5.3. Компенсационные датчики

Принцип их действия предполагает автоматическое уравновешива­ние контролируемой величины компенсирующим сигналом такого же вида. Компенсация может производиться до или после предваритель­ного преобразования входной величины

Рис. 5.5. Структурная схема компенсационного датчика:

УС - усилитель; ЭОС - элемент обратной связи

Одним из возможных видов компенсационных датчиков является датчик усилий на основе магнитоэлектрического и трансформаторного преобразователей (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Схема компенсационного датчика усилий:

/ - коромысло; 2 - обмотка магнитоэлектрического преобразователя (МЭП); 3 - по­стоянный магнит цилиндрической формы; 4 - первичная обмотка трансформаторного преобразователя (ТП); 5 - якорь ТП; б - вторичная обмотка ТП, состоящая из двух одинаковых и встречно включенных частей; Л„агр - нагрузочный резистор; F - контро­лируемое усилие; Fмэ – усилие, создаваемое МЭП; У - усилитель

Усилие F выводит из равновесия коромысло, перемещение которого преобразуется с помощью ТП в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и преобразуется усилителем (У) в постоянный ток (I). Ток I с выхода У поступает на нагрузочный резистор (Rнагр) и в обмотку МЭП(2). Последний преобразует ток в усилие Fмэ, которое уравновешивает контролируемое усилие F. Величина Fмэ пропорциональна току, поэтому по величине тока можно судить о величине F. При изменении F равновесие коромысла нарушается и схема приходит в состояние равновесия, соответствующее новому значению F.

В этом датчике функции чувствительного элемента и элемента : сравнения выполняет коромысло. ТП - промежуточный преобразователь. Функции элемента обратной связи возложены на МЭП,

5.4. Основные виды датчиков в устройствах промавтоматики

В устройствах автоматики широко применяются различные про­стейшие датчики:

1) датчики тока (измерители - преобразователи тока) (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Схемы датчиков тока:

а - трансформатор тока; б - трансформатор тока с шунтом во вторичной обмотке; в - шунтовой с включением в первичную цепь; г - датчик тока с цифровым выходом; I1,I2 - токи первичной и вторичной обмоток трансформаторов тока; R - нагрузочный резистор; АЦПН - аналого-цифровой преобразователь напряжения; Uвых - выходной

сигнал датчика тока

2) датчики напряжения (измерители-преобразователи напряже­ния) (рис. 5.8-5.10)

Рис. 5.8. Датчик напряжения для высоковольтных

электроустановок (трансформатор напряжения)

Рис. 5.9. Датчик напряжения Рмс. 5.70. Делитель напряжения

для низковольтных электро­установок:

Т - понижающий трансформатор

3) датчики температуры (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Резисторный датчик температуры:

1 - защитная колба датчика цилиндрической формы, изготовленная из теплопроводящего и коррозиостойкого материала;

2 — каркас обмотки из изолирующего материала;

3 - чувстви­тельная обмотка;

4 - корпус (основание) датчика;

5 - контактный выход датчика

Принцип их действия основан на свойстве металлов изменять со­противление в зависимости от температуры окружающей среды (см. раздел 4.2.1). Чувствительная обмотка 5 (рис. 5.11) представляет собой тонкую медную (тип датчика ТСМ) или платиновую (тип датчи­ка ТСП) проволоку, намотанную на изолирующий каркас 2. Предель­ные значения измеряемой температуры от -200 до 600 °G.

Конструкция дилатометрического датчика (рис. 5.12) основана на биметаллическом преобразователе (см. раздел 4.4,3). Такой датчик может выполнять функции регулятора температуры.

Рис. 5.12. Дилатометрический датчик температуры с

электроконтактным выходом:

/ - защитная колба датчика; 2 - биметаллическая пластина; 5 - контактная пара с выходом во внешние цепи

Принцип действия датчика температуры на основе термопары (рис. 5.13) изложен в разделе (4.3.1).

Рис. 5.13. Датчик температуры на основе термопары:

/ - защитная колба датчика; 2 - термопара; 3 - контактный

выход датчика; 4 — усилитель

Рис. 5.14. Датчик температуры манометрический:

/ - трубчатая пружина; 2 - стрелка, указывающая температуру; 3 - механизм передачи; 4 - капилляр; 5 - термобаллон

Принцип действия манометрического датчика температуры основан на зависимости давления жидкости или газа в ограниченном объеме от температуры (рис. 5.14). Чувствительным элементом является термо­баллон 5. Изменение давления в нем передается по капилляру 4 в трубчатую пружину 1, которая, деформируясь, передает через меха­низм передачи 3 движение на стрелку 2, указывая температуру и изме­няя выходной сигнал, соответствующий ей. Выходной сигнал о вели­чине температуры, соответствующей заданной уставке (максимум или минимум), формируется с помощью контактной пары 2, связанной со стрелкой (рис. 5.15).

Рис.5.15. Электроконтактный выход

манометрического датчика температуры:

/ - стрелка, указывающая температуру; 2 - подвижные электрические контакты с фиксированием их положения, задающие предельные допустимые значения температуры; 3, 4, 5, 6, 7 - выходные контакты; 8 - обмотка потенциометра, связанная со стрелкой / через подвижный контакт 9

Напряжение питания подается на зажимы 5 и 7. Выходной сигнал о текущем значении температуры снимается с 3-5 или 5-7.

4) датчики давления (вакуума).

В датчиках этого типа чаще всего используются мембранные пре­образователи. В некоторых случаях они оснащаются электроконтакт­ным выходом, аналогичным манометрическому датчику температуры (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Электроконтактный манометр:

а - конструкция; б - принцип действия; 1, 2, 3 - выходные электрические контакты; 4, 5 - стрелки для выставления уставок минимального Pmin и максимального Рmах. давлений; 6 - стрелка визуального контроля давления Р; 7 -мембрана; 8 - червячная пара; Р - текущее значение давления

Стрелки 4 и 5 фиксируются на выбранных давлениях. При изме­нении давления деформируется мембрана и червячная пара 8 преобра­зует возвратно поступательное движение X, обозначенное стрелками, во вращательное. Вращательное движение передается стрелке 6, кото­рая перемещается по шкале в диапазоне Pmin – Ртах. При достижении крайних значений стрелка 6 входит в соприкосновение со стрелками 4 или 5, соответственно обеспечивая электрический контакт с ними.

5) датчики уровня жидкости (рис. 5.17-5.19).

Уровни жидкости необходимо измерять в различных резервуарах, предназначенных для ее хранения или на уровне пола в помещениях с возможным затоплением.

Рис. 5.17. Датчик уровня жидкости (реле заливки):

а - принцип действия репе; б - возможное место установки; 1, 2, 3 - замыкающиеся и размыкающиеся электрические контакты; 4 - поршень; 5 - ось, обеспечивающая жесткую связь контактов и поршня; 6 - корпус датчика; 7 - диафрагма металлическая; 8 - датчик уровня жидкости; 9 - защитная решетка

Подобные реле устанавливаются и на турбонасосах для фиксирова­ния заполнения внутренней полости насоса перед его пуском.

Для измерения уровней жидкости в резервуарах различного назна­чения используются датчики других конструкций.

Полости резервуара 1 и корпуса реле 2 работают по принципу сообщающихся сосудов, и уровень жидкости в реле соот­ветствует ее уровню в резервуаре. Попла­вок 3 перемещается вместе с уровнем жидкости в резервуаре и обеспечивает за­мыкание контактов 4 при достижении со­ответствующего уровня жидкости.

Электрод представляет собой изолиро­ванный от корпуса бака проводник. Оба электрода присоединены к клеммной колодке 3, которая с помощью проводников cоединяется с устройством автоматиче­ского управления двигателем насоса. Общим проводником для обоих электродов является проводник, соединенный с корпусом резервуара. Касание воды электродом приводит к замыканию цепи между ним и корпусом резервуара. При срабатывании датчика 1 насос отключается, а 2 – включается.

Рис.5.18. Поплавковое реле уровня жидкости в резервуаре

Рис. 5.19. Электродный датчик уровня жидкости:

1 - электрод верхнего уровня; 2 - электрод нижнего уровня;

3 ~ клеммная колодка; 4 - труба аварийного слива жидкости;

5 - металлический корпус резервуара

Электродный датчик - самый простой и дешевый, но недостаточно надежный элемент. В случае ненадежного срабатывания датчика, со­провождающегося переполнением резервуара, лишняя вода сливается через трубу аварийного слива 4.

6) датчики расхода жидкости.

Основным элементом этого датчика (рис. 5.20) является преобразо­ватель расхода жидкости в частоту врашения его вала. Вал преобразо­вателя жестко соединен с тахогенератором. Тахогенератор на выходе выдает напряжение, пропорциональное расходу жидкости. Это напря­жение подается на вольтметр, имеющий градуировку в метрах кубиче­ских за секунду, и указывает расход жидкости.

Рис. 5.20. Структурная схема расходомера жидкости:

ПРЖ - преобразователь расхода жидкости; Ж - жидкость;

ТГ - тахогенератор;PV — вольтметр

7) датчики расхода электроэнергии (рис. 5.21).

В качестве первичного преобразователя информащ1и может ис­пользоваться индукционный счетчик электроэнергии, который осна­щается специальным микроблоком, фиксирующим обороты диска счетчика и преобразующим их в кодовые импульсы, передаваемые в устройство автоматики.

Рис. 5.21. Структурная схема датчика расхода электроэнергии:

Wh - счетчик электроэнергии

Датчики на базе электронных счетчиков кроме импульсного выхода могут иметь на выходе цифровую информацию.

Кроме описанных выше, существует большое количество других датчиков, имеющих различные принципы действия и назначение.