Шпоры Автоматика БГИТА ММ

1.-7 Что называется управлением?

Управление – есть воздействие на объект в целях достижения требуемых состояний или процессов.

2. Что называется автоматическим управлением?

Управление объектом с помощью технических средств без участия человека называется автоматическим управлением.

3. Что называется системой автоматического управления?

Совокупность объектов управления и средств автоматического управления называется системой автоматического управления (САУ).

4. Что является основной задачей автоматического управления?

Основной задачей автоматического управления является поддержание определенного закона изменения одной или нескольких физических величин, характеризующих процессы, протекающие в объектах управления (ОУ), без непосредствнного участия человека.

5.Что называется объектом управления?

Объект управления – это система, деятельность которой регламентируется управляющей системой

Объект управления – это обобщающий термин кибернетики и теории автоматического управления, обозначающий устройство или динамический процесс, управление поведением которого является целью создания системы автоматического управления.

6. Что называется управляемой величиной?

Управляемой величиной называется изменения одной или нескольких физических величин, характеризующих процессы, протекающие в объектах управления (ОУ)

7. Что называется управляющим органом?

Часть ОУ, с помощью которой можно изменять параметры управляемого процесса называется управляющим органом объекта (УО). Это может быть реостат, вентиль, заслонка и т.п.

8.-12. Что называется чувствительным элементом?

Часть объекта управления (ОУ), которая преобразует управляемую величину в пропорциональную ей величину, удобную для использования в САУ, называют чувствительным элементом (ЧЭ). В качестве ЧЭ могут использоваться термопары, тахометры, рычаги, электрические мосты, датчики давления, деформации, положения и т.п.

9. Что такое входная и выходная величина?

Физическую величину на входе управляющего органа ОУ называют входной величиной ОУ.

Физическую величину на выходе ЧЭ называют выходной величиной ОУ. Как правило, это электрический сигнал (ток, напряжение) или механическое перемещение.

10. Что называется управляющим воздействием?

Управляющее воздействие u(t) - это воздействие, прикладываемое к управляющему органу (УО) объекта с целью поддержания требуемых значений управляемой величины. Оно формируется устройством управления (УУ). Ядром УУ является исполнительный элемент, в качестве которого может использоваться электрические или поршневые двигатели, мембраны, электромагниты и т.п.

11. Что называется возмущением?

Величина f(t), подаваемая на второй вход звена, называется возмущением. Она отражает влияние на выходную величину y(t) изменений окружающей среды, нагрузки и т.п.

12. Что называется отклонением от заданной величины?

y_о - значение выходной величины, которое требуется обеспечить согласно программе. На самом деле из-за возмущения f на выходе регистрируется значение y.

Величина e = y_о - y называется отклонением от заданной величины.

13.-14 Что называется управляющим устройством?

Управляющим устройством называют техническое устройство, осуществляющее воздействие на объект управления. Ядром УУ является исполнительный элемент, в качестве которого может использоваться электрические или поршневые двигатели, мембраны, электромагниты и т.п.

14. Что называется задающим устройством(ЗУ)?

Задающим устройством (ЗУ) называется устройство, задающее программу изменения управляющего воздействия, то есть формирующее задающий сигнал u_о(t). В простейшем случае u_о(t)=const. ЗУ может быть выполнено в виде отдельного устройства, быть встроенным в УУ или же вообще отсутствовать. В качестве ЗУ может выступать кулачковый механизм, магнитофонная лента, маятник в часах, задающий профиль и т.п.

19. В чем суть принципа обратной связи?

Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи). Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространенных принципов управления. В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на основе наблюдений создает алгоритм управления. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. Это и есть "обратная связь"

20. Перечислите достоинства и недостатки принципов управления?

Принцип разомкнутого управления:

Нагрузочная характеристика разомкнутой системы автоматического управления — это нагрузочная характеристика объекта. Она не зависит от свойств управляющей части системы. Любое изменение возмущающего воздействия оказывает влияние на выходную величину системы управления. Несмотря на очевидные недостатки, этот принцип используется очень широко. Элементы, представляемые разомкнутой цепью, входят в состав любой системы.

Принцип управления по возмущению (принцип компенсации)

Достоинства системы управления по возмущению:

- в системе управления по возмущению можно получить любую нагрузочную характеристи­ку;

- можно так подобрать параметры управляю­щей части, чтобы при изменении возмущаю­щего воздействия выходная величина системы оставалась постоянной.

Это будет соответствовать случаю полной компенсации влияния возмущающего воздей­ствия на выходную величину. Поэтому данный принцип управления носит второе название принцип компенсации.

Недостатки систем управления по возмущению:

1. На объект управления всегда действуют несколько возмущающих воздействий.

2. Трудность измерения возмущающих воздействий.

Эти недостатки существенно ограничивают область применения систем управления по возмущению

Принцип обратной связи (регулирование по отклонению)

Достоинства: точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

16.-18. В чем отличие сигнала от физической величины?

Сигнал - это информационное понятие, соответствующее на принципиальной схеме физическим величинам. Пути его прохождения указываются направленными отрезками (рис.4). Точки разветвления сигнала называются узлами.

Сигнал определяется лишь формой изменения физической величины, он не имеет ни массы, ни энергии, поэтому в узлах он не делится, и по всем путям от узла идут одинаковые сигналы, равные сигналу, входящему в узел. Суммирование сигналов осуществляется в сумматоре, вычитание - в сравнивающем устройстве.

17. В чем суть принципа разомкнутого управления?

Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины. Схема управления имеет вид разомкнутой цепи.

18. В чем суть принципа компенсации?

Принцип управления по возмущению - принцип компенсации. Отклонение регулируемой величины зависит не только от возмущающего воздействия, но и от управления. Принцип управления по возмущению основывается на том, что система управления наблюдает за возмущающими факторами и, учитывая их, строит алгоритм управления так, чтобы действие этих факторов на систему компенсировалось

15. Что называется функциональной схемой и из чего она состоит?

Рассмотренную САУ можно представить в виде функциональной схемы, элементы которой называются функциональными звеньями. Эти звенья изображаются прямоугольниками, в которых записывается функция преобразования входной величины в выходную (рис.2). Эти величины могут иметь одинаковую или различную природу, например, входное и выходное электрическое напряжение, или электрическое напряжение на входе и скорость механического перемещения на выходе и т.п.

Величина f(t), подаваемая на второй вход звена, называется возмущением. Она отражает влияние на выходную величину y(t) изменений окружающей среды, нагрузки и т.п.

В общем случае функциональное звено может иметь несколько входов и выходов (рис.3). Здесь u₁,u₂,...,u_n - входные (управляющие) воздействия; f₁,f₂,...,f_m - возмущающие воздействия; y₁,y₂,...,y_k - выходные величины.

21. В чем отличие системы прямого и непрямого регулирования?

Наличие усилителя говорит о том, что данная САР является системой непрямого регулирования, так как энергия для функций управления берется от посторонних источников питания, в отличие от систем прямого регулирования, в которых энергия берется непосредственно от объекта управления ОУ, как, например, в САР уровня воды в баке.

22.Перечислите и дайте краткую характеристику основных видов САУ?

1)Системы стабилизации.В системах стабилизации обеспечивается неизменное значение управляемой величины при всех видах возмущений, т.е. y(t) = const. ЗУ формирует эталонный сигнал, с которым сравнивается выходная величина. ЗУ, как правило, допускает настройку эталонного сигнала, что позволяет менять по желанию значение выходной величины.

2)Программные системы. В программных системах обеспечивается изменение управляемой величины в соответствии с программой, формируемой ЗУ. В качестве ЗУ может использоваться кулачковый механизм, устройство считывания с перфоленты или магнитной ленты и т.п. К этому виду САУ можно отнести заводные игрушки, магнитофоны, проигрыватели и т.п. Различают системы с временной программой (например, рис.1), обеспечивающие y = f(t), и системы с пространственной программой, в которых y = f(x), применяемые там, где на выходе САУ важно получить требуемую траекторию в пространстве, например, в копировальном станке (рис.11), закон движения во времени здесь роли не играет.

3)Следящие системы. Следящие системы отличаются от программных лишь тем, что программа y = f(t) или y = f(x) заранее неизвестна. В качестве ЗУ выступает устройство, следящее за изменением какого-либо внешнего параметра. Эти изменения и будут определять изменения выходной величины САУ. Например, рука робота, повторяющая движения руки человека.

Все три рассмотренные вида САУ могут быть построены по любому из трех фундаментальных принципов управления. Для них характерно требование совпадения выходной величины с некоторым предписанным значением на входе САУ, которое само может меняться. То есть в любой момент времени требуемое значение выходной величины определено однозначно.

4)Самонастраивающиеся системы. В самонастраивающихся системах ЗУ ищет такое значение управляемой величины, которое в каком-то смысле является оптимальным.

4.1)Экстремальные системы. Так в экстремальных системах (рис.12) требуется, чтобы выходная величина всегда принимала экстремальное значение из всех возможных, которое заранее не определено и может непредсказуемо изменяться. Для его поиска система выполняет небольшие пробные движения и анализирует реакцию выходной величины на эти пробы. После этого вырабатывается управляющее воздействие, приближающее выходную величину к экстремальному значению. Процесс повторяется непрерывно. Так как в данных САУ происходит непрерывная оценка выходного параметра, то они выполняются только в соответствии с третьим принципом управления: принципом обратной связи.

4.2)Оптимальные системы. Оптимальные системы являются более сложным вариантом экстремальных систем. Здесь происходит, как правило, сложная обработка информации о характере изменения выходных величин и возмущений, о характере влияния управляющих воздействий на выходные величины, может быть задействована теоретическая информация, информация эвристического характера и т.п. Поэтому основным отличием экстремальных систем является наличие ЭВМ. Эти системы могут работать в соответствии с любым из трех фундаментальных принципов управления.

4.3)Адаптивные системы. В адаптивных системах предусмотрена возможность автоматической перенастройки параметров или изменения принципиальной схемы САУ с целью приспособления к изменяющимся внешним условиям. В соответствии с этим различают самонастраивающиеся и самоорганизующиеся адаптивные системы.

Все виды САУ обеспечивают совпадение выходной величины с требуемым значением. Отличие лишь в программе изменения требуемого значения. Поэтому основы САУ строятся на анализе самых простых систем: систем стабилизации. Научившись анализировать динамические свойства САУ, мы учтем все особенности более сложных видов САУ.

23. Что называется статическим режимом САУ?

Режим работы САУ, в котором управляемая величина и все промежуточные величины не изменяются во времени, называется установившимся, или статическим режимом. Любое звено и САУ в целом в данном режиме описывается уравнениями статики вида y = F(u,f), в которых отсутствует время t. Соответствующие им графики называются статическими характеристиками. Статическая характеристика звена с одним входом u может быть представлена кривой y = F(u) (рис.13). Если звено имеет второй вход по возмущению f, то статическая характеристика задается семейством кривых y = F(u) при различных значениях f, или y = F(f) при различных u.

25. Что называется коэффициентом передачи, в чем отличие от коэффициента усиления?

Так примером одного из функциональных звеньев системы регулирования воды в баке (см. выше) является обычный рычаг (рис.14). Уравнение статики для него имеет вид y = Ku. Его можно изобразить звеном, функцией которого является усиление (или ослабление) входного сигнала в K раз. Коэффициент K = y/u, равный отношению выходной величины к входной называется коэффициентом усиления звена. Когда входная и выходная величины имеют разную природу, его называют коэффициентом передачи.

24. Что называется статическими характеристиками САУ?

Пример статического звена

Так примером одного из функциональных звеньев системы регулирования воды в баке (см. выше) является обычный рычаг (рис.14). Уравнение статики для него имеет вид y = Ku. Его можно изобразить звеном, функцией которого является усиление (или ослабление) входного сигнала в K раз. Коэффициент K = y/u, равный отношению выходной величины к входной называется коэффициентом усиления звена. Когда входная и выходная величины имеют разную природу, его называют коэффициентом передачи.

Статическая характеристика данного звена имеет вид отрезка прямой линии с наклоном a = arctg(L₂/L₁) = arctg(K) (рис.15). Звенья с линейными статическими характеристиками называются линейными. Статические характеристики реальных звеньев, как правило, нелинейны. Такие звенья называются нелинейными. Для них характерна зависимость коэффициента передачи от величины входного сигнала: K = y/uconst.

Например, статическая характеристика насыщенного генератора постоянного тока представлена на рис.16. Обычно нелинейная характеристика не может быть выражена какой-либо математической зависимостью и ее приходится задавать таблично или графически.

Зная статические характеристики отдельных звеньев, можно построить статическую характеристику САУ (рис.17, 18). Если все звенья САУ линейные, то САУ имеет линейную статическую характеристику и называется линейной. Если хотя бы одно звено нелинейное, то САУ нелинейная.

Звенья, для которых можно задать статическую характеристику в виде жесткой функциональной зависимости выходной величины от входной, называются статическими. Если такая связь отсутствует и каждому значению входной величины соответствует множество значений выходной величины, то такое звено называется астатическим. Изображать его статическую характеристику бессмысленно. Примером астатического звена может служить двигатель, входной величиной которого является напряжение U, а выходной - угол поворота вала , величина которого при U = const может принимать любые значения. Выходная величина астатического звена даже в установившемся режиме является функцией времени.

26. В чем отличие нелинейных звеньев от линейных?

Статическая характеристика данного звена имеет вид отрезка прямой линии с наклоном a = arctg(L2/L1) = arctg(K) (рис.15). Звенья с линейными статическими характеристиками называются линейными. Статические характеристики реальных звеньев, как правило, нелинейны. Такие звенья называются нелинейными. Для них характерна зависимость коэффициента передачи от величины входного сигнала:

Например, статическая характеристика насыщенного генератора постоянного тока представлена на рис.16. Обычно нелинейная характеристика не может быть выражена какой-либо математической зависимостью и ее приходится задавать таблично или графически.

27. Как построить статическую характеристику нескольких звеньев?

Зная статические характеристики отдельных звеньев, можно построить статическую характеристику САУ (рис.17, 18). Если все звенья САУ линейные, то САУ имеет линейную статическую характеристику и называется линейной. Если хотя бы одно звено нелинейное, то САУ нелинейная.

Звенья, для которых можно задать статическую характеристику в виде жесткой функциональной зависимости выходной величины от входной, называются статическими. Если такая связь отсутствует и каждому значению входной величины соответствует множество значений выходной величины, то такое звено называется астатическим. Изображать его статическую характеристику бессмысленно. Примером астатического звена может служить двигатель, входной величиной которого является напряжение U, а выходной - угол поворота вала , величина которого при U = const может принимать любые значения. Выходная величина астатического звена даже в установившемся режиме является функцией времени.

29. В чём отличие астатического регулирования от статического?

Если на управляемый процесс действует возмущение f, то важное значение имеет статическая характеристика САУ в форме y = F(f)при y_o = const. Возможны два характерных вида этих характеристик (рис.19). В соответствии с тем, какая из двух характеристик свойственна для данной САУ, различают статическое и астатическое регулирование.

Статические регуляторы работают при обязательном отклонении e регулируемой величины от требуемого значения. Это отклонение тем больше, чем больше возмущение f. Это заложено в принципе действия регулятора и не является его погрешностью, поэтому данное отклонение называется статической ошибкой регулятора. Из рис.21 видно, что, чем больше коэффициент передачи регулятора K_р, тем на большую величину откроется заслонка при одних и тех же значениях e, обеспечив в установившемся режиме большую величину потока Q. Это значит, что на статической характеристике одинаковым значениям e при больших K_р будут соответствовать большие значения возмущения Q, статическая характеристика САУ пойдет более полого. Поэтому, чтобы уменьшить статическую ошибку надо увеличивать коэффициент передачи регулятора. Того же результата можно добиться, увеличивая коэффициент передачи объекта управления, но это дело конструкторов, проектирующих данный объект, а не специалистов по автоматике.

В некоторых случаях статическая ошибка недопустима, тогда переходят к астатическомурегулированию, при котором регулируемая величина в установившемся режиме принимает точно требуемое значение независимо от величины возмущающего фактора. Статическая характеристика астатической САУ не имеет наклона (рис.19в). Возможные неточности относятся к погрешностям конкретной системы и не являются закономерными.

28. В чём отличие астатических звеньев от статических?

Звенья, для которых можно задать статическую характеристику в виде жесткой функциональной зависимости выходной величины от входной, называются статическими. Если такая связь отсутствует и каждому значению входной величины соответствует множество значений выходной величины, то такое звено называется астатическим. Изображать его статическую характеристику бессмысленно. Примером астатического звена может служить двигатель, входной величиной которого является напряжение U, а выходной - угол поворота вала , величина которого при U = const может принимать любые значения. Выходная величина астатического звена даже в установившемся режиме является функцией времени.

30. Как сделать статическую САР астатической?

Для того, чтобы получить астатическое регулирование, необходимо в регулятор включить астатическое звено, например ИД, между ЧЭ и УО (рис.23).

Если уровень воды понизится, то поплавок переместит движок потенциометра на величину ΔL, за счет этого появится разность потенциалов Δφ≠0 и ИД начнет поднимать заслонку до тех пор, пока Δφ не уменьшится до нуля, а это возможно только при y = y_o . При поднятии уровня воды разность потенциалов сменит знак, и двигатель будет вращаться в противоположную сторону, опуская заслонку.

35. Конечные выключатели, устройство, назначение, область применения?

Конечные выключатели предназначены для замыкания и размыкания электрической цепи управления. Делятся на простые и моментные, с самовозвратом и без него.

Конечные выключатели предназначены для контроля достижения подвижным элементом механизма конечных положений и сигнализации о достижении конечного положения коммутированием электрической цепи.

Конечные выключатели применяются в машиностроении, химической, нефтехимической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности.

Широко применяемый путевой выключатель показан на рис. Неподвижные контакты 1 и шток 4, выполненный из изоляционного материала, с укрепленными на нем подвижными контактами 5, помещены на карболитовой плите 2. Пружиной 6 шток 4 своим верхним концом прижат к стальному штифту 7. Пылебрызгонепроницаемый кожух 5 защищает механизм выключателя.

Стоит нажать на штифт, используя для этого кулачок или упор, как срабатывает контактное устройство, замыкая одну и размыкая другую цепь. Если отпустить штифт, пружина возвращает контакты в исходное положение. Такой выключатель надо включать быстро: медленное включение ведет к появлению электрической дуги, разрушающей контакты.

Достоинства – возможность коммутирование электрических цепей с напряжением до 500В и током до 20А.

Недостатки – износ контактов из-за механического соударения и их обгорания.

36. Индукционные датчики, устройство, назначение, область применения?

Индуктивный датчик,измерительный преобразователь угла поворота или перемещения в изменение индуктивности. Индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности с магнитопроводом, подвижный элемент которого (якорь) перемещается под воздействием измеряемой величины. Вследствие изменения воздушного зазора в магнитопроводе меняется его магнитное сопротивление и, следовательно, индуктивность катушки. Для измерений катушку Индуктивный датчик включают в дифференциальную или мостовую измерительную схему переменного тока, у которой указывающий элемент проградуирован в единицах измеряемой величины. Наиболее часто применяют Индуктивный датчик с переменным зазором (а) и переменной площадью зазора (б). Первые используются для измерений малых перемещений (от долей мкм до 3—5 мм); вторые — для перемещений от 0,5 до 15 мм. Для измерения перемещений в маломощных устройствах, например в стрелочных измерит приборах, применяют Индуктивный датчик, катушки которых питаются от источника тока высокой частоты (5—50 Мгц) либо служат обмотками высокочастотных колебательных контуров.

Схема конструкции индуктивного датчика: а — с переменным воздушным зазором; б — с переменной площадью воздушного зазора: 1 — катушка индуктивности; 2 — сердечник; 3 — якорь.

Достоинства – простота конструкции, обладает высокой чувствительностью и точностью и имеет большой срок службы

Недостатки – колебание частоты питающего напряжения.

37. Реостатные и потенциометрические датчики, устройство, назначение, область применения?

Потенциометрические датчики преобразуют механические перемещения движка реостата в соответствии с характером изменения контролируемого неэлектрического параметра в изменение электрического сопротивления реостата. В зависимости от характера изменения сопротивления, различают линейные и функциональные потенциометрические датчики.

Входным параметром датчика может быть линейное перемещение (при непосредственном воздействии на движок реостата) или давление, сила (при наличии промежуточного элемента: мембраны или поршня).

Электрические схемы датчика обычно бывают двух видов: потенциометрические и мостовые. В свою очередь, мостовые схемы могут быть с уравновешенным и неуравновешенным мостом. В потенциометрических схемах реостат питается постоянным напряжением ивх, а выходное напряжение Вых пропорционально перемещению движка реостата е и напряжению вх. Схемы эти весьма просты, но имеют значительную нелинейность зависимости от е (в зависимости от сопротивления потенциометра, добавочного сопротивления и входного сопротивления измерительной схемы средства технического диагностирования). Только при большом входном сопротивлении связь между НBb„ и е становится линейной.

Электрическая схема потенциометрического датчика

Мостовые схемы обычно имеют малую нелинейность характеристики, поэтому находят большое применение. Потенциометрические датчики изготовляют либо в виде обмотки из изолированного провода, намотанного на каркас, либо в виде реохорда. Материал провода: манганин, константан или фехроль (при высокоточных измерениях допускается применять сплав платины с иридием). Движок (щетка) выполняется либо из сплава платины с иридием, либо из серебра. Каркас изготовляют из текстолита, пластмассы или алюминия.

Потенциометрические датчики являются дискретными (ступенчатыми) преобразователями, так как непрерывному изменению измеряемого неэлектрического параметра соответствует ступенчатое изменение сопротивления. Это вызывает дополнительную погрешность измерения (погрешность квантования), которая уменьшается при увеличении числа витков обмотки на единицу измеряемой величины.

38. Фотоэлектрические датчики, устройство, назначение, область применения?

Оптические (фотоэлектрические) датчики

Различают аналоговые и дискретные оптические датчики. У аналоговых датчиков выходной сигнал изменяется пропорционально внешней освещенности. Основная область применения – автоматизированные системы управления освещением.

Датчики дискретного типа изменяют выходное состояние на противоположное при достижении заданного значения освещенности.

Фотоэлектрические датчики могут быть применены практически во всех отраслях промышленности. Датчики дискретного действия используются как своеобразные бесконтактные выключатели для подсчета, обнаружения, позиционирования и других задач на любой технологической линии.

Оптический бесконтактный датчик, регистрирует изменение светового потока в контролируемой области, связанное с изменением положения в пространстве каких-либо движущихся частей механизмов и машин, отсутствия или присутствия объектов. Благодаря большим расстояниям срабатывания оптические бесконтактные датчики нашли широкое применение в промышленности и не только.

Оптический бесконтактный датчик состоит из двух функциональных узлов, приемника и излучателя. Данные узлы могут быть выполнены как в одном корпусе, так и в различных корпусах.

По методу обнаружения объекта фотоэлектрические датчики подразделяются на 4 группы:

1) пересечение луча - в этом методе передатчик и приемник разделены по разным корпусам, что позволяет устанавливать их напротив друг друга на рабочем расстоянии. Принцип работы основан на том, что передатчик постоянно посылает световой луч, который принимает приемник. Если световой сигнал датчика прекращается, в следствии перекрытия сторонним объектом, приемник немедленно реагирует меняя состояние выхода.

2) отражение от рефлектора - в этом методе приемник и передатчик датчика находятся в одном корпусе. Напротив датчика устанавливается рефлектор (отражатель). Датчики с рефлектором устроены так, что благодаря поляризационному фильтру они воспринимают отражение только от рефлектора. Это рефлекторы, которые работают по принципу двойного отражения. Выбор подходящего рефлектора определяется требуемым расстоянием и монтажными возможностями.

Посылаемый передатчиком световой сигнал отражаясь от рефлектора попадает в приемник датчика. Если световой сигнал прекращается, приемник немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

3) отражение от объекта - в этом методе приемник и передатчик датчика находятся в одном корпусе. Во время рабочего состояния датчика все объекты, попадающие в его рабочую зону, становятся своеобразными рефлекторами. Как только световой луч отразившись от объекта попадает на приемник датчика, тот немедленно реагирует, меняя состояние выхода.

4) фиксированное отражение от объекта -принцип действия датчика такой же как и у "отражение от объекта" но более чутко реагирующий на отклонение от настройки на объект. Например, возможно детектирование вздутой пробки на бутылке с кефиром, неполное наполнение вакуумной упаковки с продуктами и т.д.

По своему назначению фотодатчики делятся на две основные группы: датчики общего применения и специальные датчики. К специальным, относятся типы датчиков, предназначенные для решения более узкого круга задач. К примеру, обнаружение цветной метки на объекте, обнаружение контрастной границы, наличие этикетки на прозрачной упаковке и т.д.

Задача датчика обнаружить объект на расстоянии. Это расстояние варьируется в пределах 0,3мм-50м, в зависимости от выбранного типа датчика и метода обнаружения

39. Сельсины, устройство, назначение, область применения?

Сельсин-представляет собой самосинхронизирующийся эл. двигатель переменного тока. Они служат для измерения углов поворота и дистанционной передачи угла поворота вала и работают парами. Конструктивно выполняются в виде ротора и статора с обмотками. Класс-ся сельсина на контактные и бесконтактные. Они также бывают однофазные и трехфазные (ИЗ ЛЕКЦИЙ)

Сельсин — индукционная машина системы индукционной связи.

Сельсинами называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта.

Устройство сельсинов. Сельсины имеют две обмотки: первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку сихронизации. В зависимости от числа фаз обмотки возбуждения различают одно- и трехфазные сельсины; обмотку синхронизации в обоих типах сельсинов обычно выполняют по типу трехфазной. Трехфазные сельсины имеют такую же конструкцию, как трехфазные асинхронные двигатели с контактными кольцами на роторе; их применяют только в системах электрического вала. В системах автоматики используют однофазные контактные и бесконтактные сельсины.

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся одинаковое переменное напряжение. При таких условиях вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина

Принцип действия. Сельсины служат для синхронного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных друг с другом. Одну из этих машин, механически соединенную с ведущей осью, называют датчиком, а другую, соединенную с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного двигателя),— приемником. При повороте ротора сельсина-датчика на какой-либо угол ?Д ротор сельсина-приемника поворачивается на такой же точно угол ?П. Следовательно, система из двух сельсинов стремится ликвидировать рассогласование между положениями роторов датчика и приемника и в идеальном случае свести его к нулю.

Принцип действия сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток. Однако чаще всего в сельсинах обмотку синхронизации размещают на статоре, а обмотку возбуждения — на роторе (для уменьшения числа контактных колец и повышения надежности работы).

Областью применения сельсинов в основном стали системы автоматики (командоаппараты и командоконтроллеры, датчики углов поворота и угловых скоростей), системы синхронизации углов поворотов в радиотехнике, военной технике и других отраслях.

В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.

40. Вращающиеся трансформаторы, устройство, назначение, область применения?

Вращающиеся трансформаторы – являются электрическими машинами с не явно выраженными полюсами. Состоят из вращающегося ротора и неподвижного статора, которые изготавливают из листовой электротехнической стали.

В пазах ротора и статора уложены по две перпендикулярно расположенные обмотки Wp и Wc. Воздушный запор между ротором и статором имеют постоянную величину.

Вращающиеся трансформаторы позволяют преобразовывать угловое движение, например, выходного вала силового привода в непрерывно изменяющееся напряжение переменного тока в ф-ии угла поворота sin α или cos α в зависимости от способа включения обмоток трансформатора. (ИЗ ЛЕКЦИЙ)

Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических и счетно-решающих устройствах. Они служат для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α или самому углу поворота α. В соответствии с этим различают синусные, косинусные, синусно-косинусные и линейные вращающиеся трансформаторы.

Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических и счетно-решающих устройствах. Они служат для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α или самому углу поворота α. В соответствии с этим различают синусные, косинусные, синусно-косинусные и линейные вращающиеся трансформаторы.

Устройство. Вращающиеся трансформаторы являются двухполюсными (в основном) или многополюсными электрическими машинами. По конструкции аналогичны асинхронным электродвигателям с фазным ротором. Статор и ротор набираются из листов электротехнической стали. В пазы статора и ротора укладываются по две взаимно перпендикулярные обмотки. Вращающиеся трансформаторы подразделяются на контактные и бесконтактные, с ограниченным и неограниченным углом поворота ротора.Для систем точного отсчёта и синхронно-следящих систем применяются дисковые приёмники и датчики — индуктосины, состоящие из плоских статора и ротора, многослойные обмотки которых выполнены в виде печатных проводников (обмотка ротора однофазная, статора — двухфазная.

41. Емкостные датчики, устройство, назначение, область применения?

Датчик - это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы.

По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические (датчики-модуляторы). Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Параметрические датчики входную величину преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика.

По принципу действия датчики также можно разделить на омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкостные и д.р

Емкостным датчиком называют преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение емкостного сопротивления.

В дальнейшем под емкостным будем понимать преобразователь, в котором используется конденсатор с двумя или несколькими электродами.

Емкостные датчики можно разделить на две основные группы - датчики параметрические (недифференциальные) и датчики дифференциальные.

В схемах с параметрическими датчиками происходит преобразование входной неэлектрической величины (угла поворота оси ротора датчика) в электрическую выходную величину (частоту, ток, напряжение), функционально зависящую от входной величины.

В схемах с дифференциальными датчиками, включенными в следящие системы, с датчика снимается лишь сигнал рассогласования, который становится равным нулю в установившемся состоянии следящей системы.

Примером параметрического емкостного датчика может служить переменная емкость, включенная в контур лампового генератора (рис. 5) . Здесь при изменении угла поворота оси ротора изменяется емкость датчика и меняется частота генератора, являющаяся выходной величиной.

Емкостные датчики, также как и индуктивные, питаются переменным напряжением (обычно повышенной частоты - до десятков мегагерц). В качестве измерительных схем обычно применяют мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. В последнем случае, как правило, используют зависимость частоты колебаний генератора от емкости резонансного контура, т.е. датчик имеет частотный выход.

Достоинства емкостных датчиков - простота, высокая чувствительность и малая инерционность. Недостатки - влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств.

Емкостные датчики применяют для измерения угловых перемещений, очень малых линейных перемещений, вибраций, скорости движения и т. д., а также для воспроизведения заданных функций (гармонических, пилообразных, прямоугольных и т. п.).Области применения емкостных датчиков

Емкостные датчики также находят применение в различных отраслях промышленности для измерения абсолютного и избыточного давления, толщины диэлектрических материалов, влажности воздуха, деформации, угловых и линейных ускорений и др. 

43. Тахогенераторы, устройство, назначение, область применения?

Тахогенератор это устройство, при вращении вала которого на его выходе вырабатывается электрическое напряжение. Величина этого напряжения пропорциональна скорости вращения вала тахогенератора. Для съёма этого напряжения традиционно применяется скользящий контакт, включающий графитовые щётки и медный коллектор.

Тахогенераторы предназначены для преобразования механического вращения в напряжение. Тахогенератор рассчитан на автоматическое регулирование частоты вращения приводов механизмов. Тахогенераторы используются также в качестве измерителей скорости вращения.

Тахогенератор предназначен для комплектации электродвигателей, работающих в регулируемых приводах постоянного тока и с другим оборудованием.

Тахогенератор постоянного тока - это машина постоянного тока с независимым возбуждением или возбуждением постоянными магнитами, работающая в генераторном режиме. По конструкции он почти не отличается от машин постоянного тока. Тахогенераторы постоянного тока служат для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования. Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: а) линейность выходной характеристики; б) большая крутизна выходной характеристики; в) малое влияние на выходную характеристику изменения температуры окружающей среды и нагрузки; г) минимум пульсаций напряжения на коллекторе.

 Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором. Как и в ИД, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока и называется обмоткой возбуждения (ОВ), с другой - генераторной обмотки (ГО) снимается выходное напряжение .

Принцип действия асинхронного тахогенератора заключается в следующем (для упрощения качественного анализа примем полый ротор состоящим из конечного числа витков, замкнутых на торцах): при питании обмотки возбуждения переменным током частоты fВ возникает пульсирующий магнитный поток ФВ, который во вращающемся роторе индуцирует два вида ЭДС: трансформаторную ЭДС - ЕТ и ЭДС вращения - ЕВР

Достоинства и недостатки тахогенераторов. Достоинствами тахогенераторов постоянного тока являются: малые габариты и масса при большой выходной мощности; отсутствие фазовой погрешности, что обусловлено работой на активную нагрузку; кроме того, в тахогенераторах с постоянными магнитами не требуется иметь вспомогательный источник электрической энергии для возбуждения. Однако по сравнению с тахогенераторами переменного тока они имеют ряд недостатков: сложность конструкции, высокую стоимость, нестабильность выходной характеристики из-за наличия скользящего контакта; пульсации выходного напряжения и радиопомехи, возникающие в результате коммутации тока щетками.

44. Датчики измерения ускорения, устройство, назначение и область применения?

Датчик ускорения (Акселеро́метр) - прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения (разность между абсолютным ускорением объекта и гравитационным ускорением, точнее ускорением свободного падения). Существуют трёхкомпонентные (трёхосевые) акселерометры, которые позволяют измерять ускорение сразу по трём осям.

Некоторые акселерометры также имеют встроенные системы сбора и обработки данных. Это позволяет создавать завершённые системы для измерения ускорения и вибрации со всеми необходимыми элементами.

Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения, так и для косвенных[1] измерений проекции гравитационного ускорения. Последнее свойство используется для создания инклинометров. Акселерометры входят в состав инерциальных навигационных систем, где полученные с их помощью измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя, при регистрации амплитуд выше собственной резонансной частоты можно измерять непосредственно собственную скорость акселерометра.

Электронные акселерометры часто встраиваются в мобильные устройства (в частности, в телефоны) и применяются в качестве шагомеров, датчиков для определения положения в пространстве, автоматического поворота дисплея и других целей.

Акселерометры используют в жестких дисках для активации механизма защиты от повреждений полученных в результате ударов, встрясок и падений. Акселерометр реагирует на внезапное изменение положения устройства и паркует головки жесткого диска, что позволяет предотвратить повреждение диска и потерю данных. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках, нетбуках и на внешних накопителях.

Акселерометр в промышленной вибродиагностике является вибропреобразователем, измеряющим виброускорение в системах неразрушающего контроля и защиты.

-Основными параметрами акселерометра являются

-Пороговая чувствительность (разрешение) — величина минимального изменения кажущегося ускорения, которое способен определить прибор.

-Смещение нуля — показания прибора при нулевом кажущемся ускорении.

-Случайное блуждание — среднеквадратичное отклонение от смещения нуля.

-Нелинейность — изменения зависимости между выходным сигналом и кажущимся ускорением при изменении кажущегося ускорения.

42. Датчики дефектоскопии древесины, устройство, назначение, область применения?

ДЕФЕКТОСКОПИЯ ДРЕВЕСИНЫ (от лат. defectus — недостаток и греч. skopeo — рассматриваю, наблюдаю), совокупность физич. методов обнаружения в древесине (без её разрушения) скрытых пороков - гнилей, сучков, трещин и т. п. с установлением их местонахождения и размеров.

Методы Д. д. базируются на связи физико-механич. свойств древесины и её структуры, что позволяет по отклонениям одного из легко определяемых показателей выявить скрытые дефекты. Особенно важна Д. д. круглых лесо- и пиломатериалов для их раскроя на сортименты, соответствующие требованиям стандартов. Д. д. деталей машин и элементов конструкций применяется при пооперационном контроле качества в процессе их произ-ва (напр., в производстве деталей с.-х. и др. машин).

Датчики дефектоскопии древесины применяются для обнаружения местонахождения пороков древесины. По физико-механическому свойству все пороки можно разделить на две группы: пороки , изменяющие плотность древесины и изменяющие ее окраску. Плотность древесины можно определять различными пособами.

1 С помощью гамма-лучей.

Гамма-лучи способны проникать сквозь толщину древесины. Применение гамма-лучей основано на изменении интенсивности потока узкого пучка лучей при прохождении его сквозь древесину.

2 Ультразвуковые.

Скорость распростанения ультразвуковых колебаний зависит от плотности древесины. Следовательно для определения мест с изменяющейся плотностью древесины нужно измерить скорость распространения ультразвуковых колебаний.