книги из ГПНТБ / Иванин В.Т. Основы автоматизации производства на карьерах учебник

а) обмотка токовая

[ф

в) обмотка реле максимального тока

40

в) обмотка контактора и магнитного пускателя

Обмотка электромагнитного реле с указанием выдержки времени:

б) с замедлением при отпускании

такты и указывать выводы обмоток

41

Продолжение табл.

Звонок электрпческпіі

Сирена электрическая

Гудок электрический

Глава II СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ КАРЬЕРНЫХ УСТАНОВОК

§ 16. Назначение и классификация датчиков

Датчиком (измерительным органом, чувствительным элементом) называется элемент, предназначенный для определения изменений различных физических величин и преобразования их в величины другого рода, более удобные для передачи на расстояние и воздей­ ствия на исполнительное устройство.

Величина, воспринимаемая датчиком, называется входной', вели­ чина, преобразованная датчиком и передаваемая другому элементу, называется выходной.

Связь между значениями входной величины X и выходной у выражается зависимостью

y = f(z').

Эта зависимость, называемая характеристикой элемента (дат­ чика), может быть представлена в виде графика (например, в виде кривой на рис. 27).

Отношение приращения выходной величины к приращению входной называется коэффициентом преобразования или (приме­ нительно к датчикам) чувствительностью

Обычно стремятся, чтобы датчик имел линейную характеристику, поскольку при этом чувствительность будет постоянной во всем: диапазоне измерений.

42

Чувствительность датчика имеет определенную размерность (на­ пример, мв/град, а/мм, ом/см и др.).

Датчики, как и другие элементы систем автоматики, классифи­ цируются по принципу действия на механические, электромехани­ ческие, ферромагнитные, электротепловые,

преобразование, называется первичным измерителем или первичным преобразователем- Таким элементом может быть поплавок, щуп

идругие детали.

§17. Параметрические датчики

Параметрические датчики составляют большую часть из мно­ жества датчиков. Рассмотрим принцип действия, устройство, основ­ ные параметры и применение некоторых из них.

Электроконтактные (или просто контактные) датчики работают по принципу замыкания или размыкания контактов при определен­ ном значении входной величины (перемещения).

Простейшая схема контактного датчика представлена на рис. 28, а. Такие датчики применяются на горных предприятиях как механи­ ческие педальные выключатели в устройствах СЦБ и автоматизации электровозной откатки. При нажатии на педаль П верхняя пара контактов К замыкается, а нижняя — размыкается, производя соответствующие переключения в цепях управления и сигнализации. Недостатком описанного датчика является наличие подвижного механического контакта, снижающего надежность работы его, осо­ бенно при больших скоростях движущегося объекта.

Для автоматизации карьерных установок широко применяются

контактные путевые и конечные выключатели и микропереключатели,

которые служат для фиксации положения механизмов, ограничения их крайних положений и подачи в систему управления команд «Стоп», «Реварс» и др.

Реостатный датчик представляет собой обычный реостат, пред­ назначенный для преобразования линейных или угловых перемеще­ ний в изменение активного сопротивления (рис. 28, б, в). Наибольшее

43

распространение получили реостатные датчики, включенные по схеме потенциометра и называемые потенциометрическими. Они нашли применение для дистанционного измерения показаний при­ боров, в устройствах для измерения уровня жидкости, для контроля положения управляемых задвижек, клапанов и т. д. Питание потен­ циометрических датчиков может осуществляться постоянным или переменным током.

Рис. 28. Параметрические датчики активного сопротивления:

а — контактный датчик; б — реостатный датчик линейных 'перемещений; в — реостатный датчик угловых перемещений; г — тензометрический [прово­ лочный датчик

Характеристики потенциометров в зависимости от того, включены они в электрическую цепь как реостаты или как делители напряже­ ния, выражаются соответственно зависимостями

/7вых — выходное напряжение делителя напряжения, В;

X — перемещение движка линейное (мм) или угловое (рад). Обмотка реостатных датчиков выполняется из проволоки с боль­ шим удельным сопротивлением (константан, никелин и др.), диаметр которой, в зависимости от назначения датчика, изменяется от десятых

до нескольких сотых долей миллиметра.

Действие проволочных и полупроводниковых тензометрических датчиков {тензодатчиков) основано на изменении их омического сопротивления при упругих деформациях растяжения и сжатия. Тензодатчики применяют для измерения механических напряжений по деформациям, вызванным этими напряжениями. Эти свойства

44

тензодатчиков использованы в автоматических устройствах для взвешивания грузов (тензовесы), для измерения скорости жидкости в трубопроводе (тензометрический скоростеметр), для измерения усилий нагрузок на отдельные элементы экскаваторов и т. д.

Воспринимающим элементом тензометрического датчика (рис. 28, г) является металлическая проволока 1 или фольга, нанесенная методом травления, или полупроводниковый материал (тензолит), состоящий из связующего вещества (смолы), наполнителя (мел, кварц) и про­ водящего вещества (уголь, графит, сажа).

Проволока из константана диаметром 0,02—0,04 мм зигзаго­ образно укладывается на полоску бумаги 2 и приклеивается к ней, а затем датчик наклеивается на поверхность испытуемой детали. Датчики из тензолита изготовляются в виде лент или проволоки,

а

в

а — индуктивный датчик; б — дифференциальный индуктивный датчик; в — магнитоупругий датчик

которая наклеивается на бумагу или непосредственно на деталь. Для включения датчика в схему имеются медные выводы 3.

Основной характеристикой тензодатчика является тензочувстви-

телъностъ

аАЛ/Л

—AZ/Z ’

где &R/R — относительное изменение сопротивления тензодатчика; AZ/Z — относительная деформация.

Преимуществами тензодатчиков являются их малые размеры, простота устройства, надежность, возможность применения в труд­ нодоступных местах, достаточно высокая точность. Основным недо­ статком является слабая чувствительность, обусловленная тем, что изменение сопротивления не превышает 1 %. Поэтому при исполь­ зовании тензодатчиков необходимо применять весьма чувствительные усилители.

Индуктивные датчики (рис. 29) работают по принципу изменения индуктивного сопротивления катушки со стальным сердечником

45

при перемещении подвижной части — стального якоря. Входной величиной для индуктивных датчиков является изменение переме­ щений (линейных или угловых), выходной — изменение индуктив­ ности катушки. Для питания схем с индуктивными датчиками при­ меняют ток промышленной частоты 50 Гц и частоты в несколько килогерц.

Схема простого индуктивного датчика, применяемого в качестве бесконтактного конечного выключателя подъемных установок, пока­ зана на рис. 29, а. Датчик состоит из неподвижного сердечника 7 с катушкой 2 и якоря 3, закрепленного на движущейся клети 4. Так как коэффициент магнитной проницаемости стали во много раз больше, чем воздуха, то приближение якоря вызывает резкое уве­ личение индуктивного сопротивления катушки и уменьшение тока 7, что, в свою очередь, обеспечит отключение реле Р и размыкание его контактов в цепи управлення подъемным двигателем.

Индуктивные датчики с более сложными схемами включения применяют при автоматизации металлоулавливания па ленточных конвейерах, для контроля консистенции пульпы в трубопроводах и при автоматизации других карьерных установок.

Большое применение нашли дифференциальные индуктивные датчики (рис. 29, б), обладающие повышенной чувствительностью и не реагирующие на колебания температуры и напряжения пита­ ния U. Магнитная система этих датчиков состоит из двух одинаковых сердечников 1 с катушками 2 и общего якоря 3, который под действием первичного измерителя ПИ может перемещаться вправо или влево. Перемещение якоря вызывает изменение воздушных зазоров бг и б2 и изменение индуктивности обеих катушек в противополож­ ных направлениях, что приводит к увеличению тока 7. Такие

на принципе изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов под действием механических напряжений. Наиболее сильно этот эффект проявляется в железо-никелевых сплавах типа пермаллоя. Магнитопровод 7 датчика не имеет воздушных зазоров и набирается из листов с окнами, через которые наматывается об­ мотка 2. Входной величиной датчика является нагрузка Р, выход­ ной — изменение индуктивного сопротивления. Простота конструк­ ции, отсутствие контактов, надежность — основные преимущества магпитоупругих датчиков. Применяют их для весового дозирования при загрузке скипов подъемных установок и для контроля давлеппя пульпы. Разработаны образцы магнитоупругих датчиков для автома­ тического контроля загрузки автосамосвалов.

Действие емкостных датчиков основано на преобразовании вход­ ной величины в изменение емкости конденсатора. Емкость плоского конденсатора выражается формулой

46

Ô — расстояние между пластинами, м.

Следовательно, изменение емкости датчика можно производить за счет изменения зазора б, площади пластин S и диэлектрической проницаемости є. Первый принцип использован в датчиках с пло­ скими пластинами (плоский конденсатор), второй — в датчиках, представляющих обычный конденсатор переменной емкости, при­ меняемый в радиотехнике. Датчики с переменной диэлектрической средой выполняются в виде коаксиальных конденсаторов, приме­ няемых для измерения уровня жидкостей.

Рис. 30. Емкостные датчики:

а — с переменным расстоянием между пластинами; б — с переменной площадью пластин

На рис. 30, а показано устройство емкостного датчика с перемен­ ным расстоянием между неподвижными пластинами 2 и 3 и подвиж­ ной пластиной 1, перемещающейся первичным измерителем ПИ. Такие датчики позволяют измерять перемещения до тысячных долей микрона.

Датчик с переменной площадью пластин (рис. 30, б) преобразует изменение угловых перемещений оси в изменение емкости. При­ меняют такие датчики для передачи показаний некоторых приборов.

Емкостные датчики требуют сложной аппаратуры, поэтому их применение в горной промышленности ограничено.

Радиоактивные датчики нашли широкое применение в горной промышленности в последнее десятилетие. Их устанавливают в ме­ стах, доступ в которые затруднен или практически невозможен вследствие крайне тяжелых условий (высокая влажность, пыль, химическая активность среды и т. п.). Применяют радиоактивные датчики для счета вагонеток, контроля загрузки вагонов и в других установках.

Радиоактивный датчик (рис. 31) представляет собой свинцовый или стальной толстостенный корпус 1, в котором помещена ампула 2 с одним из устойчивых радиоактивных изотопов (например, изотопом кобальта-60, цезия-137 и др.). Поток у-лучей 4 через канал 3 попадает

47

на приемник 5, состоящий из газоразрядного счетчика или кристал­ лического сульфида кадмия (CdS) и усилителя, на выход которого включено реле Р. Действие газоразрядного счетчика основано на способности у-лучей ионизировать газ, которым заполнена трубка счетчика. Так как к электродам счетчика приложено напряжение, то при ионизации газа между катодом и анодом возникает разряд и через счетчик проходит импульс тока. При уменьшении уровня в бункере 8 ниже уровня, на котором установлен датчик, счетчик, облучаясь, создает импульсы тока, которые поступают на усилитель. Реле получает питание и, замыкая контакты Р, включает цепь

Наибольшее распространение для изготовления металлических термосопротивлеиий получили химически чистые металлы: платина и медь. Реже применяются никель и железо.

Металлические термосопротивления используют для измерения температуры от —120° С до +500° С.

Полупроводниковые термосопротивления, называемые терморе­ зисторами, изготовляют из окислов металлов (окиси меди, никеля, кобальта, магния, титана и др.), а также из сульфидов, нитридов и карбидов этих металлов. Сопротивление полупроводников, в отли­ чие от металлов, уменьшается при увеличении температуры. Полу­ проводниковые термосопротивления во много раз чувствительнее металлических и очень малы по размерам. Применяют их для измере­ ния температуры от —100° С до -{-400° С.

Терморезисторы имеют форму стерженьков, пластинок или буси­ нок. На рис. 32, а показано устройство терморезистора TOC, иа рис. 32, б — терморезистора ММТ-4. Терморезистор состоит из полупроводникового материала 1, корпуса 2, вывода 3, изоляции 4 и оловянных переходов 5-

48

Термодатчик ТДЛ-2, выпускаемый конотопским заводом «Крас­ ный металлист», применяют для контроля температуры подшипников насосов, компрессоров и других установок. Принцип действия термо­ датчика ТДЛ-2 (рис. 33) основан на свойстве легкоплавкого сплава Вуда плавиться при температуре 70— 72° С.

Во взведенном состоянии усилие пружины 6 приложено к валику 3 с нижней частью 4 храповика, кото­ рый соединен с пробкой 1 пайкой сплавом Вуда. Пробка ввинчена в

корпус 9. Второй конец пружины жестко защемлен в верхней части корпуса, который помещается в от­ верстие в корпусе подшипника и крепится в нем гайкой 5. При темпе­ ратуре 70° С сплав 2 плавится, осво­ бождая валик 3. Под действием пру­ жины 6 он поворачивается вместе с верхней частью 5 храповика и осью 7, которая связана с кулачком 10. Последний при этом воздействует на микропереключатель 15 через рычаг 14, подпружиненный пружиной 13.

Ртутно-контактные термометры относятся к датчикам темпе­ ратуры. Принцип их действия основан на способности ртути расши­ ряться при нагревании. При этом ртутный столбик, поднимаясь по капилляру, соединяется с одним или несколькими неподвижными контактами, включая соответствующие цепи схемы.