- •Технические средства автоматизации
- •Технические средства автоматизации
- •Содержание
- •Введение
- •В.1. Роль и место курса “Технические средства автоматизации” в учебном процессе
- •В.2. Основные направления развития технических средств автоматизации
- •1. Технические средства автоматизации
- •1.1 Основные принципы построения тса
- •1.2 Классификация приборов и устройств тса
- •1.3 Стандартизация сигналов гсп
- •1.4 Агрегатные комплексы гсп.
- •1.5 Структура систем управления
- •2. Электрические и электронные средства автоматизации
- •2.1. Датчики и измерительные преобразователи для измерения температуры
- •2.1.1 Термоэлектрические преобразователи (Термопары)
- •2.1.2 Термопреобразователи сопротивлений
- •2.1.3. Измерительные (нормирующие) преобразователи
- •2.1.4. Датчики-реле температуры
- •2.2. Датчики перемещения
- •2.2.1. Реостатные датчики
- •2.2.2. Тензодатчики
- •2.2.3 Электромагнитные датчики
- •2.2.4 Емкостные датчики
- •2.2.5 Фотодатчики линейных и угловых перемещений
- •2.2.6. Магнитомодуляционные преобразователи
- •2.3. Приборы для измерения давления
- •2.4. Приборы для измерения и контроля расхода
- •2.5. Приборы для измерения состава веществ
- •2.6. Приборы для измерения и контроля массы
- •2.7. Приборы для измерения и контроля уровня
- •2.8. Электрические датчики-реле
- •3. Электрические исполнительные механизмы
- •3.1. Электромагнитные исполнительные механизмы
- •3.2. Электродвигательные исполнительные механизмы
- •3.3. Пусковые устройства
- •3.4. Вспомогательные устройства
- •3.5. Характеристики исполнительного механизма постоянной скорости
- •4. Регуляторы
- •4.1. Регуляторы прямого действия
- •4.2. Двухпозиционные регуляторы
- •4.2.1. Процесс регулирования в системе с двухпозиционным регулятором
- •4.2.2. Характеристики систем с двухпозиционными регуляторами для различных типов объектов
- •4.3 Аналоговые регуляторы
- •4.3.1 Аналоговый пропорциональный регулятор
- •4.3.2. Аналоговый интегральный регулятор
- •4.3.4. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор
- •4.4. Аппаратная реализация функциональных узлов регуляторов
- •4.4.1. Магнитные усилители
- •4.4.2. Модуляторы, усилители, демодуляторы
- •4.4.3. Дифференциаторы и интеграторы
- •4.5. Регуляторы с исполнительным механизмом постоянной скорости
- •4.5.1. Пропорциональный регулятор
- •4.5.2. Пропорционально-интегральный регулятор
- •4.5.3. Формирование импульсного пид_закона регулирования
- •4.6. Агрегатные комплексы средств автоматизации
- •4.6.1. Функциональный состав агрегатных комплексов
- •4.6.2. Особенности реализации функциональных элементов в ак “Каскад-2”
- •4.6.3. Регулятор р-17
- •4.6.4. Регулятор р-27
- •4.7. Цифровые системы управления и регулирования
- •4.7.1. Принципы организации эвм
- •4.7.2. Цикл выполнения команд в эвм
- •4.7.3. Общие принципы организации ввода-вывода
- •4.7.4. Программный режим ввода-вывода
- •4.7.5. Обмен информацией в режиме прерывания программы
- •4.7.6. Прямой доступ к памяти
- •4.7.7. Подключение внешних устройств
- •5. Запорная и регулирующая арматура
- •П осле изучения главы необходимо знать
- •5. Запорная и регулирующая арматура
- •6. Гидравлические и пневматические средства автоматизации
- •6.1 Рабочие жидкости и газы
- •6.2 Элементы пневматических и гидравлических систем
- •6.2.1 Гидравлические и пневматические сопротивления
- •6.2.3 Гидравлические и пневматические емкости
- •6.2.4 Гидро(пневмо)механические преобразователи
- •6.2.5 Механогидравлические преобразователи
- •6.3. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы
- •6.4 Механогидравлические и механопневматические усилители
- •6.5. Гидравлические и пневматические корректирующие устройства
- •6.6. Электромеханические преобразователи
- •6.7. Примеры реализации пневморегуляторов.
- •Заключение
- •Список использованных источников
2.1.4. Датчики-реле температуры
Для двухпозиционного регулирования температуры выпускаются датчики-реле температуры. Действие наиболее распространенных датчиков основано на тепловом расширении тел. Действие ртутных датчиков-реле основано на тепловом расширении ртути в замкнутом объеме. Ртуть, обладая электропроводностью, при расширении замыкает контакты в капилляре связанным с рабочим объемом. Коммутируемая мощность -менее 1ва при токе менее 0.04а.
В манометрических датчиках используется зависимость давления рабочего вещества в герметически замкнутой системе от температуры. Термочувствительная система, заполненная рабочим веществом, состоит из термобаллона, соединительного капилляра, камеры с встроенным чувствительным элементом - сильфоном, соединенным с контактным устройством (рис.2.11).
В дилатометрических и биметаллических датчиках-реле используется изменение линейных размеров твердых тел при изменении температуры. Чувствительный элемент биметаллического датчика – пластина из соединенных вдоль двух пластин из металлов с разными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры такая пластина изгибается. Свободный конец ее или связан механически с контактной группой или сам является контактом. Чувствительный элемент дилатометрических датчиков состоит из трубки, изготовленной из имеющей большой коэффициент линейного расширения латуни, и находящегося внутри трубки стержня из инвара, имеющего малый коэффициент линейного расширения. При изменении температуры конец стержня, связанный с контактным устройством, перемещается относительно трубки (рис.2.12).
Заметим, что для измерения больших температур используются пирометрические датчики, принцип действия которых основан на измерении цвета и мощности теплового излучения нагретых тел.
2.2. Датчики перемещения
2.2.1. Реостатные датчики
Потенциометрические датчики являются простейшими датчиками предназначенными для преобразования механического перемещения в электрический сигнал. Они представляют собой реостат, на неподвижные выводы которого подается постоянное напряжение. Выходной сигнал снимается с одного из неподвижных контактов и с движка, который может быть механически связан с устройством, перемещение которого необходимо измерить. Для получения биполярного выходного сигнала он снимается между зафиксированной средней точкой реостата и движком. Для получения выходного сигнала, изменяющегося по определенному закону, применяют функциональные потенциометрические датчики, у которых зависимость сопротивления обмотки от перемещения движка является нелинейной. Это достигается, как правило, изменением шага намотки или изменением длины витка.
2.2.2. Тензодатчики
Для измерения малых перемещений (деформаций в объектах и деталях машин) используют тензометрические датчики. Они могут также использоваться для измерения давления или веса совместно с упругим элементом преобразующим давление или вес в деформацию. Работа тензодатчиков основана на изменении активного сопротивления материала при его механической деформации. В качестве материала используется проводники в виде проволоки, фольги и пленки и полупроводники.
Проволочный тензодатчик представляет собой полоску прочной бумаги, на которую наклеена зигзагообразно уложенная проволока диаметром 0.02-0.05мм. Длина проводников (5-20 и более мм) значительно больше расстояния между витками. В качестве материала проволоки используются константан, нихром, хромель, манганин (сплав меди, марганца и никеля). Сверху преобразователь покрывается слоем лака. Тензодатчик распологается на исследуемой детали в направлении действия деформирующего усилия и приклеивается бакелито-фенольными клеями типа БФ. Такие датчики имеют малое сопротивление (5-1000ом) и малое изменение сопротивления про деформации. Поэтому основной схемой их включения является мостовая. Причем обычно для повышения чувствительности используется два (четыре) одинаковых датчика, из которых один (работающий на сжатие) включен в одно плечо моста, а другой (работающий на растяжение) – в смежное плечо (рис.2.13). Для компенсации температурной погрешности в смежное плечо моста может быть введен тензорезистор наклеенный в месте наклейки основного, измерительного, но наклеенный перпендикулярно направлению деформации. При деформации сопротивление такого компенсационного тензорезистора не будет изменяться, но изменение сопротивления при изменении температуры будет такое же, как у измерительного. Коэффициент тензочувствительностт проволочных тензорезисторов порядка 2.
Фольговые датчики изготавливают методом фотохимического травления из разных сплавов и имеют толщину проводящего покрытия 3-15мкм. Пленочные тензодатчики изготавливают путем напыления слоев германия, кремния, индия, висмута и т.д. на основания из слюды или кварца. Фольговые и особенно пленочные тензодатчики имеют на порядок большой коэффициент тензочувствительности.
Полупроводниковые тензорезисторы изготавливают путем выращивания полупроводникового кристалла на упругом элементе из кремния или сапфира. На упругом элементе собирается мост или полумост и компенсирующие элементы. Допустимый ток моста порядка 5-20ма. при напряжении 2-12в. Допустимый ток определяется нагревом резистора. Повысить чувствительность моста можно за счет питания моста импульсным током.