Якорем реле язичкового типу

Рис 12 - Поляризовані електромагнітні реле з підковоподібним магнітом (а),

з роздвоєним полюсом магніту(б),

з мостовим магнітним колом (в).

Поляризовані реле мають рухомий якір і нерухому обмотку, однак осердя реле містить постійний магніт, який надає реле чутливості до напрямку струму (поляризує реле). Кілька ви­дів конструкцій поляризованих реле зображено на рис. 12.

У першій конструкції (рис. 12, а) магніт 1 має підковопо­дібну форму. Залежно від напрямку струму якір 2 намагнічу­ється в тому або іншому напрямку й, переміщуючись всередині нерухомої котушки З, притягується до одного або другого по­люса магніту 1, замикаючи відповідні контакти 4 або 4’.

У другій конструкції (рис. 12,6) реле з роздвоєним полю­сом магніту /, на магнітопровід 5 надіто дві з’єднані послідовно котушки З і 3’. При певному напрямку струму поле в одному магнітопроводі підсилюється, а в другому — ослаблюється і якір 2 притягується до магнітопроводу, у якого сильніше маг­нітне поле, замикаючи контакти 4’. При зміні напрямку струму замикаються контакти 4.

Третя конструкція поляризованого реле (рис. 12, в) має мостове магнітне коло. Якір 2, перемагнічуючись при зміні на­прямку струму в котушці 5, повертається всередині котушки й замикає контакти 4 або 4’. Мостове магнітне коло може мати різні конструктивні варіанти.

Поляризовані реле характеризуються високими чутливістю й швидкістю дії. Потужність спрацювання реле досягає значень від 10 ¯¹ до 10¯5 вт. Тривалість спрацювання знаходиться в ме­жах 1—5 мсек.

В електромагнітних реле змінного струму необхідно створи­ти два магнітних потоки, зсунутих один відносно одного за фа­зою так, щоб тягове зусилля ніколи не знижувалось до нуля.

Конструкцію реле змінного струму телефонного типу подано на рис. 13. Полюс осердя 1 реле роздвоєно й на одну його половину надіто мідний короткозамкнений виток 2, в якому ви­никає є. р. с, а отже, й струм. Останній створює магнітний потік Ф2, який відстає за фазою на кут φ від магнітного потоку Ф1, що проходить через вільну половину полюса.

Рис 13 - Будова(а), векторна діаграма магнітних потоків (б) і тягових зусиль (в) електромагнітного реле змінного струму

Рис 14 - Реле магнітоелектричне

Конструкцію магнітоелектричного реле показано на рис. 14. Якщо пропустити струм через рамку З, то остання повертатиметься в магнітному полі постійного магніту 4. На рамці закріп­люється важіль 2 з рухомим контактом, який залежно від на­прямку струму в рамці замикається з нерухомим контактом 1 або 1’. При припиненні подачі струму рамка під дією пружини повертається у вихідне положення, а контакти розривають коло.

Магнітоелектричні реле найчутливіші в порівнянні з усіма реле інших типів. Потужність спрацю­вання магнітоелектричних реле мо­же становити лише 10¯10 вт. Трива­лість спрацювання становить деся­ті частки секунди. Недоліком реле є невелика потужність контактів внаслідок малого тиску між ними.

В електротермічних реле використовується розширення твер­дого тіла, рідини або газу при нагріванні електричним струмом. Два типи електротермічних реле показано на рис. 15.

Рис 15 - Електротермічне реле з

біметалевими пластинками (а)

і з розширюваним газом (б)

Електротермічне реле з біметалевими пластинками зображе­но на рис. 15, а. Таке реле являє собою біметалеву пластинку 1, яка містить два шари металів з різними коефіцієнтами ліній­ного розширення й на якій закріплено контакт 2 і обмотку 4. Якщо через обмотку пропускати струм, то біметалева пластинка нагрівається й завдяки різному видовженню шарів металів ви­гинається, замикаючи контакт 2 з контактом 2’. Щоб усунути вплив температури навколишнього середовища, контакт 2’ за­кріплюють на такій самій біметалевій пластинці 3. Іноді біме­талеві пластинки вміщують у вакуум.

Застосовують також таку конструкцію реле, коли при до­сягненні певної температури контакт стрибком переходить з одного положення в інше. Потужність спрацювання електро­термічних реле з біметалевими пластинками становить не мен­ше кількох ватів, а тривалість спрацювання коливається в межах від десятих часток секунди до кількох секунд. Іноді такі реле використовують як реле часу з тривалістю спра­цювання до 10 хв.

Електротермічне реле з розширюваним газом показано на рис. 15, б. У скляний балон 1 спеціальної форми вміщають водень, який нагрівається за допомогою спіралі 4, і ртуть. При нагріванні водень витісняє ртуть, розриваючи контакт між час­тинами об’єму ртуті, з’єднаними з виводами 2 і 2’.

Крім того, існує багато різних типів електротермічних реле з металевими волосками, що видовжуються, з плавким мета­лом та інших конструкцій.

З гідравлічних реле в системах автоматики обладнання закладів ресторанного господарства застосовують золотникові реле (рис. 16). При переміщенні золотника вправо або вліво від нейтрального (середнього) положення з напірною лінією від­повідно сполучається ліве або праве вікно корпуса. Золотник переміщується під тиском рідини, подаваної в торцеві порож­нини— ліву 2 для переміщення золотника вправо й праву 3 для переміщення золотника вліво.

Рис 16 - Схема золотникового реле

Такі золотникові реле випускають для дуже широкого діапазону зусиль спрацювання (від десятків грамів до десятків кілогра­мів) і керування (від одиниць до сотень кілограмів) при коефіцієн­ті підсилення 1000 і більше та тривалості спрацювання від 0,1 до 10 сек.

Пневматичні реле мають аналогічну будову. Вони менш потужні, ніж гідравлічні. Коефіцієнт підсилення досягає 100 при зусиллі керування до 10 кг.

Лекція 3

Сприймаючі елементи. Вимірювання температури

План

1. Класифікація і характеристика вимірювальних перетворювачів.

2. Вимірювання температури

2.1. Механічні термометри.

2.2. Манометричні сприймаючі елементи.

2.3. Термометри опору.

2.4. Термоелектричні термометри.

Література: 1,С.140-146;2,С.74-164;3,С.98-107.

1. Класифікація і характеристика вимірювальних перетворювачів

Вимірювання певної величини полягає в порівнянні її з іншою однорідною величиною,що прийнята за одиницю і називається мірою.

Розрізняють вимірювання прямі,побічні і сукупні.

При прямих вимірюваннях значення вимірюваної величини визначається безпосереднім порівнянням її з мірою або шляхом порівняння з іншою фізичною величиною, однозначнго зв’язаною з вимірюваною.

Існує три основних методи прямих вимірювань:безпосереднє визначення, компенсаційне і диференціальне. Методом безпосереднього визначення вимірювана величини прямо перетворюється в числове значення за показниками приладу. Компенсаційний метод вимірювання полягає у зрівноваженні невідомої величини за допомогою відомої. Диференціальний метод базується на визначенні приладам різниці між вимірюваною і зразковою величинами.

Побічні вимірювання дозволяють знайти значення вимірюваної величини за даними прямих вимірювань інших величин, пов’язаних певними співвідношеннями з вимірюваною.

Сукупні вимірювання базується на розв’язанні системи рівнянь,отриманих в результаті прямих вимірювань однієї або декількох фізичних (хімічних) величин.

Пристрої, призначені для прямого або побічного порівняння вимірюваної величини з одиницею вимірювання,називаються вимірювальними приладами. Для складу вимірювального приладу входять сприймаючий пристрій (первинний перетворювач-датчик), передаючий пристрій і вторинний прилад.

При вимірюваннях отриманий результат не буде абсолютно точним і має похибку. Похибки вимірювань можуть бути систематичними, випадковими і грубими.

Різниця між показниками вимірювального приладу і дійсним значенням вимірюваної величини називається абсолютною похибкою вимірювання. Абсолютна похибка приладу, прийнята з оберненим знаком, називається поправкою.

Відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини є відносною похибкою.

Чутливість вимірювального приладу характеризується відношенням лінійного або кутового переміщення показника (стрілки, пера) до зміни значення вимірюваної величини. Найменша зміна значення вимірюваної величини, яка здатна змінити покази вимірювального приладу, приймається як поріг чутливості приладу.

2. Вимірювання температури

Датчиком тем­ператури називають пристрій, який перетворює температуру в будь-яку іншу величину (електричну, механічну тощо).

Залежно від будови й конструкції датчики температури по­діляють на механічні, манометричні, розширення, термоелек­тричні, опору й пірометри випромінювання. Орієнтовні межі зміни температури, при яких датчики використовуються найефективніше, подано в табл. 1.

Виходячи з температурних меж використання датчиків тем­ператури, можна зробити висновок, що в закладах ресторанного господарства для автоматизації теплових апаратів можуть бути використані механічні, манометричні, термоелек­тричні й термометри опору. Термометри розширення не можна застосовувати: ртутні через те, що їх не дозволяється вводити в технологічні апарати підприємств громадського харчування, термометри з органічними рідинами через низьку верхню межу температури, а пірометри випромінювання через високу темпера­турну межу.

Механічні термометри поділяють на біметалеві й дилатометричні.

Біметалевий сприймаючий елемент являє собою пластину або спіраль, зроблену з двох металів, які характеризуються різними значеннями коефіцієнта розширення. При зміні температури біметалева пластина або спіраль деформується, приводячи в рух вказівну стрілку або елемент, який перетворює переміщення в електричний сигнал.

Метал з малим коефіцієнтом розширення називають пасив­ним. Як пасивний метал використовують залізонікелеві сплави (ЗН-36 —35—37% нікелю й 64% заліза; ЗН-42 —42% нікелю й 58% заліза). Метал з великим коефіцієнтом розширення на­зивають активним. Як активний метал використовують хромо­нікелеву й молібденонікелеву сталі, латунь, бронзу та інші сплави.

Біметалеві елементи прості за конструкцією, порівняно не­дорогі й придатні для роботи в широкому діапазоні темпе­ратур.

В закладах ресторанного господарства біметалеві дат­чики використовують у терморегуляторі ТР-1, регуляторі потужності БРМ-1, захисних газових клапанах та інших пристроях,призначених для підтримання на заданому рівні температури в теплових апаратах або виконання ролі захисних і блокувальних пристроїв.

Таблиця 1

Орієнтовні межі зміни температури для різних датчиків температури

Ділатометричний сприймаючий елемент складається з стержня й трубки, зроблених з металів, які характеризуються різними значеннями коефіцієнта лінійного розширення, напри­клад, з сплаву ЗН-36 (інвар) і латуні. Ці метали стикаються в одній точці, тому при зміні температури кінець стержня пере­міщується відносно кінця трубки. Зміна цієї відстані спричи­няється до зміни положення контактів електричного кола, яке живить нагрівальні елементи теплових апаратів. Дилатометричні сприймаючі елементи використовують у терморегуляторах ТР-170, ТР-200, ТРД-1, ТЧДЗ та інших приладах, які засто­совуються для підтримання температури на певному рівні в смажильних шафах побутових електроплит і апаратах, де необ­хідно регулювати температуру рідини або газу.

Манометричний сприймаючий елемент виконують у вигляді термобалона (термопатрона), герметично сполученого з пруж­ним елементом — сильфоном або мембраною. Термопатрон за­повнюють рідиною або газом. Для .цього застосовують спирт, ртуть, насичену пару, інертний газ. Термопатрон сполучається з пружним елементом безпосередньо або за допомогою капіляр­ної трубки.

При зміні температури навколишнього середовища зміню­ється тиск у системі, завдяки чому пружний елемент перемі­щується. Це переміщення передається на покажчик температу­ри або на систему контактів, які керують електричним колом.

В закладах ресторанного господарства широко засто­совують манометричні термометри, сигналізуючі типу ТС і електроконтактні типу ЗКТ. Ці прилади мають герметичну термоcистему, яка складається з термобалона, капіляра й трубчас­тої одновиткової пружини. Два датчики температури забезпечують сигналізацію про досягнення мінімальної й максималь­ної температури, а також трипозиційне регулювання.

Манометричні датчики можна застосовувати у схемах регу­лювання температури в теплових апаратах з різними видами нагрівання. Для регулювання температури нагріву в смажильних і кон­дитерських шафах застосовують манометричні терморегулятори типу ТР, які являють собою регулятори прямої дії й застосо­вуються без проміжних елементів, бо сумарна потужність трьох контактів становить 4500 вт. Терморе­гулятори типу ТР не мають індикато­рів. Необхідну температуру нагріву задають поворотом спеціальної ручки. Промисловістю випускаються термо­регулятори типу ТР з такими діапа­зонами регульованих температур, °С: 50—100, 100—150, 150—200, 100—350.

Рис 17 - Схема включення

Термопари

Термоелектричний датчик являє собою термопару, тобто прилад, прин­цип дії якого ґрунтується на виник­ненні в місці спаю двох різнорідних металів термо-е. р. с, при­чому величина останньої залежить від температури нагріву спаю. Схему включення термопари подано на рис. 17.

Якщо точку в стикання двох різнорідних речовин підігріва­ти, то на холодних кінцях а і б цих речовин виникає термо-е. р. с, величина якої залежить від хімічних властивостей речовин, що стикаються, й різниці температур між кінцями а, б і в. Особливо велика термо-е. р. с. у деяких напівпровідників.

Для порівняльної оцінки деяких термопар далі наводяться зна­чення їх термо-е. р. с:

Термопара Термо-е. р. с,мв/град

Хромель-алюмель......................420

Хромель-копель.........................620

Залізо-константан.......................53

Манганін-константан..................50

Нікель-залізо..............................34

Срібло-платина...........................12

Мідь-манганін.............................1,5

Для виготовлення термопар застосовують хромель — сплав, який містить близько 90% нікелю й близько 10% хрому, алю­мель—сплав, що містить 95% нікелю, а решта — алюміній, кремній і магній, а також копель— сплав, який містить 43,5% нікелю й 56,5% міді.

При використанні термопари як датчика температури її за­здалегідь градуюють, тобто визначають залежність термо-е. р. с. від температури робочого спаю. Градуювання здійснюють при певній температурі вільних кінців, звичайно при температурі 0 або 20е С.

Як термоелектродні матеріали звичайно застосовують ме­тали й сплави, які дають можливість тривалий час вимірювати температуру від від’ємних значень до +1ЗОО°С і вище.

Конструктивні форми виконання термопар дуже різноманіт­ні. Є термопари великого розміру, які вміщують у промисло­ві печі, поряд з мініатюрними термопарами, які працюють у вакуумі. Всі термопари тією або іншою мірою характеризу­ються тепловою інерцією. Стала часу термопар залежить від конструкції й змінюється від кількох хвилин до десятих часток секунди.

Термометри опору (термоопори) застосовують як для вимі­рювання температури, так і для визначення швидкості потоку рідини або газу, складу газу, теплопровідності та деяких інших величин.

Термоопори — це опори, зроблені з металів або напівпро­відників, властивості яких залежать від температури нагріву. У чистих металів опір монотонно зростає при підвищенні тем­ператури, причому ця залежність відзначається стабільністю. Металеві термоопори роблять з міді, сталі, нікелю, платини. Напівпровідникові термоопори (термістори) виготовляють з окислів металів (окису міді, нікелю, марганцю тощо), а також з сульфідів, нітридів і карбідів цих металів. Опір напівпровід­никових термоопорів у 1010 — 1012 разів перевищує опір мета­левих, причому при підвищенні температури їх опір зменшу­ється, тобто напівпровідникові термоопори характеризуються від’ємним температурним коефіцієнтом.

Термоопори можна використовувати як датчики при перетво­ренні неелектричних величин в електричні. Прикладом цього можуть бути термоопори, застосовувані в анемометрах і ваку­умметрах.

Анемометром називають пристрій, який призначається для вимірювання швидкості потоку газу. Схематичне зображення термоопору в анемометрі наведено на рис. 18. Термоопір являє собою тонкий платиновий волосок т — п, припаяний до двох струмопідвідних стояків так, що він розміщується на шляху га­зового потоку. Через волосок пропускають струм строго постій­ної величини, завдяки чому волосок нагрівається до певної тем­ператури. У міру зміни швидкості газового потоку змінюється тепловіддача волоска. Температура й опір волоска при цьому змінюються. Таким чином, вимірюючи опір волоска, можна су­дити про швидкість газового потоку. В одній з таких конструкцій збільшення швидкості газового потоку від 5 до 20 м/сек спри­чиняється до зменшення електричного опору волоска приблизно від 5,0 до 3,5 ом.

Схему використання термоопору у вакуумметрі показано на рис. 19. Принцип дії вакуумметра ґрунтується на зниженні теплопровідності газу при зменшенні тиску. У скляний балон, який сполучається з простором, де вимірюється вакуум, помі­щають тонкий платиновий волосок, що нагрівається струмом. При зменшенні тиску знижується теплопровідність газу, тепло­віддача погіршується, а температура волоска та його електрич­ний опір зростають.

Рис 18 - Схема використання Рис 19 - Схема використання термоопору

термоопору в анемометрі у вакуумметрі

В обладнанні закладів ресторанного господарства широко використовують датчики температури для автоматич­ного контролю й керування параметрами технологічного про­цесу (ТР-1 для підтримання на заданому рівні температури в камерах смажильних і кондитерських шаф, ТРД для побутових електроплит, БРМ-1 для періодичного вмикання нагрівальних елементів, АГВ-80 для регулювання температури або рідини в будь-якому об’ємі тощо).

Лекція 4

Сприймаючі елементи вимірювання тиску, рівня,

лінійних розмірів виробів

План

1. Вимірювання тиску і розрідження

2. Вимірювання рівня

3. Вимірювання і контроль складу і якості речовини

4. Вимірювання лінійних розмірів виробів

Література: 1,С.147-150,196-200;2,С.95-110;3,С.109-121.

1. Вимірювання тиску і розрідження

Датчики тиску являють собою сприймаючі елементи різно­го роду реле й регуляторів тиску (електронні манометри, пресостати, вимикачі максимального тиску, моноконтролери, вими­качі низького тиску, регулювальні вентилі тощо).

Конструктивно їх поділяють на сильфони, плоскі мембрани, манометричні трубки, багатовиткові манометричні трубки, еле­менти, в яких використовується різниця тиску, тощо. Різні типи сприймаючих елементів датчиків опору показано на рис. 20.

Рис 20 - Сприймаючі елементи датчиків тиску

Ці елементи звичайно виготовляють з латуні або нержавіючої сталі. У деяких конструкціях мембрани виготовляють з спеці­альної гуми або прогумованого полотна.

Апарати автоматики встановлюють так, щоб вони спрацьо­вували тоді, коли тиск досягає заданої величини (максимальної або мінімальної).

Схему датчика тиску газу, який контролює й підтримує за­даний тиск за допомогою періодичного вмикання й вимикання компресора, показано на рис. 21.

Працює датчик тиску газу так. При збільшенні тиску в контрольованій системі вище заданого рівня підіймається тиск і в коробці сильфона. При цьому сильфон 2стискується й тисне на важіль 8,повертаючи його навколо осі 7 і переборюючи опір пружини 6.Тяга 4,з’єднана з важелем 8,переміщується в напрямних 5 вниз,і контакти 3 замикаються, відключивши компресор. Коли тиск у контрольованій системі знизиться, сила пружини 6 перевищить тиск газу на сильфон 2 і поверне важіль 8 назад, контакти 3 розімкнуться, завдяки чому компресор увімкнеться.

Датчик тиску води з сприймаючим елементом у вигляді плос­кої мембрани показано на рис. 22. При певному тиску в системі стержень 2 тисне на контакт мікроперемикача 1 і систе­ма приводиться в робочий стан. Силу пружини З і пружність мембрани 4 розраховано так, що при заданому тиску вони урівноважуються. Якщо тиск у системі стає нижчим від потрібного, мембрана 4 під дією пружини прогнеться вниз і стержень 2 опуститься, звільнивши контакт мікропере­микача, завдяки чому в системі ввімкнеться пристрій, який підвищує тиск (наприклад, насос).

Рис 21 - схема датчика тиску газу

Рис 22 - Схема датчика тиску води

Датчики рівня. Сприймаючими елементами в датчиках рівня можуть бути поплавки, термочутливі елементи, електричні опо­ри, електроди тощо. Деякі сприймаючі елементи датчиків рівня показано на рис. 23.

Найпоширенішим сприймаючим елементом датчиків рівня є поплавок (рис. 23, а). Поплавки мають форму кулі, циліндра й розміщуються в поплавковій камері. Такі елементи викори­стовують у холодильних камерах, кип’ятильниках безперервної дії, торговельних автоматах.

Термочутливі елементи (рис. 23, б) використовують для ви­значення рівня рідини, якщо її температура відрізняється від температури навколишнього середовища. Термопатрон установ­люють на заданій висоті. Коли рівень рідини досягає термопатрона, температура останнього змінюється. У термочутливій системі змінюється тиск і спрацьовують електричні контакти, зв’язані з нею (у даному разі з сильфоном).

Термоопір (рис. 23, в) при зміні рівня рідини змінює серед­ню температуру провідника, зануреного в рідину, а отже, й свою температуру. Якщо цей опір включено в коло електричного струму, то змінюватиметься величина цього струму залежно від рівня рідини.

У торговельних автоматах для контролю рівня води або си­ропу застосовують електродні датчики рівня. Принципіальну електричну схему електродного рівнеміра наве­дено на рис. 24.

У бак Б введено два електроди Е1 і Е2. Електроди ізольова­ні один від одного й мають різну довжину. Електрод Е1 при­значається для контролю верхнього рівня води в баку Б, а електрод Е2 — нижнього рівня. При відсутності води в баку або при її рівні, нижчому від заданого, реле РІ обезструмлене, бо між електродом Е1 і корпусом бака Б нема електричного контакту. Котушка магнітного пускача П через нормально замк­нений контакт 1Р1 включається в електричне коло й електро­двигун насоса починає працювати, підкачуючи воду в бак. Коли рівень води досягне верхньої границі, тобто верхнього електро­да Е1, то між останнім і корпусом бака Б виникне електричний контакт, струм проходитиме через обмотку реле Р1 і контакт 1Р1 розімкнеться, відключивши магнітний пускач, а отже, й на­сос. Подача води в бак припиниться. Контакти 2Р1 замкнуться й підключать електрод Е2 паралельно електроду Е1. При зни­женні рівня води обмотка реле Р1 буде під струмом доти, поки не оголиться електрод Е2, підключений паралельно електроду Е1, тобто поки вода в баку не досягне нижнього граничного рівня. Проходження струму через обмотку реле Р1 припиниться, контакт 1Р1 замкнеться, а контакт 2Р1 розімкнеться й процес наповнення бака повториться.

Рис 23 - Сприймаючі елементи датчиків рівня

Наявність сиропу контролюють за допомогою електрода ЕЗ, введеного в живильну трубку. При наявності сиропу в живиль­ній трубці обмотка реле Р2 знаходиться під струмом, бо сироп забезпечує електричний контакт між електродом ЕЗ і корпусом живильної трубки. При замиканні контакту 1Р2 засвічується сигнальна лампочка Л, указуючи на наявність сиропу. Якщо рівень сиропу буде нижчий від заданого, контакту між елек­тродом ЕЗ і корпусом трубки не буде, реле Р2 обезструмлюється й лампочка Л гасне.

За таким самим принципом працюють датчики в електроки­п’ятильниках КНЄ, забезпечуючи захист від «сухого ходу» й переповнення збірника кип’ятку.

Гравітаційні датчики. У торговельних автоматах і монетних механізмах широко застосовують датчики сили ваги, або, як їх ще називають, гравітаційні датчики (рис. 25).

У цих датчиках сприймаючим елементом є важіль 2 з мікроперемикачем 4. Монета або жетон 1 під дією сили ваги ударяє по важелю 2, завдяки чому ва­жіль відхиляється вниз, а інший його кінець натискує на кнопку мікроперемикача 4, який, переключаючи свої контакти, приводить у дію відповідні електричні виконавчі кола. Коли монета або жетон пройде в касу 3, важіль 2 і контакти мікроперемикача повертаються в вихідне положення.

Рис 24 - Принципіальна електрична схема електродного

рівнеміра

Рис 25 - Датчик сили ваги (гравітаційний)

3. Випромінювання і контроль складу і якості речовини

Вимірювання кольоровості і прозорості.

Вимірювання кольоровості й прозорості рідини й газу має дуже важливе значення для визначення концентрації роз­чинів, дисперсій, наявності й концентрації домішок. При вимі­рюванні кольоровості й прозорості рідин і газів використовують оптичні методи, які ґрунтуються на вбиранні (фотоколориметри) й розсіюванні (нефелометри) світла.

Вбирання світла речовиною визначається його фізичними й хімічними властивостями. Воно характеризується селективністю за довжиною світлової хвилі, що визначає забарвлення речо­вини. У розчині з прозорим і безбарвним розчинником світло вбирається тільки розчиненою речовиною. Контрольована кон­центрація розчиненої речовини зв’язана з інтенсивністю світло­вого променя, який проходить крізь розчин, складною нелінійною залежністю. Тому для вимірювання кольоровості або прозорості використовують компенсаційні схеми, коли за допомогою оптич­ного клина з певною оптичною густиною вирівнюють ослабле­ний світловий потік, який проходить крізь контрольований розчин.

Схему автоматичного фотоколориметра з компенсаційним

клином показано на рис. 26.

Працює цей фотоколориметр так. Джерело світла 1 (лам­па розжарення) створює два світлових промені, які через однакові лінзи 2, призми З і світлофільтри 4 падають на фото­елемент 11. При цьому один з світлових променів проходить че­рез кювету 13 с досліджуваним розчином, а інший — через дис­ковий оптичний поворотний клин 7 з еталонною рідиною. На шляху обох світлових променів установлено дисковий оптичний обтюратор 14 з вирізами (світловий комутатор). Останній при­водиться в обертання за допомогою синхронного електродвигу­на 12 і має такі вирізи, при яких частота обох світлових пото­ків дорівнює частоті живильного струму, а світлові потоки зсу­нуті один відносно одного на половину періоду. Якщо один про­мінь падає на фотоелемент, то іншому заступає шлях виступ обтюратора.

Рис 26 - Схема автоматичного фотоколориметра з компенсаційним клином

При однаковій інтенсив­ності обох світлових потоків, зсунутих на половину періоду один відносно одного, ре­зультуючий струм фотоеле­мента буде постійним. Якщо світлові потоки неоднакові, то результуючий струм фо­тоелемента містить змінну складову, фаза й величина якої визначаються сумою світлових потоків. Ця змінна складова підсилюється під­силювачем напруги 10 і над­ходить на тиратронний під­силювач потужності 9. За­лежно від фази змінної складової, що, в свою чергу, залежить від того, який світловий потік більший, тиратронний підсилювач потужності виробляє сигнал відповідної полярності, подаваний на реверсивний електродвигун 8. Вал останнього обертатиметься так, щоб, переміщуючи оптичний поворотний клин, скомпенсувати неоднаковість світлових потоків. При одна­ковості світлових потоків змінна складова дорівнюватиме нулю. На виході підсилювачів напруги не буде, й двигун зупиниться. Оптичний поворотний клин зв’язано з системою дистанційного вимірювання 5 і стрілочним приладом 6, який дає відлік.

При використанні явища розсіювання світла, властивого всім дисперсним системам (частинки дисперсної фази розсію­ють видиме проміння, яке падає на них), вважають, що справж­ні розчини й молекулярні суміші не розсіюють видиме промін­ня. Якщо частинки дисперсної фази перевищують за розмірами довжину хвилі падаючого світла (0,4—0,7 мкм), то вони від­бивають і заломлюють світлові промені на границі поділу двох фаз. У цьому разі світлові промені з різною довжиною хвилі розсіюються однаково й розсіяне світло має такий самий колір, як і падаюче. Якщо частинки дисперсної фази за розмірами менші від довжини хвилі падаючого світла (в колоїдних розчи­нах), то світловий потік лише заломлюватиметься (це пояснюється дифракцією світлових променів). У цьому разі світлові промені різного кольору розсіюватимуться по-різному, причому світлові промені з малою довжиною хвилі розсіюються значно інтенсивніше, ніж промені з великою довжиною хвилі. Тому ін­тенсивність розсіяного світла залежить від інтенсивності па­даючого світла, кількості розсіюючих світло частинок в одини­ці об’єму дисперсії (концентрації), розмірів цих частинок і довжини хвилі світла.

Розсіювання світла супроводжується поляризацією його, яка залежить від кута спостереження. Метод дослідження розчинів,який ґрунтується на використанні розсіювання світла, найчастіше застосовують для дослідження колоїдних розчинів.

Фотоелектричні нефелометри за будовою нагадують фотоколориметри, маючи при цьому такі відмінності:

· джерело світла повинне бути потужним, бо інтенсивність розсіяного світла низька

· використовуються монохроматичні джерела світла, бо роз­сіювання може залежати від довжини хвилі світлових променів

· передбачається можливість зміни кута падіння світлового променя на контрольовану рідину, щоб урахувати явище поля­ризації

· застосовуються фотопомножувачі, бо звичайні фотоелементи характеризуються недостатньою для цього випадку чутливістю

· замість еталонної рідини застосовується матове скло

Вимірювання вологості твердих матеріалів і газів.

Тверді матеріали містять вологу з різними форма­ми зв’язку. Зв’язок вологи з твердим тілом може бути хіміч­ним, фізико-хімічним або фізико-механічним.

Під хімічним зв’язком розуміють найміцніший зв’язок, який визначається іонними й молекулярними взаємодіями. Хімічно зв’язана волога (гідратна) входить до складу молекули волого­го матеріалу й втрачає свої індивідуальні властивості, якими вона характеризується у вільному стані. Наприклад, якщо ді­електрична проникність є чистої води становить 81, то діелек­трична проникність хімічно зв’язаної води різко знижується, ста­новлячи 2—3.

Фізико-хімічний зв’язок води з твердим тілом обумовлюєть­ся адсорбційними і осмотичними зв’язками, які мало впливають на фізичні параметри води. При такому зв’язку звичайно зни­жується пружність насиченої пари.

Фізико-механічний зв’язок — це найслабкіший зв’язок воло­ги з твердим тілом, при якому фізичні характеристики води не змінюються й воду можна порівняно легко видалити з твердого тіла (пресуванням, центрифугуванням, сушінням тощо).

Іноді в твердому тілі вода буває зв’язана всіма цими видами зв’язку. Слід відмітити, що чітко розмежувати ці види зв’язку не завжди можливо.

Вологість твердого тіла можна вимірювати електричними або електрофізичними методами.

Електричні методи вимірювання вологості твердого матеріа­лу ґрунтуються на функціональній залежності електричних па­раметрів цього матеріалу від вологості.

Розрізняють кондуктометричний і ємніс­ний методи вимірювання вологості.

Кондуктометричний метод полягає в тому, що вимірюється провідність або опір матеріалу постійному струму або змінному струму низької частоти, а оскільки опір і провідність зв’язані функціональною залежністю з вологістю матеріалу, то за ними можна визначити й вологість матеріалу. Вирішальним фактором щодо чутливості й точності вимірювання є характер функціо­нальної залежності питомого об’ємного опору о матеріалу від його вологості ω. Цей метод може бути застосований для визна­чення низької вологості (ω< 15/20%), бо зменшення вологості на одиниці процентів (при вологості нижче 30%) спричиняється до збільшення питомого об’ємного опору на порядок, але яри високій вологості (понад 30%) питомий об’ємний опір дуже мало залежить від вологості.

При ємнісному методі вимірювання вологості твердих мате­ріалів використовують струми високої частоти.

При цьому методі чутливість і точність вимірювання визна­чаються залежністю діелектричної проникності досліджуваного матеріалу від вологості: ε(ω). Для абсолютно сухих твердих матеріалів ε = 2 ...6, а для води ε = 81. При збільшенні вологості діелектрична проникність твердих матеріалів зростає.

Кондуктометричні електровологоміри являють собою прила­ди для вимірювання великих опорів у широкому діапазоні від 103 —104 до 1010—10м ом.

До електрофізичних методів вимірювання вологості твердих матеріалів належать радіоактивний, електрогігрометричний, а також метод ядерного магнітного резонансу.

Радіоактивний метод вимірювання вологості ґрунтується на різному впливі на ослаблення радіоактивного проміння вологи й сухого матеріалу, а також на уповільненні швидких нейтронів атомами водню вологи матеріалу. Однак цей метод ще не набув застосу­вання в обладнанні закладів ресторанного господарства.

Електрогігрометричний метод ви­мірювання вологості твердих матері­алів полягає у визначенні електричних властивостей гігроскопічного (волого-чутливого) елемента, який перебуває в стані гігротермічної рівноваги щодо контрольованої речовини. У цьому разі побічне вимірювання вологості речовини здійснюють завдяки перетворенню її в зміни електричних властивостей вологочутливого (електрогігрометричного) датчика, який може контакту­вати з контрольованим матеріалом або бути відділеним від ньо­го повітряним прошарком.

Вимірювання вологості газів.

Для правильної експлуатації опалювально-венти­ляційних систем при створенні мікроклімату у виробничих при­міщеннях, для правильного проведення процесів сушіння неаби­яке значення має вимірювання вологості газів, в основному, по­вітря. Звичайно вимірюють відносну вологість повітря, під якою в цьому разі розуміють відношення ваги водяної пари, що дійс­но знаходиться в газі, до її гранично можливої (насичуючої) ваги приданій температурі.

Відносну вологість будь-якого газу можна приблизно визна­чити як відношення пружностей водяної пари: дійсної й при насиченні при даній температурі або як відношен­ня об’ємної ваги водяної пари при дійсній пружності і об’єм­ної ваги водяної пари при насиченні при даній температурі.

Для вимірювання відносної вологості газів найчастіше застосовують такі методи: психрометричний, точки роси (конденса­ційний) і електрогігрометричний.

В основі психрометричного методу лежить психрометричний ефект, суть якого полягає в залежності інтенсивності випарову­вання вологи та її усталеної температури від відносної вологості навколишнього газу. При цьому вимірюють різницю темпера­тур , які показують звичайний термометр (що називається сухим) і термометр із зволоженою поверхнею (що називається во­логим). Цю різницю температур називають психрометричною.

Метод точки роси полягає в тому, що характеристика будь-якого газу при даному тиску однозначно визначається будь-якою парою з таких параметрів: вологовмісту, тепломісткості, температури, відносної вологості, густини і парціальної пружності водяної пари.

Електрогігрометричний метод вимірювання відносної воло­гості газів ґрунтується на використанні залежності будь-якого електричного параметра, виготовленого з гігроскопічного мате­ріалу датчика, який перебуває в гігротермічній рівновазі з до­сліджуваним газом, від вологості останнього.

Розрізняють сорбційні й електролітичні елементи датчиків. У сорбційних елементах волога сорбується речовиною елемента й при цьому змінюється електричний опір, функціонально зв’яза­ний з відносною вологістю навколишнього газу. У техніці сорб­ційні елементи широкого застосування не мають, бо вони потре­бують індивідуального тарування й їм властива нестабільність характеристик. В електролітичних елементах використовують явище депресії — зниження пружності насиченої пари розчину електроліту в порівнянні з пружністю насиченої пари чистого розчинника. Величина депресії однозначно зв’язана з концентра­цією електроліту. Цим методом найчастіше користуються для забезпечення заданої відносної вологості повітря в замкненому просторі.

4. Вимірювання лінійних розмірів виробів

Пристрої для автоматичного контролю лінійних розмірів виробів можна класифікувати за різними ознаками. Найважливішими з них є такі:

· наявність або відсутність впливу контролюючого пристрою на технологію обробки виробу, яка визначає величину розміру

· наявність або відсутність, а також місце перетворення первинного імпульсу

· ступінь автоматизації контролю

Залежно від наявності або відсутності впливу на технологію обробки виробу контролюючі пристрої можна поділити на дві групи: пристрої активного контролю й пристрої пасивного кон­тролю.

Пристрої активного контролю діють на механізми, які вхо­дять до складу технологічної лінії по обробці виробу, зміню­ючи перебіг технологічного процесу (його параметри).

Розрізняють такі різновиди систем активного контролю.

1. Пристрої для контролю розмірів виробу, які припиняють обробку виробу, як тільки він набуде певних розмірів, або автоматично змінюють режим обробки у відповідний момент. Ці пристрої можуть контактувати з вимірюваним виробом або ґрунтуватись на інших принципах (пристрої безконтакт­ної дії).

У пристроях, в яких використовується контактний метод контролю, первинний вимірювальний орган має вимірювальний наконечник, який тим або іншим способом притискується до по­верхні контрольованого виробу. Загальними недо­ліками контактних прист­роїв є спрацювання кон­тактних наконечників і можливість пошкодження поверхні виробу, труд­нощі або неможливість використання контактних пристроїв при великих швидкостях обробки ви­робу або при високій температурі обробки.

Всі ці недоліки можна усунути при застосуванні безконтакт­ного методу контролю, здійснюваного за допомогою пневматич­них, оптичних, екранних, радіаційних та індуктивних датчиків.

2. Підналадчики — контрольні пристрої, в яких оброблений виріб надходить у вимірювальну систему. У разі невідповідно­сті розмірів виробу технічним умовам виробляється сигнал, який передається у виконавчий орган пристрою, що змінює па­раметри технологічної машини,коректуючи тим самим розміри дальших виробів. Звичайно сигнал на зміну технології виробляється після того, як вимірювальний пристрій перевірить кілька виробів, усуваючи тим самим вплив випадкових факторів різного роду.

3. Блокувальний й захисні пристрої, які припиняють перебіг технологічного процесу, зупиняючи машини або припиняючи по­дачу сировини або напівфабрикатів у тих випадках, коли на вимірювальний пристрій надходить сировина, напівфабрикати або готові вироби, що за розмірами не відповідають технічним умовам. Звичайно такі пристрої призначаються для того, щоб запобігти пошкодженню устаткування й створенню умов небез­пеки для обслуговуючого персоналу.

Блокувальні й захисні пристрої мають вимірювальний орган, який контролює розмір виробу до його обробки або після неї, а також виконавчий орган, що діє на той або інший апарат, який входить до складу технологічного потоку.

У пристроях з електричним перетворенням також використо­вують кілька методів перетворення:

· метод активного опору, при якому при зміні розмірів виро­бу змінюється активний, опір електричного кола, що й сприй­мається відповідним пристроєм

· електроконтактний метод ґрунтується на замиканні або роз­миканні контактів залежно від розміру виробу

· індуктивний метод базується на зміні повного опору індук­тивної котушки або коефіцієнта взаємоіндукції залежно від роз­міру виробу

· ємнісний метод ґрунтується на зміні ємності залежно від розміру виробу

· п’єзоелектричний метод ґрунтується на появі елект­ричних зарядів на гранях деяких кристалів (кварц) під дією сили вздовж електричної або механічної осі кристала; діюча сила, а отже, й величина зарядів пов’язана з розмірами виробу.

Метод активного опору й п’єзоелектричний метод застосову­ють дуже рідко.

У пристроях з пневматичним перетворенням використовуєть­ся зв’язок між тиском або витратою газу й розміром вихідного отвору — сопла, який залежить від розмірів виробу.

У пристроях з оптичним перетворенням найширше застосо­вують фотоелементи. Якщо зв’язати величину розміру виробу з величиною світлового потоку, що падає на фотоелемент, то пристрій, який реєструє зміну параметрів кола з фотоелементом, реагуватиме на зміну розмірів виробу. Може бути використаний і оптичний важіль, який перетворює механічне переміщення в переміщення світлового променя.

У пристроях з радіаційним перетворенням використовуєть­ся ступінь вбирання рентгенівських променів залежно від тов­щини виробу.

За ступенем автоматизації контрольні пристрої для вимірю­вання розмірів виробів можна поділити на такі групи:

· механізовані контрольні пристрої

· контрольні напівавтомати

· контрольні автомати

Облік штучних товарів

Існують два види автоматичного обліку: диференці­йований і недиференційований. Диференційований облік являє

собою підрахунок кілько­сті виробів по окремих гру­пах, кожна з яких характе­ризується будь-якою якіс­ною ознакою. Недиференці­йований облік являє собою підрахунок загальної кіль­кості виробів без поділу їх на групи за будь-якими оз­наками (розмір, якість тощо).

Питання для самопідготовки і контролю

1. Елементи автоматики як перетворювачі енергії.

2. Класифікація елементів автоматики з точки зору функціональних задач.

3. Що таке реле? Які Ви знаєте реле за типом керованих ланцюгів?

4. Якими параметрами характеризується електричне реле?

5. Реле електромагнітні. Класифікація,будова,принцип дії.

6. Реле електротермічні. Будова,принцип дії.

7. Будова, принцип дії реле часу.

8. Пристрої для вимірювання температури.

9. Будова, принцип дії манометричних термометрів.

10. Термопари.

11. Пристрої для вимірювання тиску.

12. Поясніть роботу схеми датчика тиску газу.

13. Датчик гравітацій, призначення, будова, принцип дії.

14. Будова, принцип дії датчика електродного.

15. Схема, принцип дії пристрою для вимірювання кольоровості і прозорості.

16. Методи визначення вологості твердих матеріалів і газів.

17. Пристрої для автоматичного контролю лінійних розмірів виробів.

Тема 3. Автоматичні системи регулювання

Лекція 5

Автоматичні системи регулювання

План