книги из ГПНТБ / Фотиев М.М. Рудничная автоматика и телемеханика учеб. пособие

а во втором — динамическим:

Размерность коэффициентов преобразования зависит от размер­ ности входной и выходной величин. Например, если размерность входной величины — градус, а выходной — вольт, то размерность коэффициента преобразования — град/в.

Для разных элементов автоматики в зависимости от выполняе­ мых функций коэффициент преобразования имеет свой физический смысл и наименование. Применительно к чувствительному элемен­ ту (датчику) и некоторым другим элементам коэффициент преоб­ разования называется чувствительностью. Чувствительность обозна­ чают буквой s:

Применительно к усилителю эта характеристика называется ко­ эффициентом усиления kyc.

Чтобы характеризовать преобразующие свойства элемента вне зависимости от физической природы и размерности входной и вы­ ходной величин пользуются относительным коэффициентом преоб­ разования /е0Тиі который определяется по формуле:

у

1У

XX

ивыражается в относительных единицах.

Стабилизаторы напряжения и тока, которые должны иметь воз­ можно меньшую чувствительность, характеризуются коэффициен­ том стабилизации — величиной, обратной относительному коэффи­ циенту преобразования.

Порог чувствительности — наименьшее значение отклонения входной величины, вызывающее заметное изменение выходной ве­ личины. Изменения входной величины, меньшие, чем порог чувст­ вительности, элемент автоматики не контролирует. Если входная величина выходит за пределы порога чувствительности, то выход­ ная величина начинает изменяться. Интервал между положительным и отрицательным значениями порога чувствительности называется

зоной нечувствительности.

Погрешность — разность между фактическим и расчетным зна­ чением выходной величины элемента при определенном значении входной величины, образовавшаяся вследствие возмущающих воз­ действий на элемент или изменения его внутренних свойств.

Запаздывание проявляется в том, что выходная величина изме­ няется не синхронно с входной, а с некоторым отставанием во вре­ мени. Оно объясняется инерционностью некоторых элементов авто­ матики. Запаздывание увеличивает время регулирования, снижает производительность установки и т. д.

ДАТЧИКИ СИСТЕМ РУДНИЧНОЙ АВТОМАТИКИ

§ 4. Общие сведения

Датчик — это чувствительный элемент системы автоматического контроля или управления, который преобразует контролируемую (управляемую) величину в величину другого вида, более удобную для усиления, дистанционной передачи и дальнейшей обработки. В системах рудничной автоматики наиболее часто применяют элек­ трические датчики, преобразующие неэлектрические величины (ско­ рость, температуру, давление и др.) в электрические (сила тока, на­ пряжение, емкость, индуктивность, активное сопротивление и др.)- Наряду с электрическими широко используют также гидравличес­ кие и пневматические датчики, у которых выходной является меха­ ническая величина, например давление. Разнообразие технологиче­ ских и физических параметров, подлежащих контролю,на горных предприятиях, требует применения самых разнообразных датчиков.

В зависимости от рода контролируемой величины различают датчики перемещения, скорости, усилия, момента, деформации, дав­ ления, температуры, депрессии, расхода, уровня и др. По принципу действия датчики делятся на индукционные, фотоэлектрические, ра­ диоизотопные, акустические и др. В зависимости от вида электриче­ ской величины, в которую преобразуется неэлектрическая величи­ на, датчики бывают параметрические и генераторные.

Параметрические датчики преобразуют контролируемую величи­ ну в изменения параметра электрической цепи: активного, емкост­ ного или индуктивного сопротивления. Примером могут служить конденсатор переменной емкости, реостатный датчик, фоторезистор и др.

Генераторные датчики преобразуют контролируемую величину в соответствующую э. д. с. Примером могут служить термопара, фо­ тоэлемент с запирающим слоем, тахогенератор и др.

§ 5. Датчики перемещения

Датчики перемещения делятся на контактные, реостатные, ин­ дуктивные, трансформаторные, сельсинные, фотоэлектрические.

Простейшими датчиками являются контактные, в которых замы­ кание электрической цепи — контакта происходит при воздействии движущегося объекта на контакт через рычажную систему — пе­ дальные датчики, концевые и путевые выключатели; при касании движущимся контролируемым объектом металлической щетки, ус­ тановленной в определенной точке пути, — щеточные датчики.

В схемах рудничной автоматики применяют конечный выключа­ тель ВКВ-380М, контактные взрывобезопасные выключатели ВВ-5, ВВ-5П (с педалью и устройством для

Ркрепления выключателя к рельсу), ВВ-5Т (с гибким тросом управления), выключа­

корачивает вторичную обмотку трансформатора Тр и реле Р отклю­ чается, производя необходимые переключения в цепи управления или контроля.

Щеточные датчики используются в серийно выпускаемых реле РВЩ и РЩИ, описание которых дано в гл. IV.

Реостатные датчики представляют собой резисторы, величина со­ противления которых зависит от положения токосъемного контакта (щетки). Они преобразуют линейное перемещение или угол поворо­ та в изменения омического сопротивления.

Если датчик включен в цепь как реостат (рис. 3, а), то его вы­ ходной величиной является активное сопротивление RBUX:

где Ro — полное сопротивление реостата; х — перемещение щетки; Ь0— полная длина намотки реостата. В случае, когда датчик вклю­ чен в цепь как делитель напряжения, т. е. как потенциометр (рис. 3, б), выходной величиной его является напряжение UBBXX.

Изображенный на рис. 3, б потенциометр обеспечивает измене­ ние знака выходного напряжения при отклонении щетки от положе­ ния, соответствующего выходному напряжению, равному "нулю.

В схемах автоматики нашли применение, главным образом, по­ тенциометрические датчики, имеющие линейную характеристику

^вых=/(•*)•

На рис. 3, в схематично изображен тороидальный потенциометр, применяемый в качестве датчика углового перемещения.

Обмотки реостатных датчиков выполняют из сплава с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом сопротивления (константан, никелин и др.). Для уменьшения сту­ пенчатости характеристики диаметр проволоки обычно принимает­ ся весьма малым — до сотых долей миллиметра. Контактирующую часть щетки, как правило, делают из серебра. Потенциометры при­ меняют для передачи показаний измерительных приборов при изме-

'■ (+)

3.- Включение реостатных датчиков:

схеме реостата, 6, в — по схеме потенцио­ метра

рении уровня жидкости, для передачи положений задвижек, клапа­ нов и др.

Чувствительность датчиков, изображенных на рис. 3, б и 3, в, выразится соответственно:

где а — угол поворота щетки, рад.

Реостатные датчики работают как на постоянном, так и на пе-. ременном токе. Основными их недостатками являются наличие кон­ такта, снижающего надежность работы, и сравнительно большие усилия для перемещения щетки. Достоинства таких датчиков — кон­ структивная простота, малые размеры и вес.

Индуктивные датчики преобразуют механические перемещения в изменения индуктивного сопротивления.

Одинарный индуктивный датчик (рис. 4, а) представляет собой дроссель переменного тока, индуктивное сопротивление которого изменяется в зависимости от перемещения одной из частей магни­ топровода — якоря 1 или сердечника 2.

средине и воздушные зазоры с обеих сторон равны (öi = Ô2 ) , индуктивные сопротивления

обеих обмоток одинаковы. При этом сигнал на выходе датчика равен нулю. При переме­ щении якоря индуктивное сопротивление одного дросселя увеличится, а другого — уменьшится вследствие соответствующего изменения воздушных зазоров. При этом на выходе появится напряжение £/вых, пропор­ циональное отклонению якоря от нейтраль­ ного положения. При переходе якоря через нейтральное положение фаза выходного на­

буждения, включена в сеть переменного тока. Две вторичные об­ мотки w2 и w% включены встречно. Когда якорь Я занимает цен­ тральное положение, э. д: с. в обеих вторичных обмотках одинаковы и выходное напряжение равно нулю. При смещении якоря из цен­ трального положения э. д.с. одной-вторичной обмотки увеличится, а второй — уменьшится. В итоге на выходе появится напряжение.

На рис. 7 показано устройство трансформаторного датчика с по­ воротной рамкой. В зазоре магнитопровода 2 обмоткой возбужде­ ния 1 создается переменный магнитный поток Ф. Когда рамка 3 расположена горизонтально, не происходит магнитное сцепление ее с потоком Ф и в рамке не индуктируется э. д. с. При повороте рам­ ки в ней индуктируется э. д. с. Евых, пропорциональная углу пово­ рота а:

£ ПнХ= £ а ,

где /е — постоянный коэффициент.

Для контроля за конечным положением или прохождением ваго­ неток, подъемных сосудов, стопоров, загрузочных устройств и др. используется дифференциальный трансформаторный датчик БДП-8И, в котором выходной сигнал чувствительного элемента вы­

прямляется и подается на релейный полупроводниковый усили­ тель.

Для передачи на расстояние угловых перемещений или синхрон­ ного вращения нескольких валов, механически не связанных между собой, применяется индукционная синхронная передача на одно­ фазном переменном токе с помощью контактных и бесконтактных сельсинов — микромашин переменного тока.

Рис. 8. Схемы включения сельсинов:

а— в индикаторном режиме, б— в трансформаторном режиме; / — обмотки синхронизации, 2 — ротор

Контактный сельсин (рис. 8) имеет однофазную обмотку воз­ буждения, расположенную на явнополюсном роторе 2 и три обмот­ ки синхронизации 1, находящиеся в пазах статора и сдвинутые одна относительно другой на 120°. Если обмотку ротора питать однофаз­ ным переменным током Uc, то ее магнитный поток будет индуктиро­ вать в обмотках статора э. д. с., величины которых пропорциональ­ ны косинусу угла между осью данной обмотки синхронизации и осью обмотки возбуждения.

В зависимости от выполняемых функций различают сельсиныдатчики и сельсины-приемники. Сельсин-датчик СД связан с конт­ ролируемым объектом, а сельсин-приемник СП — с индикатором перемещения. Устройство сельсина-датчика и сельсина-приемника одинаково. Сельсины в системе синхронной передачи угла могут работать в индикаторном и трансформаторном режиме.

При индикаторном режиме обмотки возбуждения обоих сельси­

нов питаются от одной и той же сети, а обмотки синхронизации соединены трехпроводной линией (рис. 8, а). Если роторы обоих сельсинов, т. е. оси обмоток возбуждения расположены одинаково относительно своих обмоток синхронизации, то в соединительной линии и в обмотках синхронизации ток не возникает, так как э. д. с. соответствующих обмоток СД и СП будут в любой момент времени равны по величине и направлены навстречу друг другу. Такое по­ ложение роторов сельсинов называется согласованным. Если ротор сельсина-датчика вывести из согласованного положения, то равно­ весие э. д. с. нарушится и в обмотках синхронизации (и в линии связи) появятся токи. Эти токи создадут в магнитопроводе СП маг­ нитный поток. Возникает так называемый синхронизирующий мо­ мент Матхр, который будет вращать ротор СП до тех пор, пока он не придет в согласованное с ротором СД положение. Величина син­ хронизирующего момента, развиваемого СП, пропорциональна си­ нусу угла рассогласования, равного разности углов поворота а и ß роторов СД и СП от согласованного положения.

Подведение напряжения к обмотке возбуждения контактных сельсинов производится с помощью контактных колец, на которые наложены щетки. Наличие контактов снижает надежность работы

иточность показаний.

Вбесконтактных сельсинах обмотки возбуждения так же, как и обмотки синхронизации, расположены на неподвижной части. По­ ворот оси магнитного потока обмотки возбуждения при вращении ротора достигается благодаря особой его конструкции.

Всистемах рудничной автоматики бесконтактные сельсины, ра­ ботающие в индикаторном режиме, применяются в качестве указа­

телей положения подъемного сосуда в шахтном стволе.

При работе сельсинов в трансформаторном режиме (рис. 8, б) ротор СП закреплен, а выходной величиной является напряжение UВЬіх обмотки возбуждения, которое зависит от угла рассогласо­ вания:

шах COS (X

где Птах— максимальное значение напряжения при угле рассогла­ сования а = 0 .

По величине выходного напряжения определяют угол поворота ротора СД.

Фотоэлектрические датчики реагируют на изменение освещен­ ности. Датчик состоит из оптической системы, преобразующей ли­ нейные или угловые перемещения в изменения светового потока, и чувствительного элемента, преобразующего эти изменения в изме­ нения электрических величин. В качестве чувствительного элемента фотоэлектрического датчика применяют вакуумные и газонаполнен­ ные фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, полупроводни­ ковые фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы, которые вклю­ чаются в измерительную схему. При этом используется свойство указанных элементов изменять величину лхрцх.одя.щего через них

пути к фотоэлементу контролируемый объект, находящийся в дви­ жении (рис. 9, в). Вследствие этого в некоторые моменты времени происходит частичное или полное экранирование светового потока. По такой схеме осуществляется автоматический учет числа вагоне­ ток, определяется уровень их заполнения, производится контроль заштыбовки течек, положения вентиляционных дверей, посадки кле­ ти на кулаки и др.

§ 6. Датчики скорости

Датчики скорости применяются для непрерывного контроля ско­ рости вращения валов машин и механизмов, а также скорости ли­ нейных перемещений. Наибольшее распространение в качестве дат­