Автоматизация технологических процессов в производстве (стр. 6 из 32)

1) Мембранный датчик

На конце трубопровода устанавливается такая пластина мембрана в центре которой закрепляется жестко движок потенциометра. Под давлением газа мембрана прогибается в центре и соответственно перемещает движок потенциометра (промежуточная величина). 2) Сильфонный датчик для газов

Данный тип датчика представляет собой тонкостенную гофрированную трубку один конец которой жестко закреплён с движком потенциометра. Под давлением газа трубка увеличивает размеры и соответственно перемещает движок.

Рис. 2-30

Датчики линейных ускорений

Они преобразовывают линейное ускорение в электрическую величину. Работу датчика рассмотрим на примере акселерометра:

1-чувствительный элемент

2-кварцевая пластина

3-основание

Ось Х перпендикулярна плоскости кварцевой пластины и называется осью чувствительности акселерометра. Акселерометр устанавливается на объекте который движется с ускорением А вдоль оси Ох. При движении объекта на чувствительный элемент действуют две силы:

-инерционная сила в направлении противоположному ускорению и определяется как

Fи=ma;

-сила тяжести которая определяется как F=mg.

Fp=Fи+F=m(a+g) Uвых=Kak

Акселерометр работает не с ускорением объекта, а с кажущимся ускорением.

Размерный преобразователь.

1

– измерительный шток

2 – корпус

3 – контакты (микрометровые винты)

4 – крестообразная пружина

5 – колодка

6 – рычаг

7 – барабаны

8 – подвижные контакты

9 – отсчетная головка

10 – хомутик

11 – пружина

12 – регулировочная гайка 13 – наконечник

Рис. 2-32

Бывают электрические датчики (предельные и амплитудные), которые как и размерные путевые, являются датчиками перемещений.

Применяют одно - и многопредельные датчики.

Пример: двух предельного датчика рычажного типа.

Состоит из корпуса (2), в котором расположены измерительный шток (1) в цилиндрических втулках.

На штоке установлен наконечник (13) для контактирования с измеряемой деталью.

Сверху в корпусе имеется отверстие в которое устанавливают отсчетную головку (9).

Положение стрелки отсчетной головки регулируют регулировочной гайкой (12) с микропередачей.

На штоке установлен хомутик (10) с пружиной (11), создающий силу измерения.

На колодке (5) с помощью крестообразной пружины (4) укреплен рычаг (6) с подвижными

контактами (8).

Настроечные контакты, запрессованные в концы микрометровых винтов (3), регулируют с помощью барабанов (7) с нанесенными на них делениями.

Предел измерения датчиков составляет 1мм, предельная погрешность плюс – минус 1 микрон (мкм).

2.3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТАХОГЕНЕРАТОРАХ

Тахогенераторы представляют собой электромеханическое устройство, преобразующее механическое вращение в электрический сигнал. Они используются как электрические датчики угловой скорости и работают как обычные маломощные электрические машины в режиме генератора для выработки напряжения, пропорционального частоте вращения.

Выходной сигнал тахогенератора (электрическое напряжение) при определенных условиях является линейной функцией частоты вращения его вала. В зависимости от конструкции и соответственно выходного напряжения тахогенераторы подразделяются на тахогенераторы постоянного и переменного токов.

В схемах автоматики и аналоговых счетно-решающих устройств наибольшее распространение получили тахогенераторы постоянного, тока с независимым электромагнитным возбуждением и тахогенераторы переменного тока, выполненные по схеме двухфазных асинхронных двигателей с полым немагнитным ротором. Эти тахогенераторы используются для различных измерений, для ввода производной выходного сигнала с целью демпфирования следящих приводов, для ввода сигнала ошибки в схемах автоматических устройств, для осуществления операций дифференцирования и интегрирования и т. п.

2.3.1 ТАХОГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Если в магнитном поле с магнитной индукцией В расположить проводник длиной l и начать вращать его с частотой n, то на концах этого проводника возникает ЭДС В, определяемая выражением

E=lnB*10^-8.

Если в магнитное поле поместить не один, а несколько проводников, т. е. расположить катушку с числом витков ω, то ЭДС В, возникающую на концах этой катушки, можно определить из выражения

E=lnBω*10^-8.

На этом принципе основаны все тахогенераторы постоянного тока, применяемые в автоматике. Из формулы видно, что при постоянном значении величин l, В и ω ЭДС Е тахогенератора прямо пропорциональна частоте вращения его ротора.

На рис. 2.33, а приведена схема конструкции тахогенератора постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Тахогенератор имеет следующие основные узлы: 1 — постоянные магниты, располагаемые на статоре тахогенератора и создающие магнитный поток Ф; 2 — цилиндрический ферромагнитный сердечник, предназначенный для увеличения магнитного потока Ф внутри якоря; 3 — якорь тахогенератора, изготавливаемый в виде тонкостенного стаканчика из изоляционного материала; 4 — обмотки ротора; 5 — коллектор.

При вращении якоря тахогенератора с частотой n в электромагнитном поле с магнитным потоком Ф, создаваемым постоянными магнитами, со щеток коллектора снимается ЭДС В, которая определяется согласно выражению

E=k_EФ_n.

где коэффициент k_E находится по известной в электротехнике формуле

pw ^-8,

k_E= *10

2pd

Рис. 2-33 - Конструктивная схема тахогенератора постоянного тока (а) и его выходные характеристики (б).

здесь р — число пар полюсов (обычно р=1); ω — число витков обмотки якоря; 2d — число параллельных ветвей обмотки якоря.

У тахогенераторов постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением магнитный поток создается специальной обмоткой возбуждения, располагаемой на полюсах статора. Магнитный поток, создаваемый обмоткой, определяется из выражения

Ф=k_Фi_B

где k_ф—коэффициент пропорциональности; i_в—ток в обмотке возбуждения.

Из графика видно, что при увеличении частоты вращения до определённого момента напряжение увеличивается пропорционально и только при очень большой частоте характеристика теряет линейность, а также с увеличением увеличивается крутизна выходной формы и её линейность.

Конструкция тахогенераторов с возбуждением от постоянных магнитов проще, так как не требует дополнительного источника питания.

Тахогенераторы постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением на рисунке 2.34

Рис. 2-34 - Электрическая схема

Тахогенераторам с независимым возбуждением от электромагнита магнитный поток

возбуждения создаётся специальной обмоткой возбуждения, которая располагается на полюсах статора и магнитный поток определяется

Фв=КфIв, где Кф - коэффициент пропорциональности, Iв - ток возбуждения.

ЭДС определяется как

Е=КеФвn

Из этого выражения ЭДС следует, что ЭДС зависит не только от частоты вращения, но также от величины магнитного потока, т.е. от тока возбуждения. При смене направления вращения якоря фаза напряжения меняется.

Однако тахогенераторы с независимым электромагнитным возбуждением имеют особенность, позволяющую использовать их для умножения двух величин, из которых одна выражается током возбуждения, а другая — частотой вращения. При этом ЭДС тахогенератора зависит не только от частоты вращения якоря, но и от тока возбуждения.

Приведенная формула для определения ЭДС тахогенератора справедлива только при холостом ходе тахогенератора. При работе же тахогенератора с сопротивлением нагрузки, равным R_н, напряжение на щетках его якоря определяется выражением

U=E—i_нR_н,

где i_н=Е/R_н+R;

R—сопротивление цепи якоря.

Уменьшение напряжения U вызывается еще и тем, что ток i_н, протекающий через обмотку якоря, создает магнитный поток реакции якоря, который зависит как от тока i_н, так и от частоты вращения n:

Фр.я=kр.яiнn,

где k_р.я—коэффициент реакции якоря.

Магнитный поток реакции якоря Ф_р._я направлен встречно основному потоку и тем самым уменьшает результирующий магнитный поток возбуждения тахогенератора. Поэтому строгая линейность характеристики тахогенератора остается только при относительно небольших частотах вращения якоря.

На рис. 2.33, б приведены выходные характеристики тахогенератора U_вых=f(n) при постоянном потоке возбуждения Ф для различных значений R_н. Из этого рисунка видно, что с увеличением числа оборотов якоря пропорционально растет и выходное напряжение, но при больших оборотах линейность характеристик нарушается. Кроме того, чем больше сопротивление нагрузки, тем больше крутизна характеристики и больше ее линейность.

При частоте вращения якоря, близкой к нулю, возникает зона нечувствительности тахогенератора, в пределах которой на его выходе отсутствует напряжение. Эта зона нечувствительности называется смещением выходной характеристики.