Курс лекций - Управление техническими системами (962909), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Определение и классификация датчиков2. Виды электрических датчиков3. Преобразующие устройства1. Автоматизация производственных процессов может успешно осуществляться только при наличии современных технических средств, создание которых должно базироваться на новейших достижениях науки и техники. К этимсредствам автоматики можно отнести датчики, преобразователи, усилители, задающие устройства, исполнительные органы и т. д.Метрологические характеристики датчиков определяют приведенныениже основные параметры.Статическая характеристика датчика представляет собой зависимость изменения выходной величины от входной величиныу = f (х),[2.1]где х - входная величина; у — выходная величина.Чувствительность датчика - отношение приращения выходной величины к приращению входной величиныS = Ау/Ах[2.2]Порог чувствительности датчика - наименьшее значение входной величины, которое вызывает появление сигнала на выходе.
Этот параметр связанс зоной нечувствительности, т. е. зоной, в пределах которой при наличии входного сигнала на выходе датчика сигнал отсутствует.Инерционность датчика - время, в течение которого выходная величинапринимает значение, соответствующее входной величине.Классификация датчиков:По характеру получения сигнала от измеряемой величины датчики разделяют на параметрические, в которых изменение измеряемой величины вызывает изменение какого-либо параметра (например, изменение сопротивления,давления, индуктивности, и генераторные, у которых изменение измеряемойвеличины вызывает генерацию сигнала (появление термо-ЭДС, фототока).По характеру зависимости выходного сигнала от входного различаютдатчики:- пропорциональные (сигнал на выходе пропорционален измеряемой величине);- нелинейные (сигнал на выходе нелинейно зависит от сигнала на входе);- релейные, в которых сигнал на выходе изменяется скачкообразно;- циклические, у которых сигнал на выходе пропорционален измеряемойвеличине или нелинейно зависит и повторяется циклически;- импульсные, у которых изменение входной величины вызывает появление сигналов (импульсов), число которых пропорционально измеряемой величине.По виду преобразования сигналов датчики могут быть:29электроконтактные, где механическая сила преобразуется в электрический сигнал;индуктивные, у которых изменение магнитной проницаемости вызывает изменение индуктивности;фотоэлектрические, в которых световой сигнал преобразуется вэлектрический; тензометрические, в которых механическая сила вызывает изменение сопротивления;гидравлические, в которых механические силы преобразуются вгидравлический сигнал, и т.
д.По назначению в системах автоматического управления датчики можноразделить на датчики пути и положения, скорости, силовые, углового положения или угла рассогласования и т. д. Так как датчики можно рассматривать каксоставные элементы систем управления, удобнее их классифицировать по назначению.2. Датчики пути и положения рабочих органов обеспечивают созданиеуправляющих сигналов в зависимости от пройденного пути или положения рабочих органов управляемого объекта.Электроконтактные датчики представляют собой конечные, путевыевыключатели, микропереключатели (Рисунок 14). У датчиков имеются штоки или рычаги 2, которые воздействуют через механизм передачи на контакты 1. Принципдействия датчиков основан на том, что их устанавливают на неподвижных частях рабочих органов в определенном положении, а движущиеся рабочие органы,на которых укреплены кулачки, достигнув заданногоположения, воздействуют на датчики, вызывая их срабатывание.Рисунок 14 - Электроконтактный датчикИндуктивные датчики.
Принцип их действия основан на изменении индуктивности катушки с подвижным якоремвследствие изменения магнитной проницаемости. Индуктивные датчики, как и электроконтактные, можно использовать как датчикипути или положения и как размерные (Рисунок15). В датчике (Рисунок 15, а) якорь 1 перемещается.Индуктивный дифференциальный датчик (Рисунок 15, б) состоит из двух катушек 2,4 на которых расположены обмотки, подклюРисунок 15 - Схемы индуктивных чаемые по дифференциальной схеме . В кадатчиков:тушках расположен сердечник 3, соединена - с подвижным якорем;ный с измерительным штоком 1, которыйб - с подвижным сердечникомконтактирует с измеряемой поверхностью.30Вращающиеся (поворотные) трансформаторы.
На статоре и роторевращающегося трансформатора размещены по две распределенные обмотки, магнитные оси которых взаимноперпендикулярны (Рисунок 16). Ротор вращающегосятрансформатора может поворачиваться на некоторыйугол, произвольный по отношению к статору.Принцип действия вращающегося трансформатораоснован на изменении коэффициентов взаимоиндукциимежду обмотками статора и ротора при повороте ротора.В качестве датчиков угла используют синуснокосинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ), у которых зависимость коэффициентов взаимоиндукции отугла поворота ротора носит характер синусоиды и косиРисунок 16 - Схема нусоиды, и линейные вращающиеся трансформаторы (Лвращающегося транс- ВТ), у которых указанная зависимость, линейная.форматораВ зависимости от схемы включения выходным сигналом вращающегося трансформатора может быть амплитуда переменного напряжения или угол сдвига фаз между напряжениями.
Соответственно этомурежим работы вращающегося трансформатора называется амплитудным, илирежимом фазовращателя.Наибольшее распространение из вращающихся трансформаторов с электрической редукцией получили редуктосины и индуктосины.Линейный индуктосин (Рисунок 17) состоит из набора измерительных шкал1 и ползуна 2, монтируемых нарабочих органах. Измерительнаяшкала индуктосина укреплена нанеподвижной части и представляет собой стальную линейку, накоторой на соответствующуюизолирующую подложку печатным способом нанесена зигзагообразная обмотка с шагом 2 мм.Ползун 2, укрепленный на подРисунок 17 - Линейный индуктосин: а) внешний вид; вижной части, является якорем исостоит из двух таких же, но боб) схема соединения обмотоклее коротких обмоток, сдвинутых на 1/4 шага относительно друг друга.
На выходе обмоток якоря индуцируется циклический сигнал. Число циклов определяется числом пройденных шагов. В промышленности применяют также круговые индуктосины.Фотоэлектрические датчики (Рисунок 18) представляют собой обычноефотореле, установленное на рабочих органах в определенном положении. Движущийся рабочий орган (ДРО), переместившись в установленное положение,экраном прерывает поток света Ф, вызывая срабатывание фотореле (ФР). Впромышленности применяют также размерные фотоэлектрические датчики.Размерный датчик (Рисунок 18, б) состоит из диска, который соединен с ДРО.31На диске нанесены штрихи или прорези с определенным шагом t. Придвижении рабочего органа штрихи на диске прерывают световой поток Ф, вызывая срабатывание фотореле.Измеренноеперемещение AL = nt, где п — число срабатывания фотореле; t— цена деления шага. Имеются датчики, у которых вкачествеизмерительныхшкал применяют линейки снанесенными штрихами.б)Рисунок 18 Схемы фотоэлектрических датчиков:а) пути и положения; б) размерногоГидравлические датчики представляют собой обычный управляющийгидрораспределитель поршневого или крановоготипа (Рисунок 19).
Принцип их действия основан натом, что движущиеся рабочие органы, на которыхразмещены кулачки или упоры 1, достигнув положения, где установлен датчик, воздействуют нанего, вызывая сбрасывание. Управляющий гидрораспределитель обеспечивает сигнал исполнительному органу (гидродвигателю).Рисунок 19 – Схема гидравлического датчикаПневматические датчики аналогично гидравлическим выполнены в видепневмораспределителей кранового типа (Рисунок 20),дросселей или клапанов. Широкое распространениеполучили размерные пневматические дифференциальные датчики мембранного и сильфонного типа сэлектроконтактным выходом.Рисунок 20 - Пневматический датчикДатчики углового положения создают управляющий сигнал в зависимости от углового положения или угла рассогласования между рабочими органами.Потенциометрический датчик (Рисунок 21) состоит из каркаса 1 с обмоткой 2, по которой скользит движок 3.
Для съема сигнала сперемещающегося движка служит добавочная щетка 4,скользящая по токосъемному кольцу 5. Выходное напряжение датчика угловых перемещений пропорциональноуглу поворота подвижной части первичного измерителя,соединенного с осью движка.Рисунок 21 - Потенциометрический датчик32Сельсины.
Сельсины представляют собой трансформаторы с воздушнымзазором, у которых при вращении ротора происходит плавное изменение величины ЭДС, наведенной в обмотке ротора. Обычно сельсины работают в паре: сельсин, связанный с ведомым валом, называют сельсином-приемником, а сельсин, связанный с ведущим валом, - сельсиномдатчиком (Рисунок 22).Однофазная обмотка сельсина расположенана статоре, а трехфазная - на роторе. Трехфазнаяобмотка состоит из трех катушек, сдвинутых относительно друг друга на 120°. Они уложены впазы ротора и соединены в звезду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
