Файл: Чижов, А. А. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности учебник.pdf

соответствующее ее входной величине.

Датчики делятся на электрические, механические, оптичес­ кие, физико-химические, акустические, радиационные и т. д. В настоящей главе рассматриваются главным образом электри­ ческие датчики, так как они нашли широкое применение при автоматическом регулировании и контроле различных техноло­ гических процессов в пищевой промышленности. К ним относят­ ся датчики сопротивления, датчики электродвижущей силы и то­ ковые датчики (фотоэлектрические и термические).

По принципу действия различают датчики трех видов:

1)непрерывного действия (пропорциональные) — посылают

всистему сигнал, пропорциональный величине измеряемого па­ раметра;

2)ступенчатого или контактного действия (релейный тип) — посылают сигнал в систему только тогда, когда измеряемая ими величина при своем возрастании (уменьшении) достигает одно­ го, строго определенного значения;

3)контактно-счетные — реагируют на любое изменение вос­ принимаемого сигнала, но при этом меняется не величина и не сила сигнала датчика, а количество выданных разовых сигналов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ М ЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

(ДАТЧИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ)

Назначением датчика является преобразование механической величины в электрическую. Основными видами датчиков, осу­ ществляющих это преобразование, являются контактные (наи­ более простые), проволочные, реостатные и потенциометриче­ ские датчики.

Проволочные датчики (тензодатчики). Принцип действия тензодатчиков основан на изменении сопротивления проволоки при растяжении и сжатии ее. Тензодатчик (рис. 30) представ­ ляет собой тонкую проволочку, сложенную в виде решетки и оклеенную с обеих сторон изоляционными пластинками из па­ пиросной бумаги. Полоска бумаги вместе с проволокой накле­ ивается на испытуемую деталь. Проволока изготавливается из никеля, константана, платино-иридия или других материалов, обладающих высоким удельным сопротивлением. Диаметр про­ волоки 0,015—0,05 мм, длина 25—40 мм. Величина номинально­ го сопротивления тензодатчика находится в пределах 50—

45

1000 Ом. Эти датчики применяются в рычажных весах типа ВНЗ-5, предназначенных для измерения массы куска теста.

Реостатные и потенциометрические датчики. Они применя­ ются для измерения линейных и угловых перемещений, а также для преобразования их в электрический ток и напряжение. Их достоинством является простота конструкции и возможность применения без последующего усиления. Недостатком является наличие скользящего контакта, для перемещения которого необ­

ния U=const, в зависимости от расстояния х изменяется сила тока і, протекающего по реостату. Определим, по какому зако­ ну будет изменяться сила тока і. Обозначим (см. рис. 31, а) через R полное сопротивление реостата, г — сопротивление части реостата, по которому протекает ток, I — полную длину реостата, X— расстояние перемещения ползунка реостата. По закону Ома имеем

Для сопротивления г можно записать

R R

г = — (1— х) =Я — — X.

После подстановки значения г получим

U

т. е. нелинейную гиперболическую зависимость силы тока от перемещения. При х = 0 і — — ; при х = 1 і= о о (короткое замы-

Рис. 30. Тензодатчик. Рис. 31. Реостатный датчик.

46

-------------0 и *■ I* R

І ѳЯм

кание). На рис. 31,6 изображена зависимость силы тока от пе­ ремещения для реостатного датчика. Из-за нелинейности ста­ тической характеристики реостатные датчики не получили ши­ рокого распространения.

В большинстве случаев применяются потециометрические датчики (рис. 32, а). Если этот датчик не нагружать или нагру­ жать очень большим сопротивлением, то, очевидно, будем иметь линейную зависимость:

и = Кх,

и

где К = — ■

При включении же на датчик нагрузки с сопротивлением RH, сравнимым по величине с сопротивлением R самого датчика, получим искажение линейной зависимости.

Статические характеристики потенциометрического датчика при учете сопротивления нагрузки RH будут иметь вид, изобра­

женный на рис. 32, б. Максимальное отклонение статической ха- 2

рактеристики от линейной будет при х = — Для обеспечения

О

линейности потенциометрического датчика необходимо добивать­ ся выполнения условия RH^ R .

Часто требуется, чтобы потенциометрический датчик реагиро­ вал на знак входной величины, т. е. изменял полярность снимае­ мого напряжения при изменении направления перемещения пол­ зунка потенциометра. В таких случаях применяют потенциомет­ рический датчик со средней точкой (рис 33,а). Мостовой потен­ циометрический датчик (рис. 33, б) не только реагирует на знак входной величины, но и обладает большей чувствительностью.

47

Рис. 34. Схемы реостатных датчиков:

1 — датчик; 2 — сигнальное устройство.

Реостатные и потенциометрические датчики могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. Конструктивно они выполняются в виде провода, намотанного на каркас. Для изготовления каркасов используются керамические материалы, пластмасса, гетинакс, металлы (алюминий, дюраль), покрытые лаком или оксидной изоляцией. Провод изготовляется из константана, нихрома, манганина, платины.

Потенциометрические датчики широко применяются в сле­ дящих системах, в указателях положения (в механизмах ди­ станционного управления КДУ), в качестве элементов обратной

шину с намотанной на нее спиралью, две токосъемные шины и два ползунка.

48

Полное сопротивление реостата-датчика может быть 120— 150 Ом. Один ползунок реостата связан с рукояткой и стрелкой задатчика, которые вынесены на панель измерительного прибо­ ра. Другой ползунок реостата связан с ползунком реохорда (или с осью кулачков у приборов дифференциально-трансфор­ маторной системы) и показывающей стрелкой прибора. Если значение регулируемого параметра равно заданному, то пол­ зунки реостата-датчика находятся друг против друга. При из­ менении регулируемой величины, измеряемой потенциометром или мостом, вместе со стрелкой прибора перемещается связан­ ный с нею ползунок. Вследствие этого между ползунками реос­ татного датчика возникает разность потенциалов, пропорцио­ нальная величине рассогласования и подаваемая на вход регу­ лирующего устройства. Полный диапазон изменения сопротив­ ления реостата соответствует полному диапазону шкалы измери­ тельного прибора.

Реостаты датчиков с 10 и 20%-ной зоной пропорционально­ сти (рис. 34,6) состоят из рабочей и токосъемных шин с контак­ том. Полное сопротивление реостата 120±10 Ом. Основание реостата механически связано со стрелкой и рукояткой задатчи­ ка и поворачивается при их перемещении. Контакт реостата же­ стко связан с движком реохорда измерительного прибора. При равенстве регулируемой величины заданному значению ползу­ нок занимает среднее положение. При изменении регулируемой величины перемещается ползунок реохорда измерительного при­ бора и вместе с ним ползунок реостата-датчика. При этом нару­ шается равновесие электрической схемы регулятора и сигнал разбаланса подается на вход регулирующего устройства. У этих датчиков полный диапазон изменения сопротивления реостатов соответствует 10 или 20%-ному диапазону шкалы измеритель­ ного прибора.

Реостатные и потенциометрические датчики с точки зрения теории автоматического регулирования являются безынерцион­ ными звеньями с передаточной функцией WP=K .

ДАТЧИКИ ЭЛЕКТРОДВИЖ УЩ ЕЙ СИЛЫ

Индуктивные датчики. Эти датчики лишены недостатков, при­ сущих потенциометрическим датчикам, так как работают на пе­ ременном токе. В них изменяющимся параметром является ин­

Рис. 35. Схема простейшего индуктивного датчика.

При изменении длины воздушного зазора 6вили площади по­ перечного сечения sB будет изменяться величина тока, протека­ ющего через нагрузку ZH. Следовательно, по величине тока і можно судить о линейном или угловом перемещении якоря дат­ чика

У R2 + (a>L)z

где R — активное сопротивление обмотки датчика; toi.— индуктивное сопротивление обмотки датчика.

Практически в таких датчиках сопротивление магнитопрово­

да Rm гораздо меньше сопротивления воздушного зазора(2— —

Из формулы (3—3) видно, что при выполнении перечислен­ ных неравенств можно получить статическую характеристику индуктивного датчика, близкую к линейной (рис. 35,6). Такие индуктивные датчики имеют следующие недостатки: 1) изме­

50