- •А.Г. Староверов основы автоматизации производства
- •Глава 1. Общие сведения о системах автоматики и составляющих ее элементах
- •1. Основные понятия и определения
- •2. Классификация систем автоматического управления
- •3. Элементы автоматических систем
- •Глава 2. Первичные преобразователи
- •1. Общие сведения и классификация первичных преобразователей
- •2. Потенциометрические первичные преобразователи
- •3. Индуктивные первичные преобразователи
- •4. Емкостные первичные преобразователи
- •5. Тензометрические первичные преобразователи
- •6. Фотоэлектрические первичные преобразователи
- •Глава 3. Усилители и стабилизаторы
- •2. Электромеханические и магнитные усилители
- •3. Электронные усилители
- •5. Стабилизаторы
- •Глава 4. Переключающие устройства и распределители
- •1. Электрические реле
- •2. Реле времени
- •3. Контактные аппараты управления
- •4. Бесконтактные устройства управления
- •Наименование н обозначение логических функций н элементов
- •5. Вспомогательные устройства
- •Глава 5. Задающие и исполнительные устройства
- •1. Классификация задающих и исполнительных устройств
- •2. Задающие устройства
- •3. Электрические исполнительные механизмы
- •Раздел II. Контрольно-измерительные приборы и техника измерения параметров технологических процессов
- •Глава 6. Общие сведения об измерении и контроле
- •1. Основные метрологические понятия техники измерения и контроля
- •2. Погрешности измерений
- •3. Методы измерения и классификация. Контрольно-измерительных приборов
- •Глава 7. Контроль температуры
- •1. Температурные шкалы. Классификация технических приборов и устройств измерения температуры
- •2. Термометры расширения
- •Технические характеристики стеклинных ртутных, термометров типа тт
- •Технические характеристики дилатометрических гермометров
- •3. Манометрические термометры
- •Характеристики манометрических термометров
- •4. Термоэлектрические термометры
- •Основные характеристики термоэлектрических термометров
- •Технические характеристики милливольтметров
- •5. Термометры сопротивления и термисторы
- •Технические характеристики термометров сопротивления
- •6. Бесконтактное измерение температуры
- •7. Техника безопасности при контроле температуры
- •Глава 8. Контроль давления и разрежения
- •1. Общие сведения и классификация приборов
- •2. Манометры
- •Технические характеристики показывающих и сигнализирующих манометров
- •3. Тягонапоромеры
- •Технические характеристики тягомеров, напоромеров и тягонапоромеров
- •4. Вакуумметры
- •Технические характеристики промышленных вакуумметров
- •5. Техника безопасности при контроле давления
- •Глава 9. Контроль расхода, количества и уровня
- •1. Общие сведения и классификация приборов
- •2. Расходомеры
- •Технические характеристики ротаметров
- •Технические характеристики шариковых расходомеров
- •3. Счетчики жидкостей и газов
- •Технические характеристики счетчиков жидкостей и газов
- •4. Счетчики и весы твердых и сыпучих материалов
- •5. Уровнемеры жидкостей и сыпучих материалов
- •Технические характеристики поплавковых уровнемеров с пружинным уравновешиванием
- •Технические характеристики буйковых уровнемеров
- •6. Техника безопасности при контроле расхода, количества и уровня
- •Глава 10. Контроль специальных параметров
- •1. Контроль состава газа
- •2. Контроль влажности и запыленности газа
- •3. Контроь влажности сыпучих материалов
- •4. Контроль плотности жидкости
- •5. Техника безопасности при контроле специальных параметров
- •Раздел III. Автоматическое управление, контроль и регулирование
- •Глава 11. Системы автоматики с программным управлением
- •1. Общие принципы построения систем
- •2. Интуитивный метод разработки схем управления
- •3. Аналитический метод разработки схем управления
- •Глава 12. Автоматическая блокировка и защита в системах управления
- •1. Системы автоматической блокировки
- •2. Системы автоматической защиты
- •Глава 13. Системы автоматического контроля и сигнализации
- •1. Структура и виды систем
- •2. Измерительные системы с цифровым отсчетом
- •3. Системы централизованного контроля
- •4. Системы автоматической сигнализации
- •Глава 14. Системы автоматического регулирования
- •1. Основные понятия и определения
- •2. Обыкновенные системы регулирования
- •3. Самонастраивающиеся системы регулирования
- •4. Качественные показатели автоматического регулирования
- •Глава 15. Объекты регулирования и их свойства
- •1. Общие сведения
- •2. Параметры объектов регулирования
- •3. Определение основных свойств объектов
- •Глава 16. Типы регуляторов
- •1. Классификация автоматических регуляторов
- •2. Регуляторы прерывистого (дискретного) действия
- •3. Регуляторы непрерівного действия
- •4. Выбор типа регуляторов и параметров его настройки
- •Формулы для определения параметров настройки регуляторов
- •Глава 17. Конструкции и характеристики регуляторов
- •1. Регуляторы прямого действия
- •2. Электрические регуляторы косвенного действия
- •3. Гидравлические регуляторы косвенного действия
- •4. Пневматические регуляторы косвенного действия
- •5. Техника безопасности при эксплуатации регуляторов
- •Раздел IV. Микропроцессорные системы
- •Глава 18. Общая характеристика микропроцессорных систем
- •1. Основные понятия и определения
- •2. Организация работы вычислительной машины
- •3. Производство эвм
- •4. Структура эвм
- •Глава 19. Математическое и программное обеспечение микроЭвм
- •1. Системы счисления
- •2. Правила перевода одной системы счисления в другую
- •3. Формы представления чисел в эвм. Машинные коды
- •4. Основы программирования
- •Глава 20. Внешние устройства микроЭвм
- •1. Классификация внешних устройств
- •2. Внешние запоминающие устройства
- •3. Устройства для связи эвм – оператор
- •4. Внешние устройства связи эвм с объектом
- •Глава 21. Применение микропроцессорных систем
- •1. Состав систем автоматики с применением микроЭвм
- •2. Управление производственными процессами
- •Раздел V. Промышленные роботы и роботизированные системы
- •Глава 22. Общие сведения о промышленных роботах
- •1. Основные определения и классификация промышленных роботов
- •2. Структура промышленных роботов
- •3. Основные технические показатели роботов
- •Глава 23. Конструкции промышленных роботов
- •1. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа
- •Технические данные агрегатной гаммы промышленных роботов лм40ц.00.00 [9]
- •Технические характеристики и области обслуживания типового ряда промышленных роботов [9]
- •Технические данные модулей агрегатной гаммы рпм-25 [9]
- •2. Интерактивные промышленные роботы
- •3. Адаптивные промышленные роботы
- •4. Захватные устройства
- •5. Приводы промышленных роботов
- •Глава 24. Системы управления промышленными роботами
- •1. Назначение и классификация систем управления
- •2. Унифицированные системы управления
- •Технические данные унифицированных систем управления уцм [9]
- •Технические данные унифицированных систем управления упм [9]
- •Технические данные контурных систем управления укм [9]
- •3. Информационные системы
- •Глава 25. Роботизация промышленного производства
- •1. Основные типы роботизированных систем
- •2. Гибкие производственные системы с применением промышленных роботов
- •3. Техника безопасности при эксплуатации роботов
- •Приложение Буквенные обозначения элементов электрических схем
- •Список литературы
3. Индуктивные первичные преобразователи
Индуктивные преобразователи применяют для преобразования малых линейных или угловых перемещений в электрические сигналы. Принцип их действия основан на зависимости индуктивного сопротивления катушки от изменения зазора в магнитопроводе, от перемещения магнитопровода в катушке или от изменения площади зазора.
Индуктивный преобразователь с подвижным якорем (изменяющимся зазором) представляет собой катушку индуктивности 3 с магнитопроводом 2 и подвижным якорем 1 (рис. 5, а). Катушка индуктивности с магнитопроводом, называемая статором, закрепляется неподвижно, а якорь механически соединяется с подвижной частью объекта управления, перемещение которого необходимо преобразовать в электрический сигнал. Перемещение якоря изменяет воздушный зазор 6 (входная величина преобразователя), вызывает изменение индуктивного сопротивления катушки и, как следствие этого, выходной величины тока I при постоянном напряжении и0.
Чувствительность индуктивных преобразователей с изменяющимся воздушным зазором уменьшается с увеличением зазора 6, поэтому их используют для измерения и контроля очень малых перемещений (до 2 мм). В таком диапазоне рабочих перемещений их чувствительность не превышает 2 мкм.
Индуктивные преобразователи с перемещающимся магнитопроводом (рис. 5, б) способны измерять большие перемещения (до 50 мм).
Рис. 5. Индуктивные преобразователи:
а – с подвижным якорем; б – с перемещающимся сердечником; в – с изменяющейся площадью зазора; г – дифференциальный
У индуктивных преобразователей с изменяющейся площадью воздушного зазора (рис. 5, в) статическая характеристика линейна только на определенном участке. Линейность нарушается, когда активное сопротивление становится сравнимым с индуктивным. Диапазоны перемещения якоря больше (до 8 мм), чем у преобразователей с изменяющимся воздушным зазором, однако чувствительность ниже.
Все перечисленные выше виды индуктивных преобразователей обладают высокой надежностью, имеют практически неограниченный срок службы и большую мощность выходного сигнала (до нескольких ватт). К недостаткам можно отнести нереверсивность статической характеристики, небольшой диапазон перемещения якоря, наличие тока холостого хода и влияние колебаний амплитуды и частоты напряжения питания. Эти недостатки практически полностью отсутствуют у дифференциальных индуктивных преобразователей.
Дифференциальный индуктивный преобразователь (рис. 5, г) имеет два статора 2 с катушками индуктивности 3 и один подвижный якорь 1. При отклонении якоря от среднего положения происходит изменение индуктивного сопротивления обеих катушек и на выходе преобразователя появляется напряжение Uн. Катушки индуктивности включаются либо в дифференциальную измерительную схему, либо как смежные плечи мостовой измерительной схемы.
Дифференциальные индуктивные преобразователи по сравнению с ранее рассмотренными конструкциями обладают более высокими точностью и чувствительностью. Их статическая характеристика линейна и реверсивная. Поэтому они получили наибольшее распространение.
Трансформаторные преобразователи являются разновидностью индуктивных. Они представляют собой трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации за счет изменения коэффициента взаимоиндуктивности между обмотками. Трансформаторные преобразователи применяют для преобразования небольших линейных и угловых перемещений в электрический сигнал (напряжение переменного тока).
Первичная обмотка 2 (рис. 6) дифференциального трансформаторного преобразователя с угловым перемещением якоря намотана на центральном стержне 1 магнитопровода, а две совершенно одинаковые вторичные обмотки 3 располагаются на крайних стержнях. Они соединены последовательно и имеют встречную намотку. При симметричном положении якоря 4 по отношению к стержню 1 во вторичных обмотках будут индуцироваться одинаковые по значению и противоположные по фазе ЭДС, а напряжение на выходе преобразователя будет равно нулю. При повороте якоря, механически связанного с подвижной частью объекта управления, изменяется значение магнитных потоков и в соответствии с этим значение ЭДС, т. е. на выходе появляется напряжение, амплитуда которого равна разности амплитуд ЭДС вторичных обмоток. Статическая характеристика рассмотренного преобразователя линейна и реверсивна. Реверсивность означает изменение в знаке выходного сигнала при изменении знака входного сигнала. Чувствительность преобразователя в 2 раза выше чувствительности обычных индуктивных преобразователей.
Интересна конструкция ферродинамического преобразователя, предназначенного для преобразования угловых перемещений в электрические сигналы.
Ферродинамический преобразователь (рис. 7) имеет магнитопровод, состоящий из плунжера /, шихтованного ярма 2 и сердечника 3. На сердечнике 3 укреплены агатовые подпятники (на схеме не показаны), в которых на кернах установлена поворотная рамка 4, механически соединенная с подвижной частью объекта управления. Концы обмотки подвижной рамки подсоединяются с помощью спиральных пружин и проводов. Принцип работы преобразователя заключается в следующем. При подаче переменного тока на обмотку возбуждения 5 в магнитопроводе возникает магнитный поток. Если рамка 4 расположена по нейтрали ММ, то значение наведенной ЭДС равно нулю. При повороте рамки на некоторый угол α в ней индуцируется ЭДС, величина которой пропорциональна углу поворота. Рабочий угол рамки от нейтрали составляет 40°. В зависимости от типа преобразователя напряжение на выходе рамки изменяется от –1 до +1 В или от 0 до 2 В.
Рис. 6. Дифференциальный трансформаторный преобразовательзователь |
Рис. 7 Ферродинамический преобра |
Высокочастотные индуктивные преобразователи позволяют измерить толщину фольги металлов, толщину гальванических покрытий, разностенность металлических труб и т. д. Принцип их действия основан на изменении индуктивности обмотки при возникновении вихревых токов в проводящем теле, расположенном вблизи этой обмотки.
В таких преобразователях используется так называемый поверхностный эффект, т. е. затухание вихревых токов по мере проникновения их в глубь проводящей среды, обусловленных переменным магнитным полем; при этом разность токов возбуждающего поля и поля вихревых токов уменьшается.