Датчики гидравлических механизмов (стр. 1 из 2)

1. Статические характеристики датчиков. Представление

статических характеристик и их виды

Если известны те или иные показатели элемента, то можно оценить свойство этого элемента. В автоматике и телемеханике свойства элементов оцениваются разными показателями, связанными входными и выходными величинами.[1, 21-25]

Функциональная зависимость выходной величины Y от входной V, выраженная математически или графически, называется статической характеристикой элемента Y=f(X).

Элементы, имеющие не зависящие от времени параметры и линейные статические характеристики, называются линейными, а имеющие нелинейные характеристики - нелинейными элементами.

По статической характеристике можно определить вид элемента (датчик, реле). Так, например, если статическая характеристика элемента непрерывна, т. е. величина Y находится в определенной непрерывной зависимости от величины X (рис. 1), то такой элемент называют источником первичной информации или датчиком.

Рисунок 1 Рисунок 2

Если статическая характеристика элемента изменяется скачком, т. е. практически осуществляется включение или отключение при

достижении входной величиной X определенных, заранее установленных значений, то такой элемент называется реле (рис. 2).

В зависимости от природы контролируемой входной величины X реле называются электрическими, тепловыми, оптическими. По наименованию входной величины X реле имеет уточняющий термин: реле уровня, реле скорости, реле тока, реле напряжения и т. д.

Как датчики, так и реле являются основными элементами автоматики. Они являются основными и обязательными элементами воспринимающих блоков (устройств). Их используют также и в промежуточных, и в исполнительных блоках автоматических систем. Элементы для конкретных автоматических систем выбирают по ряду показателей, их характеризующих, - коэффициенту передачи, порогу чувствительности, погрешности.

Коэффициент передачи элемента представляет собой отношение выходной величины элемента У к входной величине X, т. е. К = Y/X.

У элементов с линейной статической характеристикой коэффициент передачи - величина постоянная, а у элементов с нелинейной - переменная, зависящая от X. Если входная и выходная величины элемента имеют одинаковую физическую природу, т. е. одинаковые размерности, то коэффициент передачи размерности не имеет и его называют коэффициентом усиления. При разных размерностях входной и выходной величин коэффициент передачи элемента имеет размерность. Применительно к датчику коэффициент передачи называют также чувствительностью. Чем больше К, тем больше выходной сигнал элемента при том же изменении входной величины и тем меньше нужно будет усиливать выходной сигнал до требуемого значения.

Порог чувствительности - это наименьшее (по абсолютному значению) значение входного сигнала, способное вызвать изменение выходного сигнала. Интервал между значением входного сигнала, не оказывающего воздействия на значение выходного сигнала, и значением входного сигнала, оказывающего воздействие на значение выходного сигнала, называется зоной нечувствительности - ΔХн. Чем больше ΔХн тем хуже элемент. Например, у электродвигателя порог чувствительности равен напряжению трогания двигателя.

Погрешность элемента появляется из-за неточной тарировки или градуировки (вследствие разброса параметров) элементов в процессе их изготовления (в пределах установленных допусков). В результате погрешности происходит отклонение характеристики элемента от заданной «идеальной» статической характеристики. Погрешность элемента может также возникнуть в результате изменения его внутренних свойств (старение, износ) или внешних факторов (воздействие температуры, влажности, питающего напряжения).

Различают абсолютную, относительную и приведенную погрешности.

Под абсолютной погрешностью элемента понимают разность между полученным У_п и действительным У значениями выходной величины, т. е. Δ = У_П -Y.

Действительное номинальное значение выходной величины - это идеальное значение выходной величины при отсутствии погрешности.

По мере уменьшения номинального значения выходной величины при неизменном значении абсолютной погрешности относительная погрешность увеличивается.

Погрешность, которая возникает при нормальных условиях эксплуатации, называется основной погрешностью. Условия эксплуатации элемента не всегда совпадают с нормальными, поэтому к основной погрешности элемента добавляется погрешность, называемая дополнительной.

2. Гидравлические исполнительные механизмы, особенности их

конструкций и области применения

Исполнительным механизмом называется[3, с.110 - 116] элемент АСР, преобразующий выходной сигнал регулятора в перемещение регулирующего органа.

По виду используемой энергии исполнительные механизмы делятся на пневматические, гидравлические и электрические. В химической промышленности наибольшее применение получили пневматические и электрические исполнительные механизмы.

Гидравлические исполнительные механизмы предназначены для преобразования изменения давления жидкости в перемещение регулирующего органа (РО). Гидравлические ИМ по принципу действия и конструктивному оформлению не имеют существенных различий. Однако отдельные узлы имеют некоторые конструктивные особенности.В промышленности используют поршневые и мембранные ИМ поступательного действия. В ИМ вращательного действия кривошипно-ползунного типа угол поворота вала составляет 300°. Перемещение поршня в цилиндре преобразуется с помощью шатуна и кривошипа в угол поворота выходного вала. В ИМ вращательного действия лопастного типа, в цилиндре расположена прямоугольная лопасть, жёстко закреплённая на валу, к которому примыкает перегородка. Внутри перегородки находится уплотнительная планка, поджимаемая к валу пружиной.Назначение РО – изменить количество вещества или энергии подаваемых на вход объекта регулирования при изменении регулирующего параметра. Они могут быть электрическими и неэлектрическими. К электрическим относятся реостаты и вариаторы. Наибольшее распространение в лёгкой промышленности получили неэлектрические регулирующие органы: регулирующие задвижки или заслонки и регулирующие клапаны. Корпус диафрагмонтового клапана футерован. Для футеровки применяют эбонит, винипласт, фторопласт. Регулирующим органом является диафрагма, выполненная из резины, полиэтилена или фторопласта. На диафрагму воздействует плунжер, изменяющий прогиб диафрагмы при перемещении штока.При выборе РО необходимо учитывать свойства и характеристики среды (состояние, агрессивность, способность к кристализации и др.), параметры регулируемой среды (температура, давление, влажность и т.п.), минимальные и максимальные расходы среды через РО, влияние рабочей среды на работу РО (взрывоопасность, вибрация) Регулирующий орган должен быть сопряжён с исполнительным механизмом.3 Приборы автоматического контроля расхода и количества

Для контроля и управления производством большое значение имеет измерение расхода и количества различных веществ: газов, жидкостей, пульп и суспензий.[2, с.185-189] Расход - это количество вещества, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. Количество измеряют в единицах объема (м³, см³) или массы (т, кг, г). Соответственно может измеряться объемный (м³/с, м³/ч, см³/с) или массовый (кг/с, кг/ч, г/с) расход.

Для измерения расхода веществ применяют расходомеры, основанные на различных принципах действия. Наибольшее распространение для жидкоетей и газов получили расходомеры переменного и постоянного перепада давлений, переменного уровня и индукционные. Для измерения расхода сыпучих веществ обычно используют различные весоизмерительные устройства. Для измерения количества применяют расходомеры с интеграторами или объемные и скоростные счетчики. Интегратор непрерывно суммирует показания прибора, а количество вещества определяют по разности его показаний за фебуемый промежуток времени.

Следует отметить, что измерение расхода и количества является сложной задачей, поскольку на показания приборов влияют физические свойства измеряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение фаз в потоке и г. п. Физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь, зависят от условий эксплуатации, главным образом от температуры и давления.

Если условия эксплуатации расходомера отличаются от условий, при которых производилась его градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимую величину. Поэтому для серийно выпускаемых приборов установлены ограничения области их применения: по свойствам измеряемого потока, максимальной температуре и давлению, содержанию твердых частиц или газов в жидкости и т.п.

Рисунок 3 – а - диафрагма, б - сопло Вентури, в – труба Вентури

Расходомеры переменного перепада давлений. Действие этих расходомеров основано на возникновении перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе при движении через него потока жидкости или газа. При изменении расхода Q величина этого перепада давлений Ар также изменяется.

Наиболее простым и распространенным сужающим устройством является диафрагма (рис. 3, а). Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием в центре. От стойкости диафрагмы и особенно входной кромки ее отверстия существенно зависит точность измерения расхода. Поэтому диафрагмы изготовляют из материалов, химически стойких к измеряемой среде и устойчивых против механического износа. Кроме диафрагмы в качестве сужающих устройств применяют также сопло Вентури (рис. 3 б), трубу Вентури (рис. 3, в), которые создают меньшее гидравлическое сопротивление в трубопроводе.