Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 3 из 32)

Свойства элементов определяются с помощью ряда характеристик и параметров

Характеристика – это зависимость одной величины от другой (график), а параметр – это величина характеризующая основное свойство элемента.

2.2 Статические характеристики и параметры датчиков

1) Статической характеристикой датчика называется графическая зависимость выходной величины от входной. Y=f(x). Статическая характеристика определяется типом датчика.

2) Чувствительность датчика – это отношение приращения выходной величины к соответствующему изменению входной величины. S=∆х/∆у; S – коэффициент передачи датчика.

3) Порог чувствительности – это минимальное значение входной величины, которое вызывает изменение выходной. Порог чувствительности связан с зоной нечувствительности, т.е. с зоной, в пределах которой при наличии входного сигнала на выходах датчика сигнал отсутствует.

4) Инерционность датчика – это время, в течение которого выходная величина принимает значение соответствующее входной величине.

5) Динамические характеристики – это частотные и переходные.

5.1) Амплитудно-частотная - это изменение амплитуды выходного сигнала в зависимости от изменения частоты входного сигнала.

5.2) Фаза - частотная - изменение фазы выходного сигнала в зависимости от изменения частоты входного сигнала.

5.3) Переходная характеристика – это зависимость выходной величины от времени при подаче на вход единичного сигнала. Переходная характеристика позволяет выявить инерционность датчика.

2.2.1 Статические и динамические характеристики резистивных датчиков

1) Статическая характеристика зависит от способа изготовления датчика и схемы его включения.

Статические характеристики могут быть линейные и нелинейные, например у индуктивных и ёмкостных датчиков статическая характеристика нелинейная. У параметрических датчиков характеристика осуществляется коэффициентом передачи. С линейной характеристикой коэффициент передачи величина постоянная, а с нелинейной величиной переменная. Линейная характеристика проходит через начало координат и имеет вид прямой, угол наклона к прямой оси абцис для конкретного типа датчиков величина постоянная. (Рис. 2-1)

Рис. 2-1

Коэффициент передачи величина размерная. Если датчик имеет порог чувствительности, то его линейная характеристика будет смещена от начала координат на отрезок, равный порогу чувствительности. (Рис. 2-2)

Рис. 2-2

2) Статическая погрешность.

Из-за неточной градуировки элементов в процессе их изготовления появляется статическая погрешность, которая приводит к отклонению заданной, «идеальной» (номинальной) статической характеристики.

Статическая погрешность также возникает из-за изменения внутренних свойств элемента и внешних факторов (повышение влаги, t°).

Статическая характеристика может быть абсолютной, относительной и приведенной.

2.1 Абсолютная погрешность – это разница между номинальной и фактической выходной величины.

∆у=У_ном-У_факт.

и имеет размерность выходной величины.

2.2 Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к действительному значению выходной величины.

δ.=∆у/У_факт ; δ.=∆У/У_факт*100%;

измеряется в относительных единицах или в %;

2.3 Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к разности предельных значений выходной величины.

δ=∆У/Уmax-Уmin; (100%);

имеет размерность или в относительных единицах или в %;

У₁ – это идеальная статическая характеристика.

У – это статическая характеристика с учетом статической погрешности.

Из графика (Рис.2-3) видно, что статическая погрешность уменьшает чувствительность датчика (коэффициент передачи).

3) Динамический режим.

В реальных системах автоматики сигналы, как правило, бывают непостоянные во времени. Для оценки работы в динамическом режиме используют динамические характеристики (частотную и переходную) и динамический параметр постоянная времени. Процесс перехода элемента из одного установившегося состояния в другое называется переходным процессом, т.е. процесс, протекающий в элементе при изменении входной величины. Одним из важных показателей датчика является его динамическая зависимость выходной величины от времени.

Характер изменения выходной величины зависит от свойств самого датчика и от характера изменения входной величины. Поэтому для сравнения динамических свойств датчиков надо подавать на их входы, одинаково меняющиеся во времени сигналы.

Принято подавать входной сигнал скачкообразным импульсом стандартной амплитуды большей, чем переходного процесса конкретного датчика. (Рис.2-4)

Х

Реакция большинства элементов на изменение входного сигнала (скачкообразно) представляет собой экспоненту. Время от начала изменения выходного сигнала до достижения им 63%-ов установившегося времени называется постоянной времени. Режим считается установившимся, если действительная выходная величина достигает 95% установившейся выходной величины.

Чем меньше постоянная времени, тем меньше переходный процесс и тем меньше длительность переходного процесса. Таким образом, переходная характеристика позволяет выявить инерционность датчика, т.е. запаздывание изменения выходной величины.

Динамическая характеристика, описывающая переходной процесс называется переходной характеристикой.

3.1 Переходные характеристики без инерционности датчика (Рис.2-5)

Х

3.2 Переходная характеристика датчика, обладающего инерционностью. (Рис.2-6)

х

Второй способ определения постоянной во времени (Т) – это отрезок на оси абсцисс от начала координат до точки пересечения касательной проведенной в начале координат к кривой переходного процесса до значения установившегося входной величины.

Время установления – это время от начала изменения выходной величины до достижения его 95% установившееся выходной величины, а это время называется длительностью переходного процесса.

Момент времени, когда выходная величина достигает 95%, установившегося значения является моментом окончания переходного процесса.

4. Колебательно – затухающий процесс. (Рис.2-7)

При этом переходном процессе выходная величина колеблется около установившегося значения с постоянной частотой f₀=1/Т₀

Т₀ – это период колебаний с непрерывно убывающей амплитудой, одним их наиболее важных динамических свойств является частота собственных колебаний или угловая частота после скачкообразного воздействия после входной величины, время установления определяется здесь также.

У

Входная величина изменяется периодически, выходная имеет аналогичный характер, но сдвинута по фазе на <φ. В любой произвольный момент времени кривые У и Х имеют разность координат эта разность называется абсолютной динамической погрешностью. У большинства элементов абсолютная динамическая погрешность после скачкообразного воздействия с течением времени не остается постоянной, а стремится к постоянному достаточно малому установившемуся значению.

2.2 Датчики активного сопротивления

Датчики активного сопротивления подразделяются на:

1. Реостатные.

2. Потенциометрические.

3. Угольные.

4. Контактные.

5. Тензометрические.

1. Реостатные датчики.

Эти датчики преобразуют внешнее воздействие в изменяющиеся сопротивления, могут быть:

1.1 Прямолинейные.

1.2 Круговые.

Конструктивно представляют собой каркас намотанной на него проволоки и ползунка.

Каркас изготавливают из непроводящего выдерживающего высокие температуры материала (текстолит, чаще всего керамика), в сечение корпус имеет соотношение сторон не менее чем 1:4.

Каркас изготавливают в виде цилиндра, плоской пластины, а также в виде сектора или кольца на каркас укладывается обмотка реостата плотно веток к ветку или с определенным шагом из материала с высоким удельным сопротивлением и с небольшим температурным коэффициентом сопротивления (нихром, константан, манганин).

Обмотка реостата покрывается изолирующим высокотемпературным лаком. На обмотке остается участок без изоляции и он полируется, по этому участку скользит движок связанный с осью управления.

Для трения подвижного контакта он полируется или изготавливается из материалов имеющих малый коэффициент трения чаще всего график с добавлением меди и бронзы. В место бегунка можно использовать счетку, которая состоит из нескольких проволочных соединенных параллельно, проволочи состоят из серебра, платины с серебром или других сплавов на основе благородных металлов.

Диаметр и длина счеток выбирается такой, чтобы контактные давления имели значение около 9,8*10ˉ3 Н, во время работы датчика возникает момент трения Мтр=F*Pк*R, Где F- коэффициент трения 0,2-0,3 Рк - контактное давление R- радиус счетчика.

При перемещении щетки с витка на виток (Рис.2-9) снимаемое напряжение имеет ступенчатый характер, значение которого зависит от входного напряжения и количества витков. Изменение напряжения может происходить при перемещении датчика через некоторый угол, это явление называется нечувствительностью датчика. Для уменьшения нечувствительности датчика целесообразно увеличить число витков обмотки и диаметр провода выбирать до самых долей мм.