28

Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

ЗАТВЕРДЖЕНО

на засіданні кафедри ІАСУ

протокол №17 від 8 лютого 2001 р.

Методичні вказівки

для виконання лабораторних, домашніх завдань, курсових проектів і підготовки до тестів з курсу “Основи автоматизації виробничих процесів”.

для студентів технічних спеціальностей

(для всіх форм навчання).

Частина 2

Укладачі:

Чубаров Владислав Анатолійович, канд. техн. наук, доцент каф. ІАСУ

Алістратенко Юрій Вікторович, доцент каф. ІАСУ

Самойленко Інна Володимирівна, бакалавр пед. наук

Відповідальний за випуск: Назаренко Володимир Михайлович, докт. техн. наук, професор.

Кривий Ріг

2001 р.

Зміст

Зміст……………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………..…2

ПЕРЕТВОРЮВАЧІ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….………..…………3

Перетворювачі механічних величин…………………………………………………………………………………………………………………………..………………3

КОРЕКТУЮЧІ ЕЛЕМЕНТИ………………………………………………………………………………………………………………………………………..……….….…..11

Коректуючі ланцюги……………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………...…11

Електромеханічні коректуючі елементи (тахогенератори) …………………………………………………………………………………………………………...…24

Механічні та гідравлічні коректуючі елементи…………………………………………………………………………………………………………………………..…25

ДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СПРИЙМАЮЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ ТА ДАТЧИКІВ………………………………………………………………………………………………26

Датчики опору…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…….…26

Індуктивні датчики…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………....…28

Ємкістні датчики…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………31

Радіаційні датчики………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………33

Вимірювачі тиску……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...…34

Вимірювачі рівня рідини………………………………………………………………………………………………………………………………………………….….…36

Вимірювачі витрат рідини або газу…………………………………………………………………………………………………………………………………..…….…38

Вимірювачі момента обертання………………………………………………………………………………………………………………………………………………40

Вимірювачі кутів обертання та розузгодження…………………………………………………………………………………………………………………………..…40

Вимірювачі кутової швидкості…………………………………………………………………………………………………………………………………………………43

Вимірювачі лінійної швидкості…………………………………………………………………………………………………………………………………………...……45

Вимірювачі температури………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……46

ПОСИЛЮВАЧІ ТА ЇХ ДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ……………………………………………………………………………………………………………………….……50

Гідравлічні посилювачі……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...…51

Пневматичні посилювачі……………………………………………………………………………………………………………………………………………………....54

ВИКОНАВЧІ МЕХАНІЗМИ…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………55

Гідравлічні виконавчі механізми…………………………………………………………………………………………………………………………………………..…55

Пневматичні виконавчі механізми…………………………………………………………………………..…………………………………………………………….…57

Електромашинні виконавчі механізми………………………………………………………………………………………………………………………………………58

Література……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………61

Перетворювачі.

Перетворювачами називають елементи систем автоматичного регулювання, які служать для перетворення однієї фізичної величини в іншу, більш зручну для подальшого використання (наприклад, для перетворення поступального руху в обертаюче, зусилля – в переміщення, змінного струму – в постійний, електричного струму – в зусилля і т.д.). Елементи САР, у яких вхідний і вихідний сигнали відрізняються по роду використовуємої енергії, називаються перетворювачами роду енергії сигнала (ПРЕС). Ці перетворювачі використовуються для об’єднання різних приладів і апаратів в єдину систему автоматичного регулювання. В залежності від характери вхідного і вихідного сигналів перетворювачі можна розділити на слідуючі групи:

• перетворювачі механічних величин (параметрів, троекторій руху, виду сигнала);

• перетворювачі електричних величин (параметрів, наприклад напруга, частоти, виду сигнала – змінного струму в постійний або навпаки);

• перетворювачі роду енергії.

В залежності від роду енергії вхідного і вихідного сигналів розрізняють:

• електропневматичні перетворювачі;

• електрогідравлічні перетворювачі;

• електромеханічні перетворювачі;

• гідроелектричні перетворювачі;

• гідропневматичні перетворювачі;

• пневмогідравличні перетворювачі;

• пневмоелектричні перетворювачі.

Перетворювачі механічних величин.

До перетворювачів параметрів механічних величин відносяться:

• важельні пристрої;

• редуктори;

• диференціали;

• черв’ячні передачі;

• реєчні передачі;

• фрикційні передачі;

• зубчаті передачі.

Всі ці перетворювачі у динамічному відношенні еквівалентні пропорційним ланкам. Коефіцієнти передачі таких перетворювачів наведені у табл.1.

Таблиця 1.

Коефіцієнти передачі механічних перетворювачів параметрів.

Кінематична схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина	Коефіцієнт передачі	Статична характеристика
	Важіль першого роду	Зусилля F1	Зусилля F2
	Важіль першого роду	Переміщення h1	Переміщення h2
	Важіль другого роду	Зусилля F1	Зусилля F2
	Важіль другого роду	Переміщення h1	Переміщення h2
	Редуктор	Кут обертання φ1	Кут обертання φ2
	Диференціал	Кутова швидкість шестерні 1 (ω1) та кривошипу 3 (ω3)	Кутова швидкість шестерні 2 (ω2)

продовж. табл. 1.

Кінематична схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина	Коефіцієнт передачі	Статична характеристика
	Черв’ячна передача	Кут обертання φ1 (кутова швид- кість ω1)	Кут обертання φ2 (кутова швид- кість ω2)
	Фрекційна передача	Кутова швидкість ω1	Кутова швидкість ω2
		Кут обертання φ1	Кут обертання φ2
	Зубчатий сектор	Кут обертання φ	Кут обертання θ

Примітка. Z₁ – число зуб’ів зубчатого сектора; Z₂ – число зуб’ів шестерні; φ_ц-центральний кут зубчатого сектора, рад; i₁₂ – передаточне відношення редуктора.

Перетворювачі троєкторії руху служать для перетворення поступального руху у обертаючий або навпаки. У динамічному відношенні вони також є пропорційними ланками. Данні про коефіцієнти передачі перетворювачів троєкторії руху наведені у табл. 2.

Таблиця 2.

Коефіцієнти передачі механічних перетворювачів троєкторії руху.

Кінематична схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина	Коефіцієнт передачі	Статична характеристика
	Реєчна передача	Кутова швидкість ω1, кут обертання φ1	Лінійна швидкість υ2, переміщення S2	, де D-діаметр шестерні, м
	Реєчна передача	Лінійна швидкість υ1, переміщення S1	Кутова швидкість ω2, кут обертання φ2
	Кривошипно-шатуний механізт	Кут обертання φ, кутова швидкість ω	Лінійне переміщення S, лінійна швидкість υ	K = r Sin φ
	Кривошипно-кулісний механізм	Кутова швидкість ω	Лінійна швидкість υ
	Ексцентрик	Кут обертання φ	Лінійне переміщення h	, де -ексцентриситет

Механічні перетворювачі вида сигнала перетворюють зусилля, тиск або момент обертання у переміщення, кут обертання або зусилля. Коефіцієнти передачі різних перетворювачів цього виду наведені у табл. 3. Наприклад, мембранні та сильфонні, вихідною величиною яких є зусилля, у динамічному відношенні представляють собою пропорційні ланки. Якщо вихідною величиною є переміщення, то передаточна функція цих елементів описується рівнянням коливальної ланки. Постійні часу для обох випадків рівні відповідно:

,

де: m – маса рухомих частин, кг; K – коефіцієнт передачі, м / Н; η – коефіцієнт в’язкості тертя, (Н·с) / м².

В системах автоматики для регулювання витрт рідини або газів застосовується дросельний метод, який базується на створенні у трубопроводі місцевого регулюючого опору.

З цією метою застосовуються різні дроселюючі органи – шибери, обертальні заслонки, клапани, вентилі і т. д. У динамічному вони відношенні представляють собою безінерційні ланки, вхідною величиною яких є зміна положення регулюючого органа, а вихідною – зміна витрат. Коефіцієнт передачі регулюючого органа:

де tgφ – тангенс кута нахилу дотичної до витратної характеристики в точці, відповідної установленому режиму роботи;

- маштаб запису витрати, ; - маштаб запису переміщення регулюючого органа.

Різні регулюючі органи мають різні витратні характеристики – лінійні, логарифмічні або параболічні. У першому випадку коефіцієнт передачі залишається постійним, а в інших – сильно змінбється при зміні вхідної величини (переміщення, кута обертання) у широких границях.

Таблиця 3.

Коефіцієнти передачі механічних перетворювачів виду сигнала.

Схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина		Коефіцієнт передачі К	Примітки	Статична характеристика
	Пружина стискання ци-ліндрична з дроту круг-лого перетину	Зусилля F	Осадка пружини h2			D - діаметр пру-жини, м; d - діаметр дро-ту, м; n - кількість ро-бочих витків пру-жини; G - модуль здви-гу, Па; - ширина та висота перетину прямокутного дроту
	Пружина стискання ци-ліндрична з дроту пря-мокутного перетину	Зусилля F	Осадка пружини h2

продовж. табл. 3.

Схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина		Коефіцієнт передачі К	Примітки	Статична характеристика
	Пружина кручення ци-ліндрична з дроту круг-лого перетину	Момент обер-тання	Кут обертан-ня			EY-модуль пруж-ності
	Пружина кручення з дро-ту прямокутного перети-ну	Момент обер-тання	Кут обертан-ня
	Пружина конічна з дроту круглого перетину	Зусилля F	Осадка h2			D1 - мінімальний діаметр пружи-ни, м; D–максимальний діаметр, м
	Послідовно з’єднані пру-жини	Зусилля F1	Осадка h2	К1+К2+К3		К1, К2, К3 –коефіцієнти передачі кожної пружини
	Дві паралельно з’єднані пружини	Зусилля F1	Переміщен-ня h2

продовж. табл. 3.

Схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина	Коефіцієнт передачі К		Примітки	Статична характеристика
	Мембрана плоска мета-лева при малих проги-бах (b2<δ)	Тиск Р	Лінійне пере-міщення цент-ру x			r–радіус мембра-ни, м; δ-товщина мем-брани, м; b2-мінімальне пе-реміщення цент-ру, м
	Мембрана плоска мета-лева	Тиск Р1	Зусилля F2
	Мембрана плоска з жор-стким центром	Тиск Р1	Зусилля F2			; R-радіус мембрани, м; r0-радіус жорсткого центру, м
	Мембрана з жорстким центром	Тиск Р1	Переміщен- ня h2
	Мембрана гумова, віль-на	Тиск Р1	Зусилля F2			D-діаметр закріп-лення мембра-ни, м
	Мембрана металева гофрирована	Тиск Р1	Зусилля F2			d-товщина мем-брани, м

продовж. табл. 3.

Схема	Вид перетворювача	Вхідна величина	Вихідна величина	Коефіцієнт передачі К	Примітки	Статична характеристика
	Сильфон	Тиск Р1	Зусилля F2		Dн – зовнішний діаметр сильфона, м; Dв-внутрішний діаметр сильфо-на, м
	Сильфон	Зусилля F1	Переміщен- ня h2		ℓВ-крок хвилі, м