Датчик (первичный преобразователь) – это устройство, применяемое для преобразования входной контролируемой или управляемой величины в выходной электрический сигнал, удобный для передачи по каналам связи.
Вторичный прибор (измерительный) – это устройство, воспринимающее сигнал от датчика и преобразующее его в перемещение указателя или стрелки относительно шкалы, а также осуществляющее при необходимости запись значений контролируемой величины на специальной диаграммной бумаге.
Переключатель – это элемент, применяемый для коммутации электрических цепей или приборов с целью выбора определённого режима их работы.
Основные метрологические понятия: измерение, погрешность измерения, класс точности прибора. Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.
Погрешность – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Класс точности – это обобщённая характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средства измерения, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений.
Температура – это величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы. Существуют контактные и бесконтактные методы измерения температуры. В первом случае обеспечивается надёжный тепловой контакт чувствительного элемента прибора с объектом измерения. Если отсутствует возможность такого контакта, то применяют различные бесконтактные методы измерения. Приборы для контактного измерения температуры – это термометры расширения, термосопротивления и термопары. Приборы для измерения температуры бесконтактным методом – это пирометры излучения.
Давление – это величина, характеризующая силу, действующую на элемент поверхности. Устройства для измерения давления и разности (перепада) давлений называются манометры и дифманометры.
Расход вещества определяется его количеством, проходящим в единицу времени через данное сечение канала (трубопровода). Счётчик количества измеряет количество вещества за промежуток времени (сутки, смену, месяц). Расходомер измеряет количество вещества в единицу времени (мин., час).
Уровнемер – это прибор для непрерывного измерения уровня жидкости или твёрдых сыпучих материалов. Сигнализатор уровня применяется для сигнализации предельного уровня вещества.
Количество каких-либо веществ в жидкостях т. е. концентрацию измеряют с помощью приборов, называемых концентратомеры. Кондуктометр – это прибор, принцип работы которого основан на измерении электропроводности жидкостей, зависящей от их концентрации.
Газоанализатор – это прибор, который позволяет количественно оценивать содержание интересующего компонента в газовой смеси.
Контрольная работа №1 содержит два теоретических вопроса, первый относится к разделу 1 «Элементы автоматики», второй – к разделу 2 «Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы», изучаемой дисциплины. Содержание этих разделов указано в программе дисциплины. Для правильного и качественного ответа на вопрос необходимо усвоить основные понятия и термины, изложенные выше. Затем самостоятельно изучить рекомендуемую литературу или найти информацию в других источниках. Ответ на вопрос должен быть конкретным с пояснением физической сущности работы того или иного устройства. При описании прибора или устройства следует обязательно пояснять свой ответ схемами, графиками и рисунками. При изложении принципа работы некоторых приборов указать необходимые формулы. Во многих вопросах требуется сравнить различные приборы с точки зрения их технических характеристик, особенностей работы, отметить достоинства и недостатки, а также области применения.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ №2.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Автоматическое управляющее устройство осуществляет воздействие на управляемый объект, в соответствии с алгоритмом управления. Большая группа таких устройств, вырабатывающих управляющие воздействия в результате сравнения действительного (измеренного) и заданного значений управляемой величины, носит название автоматических регуляторов, или просто регуляторов.
Регулируемой величиной называется параметр технологического процесса (давление, температура, уровень, расход, концентрация, вязкость и т. д.), значение которого автоматический регулятор поддерживает постоянным или закономерно изменяющимся.
Значение регулируемой величины, которое следует поддерживать в данный момент по условиям нормального протекания технологического процесса, называется заданным значением регулируемой величины, а измеренное в данный момент времени значение регулируемой величины называется текущим значением регулируемой величины.
Нерегулируемые величины, влияющие на регулируемую величину, называются возмущающими воздействиями, или возмущениями.
Регулирующий орган – это элемент осуществляющий регулирующее воздействие на объект с целью изменения расхода вещества или энергии.
Исполнительный механизм преобразует выходной сигнал регулятора в перемещение регулирующего органа.
Устройства сигнализации предназначены для извещения обслуживающего персонала о состоянии контролируемых объектов. Сигнализация может быть световая и звуковая. Технологическая сигнализация извещает о нарушении нормального хода технологического процесса. Предупредительная сигнализация извещает о больших, но ещё допустимых отклонениях параметров процесса от заданных. Аварийная сигнализация извещает о недопустимых отклонениях параметров процесса или о внезапном отключении какого-либо оборудования. Контрольная сигнализация извещает о состоянии контролируемых объектов.
Система автоматического регулирования технологического процесса (САР) представляет собой совокупность регулируемого объекта и автоматического регулятора, взаимодействующих друг с другом. Основной задачей САР является поддержание регулируемого параметра равным заданному значению или изменение его по определённому закону.
Типы схем: структурные, функциональные, принципиальные, монтажные и схемы соединений.
Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объём автоматизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объекта. Функциональная схема представляет собой чертёж, на котором условными обозначениями изображают технологическое оборудование, коммуникации, органы управления, приборы контроля и регулирования с указанием связей между ними.
Прочитать функциональную схему - это означает определить:
1) структуру каждого узла контроля, сигнализации, регулирования;
2) организацию пунктов контроля и управления;
3) принятую блокировку механизмов;
4) наличие защиты и аварийной сигнализации;
5) параметры технологического процесса, подлежащие контролю и регулированию;
6) технические средства, с помощью которых решается тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, регулирования и управления.
Контрольная работа №2 содержит один теоретический вопрос и задание по описанию схемы технологического процесса. Теоретический вопрос относится к разделу 3 «Автоматическое регулирование и регуляторы», задание относится к разделу 4 «Основные правила начертания и чтения схем автоматизации». Содержание этих разделов указано в программе дисциплины. Для правильного и качественного ответа на вопрос и выполнения задания необходимо усвоить основные понятия и термины, изложенные выше. Затем самостоятельно изучить рекомендуемую литературу или найти информацию в других источниках. Ответ на вопрос должен быть конкретным с пояснением физической сущности работы регулятора или другого устройства. При описании регулятора следует обязательно пояснять свой ответ схемами, графиками и рисунками, а также указывать необходимые формулы. Для выполнения задания желательно пользоваться учебником «Автоматизация производственных процессов в химической промышленности», авторы В.В. Шувалов, Г.А. Огаджанов, В.А. Голубятников. Часть 2 этого учебника содержит функциональные схемы автоматизации технологических процессов, которые указаны в вариантах задания.
Задания к контрольной работе № 1.
Задание 1. Дать полные ответы на следующие вопросы. Привести необходимые примеры, поясняющие схемы и рисунки.
| Вариант задания | Содержание вопроса |
| 1 | Дайте определение понятию «элемент автоматики» и приведите классификацию элементов автоматики. Охарактеризуйте общие параметры и режимы работы элементов автоматики. |
| 2 | Объясните назначение датчика, общий состав и приведите классификацию датчика по различным признакам. Укажите особенности микропроцессорных датчиков. |
| 3 | Опишите конструкцию и принцип действия потенциометрических датчиков активного сопротивления. Укажите их достоинства, недостатки и особенности применения. |
| 4 | Опишите конструкцию и принцип действия индуктивных датчиков. Укажите их достоинства, недостатки и особенности применения. |
| 5 | Опишите конструкцию и принцип действия ёмкостных датчиков. Укажите их достоинства, недостатки и особенности применения |
| 6 | Изложите назначение фотодатчика и его общий состав. Начертите структурную схему фотодатчика со световым потоком, прерываемым объектом управления и опишите её принцип работы. |
| 7 | Начертите структурные схемы фотодатчика со световым потоком, отражённым от объекта управления и со световым потоком, излучаемым объектом управления и опишите принцип работы этих схем. |
| 8 | Объясните назначение и принцип работы тензометрического датчика. Составьте сравнительную характеристику проволочных и фольговых тензометрических датчиков. |
| 9 | Опишите конструкцию и принцип работы однофазного сельсина. Дайте определение понятию «вращающийся трансформатор», укажите особенности конструкции этого устройства и области применения. |
| 10 | Объясните назначение и принцип работы тактильных датчиков. Укажите их достоинства, недостатки и области применения. |
| 11 | Охарактеризуйте пьезоэлектрические датчики по конструкции, назначению и особенностям применения. Сформулируйте, что такое прямой и обратный пьезоэффект. |
| 12 | Сформулируйте, чем отличаются механические и электронные переключатели. Охарактеризуйте нажимные механические переключатели и галетные переключатели. Приведите их условные обозначения на схемах. |
| 13 | Приведите классификацию электронных переключателей. Начертите принципиальную схему транзисторного переключателя, поясните состав и принцип работы схемы. Укажите способы увеличения быстродействия транзисторного переключателя. |
| 14 | Приведите классификацию электромагнитных реле. Нарисуйте конструкцию поляризованного реле и опишите принцип его работы. |
| 15 | Нарисуйте конструкцию реле с поворотным якорем и с втяжным якорем. Опишите принцип работы этих элементов и перечислите материалы, применяемые для изготовления контактов реле. |
| 16 | Объясните принцип работы индукционного и электротеплового реле. Нарисуйте конструкцию этих элементов. Укажите технические параметры и области применения индукционного и электротеплового реле. |
| 17 | Опишите конструкцию и принцип работы герконовых переключателей и реле с герконом. Укажите основные достоинства и области применения этих элементов. |
| 18 | Дайте определение понятию «контактор», перечислите разновидности контакторов. Начертите принципиальную схему магнитного пускателя и поясните назначение элементов схемы. |
| 19 | Приведите классификацию генераторных датчиков и укажите их особенности. Охарактеризуйте термоэлектрические датчики, изготовленные в виде микросхем. |
| 20 | Объясните общий принцип работы тахометрических датчиков. Составьте сравнительную характеристику синхронных и асинхронных тахогенераторов переменного тока. |
Задание 2. Дать полные ответы на следующие вопросы. Привести необходимые примеры, поясняющие схемы и рисунки.