Автоматические регуляторы и контрольно-измерительные приборы

Регуляторы автоматических систем подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.

В регуляторах прямого действия энергия, развиваемая чувстви­тельным элементом, достаточна для перемещения регулирующего органа; такие регуляторы не требуют подвода вспомогательной энер­гии за счет внешних источников.

В большинстве случаев регуляторы прямого действия исполь­зуются в основном для автоматической стабилизации параметров с невысокой точностью. Регуляторы прямого действия, выпускаемые отечественной промышленностью, предназначены для регулирова­ния уровня, давления и температуры.

В регуляторах непрямого действия для перемещения регулирующего органа используется источник вспомогательной энергии.

Как правило, автоматический регулятор непрямого действия со­стоит из нескольких автономных узлов (блоков). Узлы регулятора выполняют определенные функции и соединены друг с другом ли­ниями связи (электрическими проводами, импульсными трубками). При этом датчики и регулирующие органы устанавливаются на объек­те, а остальные узлы регулятора могут быть размещены либо вблизи объекта, либо в соседних помещениях, на щитах и т. п.

Таким образом, регуляторы непрямого действия сложнее прямо- действующих регуляторов. Однако они нашли широкое применение в промышленности, так как с их помощью удается обеспечить необхо­димое качество регулирования для большинства объектов.

Важным свойством регуляторов непрямого действия является воз­можность компоновки системы регулирования нескольких одинако­вых по характеру и величине параметров в однотипных объектах с использованием общих для всех объектов элементов регулятора. В та­ких системах на каждом объекте устанавливается лишь датчик и ис­полнительный механизм с регулирующим органом, остальные же элементы регулятора являются общими для всех объектов. При этом датчики и исполнительные механизмы каждого объекта последовательно подключаются к общим элементам регулятора на определен­ное время, в течение которого осуществляется контроль параметра и регулирующее воздействие на объект.

В некоторых случаях при регулировании одного процесса возникает необходимость управлять несколькими регулирующими органами. Такая система довольно легко может быть построена с использова­нием регулятора непрямого действия.

В регуляторах непрямого действия используются электрические, пневматические и гидравлические регулирующие приборы.

Каждая из перечисленных групп регуляторов имеет свои до­стоинства и недостатки.

Электрические регуляторы отличаются быстродействи­ем, гибкостью и универсальностью. Они характеризуются удобством монтажа и обслуживания и не требуют громоздких дополнительных устройств для выработки вспомогательной энергии. Недостатком этих приборов является сложность конструкции.

Пневматические регуляторы значительно проще электрических и могут устанавливаться в пожаро- и взрывоопасных помещениях. Дистанционность действия этих регуляторов невели­ка, так как длина соединительных труб связана с быстродействием регуляторов.

Работа гидравлических регуляторов зависит от темпера­туры и вязкости рабочей жидкости. Гидравлические регулирующие установки требуют наличия обратных трубопроводов соединительных линий и тщательной их герметизации. Кроме того, радиус действия гидравлических регуляторов ограничен по вертикали, что значитель­но сужает сферу их применения. Область применения этих регулято­ров ограничена также трудностями, связанными с регулированием параметров, измеряемых электрическими устройствами.

Измерительным прибором называется устройство, предназначенное для сравнения измеряемой величины с единицами измерения.

По измеряемой величине измерительные приборы делятся на сле­дующие группы:

а) приборы для измерения температуры;

б) приборы для измерения давления и разрежения;

в) приборы для измерения количества и расхода;

г) приборы для измерения уровня жидкостей и сыпучих матери­алов;

д) приборы для измерения физико-химических свойств вещества.

По способу отсчета приборы разделяются на следующие группы:

а) компарирующие, у которых при измерении производится срав­нение измеряемой величины с мерами или образцами (например, гиревые весы);

б) показывающие приборы, которые в момент измерения указы­вают значение измеряемой величины, определяемое визуально по отсчетным устройствам - шкалам с перемещающейся стрелкой (или с вращающимся циферблатом и неподвижной стрелкой);

в) самопишущие приборы оснащены устройствами, которые ав­томатически записывают результаты измерений на движущейся бу­мажной ленте или вращающемся диске. Самопишущие приборы пред­назначены для записи результатов измерений в одной и в несколь­ких точках;

г) суммирующие приборы (счетчики, интеграторы) показывают суммарное значение измеряемой величины за определенный период.

По условиям работы измерительные приборы делятся на стацио­нарные и переносные.

Качество измерительного прибора определяется рядом его харак­теристик, важнейшими из которых являются: точность, чувстви­тельность, постоянство и инерционность.

Точность измерительного прибора определяется степенью прибли­жения показания прибора к действительному значению измеряемой величины. Точность прибора оценивается величиной наибольшей при­веденной относительной основной погрешности. Для каждого прибо­ра устанавливается наибольшее допустимое отклонение его показа­ния от действительного значения измеряемой величины. Это откло­нение называется допустимой погрешностью, оно может быть выражено как в абсолютных, так и в относительных значениях.

Если в процессе эксплуатации прибора ухудшается его состояние и приведенная относительная основная погрешность становится выше допустимой, то дальнейшее его использование возможно лишь после ремонта и поверки.

Минимальное значение изменения измеряемой величины, вызы­вающее малейшее перемещение указателя, называется порогом чув­ствительности прибора.

Постоянство измерительного прибора характеризуется степенью устойчивости его показаний при неизмененных внешних условиях.

Важной характеристикой прибора является инерционность, ко­торая характеризу-ется временем от момента изменения измеряемой величины до момента, когда это изменение фиксируется указате­лем прибора. Инерционность прибора должна учитываться при измерениях величин, изменяющихся во времени.

Измерение, контроль и автоматическое регулирование температу­ры производятся при помощи различных термометров, которые в за­висимости от принципа действия можно разделить на следующие груп­пы: термометры расширения, манометрические термометры, электри­ческие термометры сопротивления, термо-электрические пирометры и пирометры излучения. Действиетермометров расширения основано на свойстве физических тел изменять свой объем или линейные размеры под влиянием температуры. К термометрам расширения относятся жид­костные и механические. Последние, в свою очередь, подразделяются на стержневые, или дилатометрические, и биметаллические.

В жидкостных термометрах используется тепловое расширение жидких тел.

Действие стержневых, или дилатометрических, термометров ос­новано на разности коэффициентов линейного расширения твердых тел. При измерении температуры используется относительное изме­нение длины двух прямых стержней, изготовленных из разных мате­риалов с различными коэффициентами линейного расширения.

Эти же свойства используются в биметаллических термометрах, чувствительные элементы которых представляют собой согнутые пла­стинки из двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения. Изменяющаяся под влиянием температуры кривизна пластинки является мерой контролируемого параметра.

В манометрических термометрах используется свойство жидких и газообразных сред, заключенных в герметической системе, изменять свой объем и давление в зависимости от изменения температуры.

Действиеэлектрических термометров сопротивления основано на свойстве металлических проводников изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от изменения температуры.

Действиетермоэлектрических пирометров основано на возникно­вении термоэлектродвижущей силы в электрической цепи при на­греве (повышении температуры) места спая двух разноименных ме­таллических проводников (термоэлектродов).

В пирометрах излучения используется зависимость энергии излу­чения нагретых тел от их температуры. К пирометрам, излучения от­носятся оптические и радиационные. Оптический пирометр измеряет температуру по яркости нагретого тела. Радиационный термометр из­меряет температуру по тепловому эффекту излучения.

При осуществлении технологического процесса в условиях авто­матизированного производства важная роль отводится автоматическому контролю расхода сырья и полуфабрикатов, а также таких рабочих агентов, как пар, вода, воздух и др. Большое значение имеет учет штучной продукции.

Расходом называется количество вещества, проходящее через данное сечение какого-либо устройства (трубопровода, транспортера и т. п.) в единицу времени. Приборы, предназначенные для контроля расхо­да, называются расходомерами.

В некоторых приборах для измерения расхода имеется суммирую­щий счетный механизм, измеряющий количество вещества. Эти при­боры позволяют совмещать контроль расхода и контроль количества вещества, израсходованного за определенный промежуток времени.

Расходомеры классифицируются по используемому в них методу измерения. Важнейшими являются расходомеры:

а) переменного перепада давления;

б) постоянного перепада давления;

в) скоростного напора.

К расходомерам, действующим без непосредственного контакта с измеряемой средой, относятся:

г) индукционные;

д) ультразвуковые;

е) радиоактивные.

Для автоматического контроля и регулирования уровня материалов в емкости применяются различные приборы и устройства, которые в зависимости от назначения и конструкции классифицируются сле­дующим образом.

1. По роду контролируемого материала:

а) приборы для контроля уровня жидкости;

б) приборы для контроля уровня сыпучих материалов.

2. По принципу действия:

а) указательные стекла (сообщающиеся сосуды);

б) поплавковые;

в) электроконтактные;

г) емкостные;

д) радиоактивные;

е) гидростатические.

­

ЛИТЕРАТУРА

Азаров Б. М., Лисовенко А. Т., Мачихин С. А. и др.; под ред. Мачи- хина С. А. Технологическое оборудование хлебопекарных и макарон­ных предприятий. — М.: Агропромиздат, 1986. — 263 с.

Ауэрман Л. Я. Технология хлебопекарного производства. — М.: Пищевая промышленность, 1984. — 483 с.

Головань Ю.П., Ильинский Н. А., Ильинская Т. Н. Технологическое оборудование хлебопекарных предприятий — М.: Агропромиздат, 1988.

- 382 с.

Драгилев А. И. Оборудование для производства мучных кондитерс­ких изделий — М.: Агропромиздат, 1989. — 320 с.

Драгилев А. И. Оборудование общего назначения предприятий пе­рерабатывающих отраслей АПК — М.: Колос, 1994. — 256 с.

Маклюков И. И., Маклюков В. И. Промышленные печи хлебопе­карного и кондитерского производства — М.: Легкая и пищевая про­мышленность, 1983. — 272 с.

Машины и оборудование для предприятий малой мощности по переработке сельскохозяйственного сырья. Каталог, ч. II. — М.: Ин- формагротех — 1992. — 222 с.

Оборудование для хлебопекарной промышленности. Каталог Ми­нистерства общего машиностроения, — М.: НПО «Техномаш», МНИЦ «Агросистеммаш». 1991. — 132 с.

Панфилов В. А., Ураков О. А. Технологические линии пищевых производств — М.: Пищевая промышленность, 1996. — 472 с.

Пучков а Л. И., Гришин А. С., Шаргородский И. И., Черных В. Я. Проектирование хлебопекарных предприятий с основами САПР. — М.: Колос, 1993. - 224 с.

Сигал М. II., Володарский А. В., Коломейский Б. М. Поточно- механизированные и автоматизированные линии в хлебопекарном производстве — К.: Урожай, 1988. — 176 с.

Сигал М. П., Володарский А. В., Тропп В. Д. Оборудование пред­приятий хлебопекарной промышленности — М.: Агропромиздат, 1985.

- 296 с.

Устройство и эксплуатация оборудования предприятий пищевой промышленности / под ред. А. И. Драгилева. — М.: Агропромиздат, 1988.- 399 с.