Тема 2.1.2. Конструкция, принцип работы и схемы включения контактных датчиков.

Тема 2.1.1. Классификация датчиков. Требования, предъявляемые к датчикам.

Датчиком называется устройство автоматики, воспринимающее величину технологического параметра и преобразующее его в электрический сигнал, пропорциональный величине этого параметра.

По принципу преобразования все датчики делятся на 2 группы:

1. Параметрические;

2. Генераторные.

Параметрические датчики преобразуют технологический параметр в параметр электрической цепи (активное, индуктивное или емкостное сопротивления).

Поскольку на выходе параметрического датчика необходимо получить сигнал в виде напряжения, то к нему подключаются внешние источники питания.

Генераторные датчики преобразуют технологический параметр в напряжение, ЭДС или последовательность импульсов.

Генераторные датчики дополнительных источников питания не требуют, так как сами вырабатывают электрическую энергию.

Технологический параметр, который подается на вход датчика, называется входной величиной датчика.

По виду входной величины датчики бывают:

· Частоты вращения n;

· Угловой скорости ω;

· Давления P;

· Усилия F;

· Уровня или высоты H;

· Освещенности E;

· Линейного перемещения ℓ;

· Углового перемещения α;

· Времени t

· Температуры t^o .

Выходной величиной датчика называется электрический сигнал на выходе датчика.

Для параметрических датчиков выходной величиной может быть:

· Активное сопротивление R;

· Индуктивное сопротивление X_L;

· Емкостное сопротивление X_C.

При подключении внешнего источника питания на выходе параметрических датчиков образуется выходной сигнал в виде постоянного или переменного напряжения. Величина этого напряжения будет пропорциональна величине R, X_L или X_C.

Для генераторных датчиков выходной величиной может быть:

· Напряжение U постоянного или переменного тока;

· ЭДС E постоянного или переменного тока;

· Частота последовательности импульсов или частота переменного напряжения f;

· Фаза переменного напряжения ψ.

СР

Требования, предъявляемые к датчикам (Поспелов, с.26-27).

1. Определенность и однозначность зависимости между входной величиной и выходной;

2. Высокая чувствительность к изменением входной величины;

3. Высокое быстродействие;

4. Минимальное обратное воздействие на входную величину или полное его отсутствие;

5. Высокая перегрузочная способность;

6. Устойчивость к воздействиям посторонних факторов и долговечность;

7. Стабильность параметров и характеристик во времени и при изменениях внешних условиях;

8. Простота устройства, малые размеры и масса;

9. Взаимозаменяемость, удобство монтажа и ремонта.

СР

Тема 2.1.4. Конструкция и принцип работы термометров сопротивления и полупроводниковых терморезисторов (Поспелов, с. 29 рис. 2.2).

Эти датчики относятся к параметрическим и преобразуют температуру в активное сопротивление R. Термометры сопротивления основаны на свойстве проводников менять сопротивление при изменении температуры.

Термосопротивления изготовляются из чистых металлов: меди, железа, никеля, платины и т.д.

Электрические сопротивление при нагреве металлов для термосопротивлений не используются ввиду нарушения стабильности характеристик и уменьшения температурного коэффициента сопротивления.

Металлический термометр сопротивления, используя в качестве датчика температуры, выполняется из проволоки 1 диаметром 0,1 мм, намотанной на слюдяной, фарфоровый или кварцевый каркас. Каркас заключен в защитную трубку 2. Сопротивления термометров при нормальной температуре составляет 50-100 Ом.

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы) представляют собой оксиды, сульфиды, нитриды или карбиды металлов (меди, никеля, марганца, кобальта, титана, урана и д.р.). Сопротивление терморезисторов, в отличие от металлов, уменьшается при повышении температуры, т.е. они имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, причем по величине обратно пропорциональной квадрату абсолютной температуры.

Терморезисторы по сравнению с металлическими термосопротивлениями имеют более высокую чувствительность, обладают высоким удельным (до 10³ Ом·см) и общим сопротивлением. Однако довольно большой разброс сопротивлений и меньшая стабильность терморезисторов являются их существенными недостатками. Терморезисторы нашли применение в горной промышленности в аппаратуре защиты обмоток двигателя и подшипников машин от перегрева.

ЗАЧЕТ ПО МОДУЛЮ 2.1.

Модуль 2.2. Преобразовательно-усилительные устройства (ПУУ).

К ПУУ относятся усилители постоянного и переменного тока, импульсные усилители, фазочувствительные усилители, магнитные усилители, преобразователи частоты, преобразователи аналогового сигнала в цифровой (АЦП) и преобразователи цифрового сигнала в аналоговый (ЦАП).

ЗАЧЕТ ПО МОДУЛЮ 2.4

ЦИКЛ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Модуль 2.5. Исполнительные, задающие и сравнивающие устройства.

ЗАЧЕТ ПО МОДУЛЮ 2.5

Тема 2.1.1. Классификация датчиков. Требования, предъявляемые к датчикам.

Датчиком называется устройство автоматики, воспринимающее величину технологического параметра и преобразующее его в электрический сигнал, пропорциональный величине этого параметра.

По принципу преобразования все датчики делятся на 2 группы:

1. Параметрические;

2. Генераторные.

Параметрические датчики преобразуют технологический параметр в параметр электрической цепи (активное, индуктивное или емкостное сопротивления).

Поскольку на выходе параметрического датчика необходимо получить сигнал в виде напряжения, то к нему подключаются внешние источники питания.

Генераторные датчики преобразуют технологический параметр в напряжение, ЭДС или последовательность импульсов.

Генераторные датчики дополнительных источников питания не требуют, так как сами вырабатывают электрическую энергию.

Технологический параметр, который подается на вход датчика, называется входной величиной датчика.

По виду входной величины датчики бывают:

· Частоты вращения n;

· Угловой скорости ω;

· Давления P;

· Усилия F;

· Уровня или высоты H;

· Освещенности E;

· Линейного перемещения ℓ;

· Углового перемещения α;

· Времени t

· Температуры t^o .

Выходной величиной датчика называется электрический сигнал на выходе датчика.

Для параметрических датчиков выходной величиной может быть:

· Активное сопротивление R;

· Индуктивное сопротивление X_L;

· Емкостное сопротивление X_C.

При подключении внешнего источника питания на выходе параметрических датчиков образуется выходной сигнал в виде постоянного или переменного напряжения. Величина этого напряжения будет пропорциональна величине R, X_L или X_C.

Для генераторных датчиков выходной величиной может быть:

· Напряжение U постоянного или переменного тока;

· ЭДС E постоянного или переменного тока;

· Частота последовательности импульсов или частота переменного напряжения f;

· Фаза переменного напряжения ψ.

СР

Требования, предъявляемые к датчикам (Поспелов, с.26-27).

1. Определенность и однозначность зависимости между входной величиной и выходной;

2. Высокая чувствительность к изменением входной величины;

3. Высокое быстродействие;

4. Минимальное обратное воздействие на входную величину или полное его отсутствие;

5. Высокая перегрузочная способность;

6. Устойчивость к воздействиям посторонних факторов и долговечность;

7. Стабильность параметров и характеристик во времени и при изменениях внешних условиях;

8. Простота устройства, малые размеры и масса;

9. Взаимозаменяемость, удобство монтажа и ремонта.

Тема 2.1.2. Конструкция, принцип работы и схемы включения контактных датчиков.

Контактные датчики относятся к параметрическим датчикам, так как преобразуют технологический параметр (температуру, угловое или линейное перемещение, уровень жидкости) в активное сопротивление R = 0 Ом или R = ∞ Ом (по-другому можно сказать, что это сигнал «замкнуто-разомкнуто»).

Примером такого датчика является контактный датчик температуры.

Пока температура в цехе мала, ртуть 2 находится в нижней части стеклянной трубки 1 и не замыкает между собой металлические контактные площадки 3, впаянные в верхнюю часть трубки 1.Поэтому сопротивление между этими контактными площадками R= ∞ Ом (сигнал «разомкнуто»). Реле KL не включено, так как через его катушку ток не течет, а значит, его контакты в цепи двигателя М разомкнуты. Двигатель М не вращается, а значит, не вращаются лопасти вентилятора, расположенные на его валу.

При увеличении температуры ртуть замыкает две нижние контактные площадки, сопротивление между ними становится равным R = 0 Ом (сигнал «замкнуто»). По катушке реле KL начинает течь ток, оно срабатывает и замыкает свой контакт в цепи питания двигателя. Двигатель и вентилятор вращаются, нагнетая в помещение холодный воздух. Температура в цехе понижается до нормальной, контакты датчика вновь размыкаются и вентилятор с двигателем останавливаются.

Если температура в цехе повысится до аварийной, то замкнутся нижняя и верхняя контактные площадки. Сигнал «замкнуто» поступает в систему аварийной сигнализации.

СР

Контактный датчик линейного перемещения.

Этот датчик преобразует линейное перемещение ℓ изделия по ленте конвейера в сигнал «замкнуто-разомкнуто».

Пока изделие находится на ленте конвейера вдали от щупа, контакты датчика разомкнуты, а сопротивление на его выходе R=∞ Ом. Как только изделие подойдет к щупу и надавит на него, контакты датчика замкнуться и на его выходе появится сопротивление R=0 Ом. Этот сигнал поступит в систему автоматики (например, на катушку реле и она отключит двигатель, вращающий ленту конвейера).