Тема: Конструкция и параметры датчиков

Цель: изучение параметров датчиков

 

Задание

 

1. Зарисовать характеристики датчиков

2.Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Классификация датчиков.

    Любая автоматическая система управления и контроля содержит в качестве функционально необходимых элементов один или несколько измерительных преобразователей (или датчиков), служащих для измерения действительного значения управляемой или контролируемой (входной) величины и преобразования этого значения в сигнал для дальнейшей передачи по каналам управления.

По природе выходной величины все датчики можно подразделить на электрические, гидравлические, пневматические.

По природе измеряемой (преобразуемой) входной величины выделяют: датчики перемещения, температуры, уровня, расхода, положения, скорости, ускорения, давления (или усилия), частоты, светового потока, деформации.

По виду выходной величины электрические датчики подразделяют на:

 – параметрические (пассивные): контролируемая величина преобразуется в изменении таких параметров как электрическое сопротивление, индуктивность, емкость (индуктивный, емкостной датчик, фоторезистор, угольный столбик);

– генераторные (активные): контролируемая величина преобразуется в изменение заряда, напряжения, тока (термопара, фотоэлемент, пьезодатчик).

По принципу действия выделяют:

– датчики сопротивления: потенциометры, тензорезисторы, терморезисторы, фоторезисторы;

– датчики индуктивности и взаимной индуктивности: индуктивные, сельсины, микросины, вращающиеся трансформаторы;

– магнитно индукционные: тахогенераторы постоянного и переменного тока, емкостные датчики.

По структуре:

– с промежуточным преобразованием энергии;

– с непосредственным преобразованием энергии.

Основные характеристики датчиков.

  Входная величина – величина, воспринимаемая и преобразуемая датчиком. Бывает энергетической и параметрической.

Выходной сигнал – это определенное изменение несущей величины (ток, напряжение, мощность), вызванное изменением входной величины и используемое для передачи информации. Существуют две формы сигнала: непрерывная в виде физического процесса (электромагнитного) и дискретная кодированная.

Изменение несущей величины (модуляция) может осуществляться по амплитуде, по временному признаку (изменение частоты, длительности воздействия, порядка чередования воздействия), по пространственному признаку (чередование сигналов в каналах связи).

Статическая характеристика датчика y=F(x) описывает физические законы, положенные в основу работы датчика, и представляет собой зависимость выходного сигнала датчика y от входной величины х при медленном их изменении в установившемся режиме. Для удобства измерений датчики изготавливают таким образом, чтобы статическая характеристика была линейной.

Чувствительность датчика S представляет собой отношение весьма малого изменения выходной величины к весьма малому изменению входной в установившемся режиме

При S = ¥ статическая характеристика принимает релейный характер.

Порог чувствительности – это минимальное изменение входной величины, вызывающее изменение выходного сигнала.

Гистерезис – это неоднозначность хода статической характеристики при увеличении и уменьшении входной величины.

Основная погрешность – отклонение реальной статической характеристики (нагрузочной) от желаемой.

Дополнительная погрешность вызывается изменениями внешних условий по сравнению с их нормальным значением.

Максимальная мощность входных и выходных сигналов, потребляемая мощность и КПД.

Динамические характеристики определяют поведение датчика при быстрых изменениях входной величины (передаточная функция, переходная характеристика, амплитудно-частотная и фазовая).

Метрологические характеристики имеют большое значение при оценке качества и свойств датчика (класс точности, допускаемая погрешность).

 

Рисунок 4.1 – Характеристики датчиков

Контрольные вопросы

 

1. В чем различие между параметрическими и генераторными преобразователями?

2. Что такое чувствительность датчика?

3. Что представляет собой статическая характеристика датчика?

4. Что такое гистерезис?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5

Тема: Сравнивающие устройства.

Цель: изучение сравнивающих устройств.

Задание

 

1. Зарисовать типовые схемы.

2. Описать работу схем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Сравнивающие устройства или элементы сравнения являются неотъемлемой частью любой системы автоматического управления. К одному из входов сравнивающего устройства, как правило, подключается датчик, к другому — задающее устройство (задатчик).

В качестве задающих устройств в электрических схемах сравнения обычно используют переменные резисторы, а в отдельных случаях — многоцепные переключатели с набором резисторов, потенциометры с профильными каркасами, кулачковые механизмы и другие устройства. С развитием вычислительной техники в качестве задающего устройства стали использоваться специальные программы.

В сравнивающих устройствах управляемая величина Y(t), контролируемая датчиком, сравнивается с сигналом задания Yз(t), формируемым задатчиком. На выходе сравнивающего устройства устанавливается исполнительный механизм (ИМ), который в зависимости от сигнала рассогласования е, определяемого выражением ε(t) = Y_з(t) - Y(t) может находиться в состоянии равновесия (при е = 0) или рабочем состоянии (при е ≠ 0). Пусковое устройство включает ИМ в целях устранения рассогласования.

   Сравнивающие устройства измеряют рассогласование ε(t) = Y_з(t) - Y(t) – отклонение управляемой величины Y(t) от ее заданного значения Y_з(t). Сравнивающие устройства в зависимости от вида обрабатываемого сигнала могут быть аналоговые и цифровые, а по результату сравнения – релейными (двух- и более позиционными) или иметь на выходе абсолютную разность рассогласования.

На рис.5.1а приведена схема сравнивающего устройства на операционном усилителе ОУ с отрицательной обратной связью через резистор R₀. На оба входа ОУ подаются: на инвертирующий (-)- сигнал выходной управляемой величины САУ Y(t), а на неинвертирующий (+) - сигнал с задающего устройства Y_з(t). Если принять в схеме

R₂/R₃=R₁/R₀,

то сигнал на выходе будет пропорционален разности

ε (t)= [Y_з(t) - Y(t)] R₀/R₁.

Этот сигнал подается на другие элементы САР, в частности в регулирующее устройство для выработки соответствующего сигнала управления.

Для двухпозиционного регулирования используются компараторы (нуль-органы) (рис.5.1б), в котором в отличие от схемы (рис.5.1а) отрицательная обратная связь отсутствует, т.е. ОУ работает с коэффициентом усиления, стремящимся к бесконечности. В этом случае на выходе ОУ при ε (t)=<0 сигнал d(t) скачком изменяется с логической “1” на логический “0”. Аналоговые схемы сравнения сигналов просты, но не всегда имеют достаточную точность и стабильность работы.

 

Рисунок 5.1 – Аналоговые сравнивающие устройства.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Каково назначение задающего устройства в САУ?

2. Как и в каком виде вводятся заданные величины в различных САУ?

3. Как работают и чем отличаются командоаппараты непрерывного и дискретного действия?

4. Приведите схемы кулачковых задающих устройств.

5. Поясните работу задающего устройства, выполненного по релейной схеме.

6. Какова функция устройств сравнения в составе САУ?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6

Тема: Логические элементы

Цель: изучение логических элементов, получение практических навыков в составлении схем по логическим уравнениям

Задание

 

1. Составить схему из логических элементов по заданному уравнению

 

Таблица 6.1- Исходные данные

 

Вариант	Уравнение
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Теоретические сведения

Логический элемент — это интегральная схема, выполняющая логические операции с входной информацией.

В зависимости от типа используемых материалов выделяют следующие разновидности микросхем:

1. Диодно-резисторная логика. Использование схем, разработанных по этой технологии, возможно только с полупроводниковыми триодами. Для самостоятельного применения этих элементов характерны большие потери.

2. Диодно-транзисторная логика. Операции при этой технологии реализуются посредством диодных цепей, а усиление и инверсия сигнала происходят благодаря транзистору.

3. Резисторно-транзисторная логика. Данный класс чипов базируется на резисторах и биполярных транзисторах.

4. Транзисторно-транзисторная логика. За триодом, выполняющим логическую операцию, подключают выходной инвертор для четкости сигнала на выходе.