ТЕМА 5. Датчики В системах автоматики

Общие сведения о датчиках

При автоматизации технологических процессов возникает необходимость контролировать различные электрические и неэлектрические величины с помощью специальных устройств.

Воспринимающие элементы и преобразователи электрических величин рассматриваются в курсе «Электрические измерения».

Автоматическое управление неэлектрическими параметрами технологического процесса происходит путем предварительного преобразования их чаще всего в электрические величины. Измерение неэлектрической величины и преобразование ее в электрическую производится с помощью датчиков

Большинство электрических датчиков в определенной степени обладает универсальностью, то есть могут быть использованы при автоматизации различных по характеру технологических процессов. Однако при конкретном выборе средств автоматики нужно применять такие датчики, которые более всего подходят для данного объекта автоматизации.

К датчикам систем автоматики предъявляются следующие требования: определенная однозначная зависимость выходной величины от входной; стабильность характеристик во времени; высокая чувствительность; малая инерционность; отсутствие влияния датчика на технологический процесс и на измеряемую величину; удобство монтажа и обслуживания; соответствие требуемому диапазону изменения измеряемой величины; соответствие существующей измерительной аппаратуре и источникам питания; надежность работы и устойчивость датчика к внешним воздействиям.

Реостатные датчики

Для контроля линейных и угловых перемещений, измерения усилий, моментов и ускорений применяются контактные, потенциометрические, угольные и тензометрические датчики.

Контактные датчики являются наиболее простыми датчиками рассматриваемого типа. Они преобразуют механическое перемещение или усилие в электрический импульс переменного или постоянного тока, замыкая или размыкая свои контакты. Последовательно с контактами включаются сигнальные лампы, реле, полупроводниковые или вакуумные усилители, измерительные приборы и другие устройства. С помощью контактных датчиков осуществляется измерение и контроль величин усилий, промежуточных и предельных перемещений (рис. 5.1, а), конфигураций и размеров (рис. 5.1, б) изделий или отдельных узлов установки. Точность работы контактного датчика зависит от мощности, разрываемой его контактами. Чем меньше эта мощность, тем точнее работа датчика. Контактные датчики выпускаются в различных исполнениях: однопредельные (рис. 5,1, а) и многопредельные (рис. 5.1, б). Последние используются для измерения величин, изменяющихся в значительных пределах. Основные недостатки контактных датчиков — сложность осуществления непрерывного контроля и ограниченный срок службы контактной системы.

Потенциометрические датчики применяются главным образом для контроля линейных и угловых перемещений. Реостат активного сопротивления этих датчиков включается по схеме потенциометра, благодаря этому они и получили свое название. Датчик состоит из постоянного проволочного или пленочного сопротивления и подвижного контакта, при перемещении которого изменяется напряжение на вторичном приборе П, проградуированном в единицах контролируемого параметра. Подвижный контакт потенциометра связан с контролируемым перемещением (рис. 5.2, а). Чтобы исключить влияние отклонений напряжения, рекомендуется осуществлять питание датчика от стабилизатора. Характеристику потенциометрического датчика I_п=f(R_x) стремятся сделать прямолинейной (рис. 5.2, б и г). Это достигается при помощи соответствующего режима работы потенциометра, способа намотки проволочного реостата, а также выбора сопротивления вторичного прибора. Если необходимо, чтобы выходной ток и напряжение соответствовали по знаку направлению перемещения движка, то применяют потенциометр со средней точкой (рис. 5.2, в), характеристика которого дана на рисунке 5.2, г. Для контроля угловых перемещений служат датчики, каркасы которых выполняются в виде дуги окружности (рис. 5.2, д). Для получения бесконтактного датчика угловых перемещений с плавным выходам используются жидкостные потенциометрические датчики (рис. 5.2, е). Потенциометрические датчики отличаются простотой конструкции и не нуждаются в усилителях, так как снимаемая с них мощность достаточна для приведения в действие вторичных приборов.

Характеристика и чувствительность потенциометрического датчика рассчитываются аналитически. Так, для схемы, изображенной на рисунке 5.2, а, можно составить следующие уравнения:

,

где U_ст — стабилизированное напряжение питания датчика;

R — полное сопротивление потенциометра;

R_x — сопротивление части потенциометра;

R_п — сопротивление вторичного прибора;

I_п и I_x— токи в сопротивлениях R_п и R_x.

Решая уравнения относительно I_п, получим

Если ,

то

,

то есть выходная величина I_п прямо пропорциональна входной х.

Чувствительность датчика

или

Для датчика с кольцевым каркасом характеристики и чувствительность определяются из следующих соображений. Напряжение на вторичном приборе а ток . Если сопротивление потенциометра равномерно распределено по длине окружности, то зависимость тока в приборе от угла поворота а определяется уравнением ,

где - радиус каркаса;

- сопротивление обмотки, отнесенное к единице длины окружности, ом/м*рад.

Чувствительность датчика

а/рад

Поиск по сайту: