер изменения резонансного контура и выдает сигнал.
Индуктивные бесконтактные датчики могут быть использованы для определения положения любых материалов с хорошей электрической проводимостью, например графита или металла.
Конструктивная схема
Металл
Условное обозначение
Функциональная схема цепи
1 2
3
Резонансный контур (1) Триггер (2)
Усилитель (3)
Рисунок 4.3: Упрощённое изображение, принцип действия и условное обозначение индуктивного бесконтактного датчика
Рисунок 4.4: Индуктивный датчик
40
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.1.4
Емкостные бесконтактные датчики
Емкостные бесконтактные датчики состоят из резистора (R) и конденсатора (C), которые вместе образуют резонансную RC-цепь, а также электронный контур для оценки колебаний.
Между активным и заземляющим электродами конденсатора образуется электростатическое поле. На передней стороне датчика формируется паразитное поле. Когда объект попадет в него, емкостное сопротивление конденсатора меняется (Рисунок 4.5).
Резонансный контур ослабляется и остальная часть устройства выдает сигнал.
Емкостные датчики реагируют не только на материалы с высокой электрической проводимостью
(металлы), но и на все диэлектрики с высокой диэлектрической постоянной (пластик, стекло, керамика, жидкости и дерево).
Конструктивная схема
Функциональная схема цепи
Условное изображение
1 2
3
Резонансный контур (1)
Триггер (2)
Усилитель (3)
Рисунок 4.5: Упрощённое изображение, принцип действия и условное обозначение емкостного датчика
41
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.1.5 Оптические бесконтактные датчики В оптических датчиках всегда есть передатчик и приемник. Они используют оптические (красный или инфракрасный свет) и электронные элементы и модули для определения положения объекта, находящегося между передатчиком и приемником.
Особенно надежные передатчики красного или инфракрасного спектра являются полупроводниковыми светоизлучающими диодами (LED). Они небольшие, твердые, недорогие, надежные, прочные и легкие в установке. Преимущества красного спектра в том, что при выравнивании (регулировке) оптических осей датчиков его можно увидеть невооруженным взглядом.
В оптических датчиках фотодиоды или фототранзисторы используются в качестве приемника.
Различают три вида оптических датчиков:
• датчики типа «световой барьер»,
• датчики типа «отражающий барьер»,
• диффузные датчики.
Датчики типа «световой барьер» В датчиках типа «световой барьер» передатчик и приемник размещаются отдельно друг от друга.
Элементы
монтируются таким образом, чтобы луч света, испускаемый передатчиком, попадал прямо в приемник (например, в фототранзистор) (Рисунок 4.6). Если объект, заготовка или даже человек оказываются между приемником и передатчиком, луч света прерывается, выдаётся сигнал и система переключается (включено/выключено).
Конструктивная схема
Передатчик
Приемник
Передатчик
Приемник
Условное обозначение
Рисунок 4.6: Конструктивная схема и условное обозначение датчика типа «световой барьер»
42
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
Рисунок 4.7: «Световой барьер» вилкообразной формы
Датчики типа «отражающий барьер»
В датчикетипа «отражающий барьер» передатчик и приемник располагаются в одном корпусе. Отражатель отражает световой луч от передатчика к приемнику. Датчик смонтирован таким образом, чтобы луч из передатчика почти полностью попадал в приемник. Если что-то или кто-то оказывается между передатчиком и отражателем, световой луч обрывается, вырабатывается сигнал и система переключается (включено/выключено).
Конструктивная схема
Приемник
Применик
Условное обозначение
Передатчик
Отражатель
Передатчик
Отражатель
Рисунок 4.8: Конструктивная схема и условное обозначение датчика типа «отражающий барьер»
43
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
Диффузные датчики
В таких датчиках передатчик и приемник располагаются в одном корпусе. Но, в отличие от отражающего барьера, в диффузных нет отражателя. Вместо него используется отражающая способность объекта или заготовки, которые попадают в коммутационную зону. Если свет попадает на отражающую поверхность, он перенаправляется на приемник и датчик переключается. Этот принцип может использоваться только тогда, когда поверхности заготовки или части машины обладают высокой отражательной способностью (например, металлические поверхности, светлые цвета).
Конструктивная схема
Приёмник
Приёмник
Условное обозначение
Передатчик
Передатчик
Рисунок 4.9: Конструктивная схема и условное обозначение диффузного датчика.
44
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.2 Датчики давления Датчики давления бывают разных типов:
• механические
реле давления с двоичным выходным сигналом,
• электронные реле давления с двоичным выходным сигналом,
• электронные датчики давления с аналоговым выходным сигналом.
4.2.1 Механические реле давления с двоичным выходным сигналом В механических реле давление действует на поршень. Если сила давления превышает силу сжатия пружины, поршень перемещается и замыкает контакты коммутирующих элементов.
2 4 p
1 1
4 2
X
Рисунок 4.10: Конструктивная схема и условное обозначение поршневого реле давления
45
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
4
Датчики
4.2.2
Электронные реле давления с двоичным выходным сигналом
Примерами электронных реле давления с двоичным выходным сигналом могут служить мембранные реле давления, которые переключают контакты электронно. Для этих целей к мембране прикрепляются датчики, чувствительные к давлению или нагрузке. Сигнал датчика оценивается электронным контуром.
Как только давление превышает ранее установленное значение, выход переключается.
Рисунок 4.11: Электронный датчик давления и его условное обозначение.
46
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
5 Основы пневматики Термин «пневматика» произошел от греческого «pneuma» - ветер или дыхание. Он используется тогда, когда речь заходит о применении сжатого воздуха или инженерных систем, приводимых в движение сжатым воздухом. Современная пневматическая система состоит из подсистем, необходимых для:
• производства и сохранения сжатого воздуха (компрессоры, радиаторы, фильтры),
• распределения сжатого воздуха ( пневматические трубопроводы, соединительные элементы),
• регулирования сжатого воздуха (регуляторы давления, пневмораспределители, запорные клапаны),
• выполнения работ с использованием сжатого воздуха (цилиндры, поворотные двигатели).
Чаще всего сжатый воздух используется для механической работы, то есть для выполнения перемещения и создания больших усилий.
Цилиндры служат для преобразования энергии сжатого воздуха в кинетическую.
Как правило, цилиндры используются в качестве пневматических приводов. Они легко устанавливаются, имеют прочную конструкцию, предлагают подходящее соотношение цены и качества и широкий выбор вариантов. Эти преимущества открывают большие возможности использования пневматики в современной инженерии. В таблице, представленной ниже, приводятся ее дополнительные преимущества.
ХарактеристикиПреимущества пневматикиКоличество
Воздух доступен везде в неограниченных количествах.
Передача
Воздух легко передается на большие расстояния по трубопроводу.
Возможность хранения
Сжатый
воздух может храниться в баллонах, которые также могут быть переносными.
Температура
Сжатый воздух практически не чувствителен к колебаниям температуры. Это гарантирует надежную работу даже в экстремальных условиях.
Безопасность
Сжатый воздух взрыво- и пожаробезопасен.
Чистота
Утечка сжатого воздуха без масла не приводит к загрязнению окружающей среды.
Установка
Рабочие элементы легко устанавливаются, а потому стоят недорого.
Скорость
Сжатый воздух является быстрой рабочей средой, что обеспечивает высокую скорость поршня и время переключения.
Защита от перегрузки
Пневматические инструменты и рабочие элементы могут быть нагружаться до тех пор, пока они исправны и не перегружены.
47
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
5
Основы пневматики
5.1
Физические основы
Воздух – это газовая смесь, состоящая из 78% азота и 21 % кислорода.
В нем также содержится небольшое количество водяного пара, углекислого газа, аргона, водорода, неона, гелия, криптона и ксенона.
Ниже в системе СИ представлены физические величины, используемые при описании законов движения воздуха.
5.1.1
Основные единицы измерения
Величина
Краткое обозначение
Единица измерения
Длина l
Метр (м)
Масса m
Килограмм (кг)
Время t
Секунда (с)
Температура
T
Кельвин (K, 0 °C = 273.15 K)
5.1.2
Вторичные единицы измерения
Величина
Краткое обозначение
Единица измерения
Сила
F
Ньютон (Н), 1 Н = 1 кг
• м/с
2
Площадь
A
Квадратный метр (м
2
)
Объем
V
Кубический метр (м
3
)
Расход потока жидкости q
V
(
м
3
/
с )
Давление p
Паскаль (Pa)
1
Па = 1 Н/м2 1
Бар = 10 5
Па
5.1.3
Закон Ньютона
Сила = масса • ускорение
F = m
• a
( в случае свободного падения «а» заменяется ускорением свободного падения g = 9.81 м/с
2
)
48
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
5
Основы пневматики
5.1.4
Давление
1 Па равен давлению, вызываемому силой в 1Н, действующей перпендикулярно к поверхности площадью 1 м
2
Давление на поверхности Земли называется атмосферным (р am b
) или эталонным. Давление выше этого значения будет считаться избыточным (р е
> 0)
, а ниже – вакуумным (р е
<
0). Разница атмосферного давления находится по следующей формуле: p
e
= p abs
– p am b
Это проиллюстрировано на следующей схеме: кПа (Бар) p
am b p
e, 1
>0 p
abs, 1 p
am b p
e, 2
<0 p
abs, 2 p
am b
100 кПа
(1
Бар)
0 p
abs
= 0 к Па
Рисунок 5.1: Давление воздуха
Атмосферное давление не постоянно, его значение меняется в зависимости от географического положения и погоды.
Абсолютное давление p abs
- это давление, указанное в качестве нулевого (вакуумного). Оно равно сумме атмосферного и избыточного или вакуумного давлений. На практике чаще всего используются манометры, показывающие только избыточное давление. Абсолютное давление выше 100 кПа (1 Бар).
Обычно в пневматике все технические характеристики, касающиеся измерений воздуха, передают при так называемых «нормальных условиях». Нормальные условия по DIN 1343- это состояние твердого, жидкого или газообразного материала, определенное посредством стандартной температуры и стандартного давления.
Стандартная температура T
n
= 273.15 K, t n
= 0 °C
Стандартное давление p n
= 101325 Па = 1.01325 Бар
49
© Festo Didactic Gmb H & Co. KG • 5 630 60
Скачать 2.86 Mb.