Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

У вентильных преобразователей свободные электроны, изме­няя свою энергию под действием светового потока, остаются в веществе. В промышленности получили наибольшее распро­странение селеновые и меднозакисные фотоэлементы.

Селеновый фотоэлемент (рис. 10, в) имеет четыре рабочих слоя. Первый слой образован тонкой пленкой золота 1, далее идут запирающий слой 2, селеновый слой 3 и стальная подкладка 4. Запирающий слой, обладая детекторным свойством, пропускает электроны, выделившиеся из пленки золота и препятствуют про­хождению электронов противоположного направления. Таким образом, световой поток, проходя через пленку золота, создает вентильный фотоэффект, т. е. электроны из освещенного слоя переходят в неосвещенный. Это приводит к возникновению раз­ности потенциалов 1/_вых.

Фотоэлектрические преобразователи просты по устройству и достаточно надежны в работе. Они находят широкое применение в системах автоматики в литейных и термических цехах: для автоматического управления освещением цехов, для измерения температуры жидкого металла и нагретых деталей (фотоэлектри­ческий пирометр), определения прозрачности жидкостей или га­зов, подсчета форм и изделий, проходящих по конвейеру, для контроля пламени в топках топливных печей. Они применяются в системах защиты обслуживающего персонала от травм и т. п. В целом возможности фотоэлектрических преобразователей в ме­таллургическом производстве чрезвычайно велики.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие элементы автоматического управления (контроля) называются первичными преобразователями (датчиками)?

2. В чем заключается различие между параметрическими и генераторными преобразователями?

3. Расскажите об устройстве потенциометрических преобразователей,

4. Почему у индуктивных преобразователей статическая характеристика (вход-выход) нелинейная?

5. Расскажите об устройстве трансформаторного преобразователя.

6. Объясните принцип действия ферродииамического преобразователя.

7. Объясните принцип действия и назначение емкостных преобразователей.

8. В чем заключаются достоинства и недостатки тензометрических преоб­разователей?

9. Перечислите типы фотоэлектрических преобразователей и укажите их достоинства н недостатки.

10. Объясните принцип действия фотоэлектрических преобразователей.

Лабораторная работа 1. Исследование статических характеристик тензометрических преобразователей

Цель работы. Изучить конструкцию и принцип действия про­волочных и фольговых тензорезисторов. Получить статические характеристики испытуемых преобразователей.

Рис. 11. Лабораторнаи установка для ис­пытания тензорезисторов: а — схема включення; б — схема нагружения

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с преобразова­телями, установленными на стенде, и изучить электрическую схему соединений тензорезисторов и измерительного прибора. 2. Собрать электрическую схему испытаний (рис. 11, а). 3. Изме­няя массу груза т от нуля до максимального и от максимального до нуля, снимают зависимости для тензорезисторов 1 — f (m). Для повышения чувствительности тензорезисторов два из них R1 и R2 наклеивают на стальную пластину сверху и снизу. 4. Ре­зультаты измерений заносят в протокол испытаний и по ним строят зависимость I — f (а), где а — напряжение изгиба, опре­деляемое как отношение момента изгиба М к моменту сопро­тивления пластины N в месте наклейки терморезисторов; а = — M/N; М — mL; N — bh²/6, где buh — ширина и высота пластины, м; I — расстояние от места приложения груза до цен­тра тензорезистора, м.

Содержание отчета. Отчет должен содержать краткое описа­ние принципа действия и назначение тензорезисторов, таблицу результатов испытаний, расчетные формулы и графики зависимо­стей выходных и входных величин.

Глава 3. Усилители и стабилизаторы

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

УСИЛИТЕЛЕЙ

Выходные сигналы первичных преобразователей и сигналы рассогласования регуляторов в большинстве случаев обладают небольшой мощностью и не могут быть непосредственно измерены или привести в действие исполнительный механизм. Поэтому сигнал усиливают до значения, которое позволяет либо ее измерить (в системах контроля), либо приводить в действие исполнительный механизм (в системах регулирования).

Рис. 12. Классификация усилителей

Усиление сигнала осуществляется устройством, называемым усилителем, путем изменения потока вспомогательной энергии, поступающей от источника к измерительному прибору или испол­нительному механизму в соответствии со знаком и амплитудой сигнала. В некоторых случаях одновременно с усилением сигнала происходит его качественное преобразование. В связи с этим усилители можно разделить на четыре группы (рис. 12): с меха­ническим перемещением на входе и выходе; с электрическим сигналом на входе и выходе; с механическим перемещением на входе и пневматическим или гидравлическим сигналом в виде изменения давления на выходе; с механическим перемещением на входе и электрическим сигналом на выходе.

Элементы, усиливающие механические перемещения, выпол­няют в виде рычажных устройств, механических регуляторов или механических и гидравлических муфт. Они имеют относи­тельно небольшой коэффициент усиления.

Усилители электрических сигналов выполняют в виде электро­механических (реле), электромашинных, магнитных и электрон­ных устройств.

Усилители, имеющие механическое перемещение на входе и пневматический или гидравлический сигнал в виде изменения давления на выходе, представляют собой вентиль, золотник или устройство типа сопло-заслонка (дроссельная заслонка).

Усилители, имеющие механическое перемещение на входе и электрический сигнал на выходе, представляют собой перемен­ный резистор, автотрансформатор или замыкающиеся и размы­кающиеся контакты реле.

В зависимости от вида применяемой вспомогательной энергии различают пневматические, гидравлические, электрические (элек­тромеханические, магнитные), диэлектрические, электронные (по­лупроводниковые и тиристорные) и комбинированные усилители. В системах автоматики наибольшее распространение получили электрические усилители.

К основным характеристикам усилителей относятся выходная мощность, коэффициент усиления и форма статической характе­ристики. Выходная мощность усилителя определяется потребной мощностью исполнительного механизма и изменяется в весьма широких пределах (от долей ватт до десятков киловатт).

Коэффициент усиления является одной из основных характе­ристик усилителя. В электрических усилителях различают коэф­фициенты усиления по напряжению, току и мощности. Коэффи­циентом усиления по напряжению К_1г называют отношение на­пряжения выходного сигнала £/_вых к входному £/_вх, т. е. /С_н = — и_вых/и_вх. Коэффициент усиления ПО току К,г определяет отношение тока выходного сигнала /_вых к входному току /_вх усилителя, т. е. Л'_т = /_вых//_вх. Коэффициент усиления по мощ­ности Ки характеризует отношение выходной мощности Р_вых к мощности на входе Р„, т. е. К_м = Р_выХ!Рвх-

Статическая характеристика усилителя отражает зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме и может быть линейной и нелинейной. Наиболее предпочтительна линейная характеристика.

2. Электромеханические и магнитные усилители

Электромеханические усилители выполняют в виде электромашинных усилителей (ЭМУ) или электромагнитных реле.

Электромашинные усилители — специальные электрические ге­нераторы постоянного тока, выходная мощность которых регули­руется путем изменения мощности управления. Конструктивно электромашинные усилители выполняют в виде установки, в кор­пусе которой располагаются асинхронный электродвигатель и генератор.

Электромашинные усилители допускают значительные форси­ровки по току и по напряжению, имеют малую мощность управ­ления и хорошее быстродействие.

Однако электромашинные усилители имеют невысокую надеж­ность из-за наличия подвижных контактов между щетками и коллектором, создают большие помехи для работы радиоаппара­туры, имеют относительно большие размеры и массу.

В электромагнитных реле получаемый управляющий сигнал подают на каТушку, в результате чего замыкаются контакты, способные пропускать ток большей мощности. Усилители подоб­ного типа позволяют увеличивать энергию входного сигнала в 1000 раз, существенно упростить схему управления и повысить ее стабильность по отношению к изменениям температуры окру­жающей среды. Они получили широкое распространение в систе­мах автоматического регулирования (стабилизации) температуры термических и плавильных печей.

Магнитные усилители представляют собой электромагнитное устройство, в котором связь выхода и входа осуществляется через магнитное поле. В основу принципа его действия положена нели­нейная зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от напряженности постоянного подмагничивающего поля, созданного или изменяемого входным сигналом.

Магнитные усилители подразделяют на простые и с самонасы- щением. У первых по рабочем обмоткам протекает только пере­менный ток, а в усилителях второй группы по рабочим обмоткам протекает ток, содержащий постоянную составляющую.

Основными параметрами магнитных усилителей являются ха­рактеристики управления, т. е. взаимосвязь между установив­шимися значениями входной и выходной величин, например между рабочим током нагрузки и током управления.

Простейший магнитный усилитель — усилитель дроссельного типа (рис. 13, а). Он представляет собой катушку индуктив­ности 1 с ферромагнитным магнитопроводом 2 и дополнительной управляющей обмоткой 3. Нагрузка усилителя /?_н включена последовательно с рабочей обмоткой, питание которой осуще­ствляется переменным током и_о.