Датчики давления, преобразователи расхода и уровня

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

 

Автоматическая система—это совокупность взаимо­действующих между собой управляемого объекта и уп­равляющего устройства, выполняющая заданные функ­ции без непосредственного участия человека.

Объекты управле­ния—отдельные технические средства или их совокупность, осу­ществляющие определенный технический процесс, например от­дельные машины или установки, цеха или заводы, дорожно-строительные машины и транспортные установки, энергетические систе­мы и т. д.

В САУ различают внешние воздействия, т.е. воздейст­вия внешней среды на систему, и внутренние, оказываемые од­ной частью системы на другую.

По виду цепи воздействия САУ можно разделить на замкну­тые и разомкнутые.

Для пояснения принципа действия статических и ас­татических САР в качестве примера рассмотрим систему регулирования уровня жидкости в баке.

На рисунке 1, а показана схема ручного регулирования.

Это пример разомкнутой системы, в которой изменение выходной величины (уровня Н) не вызывает изменений входной (притока q). На рисунке 1, б по­казана замкнутая система автоматического регулирова­ния уровня.

Автоматический контроль включает в себя автомати­ческие сигнализацию, измерение, сортировку и сбор ин­формации.

Автоматическая сигнализация предназна­чена для оповещения обслуживающего персонала о пре­дельных или аварийных значениях каких-либо физиче­ских параметров, о месте и характере нарушений техно­логического процесса.

Автоматическое измерение предназначено для измерения и передачи на специальные указательные или регистрирующие приборы физических величин, характеризующих технологический процесс или работу ма­шин. Автоматическая сортировка предполагает контроль и разделение продукции по размеру, весу, твердости, вязкости и другим показателям (например, сортировка зерна, яиц, фруктов, картофеля и т. п.).

Автоматический сбор информации пред­назначен для получения информации о ходе технологи­ческого процесса, о качестве и количестве выпускаемой продукции, для обработки и выдачи информации обслу­живающему персоналу.

Автоматическая защита представляет собой совокуп­ность технических средств, которые при возникновении ненормальных и аварийных режимов либо прекращают контролируемый производственный процесс (например, отключают определенные участки электроустановки при возникновении на них коротких замыканий), либо авто­матически устраняют ненормальные режимы. Защиту, выполняемую на реле, называют релейной защитой. Релейная защи­та широко применяется на электрических станциях, подстанциях, в сетях и различных электроустанов­ках.

Автоматическая защита включает в себя также автоблокировку. Устройства автоблокировки в ос­новном предназначены для предотвращения неправиль­ных включений и отключений оборудования и тем са­мым предупреждают повреждения и аварии.

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

ДАТЧИКИ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

1. Определение и классификация датчиков

Датчики — устройства, служащие для извлечения и предвари­тельной обработки информации о состоянии технологического про­цесса, агрегатов, машин.

Под параметром понимается физическая величина, характеризующая состояние машины, агре­гата, технологического процесса.

Датчики классифицируются (по назначению) в зависимости от входной величины, например перемещений, температуры, давления, расхода, уровня. В системах автоматики чаще всего применяются электрические и механические датчики, реже пневматические и гидравлические.

Параметрические датчики — это устройства, в которых неэлект­рическая величина преобразуется в параметр электрической цепи, например, сопротивление; в генераторных датчиках происходит пре­образование в электродвижущую силу.

Датчики перемещения

Устройства, служащие для получения информации о положении элементов, устройств, путем преобразо­вания линейных или угловых перемещений в электрические или другие величины, называются датчиками перемещения.

В качестве датчиков перемещения применяют индуктивные и ем­костные элементы (рис. 2), действие которых основано на за­висимости реактивного сопротивления от величины зазора между подвижной частями.

 

Датчики температуры

Наиболее широко в датчиках температуры применяются чувствительные элементы, маномет­рические, термосопротивления и термоэлектрические (термопары).

Дилатометриче­ский элемент– простейший элемент расширения (рис. 3, а) – состоит из двух стержней: 1 - внутреннего и 2- наружного.

Датчики скорости

Наи­более распространенными и надежными датчиками скорости являют­ся тахогенераторные и магнитоиндуктивные датчики.

На рисунке 6, а показана кинематическая схема ме­ханического центробежного датчика угловой ско­рости вращения. Гидравлические датчики оборотов (рис. 6, б) обычно преобразуют скорость вращения в пропорциональное давление жидкости или в изменение ее расхода.

На рисунке 6, в и г показаны время-импульсный и индукционный частотные датчики.

Основной недостаток время-импульсных датчиков — быстрый износ контактных поверхностей.

 

Датчики влажности

Современные методы измерения влажности твердых тел, жидкостей и газов разделяются на прямые и косвен­ные. Прямые методы измерения влажности предполага­ют непосредственное разделение материала на сухое ве­щество и влагу, а затем их взвешивание и подсчет влаж­ности.

К косвенным методам относятся электрические ме­тоды и метод замера теплопроводности, зависящей от влагосодержания контролируемой среды.

Датчики влажности по принципу действия разделя­ются на две группы в зависимости от измеряе­мой электрической характеристики вещества: электрофи­зические и электропараметрические.

К группе электрофизических датчиков относятся: ра­диационные датчики, работа которых основана на из­мерении степени поглощения влагой инфракрасных излу­чений, электромагнитных колебаний высокой частоты, γ-лучей и нейтронных излучении; магнитоядерные, резо­нансные, работающие на принципе поглощения радиочас­тотного магнитного поля ядрами атомов водорода влаги.

К электропараметричсским датчикам относятся: кондуктометрические, которыми определяют влажность по результатам измерения электрической проводимости; высокочастотные, при помощи которых определяют влаж­ность по величине диэлектрической проницаемости или тангенса угла диэлектрических потерь, и гигрометрические, позволяющие оценить влажность среды по изме­нениям электрических или механических характеристик вспомогательного, гигроскопического вещества.

 

Реле

В автоматике реле - устройства, у которых при плавном изменении входной величины выходная изменяется скачком.

На рис. 8 показаны различные контактные группы реле, позволяющие релейным элементам работать в трех различных режимах: а— режим повторителя, соответствует нормально разомк­нутым контактам реле: б — режим инвертора, соответствует нор­мально замкнутым контактам реле; в — режим триггера, комби­нация из нормально замкнутого и нормально
разомкнутого контак­тов — переключающий контакт реле.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

 

Автоматическая система—это совокупность взаимо­действующих между собой управляемого объекта и уп­равляющего устройства, выполняющая заданные функ­ции без непосредственного участия человека.

Объекты управле­ния—отдельные технические средства или их совокупность, осу­ществляющие определенный технический процесс, например от­дельные машины или установки, цеха или заводы, дорожно-строительные машины и транспортные установки, энергетические систе­мы и т. д.

В САУ различают внешние воздействия, т.е. воздейст­вия внешней среды на систему, и внутренние, оказываемые од­ной частью системы на другую.

По виду цепи воздействия САУ можно разделить на замкну­тые и разомкнутые.

Для пояснения принципа действия статических и ас­татических САР в качестве примера рассмотрим систему регулирования уровня жидкости в баке.

На рисунке 1, а показана схема ручного регулирования.

Это пример разомкнутой системы, в которой изменение выходной величины (уровня Н) не вызывает изменений входной (притока q). На рисунке 1, б по­казана замкнутая система автоматического регулирова­ния уровня.

Автоматический контроль включает в себя автомати­ческие сигнализацию, измерение, сортировку и сбор ин­формации.

Автоматическая сигнализация предназна­чена для оповещения обслуживающего персонала о пре­дельных или аварийных значениях каких-либо физиче­ских параметров, о месте и характере нарушений техно­логического процесса.

Автоматическое измерение предназначено для измерения и передачи на специальные указательные или регистрирующие приборы физических величин, характеризующих технологический процесс или работу ма­шин. Автоматическая сортировка предполагает контроль и разделение продукции по размеру, весу, твердости, вязкости и другим показателям (например, сортировка зерна, яиц, фруктов, картофеля и т. п.).

Автоматический сбор информации пред­назначен для получения информации о ходе технологи­ческого процесса, о качестве и количестве выпускаемой продукции, для обработки и выдачи информации обслу­живающему персоналу.

Автоматическая защита представляет собой совокуп­ность технических средств, которые при возникновении ненормальных и аварийных режимов либо прекращают контролируемый производственный процесс (например, отключают определенные участки электроустановки при возникновении на них коротких замыканий), либо авто­матически устраняют ненормальные режимы. Защиту, выполняемую на реле, называют релейной защитой. Релейная защи­та широко применяется на электрических станциях, подстанциях, в сетях и различных электроустанов­ках.

Автоматическая защита включает в себя также автоблокировку. Устройства автоблокировки в ос­новном предназначены для предотвращения неправиль­ных включений и отключений оборудования и тем са­мым предупреждают повреждения и аварии.

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

ДАТЧИКИ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

1. Определение и классификация датчиков

Датчики — устройства, служащие для извлечения и предвари­тельной обработки информации о состоянии технологического про­цесса, агрегатов, машин.

Под параметром понимается физическая величина, характеризующая состояние машины, агре­гата, технологического процесса.

Датчики классифицируются (по назначению) в зависимости от входной величины, например перемещений, температуры, давления, расхода, уровня. В системах автоматики чаще всего применяются электрические и механические датчики, реже пневматические и гидравлические.

Параметрические датчики — это устройства, в которых неэлект­рическая величина преобразуется в параметр электрической цепи, например, сопротивление; в генераторных датчиках происходит пре­образование в электродвижущую силу.

Датчики перемещения

Устройства, служащие для получения информации о положении элементов, устройств, путем преобразо­вания линейных или угловых перемещений в электрические или другие величины, называются датчиками перемещения.

В качестве датчиков перемещения применяют индуктивные и ем­костные элементы (рис. 2), действие которых основано на за­висимости реактивного сопротивления от величины зазора между подвижной частями.

 

Датчики температуры

Наиболее широко в датчиках температуры применяются чувствительные элементы, маномет­рические, термосопротивления и термоэлектрические (термопары).

Дилатометриче­ский элемент– простейший элемент расширения (рис. 3, а) – состоит из двух стержней: 1 - внутреннего и 2- наружного.

Датчики давления, преобразователи расхода и уровня

Давление — сила, приходящаяся на единицу площади.

Принцип действия пьезоэлектрических датчиков основан на пре­образовании механической энергии в электрическую при помощи пьезоэлектрического эффекта — возникновение электрических за­рядов на поверхности некоторых кристаллов при механическом воздействии на них (рис. 4). Вели­чина заряда пропорцио­нальна давлению, сжимаю­щему кристалл:

Q=dP

где d — пьезоэлектричес­кий модуль, Кл / Па;

Р — давление, Па.

Расход вещества представляет собой произведение площади се­ления на скорость потока. Физические явления, лежащие в основе измерения расхода, могут быть связаны с изменением, как скорости движения вещества, так и его количества (рис. 5).

При установке в трубопроводе диафрагмы — перегородки с от­верстием (рис. 5, а) — скорость движения жидкости (или газа) в самой диафрагме и непосредственно после нее возрастает (пло­щадь струи меньше, а расход вещества прежний).

Датчики скорости

Наи­более распространенными и надежными датчиками скорости являют­ся тахогенераторные и магнитоиндуктивные датчики.

На рисунке 6, а показана кинематическая схема ме­ханического центробежного датчика угловой ско­рости вращения. Гидравлические датчики оборотов (рис. 6, б) обычно преобразуют скорость вращения в пропорциональное давление жидкости или в изменение ее расхода.

На рисунке 6, в и г показаны время-импульсный и индукционный частотные датчики.

Основной недостаток время-импульсных датчиков — быстрый износ контактных поверхностей.

 

Датчики влажности

Современные методы измерения влажности твердых тел, жидкостей и газов разделяются на прямые и косвен­ные. Прямые методы измерения влажности предполага­ют непосредственное разделение материала на сухое ве­щество и влагу, а затем их взвешивание и подсчет влаж­ности.

К косвенным методам относятся электрические ме­тоды и метод замера теплопроводности, зависящей от влагосодержания контролируемой среды.

Датчики влажности по принципу действия разделя­ются на две группы в зависимости от измеряе­мой электрической характеристики вещества: электрофи­зические и электропараметрические.

К группе электрофизических датчиков относятся: ра­диационные датчики, работа которых основана на из­мерении степени поглощения влагой инфракрасных излу­чений, электромагнитных колебаний высокой частоты, γ-лучей и нейтронных излучении; магнитоядерные, резо­нансные, работающие на принципе поглощения радиочас­тотного магнитного поля ядрами атомов водорода влаги.

К электропараметричсским датчикам относятся: кондуктометрические, которыми определяют влажность по результатам измерения электрической проводимости; высокочастотные, при помощи которых определяют влаж­ность по величине диэлектрической проницаемости или тангенса угла диэлектрических потерь, и гигрометрические, позволяющие оценить влажность среды по изме­нениям электрических или механических характеристик вспомогательного, гигроскопического вещества.