Обзор технических средств автоматизации

Первичные преобразователи

 

Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой ве-личины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи (рис. 1).

Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:

1 Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрокинетические, гальванические и др. датчики).

2 К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т.п. Данным приборам для работы необходим источник энергии.

3 Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины.

 

Рисунок 1 - Основные структурные схемы подключения первичных преобразователей

Пояснения к рисунку 1. Первичный преобразователь, датчик Д может иметь выходной унифицированный сигнал см.рис. 1а и неунифицированный сигнал (см.рис. 1б). Во втором случае используют нормирующие преобразователи НП.

Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции: преобразует нестандартный неунифицированный сигнал (например, mV, Ом) в стандартный унифицированный выходной сигнал; осуществляет фильтрацию входного сигнала; осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика; применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая.

Нормирующий преобразователь НП применяется, также в следующих случаях: когда необходимо подать сигнал измеряемой величины на несколько измерительных или регулирующих приборов; а также когда необходимо передать сигнал на большие расстояния, например сигнал от термопары передается на малые расстояния - до 10 м, а унифицированный сигнал постоянного тока может передаваться на большие расстояния - до

100 м. В современных промышленных регуляторах нормирующий преобразователь НП как правило является обязательной составной частью входного устройства регулятора.

По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:

- термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;

- термометры газовые и жидкостные манометрические;

- термометры конденсационные;

- электрические термометры (термопары);

- термометры сопротивления;

- оптические монохроматические пирометры;

- оптические цветовые пирометры;

- радиационные пирометры.

Первичные преобразователи для измерения давления:

По принципу действия:

- жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);

- поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);

- пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);

- электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).

По роду измеряемой величины:

- манометры (измерение избыточного давления);

- вакуумметры (измерение давления разряжения);

- мановакумометры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);

- напорометры (для измерения малых избыточных давлений);

- тягомеры (для измерения малых давлений, разряжений, перепадов давлений);

- тягонапорометры;

- дифманометры (для измерения разности или перепада давлений);

- барометры (для измерения барометрического давления).

Первичные преобразователи для измерения расхода пара, газа и жидкости:

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Классификация преобразователей для измерения расхода пара, газа и жидкости:

- Механические: Объемные: ковшовые, барабанного типа, мерники. Скоростные: по методу переменного или постоянного перепада давления, напорные трубки, ротационные.

- Электрические: электромагнитные, ультразвуковые, радиоактивные.

Первичные преобразователи для измерения уровня:

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами. Методы измерения уровня: поплавковый, буйковый, гидростатический, электрический и др.

 

Исполнительные устройства

 

Исполнительные устройства предназначены для преобразования управляющих (командных) сигналов в регулирующие воздействия на объект управления. Практически все виды воздействий сводятся к механическому, т.е. к изменению величины перемещения, усилия к скорости возвратно-поступательного или вращательного движения. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического регулирования и в общем случае состоят из блоков усиления, исполнительного механизма, регулирующего и дополнительных (обратной связи, сигнализации конечных положений и т.п.) органов. В зависимости от условий применения рассматриваемые устройства могут существенно различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.

Исполнительные механизмы классифицируют по ряду признаков:

– по виду используемой энергии – электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные;

– по конструктивному исполнению – мембранные и поршневые;

– по характеру обратной связи – периодического и непрерывного действия.

Электрические исполнительные механизмы являются наиболее распространенными и включают в себя электродвигатели и электромагнитный привод. В общем случае эти механизмы состоят из электродвигателя, редуктора, тормоза, соединительных муфт, контрольно-пусковой аппаратуры и специальных устройств для перемещения рабочих органов.

В исполнительных механизмах применяют электродвигатели переменного (в основном асинхронные с короткозамкнутым ротором) и постоянного тока. Наряду с электродвигателями массового изготовления используют и специальные конструкции позиционного и пропорционального действия, с контактным и бесконтактным управлением.

По характеру изменения положения выходного органа электродвигательные исполнительные механизмы могут быть постоянной и переменной скорости, а также шаговыми.

По назначению их делят на однооборотные (до 360°), многооборотные и прямоходные.

Исполнительные механизмы, объединенные с усилителями, имеют различные конструктивные решения, часть из которых рассмотрим ниже.

Основным в таком приводе является регулирование скорости движения штока, выполняемое с дроссельным или объемным регулированием.

При управлении с дроссельным регулированием используют золотниковые распределители или «сопло-заслонку». Работа гидропривода с дроссельным регулированием позволяет изменять величину перекрытия отверстий (т. е. дросселировать), через которые жидкость попадает в рабочий цилиндр. Перемещение золотниковой пары вправо позволяет маслу из напорной линии через канал попасть в полость А рабочего цилиндра и поршень будет перемещаться вправо. При этом масло, находящееся в полости Б, будет сливаться через канал в бак. Перемещение золотника влево переместит в ту же сторону и поршень, а отработавшее масло будет сливаться из полости А в бак через канал. При расположении золотниковой пары в среднем положении оба канала, соединяющих золотниковое устройство с рабочим цилиндром, перекрыты и поршень неподвижен.

 

Регулятор

Регулятор – это устройство, которое управляет величиной контролируемого параметра. Регуляторы используются в системах автоматического регулирования. Они следят за отклонением контролируемого параметра от заданного значения и формируют управляющие сигналы для минимизации этого отклонения.

В системах автоматического регулирования наиболее распространенными являются П регулятор, ПИ регулятор, ПИД регулятор, позиционный регулятор. Часто отдельно выделяют ШИМ регуляторы, но это ПДД регулятор, выход которого преобразуется в один или два дискретных сигнала с помощью широтноимпульсной модуляции. Кроме того, сейчас появляется все больше регуляторов, реализующих законы управления на базе нечеткой логики нечеткий регулятор.