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

ходное напряжение НВых бу­ дет также пропорционально перемещению якоря а, но фаза его изменится на 180°. Пропорциональная зависи­ мость результирующего на­ пряжения наблюдается до тех пор, пока якорь датчика не выйдет из-под одного по­ люса; затем величина на­ пряжения остается посто­ янной.

Статическая характерис­ тика трансформаторного ин­ дуктивного датчика будет иметь тот же вид, что и для дифференциального датчика (см. рис. 36,6). Трансфор­ маторные индуктивные дат­ чики характеризуются боль­ шой чувствительностью (до нескольких вольт на один градус перемещения якоря), стабильным нулем, малым электромагнитным момен­ том на валу датчика; отсут­ ствием непосредственной связи между цепью снимае­ мого сигнала и цепью пи­ тания.

Недостатком всех индук­ тивных датчиков является зависимость точности изме­ рения от стабильности час­ тоты питающего напря­ жения.

Плунжерные индукционные датчики ДП и дифференциаль­ но-трансформаторные датчики ДДТ применяются в регуляторах

системы МЗТА.

Емкостные датчики. Емкостные датчики работают в цепях пе­ ременного тока высокой частоты (для увеличения чувствитель­ ности) .

В наиболее распространенных типах емкостных датчи­ ков используется зависимость электрической емкости от рассто­

52

ной. При изменении расстояния б ( в см) между пластинами бу­ дет изменяться емкость конденсатора. Электрическая емкость плоского конденсатора

где 5 — площадь взаимного перекрытия пластин, см2; е — диэлектрическая проницаемость среды (относительная).

Чувствительность емкостного датчика

Емкость датчика угловых перемещений (рис. 38,6) опреде ляется по формуле:

eS

С =

4яб

Емкость цилиндрического датчика (рис. 38,в) зависит от осевого перемещения внутреннего цилиндра и выражается фор­ мулой:

г1

где h — величина перекрытия внутреннего цилиндра наружным; тх — радиус внутреннего цилиндра; тъ— радиус наружного цилиндра.

Рис. 39. Схема измерителя уровня ИУ-1:

а — принципиальная схема; б — электрическая схема.

53

Чувствительность такого датчика dC в

г1

Существуют емкостные датчики, в которых переменным па­ раметром может быть диэлектрическая постоянная е. Принцип действия таких датчиков основан на изменении электрической емкости датчика в зависимости от изменения уровня контроли­ руемого материала. Приборы такого типа применяются для из­ мерения и сигнализации уровня жидких, сыпучих и гранулиро­ ванных материалов с различными физическими свойствами и подразделяются на две группы: сигнализаторы уровня ЭСУ-1 и индикаторы уровня ИУ-1 (рис. 39). В качестве датчика для из­ мерения уровня токопроводящих веществ применяют изолиро­ ванный металлический электрод, опущенный в сосуд с измеряе­ мой средой и служащий одной из обкладок конденсатора. Из­ менение уровня среды, в которую погружен электрод, приводит к уменьшению или увеличению емкости конденсатора.

Недостатком емкостных датчиков является малая выходная величина, что приводит к применению в схемах систем автомати­ ческого регулирования усилительных устройств.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ТЕРМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Современные фотоэлементы основаны на трех разновиднос­ тях фотоэффекта. В фотоэлементах с внешним фотоэффектом электроны, освобождаемые квантами света, вылетают из по­ верхности металла наружу. В фотоэлементах с внутренним фо­ тоэффектом электроны, высвобожденные из атома квантом энер­ гии, не вылетают из вещества, а остаются в нем. При этом увеличивается проводимость вещества. Такие фотоэлементы обычно называются фотосопротивлениями. Третий промежуточ­ ный тип фотоэлементов — вентильные фотоэлементы основаны на переходе электронов под действием света из полупроводни­ кового слоя в проводниковый слой, например из слоя закиси ме­ ди в слой чистой меди. При таком переходе между слоями воз­ никает э. д. с., которая может быть подключена к внешней цепи. На рис. 40 схематично показаны три типа фотоэлементов.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (рис. 40,а). Эти фо­ тоэлементы выполняются в виде стеклянного баллона, внутри которого размещается анод А в виде круглой металлической пластины и катод К в виде фоточувствительного слоя. Они мо­

счет ионизации газа фотоэлектронами, но при этом увеличивается инерционность фотоэлемента. При попадании светового потока

54

на фоточувствительный слой из катода высвобождаются элект­ роны и за счет этого увеличивается проводимость фотоэлемента. Изменение светового потока Ф вызывает изменение величины

фототока іф.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, фотосопротивле­ ния (рис. 40, б) . Эти фотоэлементы изготовляются путем нанесе­ ния активного тонкого слоя на стеклянную подложку между ре­ шетчатыми электродами. При изменении освещенности такого фотоэлемента изменяется количество свободных электронов в активном слое и за счет этого изменяется электрическая прово­ димость фотосопротивления. Фотосопротивления обладают вы­ сокой чувствительностью и даже могут реагировать на инфра­

применяются сернистый таллий T12S и сернистый свинец Pb2S, а электроды выполняются из благородных металлов.

Вентильные фотоэлементы (рис. 40,в). Под действием света

вентильные фотоэлементы становятся источниками э. д. с. В этом заключается их отличие от двух предыдущих типов.

Основные характеристики фотоэлементов следующие:

1. Световая характеристика — зависимость фототока от вели чины светового потока при постоянном напряжении, приложен­ ном к фотоэлементу,

іФ = НФ).

Световой Активный поток слой

Злектрод | } {11 Ѵ/Злектрод

Стеклянная подложка

55

2. Вольт-амперная характеристика — зависимость фототока от величины приложенного напряжения при постоянной величи­ не светового потока

*Ф= /(Уф).

3. Интегральная чувствительность — отношение приращения фототока к приращению светового потока при постоянном на­ пряжении источника питания, т. е.

Л'ф

' AW4 *

ЛФ

Достоинствами фотодатчиков являются: простота устройства, малая масса и габариты, отсутствие механической связи с изме­ ряемым процессом, малая инерционность. К недостаткам фото­ датчиков следует отнести малую величину фототока и в связи с этим необходимость применения усилителей в системах, имею­ щих фотодатчики.

Фотодатчикн нашли широкое применение для измерения ли­ нейных и угловых перемещений, при автоматическом контроле процесса производства и учета готовой продукции, в системе мойки пивных танков, при автоматическом поиске номера танка стыковочной машиной, а также в программном регулирующем устройстве РУ 5-01 м. Передаточная функция фотоэлементов

W (p)= K .

Термические датчики. Температурой называется величина, характеризующая степень нагретости вещества. Это определе­ ние температуры основано на явлении теплообмена между дву­ мя телами, находящимися в тепловом контакте. Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили методы определения температур, основанные на изменении следующих свойств измеряемого тела при изменениях температуры: объем (длина); давление при постоянном объеме; термоэлектродвижу­ щая сила в месте соприкосновения двух разнородных металлов; электрическое сопротивление проводников; интенсивность лу­ чеиспускания нагретых тел.

В зависимости от свойств тела различают термометры рас­ ширения, манометрические термометры, термопары, термометры сопротивления и пирометры излучения (оптические, радиацион­ ные, фотоэлектрические и др.).

Биметаллические термометры расширения наиболее часто ис­ пользуются в релейных системах и представляют собой две тон­ кие металлические пластинки с различными температурными коэффициентами линейного расширения (например, инвар и сталь), жестко соединенные между собой по всей площади со­ прикосновения. В стержневом (дилатометрическом) термометре расширения при изменении температуры происходит удлинение стержня (кварцевого или из инвара), упирающегося в дно сталь­

56