Контрольные устройства (датчики)

Датчики – это устройства, реагирующие на параметры технологического процесса или на изменения режимов работы объекта управления и осуществляющие преобразование входной контролируемой величины в выходной сигнал, воспринимаемый САУ. В качестве выходных величинчаще всего используются: сопротивление (активное, индуктивное, емкостное), ток, ЭДС или падение напряжения, частота, сдвиг фаз переменного тока. [15,17,31]

 

Основные характеристики и параметры датчиков:

– Статическая характеристика (зависимость выходного сигнала от входного в установившемся режиме);

– Диапазон измерений (максимальная и минимальная величина измеряемого параметра);

– Чувствительность или коэффициент преобразования (отношение приращения выходного сигнала к изменению входного);

– Порог чувствительности (минимальное значение входного параметра, который может быть преобразован в выходной сигнал датчика);

– Точность (погрешность измерения);

– Динамические характеристики (время срабатывания, частота изменения входного сигнала и др.).

Классификация датчиков:

1. По виду входной величины:

– датчики преобразования неэлектрической величины (давления, уровня, температуры, перемещения и т. п.) в электрический сигнал;

– датчики преобразования одной электрической величины в другую электрическую величину (тока, напряжения, мощности, фазы и др.).

2. По виду преобразования:

– аналоговые (потенциальные, токовые, частотные, фазовые);

– дискретные (амплитудно-импульсные, частотно-импульсные, логические).

3. По характеру преобразования входной величины в выходную:

– параметрические, когда изменение входной неэлектрической величины преобразуется в изменение какого-либо электрического параметра выходной цепи (сопротивления, индуктивности, емкости);

– генераторные, когда входная величина преобразуется в ЭДС на выходе (датчики термо-ЭДС, пьезоэлектрические, фотоэлектрические, тахометрические);

– частотные, когда различные физические величины на входе (перемещение, скорость, расход, давление) изменяют частоту переменного тока или частоту следования импульсов.

4. По структуре построения:

– последовательные, в которых все компоненты датчика от чувствительного элемента до выходного преобразователя соединены последовательно;

– дифференциальные схемы построения предполагают наличие двух параллельных ветвей, сигналы с которых подаются на орган сравнения, после которого полезный выходной сигнал складывается, а помехи вычитаются;

– компенсационные, когда входная величина (часто после преобразования) компенсируется другой величиной, имеющей ту же физическую природу (датчики с отрицательной обратной связью);

 

Примеры контрольных устройств.

 

1. Путевые выключатели (ПВ) – это дискретные элементы автоматики, обладающие релейной характеристикой и предназначенные доля контроля положения подвижных частей рабочих машин и механизмов, т.е. для получения управляющих сигналов в определенных точках пути перемещающегося механического устройства (суппорта станка, звена манипулятора, дверцы шкафа электроавтоматики и т.п.). В зависимости от типа коммутирующего устройства ПВ разделяют на контактные и бесконтактные.

Подробная классификация, принципы действия, конструкции, основные характеристики и параметры современных ПВ изучаются в лабораторной работе по данному курсу. [8,17]

2. Устройства контроля скорости (УКС)– устройства для контроля оборотов вращения подвижных частей машин и выдачи на выходе логического сигнала в электрической форме, при достижении этими оборотами некоторой заданной величины.

В схемах торможения противотоком асинхронных электродвигателей широко применяют индукционное реверсивные реле контроля скорости (РКС) (рис. 12). С валом электродвигателя жестко связывают входной вал реле 5, на котором установлен цилиндрический постоянный магнит 4. При вращении вала поле магнита пересекает проводники короткозамкнутой обмотки 3 поворотного статора 6. В обмотке наводится ЭДС, величина которой пропорциональна угловой скорости вала. Под ее воздействием в обмотке появляется ток и возникает сила взаимодействия, стремящаяся повернуть статор в сторону вращения магнита. При определенной частоте вращения упор 2 преодолевает сопротивление плоской пружины и переключает контакты реле 1 и 7 (в зависимости от направления вращения входного вала).

Рис. 12. Индукционное реле контроля скорости

Очень простую конструкцию имеет центробежное РКС (рис.13). Основанием реле служит пластмассовая планшайба 4, установленная на валу, скорость вращения которого необходимо контролировать. На ней закрепляются плоская пружина 3 с массивным подвижным контактом 2 и неподвижный регулируемый контакт 1. При вращении планшайбы на подвижный контакт действует центробежная сила, которая при определенной скорости вращения преодолевает сопротивление пружины и производит переключение контактов.

 

Рис. 13. Центробежное реле контроля скорости

 

В качестве примера использования РКС на рис. 14 приведены электрическая принципиальная схема и циклограмма торможения электродвигателя М методом противовключения, в которой контакты SR реле контроля скорости предназначены для автоматического отключения контактора торможения КМ2 при нулевых оборотах вала электродвигателя. Для пуска двигателя контактором КМ1 служит кнопка SB2, а для его останова – кнопка SB1.

 

а)

б)

Рис. 14.Система торможения двигателя методом противовключения:

а – принципиальная схема; б – циклограмма