Министерство образования и науки Российской Федерации.

Федеральное агентство по образованию.

Московский Государственный Открытый Университет Чебоксарский

Политехнический Институт (филиал)

Кафедра управления и информатики в технических системах.

Технические средства автоматизации и управления.

Конспект лекций.

Чебоксары – 2010

Рецензенты:

Ст. преп. каф. радиотехники и радиотехнических систем

_{ЧГУ им. И.Н. Ульянова}

_{/А. Г. Чертановский/}

Доцент каф. АиАХ ЧПИ (филиал) МГОУ к.т.н.

_{/Павлов И.А./}

Технические средства автоматизации и управления – Конспект лекций

Федоров И.В. Ниссенбаум С.Н.– Чебоксары: ЧПИ МГОУ, 2010г, 152с.

Чебоксарский Политехнический Институт (филиал) Московского

Государственного Открытого Университета.

Раздел 1

Тема 1. Первичные преобразователи (датчики)

Понятия «измерение», «первичный измерительный преобразователь» (датчик). Классификация, основные параметры и характеристики, виды выходных сигналов датчиков и сигналы связи с элементами системы управления. Чувствительные элементы датчиков для различных физических величин, преобразователи сигналов датчиков. Датчики температуры, стандартизованные и нестандартные, принцип и особенности работы различных датчиков температуры при обработке их выходных сигналов. Датчики для измерения других физических величин.

Измерением называют нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерения используются в многочисленных видах человеческой деятельности, из которых важнейшими являются научные исследования и автоматизация технологических процессов.

Основной отличительной особенностью первичного преобразователя является его непосредственная связь с объектом. Первичный преобразователь может состоять из одного чувствительного элемента, или же содержать целую совокупность конструктивно объединенных неэлектрических и электрических устройств. В любом случае первичный преобразователь испытывает непосредственное воздействие измеряемой физической величины. Для обозначения первичного преобразователя используется термин датчик.

Датчиками или первичными измерительными преобразователями, называются устройства, предназначенные для получения информации об измеряемом параметре в виде электрического или какого-либо другого вида выходного сигнала.

В промышленности действует большое количество различных объектов регулирования. С появлением новых технологий возникает необходимость в измерении новых параметров, что, в свою очередь, требует разработки новых типов датчиков. Одновременно возрастают требования к качеству датчиков: точности измерений, стабильности показаний, надежности при приемлемой стоимости. Процесс этот бесконечен. Можно утверждать, что проблема автоматизации - это в первую очередь проблема датчиков.

Наиболее распространенными техническими средствами измерений (СИ) являются электрические устройства. Физические величины с помощью разнообразных приборов преобразуются в электрические сигналы. При этом измерительную информацию несет один из параметров электрического сигнала-информативный параметр, например, амплитуда, частота, фаза и т. д.

Места измерений, а также места расположения датчиков, могут существенно различаться по внешним условиям: температуре окружающей среды, влажности, наличию вибраций и т. д. Все это влияет на конструктивное исполнение датчиков.

Классификация датчиков.

Основные признаки, по которым могут классифицироваться датчики следующие.

По назначению или по измеряемому параметру различают датчики температуры, давления, угла поворота, скорости, расхода жидкостей или газов, вязкости, влажности, электрического напряжения, силы тока и другие.

По виду выходного сигнала датчики бывают с неунифицированным (естественным) и унифицированным выходным сигналом, постоянного и переменного тока, частотные, кодовые и т.д.

Датчики с естественным выходным сигналом состоят только из чувствительного элемента (например, термоэлектрический преобразователь

или термопара, термометр сопротивления). Датчики с унифицированным выходным сигналом, кроме чувствительного элемента, включают в себя дополнительно механические, электрические и др. компоненты, органы регулировки и подстройки.

Наиболее распространенными унифицированными аналоговыми сигналами электрических датчиков являются: сила постоянного тока с диапазонами от 0 до 5 мА, от 0 до 20мА, от 4 до 20мА и напряжение постоянного тока в диапазоне от 0 до 10 В. Использование электрических величин постоянного тока способствует уменьшению влияния помех и упрощает технические средства для их подавления. Унификация сигналов облегчает сопряжение различных устройств в системе и передачу информации между ними. Примером неунифицированных выходных сигналов датчиков являются э.д.с. термопары, изменение сопротивления тензодатчиков и термосопротивлений, переменное электрическое напряжение частотой 50 Гц, изменяющееся от 0 до 1 В и меняющее фазу на

180 при переходе среднего положения (сокращенная запись такого сигнала

1-0-1 В). Для преобразования неунифицированных электрических сигналов в унифицированные применяют специальные приборы - нормирующие преобразователи, которые будут рассмотрены ниже. В пневматических датчиках применяется унифицированный выходной сигнал 0,2 - 1,0 кг/см² .

По характеру передачи информации можно выделить датчики с активным и пассивным способами её передачи. В первом случае датчик является генератором электрического сигнала, например, термопара. Во втором случае изменяется активное или реактивное сопротивление чувствительного элемента датчика, например, термометр сопротивления.

По конструктивному исполнению датчики делятся на общепромышленные, взрывобезопасные, химически стойкие и др.