Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 0
Инерционность — это величина, которая характеризует дина мические свойства измерительного преобразователя и показывает, насколько быстро выходная величина у начинает соответствовать входной величине х.
§1.4. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Электромеханические преобразователи преобразуют различные механические параметры (давление, перемещение, скорость, уско рение и т. д.) в электрический сигнал. В зависимости от того, какой
1—
Рис. 1.1. Схема реостат |
Рис. 1.2. Схема |
работы |
дифференциально-тран |
||||
ного преобразователя |
а |
сформаторного |
преобразователя |
|
|||
|
— положение плунжера; |
б |
— напряжение |
на вто |
|||
|
ричных обмотках; |
в |
— суммарное выходное |
напря |
|||
жение
электрический параметр изменяется под воздействием механических величин, они могут быть активного сопротивления, индуктивными, емкостными или фотоэлектрическими.
Преобразователи активного сопротивления, или реостатные
(рис. 1.1), используют для измерения линейных и угловых переме щений. Они представляют собой реостат, движок которого жестко связан с мембраной, рычагом или другим движущимся измеритель ным элементом. При перемещении движка изменяется сопротивление реостатного преобразователя. Реостатные преобразователи обычно изготовляют из тонкой проволоки, намотанной на каркас. В зависи мости от профиля каркаса при перемещении движка может изме няться его сопротивление по любому закону. В измерительные уст ройства и приборы реостатные преобразователи включают главным образом по схеме потенциометра.
8
Статической характеристикой потенциометрического реостат4ного преобразователя является зависимость напряжения UBblx на нагрузке R H от расстояния между скользящим контактом 1 и непо движным контактом 2. Напряжение UBb!x зависит от сопротивления нагрузки Ян, сопротивления Rx между контактами / и 2, питающего напряжения U0 и сопротивления R:
U —и _____ Rl R
вых 0 R i(R -R i)+ R R H '
Рис. 1.3. Схема ферродинамиче- |
Рис. 1.4. Схема емкостного пре |
ского преобразователя |
образователя |
При расчете потенциометрических преобразователей предпола гается, что Rn г» оо. В этом случае
и |
~ и |
В± |
^ вых |
0 |
ß ' |
Чувствительность этих преобразователей зависит от конструк ции потенциометра и числа витков проволоки на единице длины. Достоинство реостатных датчиков в том, что их инерционность практически равна нулю.
Индуктивные параметрические преобразователи. Индуктив ный дифференциально-трансформаторный преобразователь питает ся напряжением переменного тока. При перемещении сердечника 1 (рис. 1.2) вверх или вниз меняется коэффициент взаимоиндукции в верхней 2 и нижней 3 обмотках, одна из наведенных э. д. с. уве личивается, а другая уменьшается. Так как фазы сдвинуты на 180°, возникает разность напряжений. Таким образом, в дифференциаль но-трансформаторном преобразователе выходная величина — это
9
Напряжение АU, равное разности э. д. с., наводимых во встречно включенных обмотках.
Ферродинамический параметрический преобразователь (рнс. 1.3) состоит из магнитопровода /, на котором расположена обмотка воз буждения 2, и подвижной катушки (рамки) 3, закрепленной на оси. Катушка (рамка) 3 находится в воздушном зазоре магнитопровода. При подаче в обмотку возбуждения переменного тока в магнитопроводе и воздушном зазоре создается переменный магнитный поток. Если катушка расположена в воздушном зазоре вертикально, то магнитные линии проходят вдоль катушки и э. д. с. в ней не воз никает.
Катушка соединена с чувствительным элементом, измеряющим параметр. При повороте катушки магнитное поле индуктирует в ней э. д. с. Угол поворота меняет величину э. д. с., получаемую с преобра зователя. Если катушка займет горизонтальное положение, то ве личина переменного магнитного потока, пронизывающего ее, а сле довательно, и наведенная в ней э. д. с. будут максимальными. Ин дуктивные преобразователи обладают достаточно высокой чувстви тельностью.
Емкостные параметрические преобразователи (рис. 1.4), так же как и индуктивные, имеют высокую чувствительность, т. е. при ма лых перемещениях подвижной части емкостного преобразователя происходит резкое изменение емкости. Это видно из формулы для подсчета емкости плоского конденсатора:
где С — электрическая емкость; е — диэлектрическая проницаемость среды; S — площадь пластин конденсатора; б — расстояние между пластинами.
В наиболее распространенных типах емкостных преобразователей используют зависимость электрической емкости С от расстояния между пластинами конденсатора б.
Емкостные параметрические преобразователи позволяют изме рять очень малые перемещения — примерно 10~7 мм.
§ 1.5. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Электрические параметры фотоэлектрических преобразовате лей (сопротивление, напряжение) изменяются в зависимости от из менения освещенности. Наибольшее распространение в качестве таких преобразователей получили полупроводниковые фотосопро тивления.
Фотосопротивление состоит из светочувствительного слоя полу проводника 1 (рис. 1.5) толщиной около 1 мкм, нанесенного на стек лянную (или кварцевую) пластинку 2. На поверхности полупровод ника укреплены токосъемные электроды 3. Чувствительный к свету
Ю
'элемент с токосъемными элект родами монтируют в пластмас совом корпусе. Выступающие электроды обеспечивают вклю чение фотосопротивления в схе му. При освещении электриче
ское сопротивление фотосопро тивления резко падает и, следо вательно, ток в . электрической
цепи, в которую включено фотосопротивление, возрастает. Мерой чувствительности фотосопротивления является разность то ков в темноте и на свету, отнесенная к величине светового потока, падающего на фотосопротивление. Чувствительность фотосопротив лений во много раз больше чувствительности фотоэлементов. Фото сопротивления — это практически безынерционные преобразо ватели.
§ 1.6. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Пневматические преобразователи получили большое распростра нение в связи с возможностью создания взрывобезопасной системы измерения. В этой системе дистанционной передачи показаний конт ролируемая величина преобразуется в давление воздуха, передава емое на вторичный прибор. Дальность передачи при применении пневматических систем достигает несколько сотен метров. Для пе редачи показаний используют сжатый воздух, предварительно очи щенный и осушенный. Измерительный прибор, оборудованный уст ройством пневмопередачи, будет являться первичным прибором.
Основной частью пневматических преобразователей является система (узел) «сопло — заслонка» (рис. 1.6). Сжатый воздух под давлением 0,14 МПа (1,4 кгс/см2) поступает через редуктор в труб ку / и далее через дроссель 2 направляется в камеру 3. Из камеры часть воздуха через сопло 4 может удаляться в атмосферу, а осталь ная часть по трубке 5 направляется к вторичному прибору. Сопло 4 представляет собой трубку с выходным отверстием, диаметр которого
.0,2—0,5 мм. Дроссель 2 также выполнен в виде трубки, площадь сечения отверстия которой примерно в четыре раза меньше, чем у сопла. Выходное отверстие сопла прикрывается заслонкой 6, которая связана с измерительной системой и может приближаться или, наоборот, отходить от сопла под действием измерительного элемента 7. Чем ближе заслонка к соплу, тем меньше воздуха выходит в атмосферу и тем, следовательно, больше давление в камере 3. Когда заслонка полностью прикроет отверстие, давление в камере
будет равно |
входному. При отходе заслонки |
от сопла давление в |
||
камере будет падать. |
Расстояние, которое должна пройти заслон |
|||
ка, чтобы |
давление |
в камере стало |
равным |
атмосферному, со |
ставляет 0,2—0,25 диаметра отверстия |
сопла. |
|
||
П
Пневматические преобразователи обладают высокой точностью. Классы их точности 0,6, 1 и 1,5. Преобразователи построены по блоч ному принципу с использованием унифицированного пневмосило вого преобразователя, который позволяет путем сочленения с раз личными чувствительными элементами измерять практически любые технологические параметры и преобразовывать их в стандартный пневматический сигнал, равный 0,02—0,1 МПа (0,2—1 кгс/см2).
Принцип действия пневматического преобразователя основан на пневматической силовой компенсации. На рис. 1.7 показана
Рис. 1.6. Система «сопло—за слонка»
а — схема; б — график действия
принципиальная схема унифицированного пневмосилового преобра зователя. Измеряемый параметр воздействует на чувствительный элемент измерительного блока 1 и преобразуется в пропорциональ ное усилие Р, которое через рычажную систему 2 пневмосилового преобразователя уравновешивается усилием Р 0. с — сильфона об ратной связи 3. При изменении измеряемого параметра и, следова тельно, усилия Р происходит незначительное перемещение рычаж ной системы и связанной с ней заслонки 4 относительно сопла 5. Индикатор рассогласования типа «сопло—заслонка» преобразует это перемещение в управляющий сигнал давления сжатого воздуха, поступающего на вход пневматического усилителя 6. Выходной сигнал из усилителя поступает в линию дистанционной передачи и одновре менно в сильфон обратной связи 3 пневмосилового преобразоватетеля, где преобразуется в пропорциональное усилие Р, которое через рычажную систему 2 уравновешивает измеряемое усилие Ро, 0 от измерительного блокй. Таким образом, мера измеряемого
12
усилия Р — текущее значение величины выходного сигнала преоб разователя, необходимое для создания уравновешивающего усилия обратной связи Р0, с. Настраивают преобразователь на заданный диа пазон измерения изменением передаточного отношения рычажной системы 2, достигаемым при перемещении опорной призмы 7 вдоль рычагов этой системы.
Начальное значение выходного сигнала преобразователя 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) устанавливают при помощи пружины кор ректора нуля 8. Усилитель преобразователя работает на очищенном
Рис. 1.7. Схема пневматического преобразо- |
Рис. 1.8. Схема токового пара- |
вателя |
метрического преобразователя |
воздухе давлением 0,14 МПа (1,4 кгс/см2). Предельное расстояние передачи пневматического сигнала по трубке внутренним диаметром 6 мм составляет 300 м. Первичные приборы с унифицированным пневмосиловым преобразователем могут работать с любыми пнев матическими вторичными приборами, регулирующими блоками и другими устройствами пневмоавтоматики.
§ 1.7. ТОКОВЫЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Принцип действия токовых преобразователей основан на преобра зовании измеренного параметра в сигнал постоянного тока, т. е. при измерении технологического параметра, например давления, они преобразуют этот неэлектрический параметр в сигнал постоянного тока величиной 0—5 мА или 0—20 мА.
На рис. 1.8 показана упрощенная принципиальная схема токо вого преобразователя. Измеряемый параметр воздействует на чувст вительный элемент измерительного блока 1 и преобразуется в уси лие Р, которое через рычажную систему 2 электросилового преобра зователя уравновешивается усилием Р0. с магнитоэлектрического устройства обратной связи.
При изменении усилия Р перемещается рычажная система 2 и связанный с ней управляющий флажок 3 индикатора рассогласо вания 4. Индикатор рассогласования преобразует это перемещение в управляющий сигнал — напряжение переменного тока, который
13
