2. Требования к устройствам электроавтоматики.

Свойства функциональных элементов оценивают показатели, связанные с величинами, поступающими на вход х того или иного элемента.

Если входная величина элемента с течением времени не изменяется, то режим – статический, если изменяется – динамический.

Статические характеристики отражают графическая зависимость выходной величины от входной.

y = f (x) – уравнение статики элемента

Несимметричность характеристик существенно затрудняет аналитическое описание.

А) линейного нереверсивного элемента;

Б) линейного реверсивного;

В) линейная зона нечувствительности;

Г) линейная хар-ка (непрерывная) у_р –расчетная хар-ка, у_ф –фактическая хар-ка;

Д) релейная;

Е) релейная с гистерезисом.

Для многих практических целей используют кусочно-частичную аппроксимацию.

Если на входе подается воздействие, изменяющееся по определенному закону и при условии, что элемент находится в покое.

t_п – длительность перекоса процесса.

Различают также амплитудно-частотные, фазочастотные и амплитудно-фазочастотные хар-ки.

АЧХ отражает отклонение амплитуды на выходе и на входе А₂/А₁=f(ω) от функции частоты.

ФЧХ отражает зависимость разности фаз м/д вх и вых колебаниями от частоты колебаний. φ=f(ω).

АФЧХ выражает отклонение м/д амплитудами вх и вых колебаний со сдвигом фаз

АФЧХ – векторная величина, состояния из векторной и мнимой части.

3. Системы контроля в автоматике.

1. Разогнутая система

2. Замкнутая система

+ Легко поддается автоматизации.

3. Система контроля циклического действия

Т=Т_цi∙n

4. Многоконтурные измерительные системы:

   • по виду измерительных сигналов,

   • по форме сигналов: аналоговые, цифровые,

   • по направлению передачи информации,

   • по характеру: линейные, нелинейные, квазилинейные, статические, динамические.

Структуры:

1. разомкнутая,

2. замкнутая,

3. многоконтурная.

Характеристики:

1. Характеристика преобразования x_a = f(x_e)

2. Предел измерений

3. Чувствительность S=Δ x_a/ Δ x_e

4. Статическая чувствительность

5. Чувствительность к помехам

6. Информационные характеристики

4. Чувствительные элементы систем автоматики.

Датчик – устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на вход в виде физической величины, в другую удобную для использования в последних элементах автоматических систем.

с промежуточным преобразователем

с промежуточным преобразователем и ОС

Классификация датчиков:

По принципу действия:

- параметрические (преобразование неэлектрической величины в электрическую),

- генераторные (преобразование неэлектрической величины в эдс).

Наличие дополнительного источника питания – основное условие параметрических датчиков. В генераторных происходит непосредственное преобразование входной величины х в y. Они просты, не нуждаются во вспомогательных источниках питания, x в y осуществляется за счет энергии входной величины.

Параметрические датчики: реостатные, контактные, тензодатчики, терморезисторы, емкостные, электронные, фоторезисторы.

В состав параметрических входят промежуточный преобразователь и вспомогательный источник питания. Контролируемая величина преобразуется за счет энергии источника питания.

Датчики с ОС, в меньшей степени, реагирующие на виды возмущений, работают более стабильно, обеспечивают высокую точность.

Характеристики:

- статическая чувствительность,

- порог чувствительности,

- погрешность,

- динамические свойства,

- выходная мощность,

- сопротивление.

Требования к датчикам:

• сохранение работоспособности в заданных условиях окружающей среды и режимах работы,

• не влиять на контролируемый параметр и режим работы объекта,

• требуемый диапазон измерения,

• легко объединяются с измерительными преобразовательными средствами и источником питания,

• обладать надежностью работы и стабильностью характеристик,

• иметь требуемую чувствительность, инерционность, массу и габариты,

• иметь удобства монтажа,

• простота обслуживания, ремонтопригодность, взаимозаменяемость, простая технологическая конструкция.

5. Резистивные датчики

(положения; усилий, моментов и деформаций; температуры;

влажности и концентраций веществ; освещенности)

систем электроавтоматики.

Используются в качестве контроля и суммирования линейных и угловых перемещений, силы, момента, ускорений и других величин. (Реостатные - А, потенциальные - Б).

Принцип действия: измерение сопротивления под действием входной величины.

Преимущества:

• простота,

• безинерционность,

• стабильность,

• большой коэффициент чувствительности,

• высокая выходная мощность,

• малые габариты,

• не нуждаются в усилении.

Конструкция:

каркас (прямой, круговой), обмотки из константана.

Датчики положения: регистрируют наличие или отсутствие наблюдае­мого объекта в определенной точке пространства. Эта точка именуется точкой настройки или точкой срабатывания датчика. Сигнал на входе датчика может принимать только два значения – «объекта в точке на­стройки нет» и «объект в точке настройки есть».

Датчики усилий, моментов и деформаций (тензометрические датчики): для измерения малых перемещений, а также деформаций, крутящего момента и усилия.

Принцип действия: измерение активного сопротивления; ΔR при сжатии или растяжении изменяется и связано с относительной деформацией.

S_T = f (ρ, l, s) – показатель тензочувствительности.

Все тензочувствительные материалы характеризуются коэффициентом Пуассона μ = - ε_в/ε_l.

Недостатки: малая чувствительность, высокая температурная погрешность.

Конструкции: проволочные, пленочные.

Из уравнения тензочувствительности можно выяснить статическую характеристику тензорезистора по относительному изменению сопротивления, можно определить относительную деформацию.

Датчики температуры: принцип работы – изменение сопротивления металлов и полупроводников от температуры. От -200 до 650˚С. Позволяют получить на выходе большую мощность и хорошо согласовываются с вторичными приборами. Чувствительность проволочных терморезисторов характеризуется температурным коэффициентом сопротивления k=R₀∙α, R₀ – сопротивление при нулевом значении температуры.

6. Емкостные датчики

(положения; усилий, моментов и деформаций; температуры;

влажности и концентраций веществ)

систем электроавтоматики.

Емкостной датчик - измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механические усилия, давления, влажности и др.) в значения электрической ёмкости.

Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор электрический плоскопараллельный или цилиндрический.

Области применения:

• сигнализация заполнения емкостей из пластика или стекла;

• контроль уровня заполнения прозрачных упаковок;

• сигнализация обрыва обмоточного провода;

• регулирование натяжения ленты;

• поштучный счет любого вида и др.

Преимущества:

• простота изготовления, использование недорогих материалов для производства;

• малые габариты и вес;

• низкое потребление энергии;

• высокая чувствительность;

• отсутствие контактов (в некоторых случаях – один токосъем);

• долгий срок эксплуатации;

• простота приспособления формы датчика к различным задачам и конструкциям.

Недостатки:

• сравнительно небольшой коэффициент передачи (преобразования);

• высокие требования к экранировке деталей;

• необходимость работы на повышенной (по сравнению с 50 Гц) частоте.

Мостовая схема включения:

7. Электромагнитные индуктивные

(в том числе магнитоупругие индуктивные) датчики

(положения; усилий, моментов и деформаций;

влажности и концентраций веществ)

систем электроавтоматики.

Электромагнитные датчики

Принцип действия основан на суммировании индуктивности L (перемещение S, суммирование уровня давления) относительно входной величины.

По виду преобразования:

1. индуктивные,

2. трансформаторные,

3. магнитоупругие,

4. индукционные.

Недостаток: работа на переменном токе.

Достоинства: простота, высокая надёжность, прочность конструкции.

Индуктивные датчики.

Служат для измерения индуктивности, т.е. преобразуют изменение регулируемой величины в изменение индуктивности или изменение индуктивного сопротивления обмотки.

1 – магнитопровод

2 – якорь

3 – обмотка

При перемещении якоря изменяется воздушный зазор, индуктивность L и её полное сопротивление Z по переменному току I.

С татическая характеристика I=f(δ):

ab - линейная характеристика