Лекция №2 Основные элементы автоматических устройств.

ПЛАН

Назначение элементов автоматики.

Датчики.

Реле

1. Любые простые и сложные устройства автоматики состоят из связанных между собой элементов.

Элементом автоматики называют часть устройства автоматической системы, в которой происходят качественные или количественные преобразования физической величины. Элементы отдельного устройства автоматики осуществляют передачу преобразованного воздействия от предыдущего звена к последующему.

В общем виде любой элемент автоматики можно представить как преобразователь энергии, на вход которого подается некоторая величина Х, а с выхода снимается величина У. Величину Х называют входным, а величину У – выходным сигналом элемента автоматики.

В некоторых элементах Х преобразуется в У за счет энергии, получаемой от входной величины Х. В других элементах для этого преобразования необходим дополнительный источник энергии. Классификацию устройств и элементов автоматики обычно производят по их функциональному назначению и по виду энергии на входе и выходе.

Функции, выполняемые элементами автоматики, разнообразны. С помощью отдельных элементов осуществляются измерительные, усилительные, управляющие и исполнительные функции автоматических устройств.

Подразделяя элементы автоматических устройств по характеру выполняемых функций, можно выделить следующие основные виды: датчики или измерительные (чувствительные) элементы; реле (электрические, гидравлические, пневматические); преобразователи и усилители; исполнительные механизмы и регулирующие органы; вычислительные устройства, включаемые в схемы автоматики.

2.Датчиком называют чувствительный элемент автоматического устройства, воспринимающий контролируемую величину и преобразующий её в сигнал, удобный для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматических устройств.

Иногда датчик называют измерительным (воспринимающим) элементом. В частности, измерительным элементом датчик называют тогда, когда в качестве него используют обычный прибор измерительной техники (термометр, расходомер, уровнемер).

Наибольшее распространение получили датчики, в которых какие-либо неэлектрические величины преобразуются в электрические, так как последние (ток, напряжение и др.) могут легко измеряться, усиливаться, передаваться на значительные расстояния, а при необходимости преобразовываться в другие величины.

Датчики, в которых неэлектрические величины преобразуются в электрические могут быть разделены на 2 группы: параметрические, в которых изменение соответствующей неэлектрической величины преобразуется в изменение параметра электрической цепи – активное, индуктивное или емкостное сопротивление, и генераторные, в которых изменение неэлектрической величины преобразуется в электродвижущую силу.

Индуктивные датчики, основанные на изменении индуктивного сопротивления катушки, преобразовывают линейное или угловое перемещение измерительного органа в электрическую величину. Они нашли большое применение при измерении и регулировании давления и расхода различных жидкостей и газов благодаря простоте своей конструкции и возможности непосредственного использования тока промышленной частоты (50 Гц).

Емкостные датчики, основанные на изменении емкости, в противоположность индуктивным мало чувствительны при частоте тока 50 Гц и требуют при этой частоте усилительных устройств. При высоких частотах порядка 1000 Гц и более они обладают хорошей чувствительностью.

Изменение емкости достигается регулированием расстояния между пластинами датчика, изменением их рабочей поверхности или диэлектрических свойств среды, в которой находятся пластины.

Датчики сопротивления применяют для преобразования неэлектрических величин, когда измерительный орган чувствительного элемента совершает линейное или вращательное движение, а также в тех случаях когда сопротивление датчика может изменяться под воздействием параметров среды, в которой помещен датчик.

Термоэлектрические датчики основаны на прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую. В качестве таких датчиков служат термопары, имеющие спай двух электродов из разных металлов. При нагревании спая между электродами возникает электродвижущая сила, пропорциональная температуре.

Фотоэлектрические датчики основаны на использовании воздействия изменений входного параметра на интенсивность светового излучения. Источником светового излучения обычно являются лампы накаливания. Иногда вместо светового излучения используют излучение рентгеновской трубки или радиоактивного вещества.

Наряду с электрическими широко применяют датчики, непосредственно воспринимающие изменения неэлектрических величин (параметров). В качестве таких датчиков в схемах автоматики широко используют контрольно-измерительные приборы давления, уровня, расхода, температуры и качественного состава среды.

3.В ряде случаев автоматическое управление может осуществляться путем скачкообразного изменения управляемой величины при определенных значениях управляющей величины. Такое прерывистое воздействие на процесс называется релейным управлением, а используемые для этой цели устройства называются реле.

Реле обычно состоят из 3-ех основных органов: воспринимающего (чувствительного), который воспринимает управляющее воздействие и преобразует его в воздействие на промежуточный орган; промежуточного, который при достижении управляющим воздействием заданной величины, передает это воздействие исполнительному;исполнительного, осуществляющего скачкообразное изменение управляемой величины.

У реле, предназначенных для управления работой электрических цепей, исполнительным органом служат контакты; существуют также и бесконтактные (электронные, магнитные) реле.

Классификация реле.

Реле можно классифицировать по ряду признаков. В зависимости от рода воспринимаемых физических явлений их делят на электрические и неэлектрические (тепловые, механические, оптические, акустические и др.).

Электрические реле по принципу действия делят на электромагнитные (нейтральные и поляризованные), магнитоэлектрические, электронные, ионные, индукционные и по параметру, на который реагирует воспринимающий орган на реле тока, напряжения, мощности, частоты, сдвига фаз.

Тепловые делят на реле с линейным расширением, биметаллические, реле с плавлением.

Механические реле по воспринимаемому параметру делят на реле силы, перемещения, скорости, ускорения, частоты.

По назначению различают: пусковые реле (контакторы, магнитные пускатели); реле, включающие и выключающие различные агрегаты с помощью кнопок, расположенных на пульте управления; максимальные, отключающие контролируемый участок электрической цепи, когда ток, напряжение, температура, давление и т.д. станут больше определенного значения; минимальные, отключающие контролируемый участок электрической цепи, когда напряжение, ток, температура, давление и т.д. станут меньше определенного значения; промежуточные, которые служат для изменения воздействующего импульса, когда мощность контактов первичного реле недостаточна; реле времени, срабатывающие через определенное время после запуска, обеспечивая тем самым необходимую выдержку при включении различных электрических цепей.