6. Вспомогательные элементы

К вспомогательным элементам автоматики, основными функциями которых является преобразование сигналов, можно отнести реле, полупроводниковые приборы, трансформаторы и т. п. [5].

В реле непрерывному изменению входной величины соответствует скачкообразное изменение выходной величины. Реле применяют для включения и выключения электрических цепей.

В литейном производстве применяют электромагнитные реле с поворотным якорем, реле (герконовые) с магнито-управляемыми контактами, реле тепловые, моторные, фотореле и другие.

Входная электрическая цепь электромагнитного реле (рис. 2.16) представлена обмоткой /, установленной в корпусе 4.

Выходная электрическая цепь включает группу изолированных друг от друга замкнутых и разомкнутых контактов 2.

При подаче напряжения II_вх якорь 5 притягивается к сердечнику 3 и подвижный контакт 2 одновременно замыкает и размы­кает электрические цепи (на рис. не

Герконовое’реле (рис. 2.17) состоит из герметичного стеклянного корпуса 1 с электродами 2 и постоянных магнитов 3 и 4 [6]. Постоянный магнит 3 закреплен на одном из электродов. В исходном положении контакты электродов 2 разомкнуты. При перемещении постоянного магнита 4 вдоль корпуса магнит 3 притягивается к нему, и контакты на хорошо пружинящих электродах 2 замыкаются.

N

■г* *•»

г

В качестве реле может быть использован датчик ЭДС Холла (рис. 2.18). Датчик представляет собой полупроводниковую пластину, к которой припаяны две пары металлических электродов / и 2. К одной паре электродов подводится напряжение питания (/_шс другой — снимается сигнал £/_сиг, когда датчик оказывается в магнитном поле. / :~л

Фотореле (рис. 2.19) — устройство, ко­торое может реагировать на изменение освещенности, интенсивности светового потока или частоты световых колебаний источника света 2. Воспринимающей частью фотореле являются фотоэлемент /. Сигнал от фотоэлемента предварительно усиливают, а затем подают на электромагнитное реле 3, контактную систему которого используют для включения управляющих устройств оборудования.

Тиристор (рис. 2.20, а) — полупроводни­ковый прибор (управляемый полупроводни­ковый диод). Тиристор переходит из непроводящего в проводящее состояние при наличии слабого входного сигнала на управляющем электроде от постороннего источника постоянного тока. Тиристоры применяют для коммутации цепей постоянного тока.

Для коммутации цепей переменного тока применяют симисторы — симметричные тиристоры, (рис. 2.20, б).

Рисунок 2.21

Для гальванической развязки управляющей и силовой электрических цепей используют полупроводниковые приборы — оптроны (рис. 2.21).

Оптрон — прибор, состоящий из излучателя света (светодиода) и фотоприемника (фотодиода), связанных друг с другом оптически и помещенных в общем корпусе. В фотодиоде оптрона полупроводниковый р-п-переход силовой цепи открывается под воздействием светового потока, излучаемого при прохождении тока по цепи управления светоизлучающим диодом.

Так как, цепь управления в оптроне гальванически не связана с силовой цепью; можно подключать исполнительные электрические механизмы непосредственно к выходам ЭВМ.

6. Измерительные приборы

Измерительным прибором называют устройство, служащее для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с единицей измерения и вырабатывающее информационные сигналы в форме, доступной для восприятия человеком. *

Главным элементом измерительного прибора является первичный измерительный преобразователь (датчик).

Измерительный прибор, показания которого отражают непрерывную функцию измеряемой величины, называют аналоговым. Прибор, показания которого представляются в дискретной форме, называют цифровым.

Приборы с аналоговой формой представления информации перерабатывают непрерывно изменяющиеся во времени электрические, пневматические и другие сигналы.'Дискретные сигналы, обрабатываемые изделиями ГСП, представляются в импульсной форме.

Различают приборы показывающие и регистрирующие. У показывающих приборов предусмотрена только возможность считывания показаний, а у регистрирующих — запись или печать.

Измерительные приборы являются важной составной частью многих измерительных систем. Их применяют с генераторными и параметрическими датчиками. В состав измерительных приборов часто входят усилители и другие вторичные преобразователи.

Измерительные приборы применяемые с генераторными датчиками, предназначены для восприятия сигнала с выхода генераторного датчика, т.е. сигнала, как правило, слабого и требующего от измерительного прибора высокой чувствительности. К таким приборам относятся милливольтметры, которые применяются, например, для измерения термоэлектродвижущей силы (термоЭДС)

на выходе термопары.

Действие милливольтметра (рис. 2.22) основано на взаимодействии электромагнитного поля подвижной многовитковой рамки 1 из тонкой изолированной медной проволоки и магнитного поля постоянного магнита 2. Рамка связана с показывающей стрелкой (на схеме не показана). При прохождении электрического тока по виткам рамки возникает вращающий момент, который по­ворачивает рамку и соответственно стрелку относительно шкалы, отградуированной в

Для точных измерений применяют измерительные схемы, представляющие

собой небалансные и балансные электрические мосты.

Рисунок 2.23

В мостовых схемах (рис. 2.23) для равновесия моста

необходимо соблюдение равенства произведений сопротивлений накрест лежащих плеч моста: К1*ЯЗ=Я2*Я4. При изменении этого условия разность потенциалов в диагонали йЬ будет не равна нулю.

Для измерения напряжения в измерительную диагональ йЬ в небалансной схеме (рис. 2.23) включают измерительный прибор, шкалу которого градуируют в единицах измеряемой неэлектрической величины, например в градусах Цельсия.

В балансных схемах (рис. 2.24) выходную величину датчика (например, резистора К4) уравновешивают с помощью равной ей величины такого же рода. Например, перемещая движок реохорда Ш, можно по­добрать такое значение электросопротивления, при котором равновесие моста восстанавливается. Такие схемы часто называются также компенсационными.

В мостовых компенсаторах уравновешивание мостовой схемы производится автоматически при помощи электродвигателя.

3 Измерение и контроль параметров технологических процессов

1. Принципы и методы измерений

В литейном производстве измеряют температуру, давление, расход жидкостей, тазов и сыпучих материалов, влажность газов и формовочных

материалов, силу и массу, контролируют состав газов и плотность жидкостей, гранулометрический состав формовочного песка, уровень жидких и сыпучих материалов, скорость и положение деталей механизмов и машин. Применяют также приборы для автоматического контроля загрязнения воздуха, промышленных газов и сточных вод, для экспресс-анализа металлов и шлаков.

Под измерением понимают определение числового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения (эталон).

Измерения могут быть прямые и косвенные. При прямых измерениях величину л: и результат ее измерения у находят из опытных данных и выражают в одних единицах.

При косвенных измерениях искомую величину^ функционально связывают со значениями величин, измеряемых прямыми способами:

Измерения производят с помощью измерительных приборов. Основные методы измерений: метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой (компенсационный) и нулевой метод. Наиболее распространен метод непосредственной оценки, когда значение измеряемой величины определяют по отсчетному устройству прибора. В компенсационном методе измеряемую вели­чину сравнйвают с мерой. Сущность нулевого метода заключается в уравновешивании измеряемой и известной величины. Этот метод используется в мостовых схемах измерений.

В зависимости от расстояния между местом проведения измерения и показывающим устройством различают локальные (местные), дистанционные и телеизмерения.

Характер протекания технологических процессов во времени может оцениваться по результатам периодических и непрерывных измерений.

В последнем случае обычно пользуются записывающими измерительными устройствами.

Пассивный контроль параметров чаще производят по окончании технологического процесса на соответствие заданным значениям. При активном контроле полученные данные немедленно используются в ходе управления режимом работы управляемого объекта.

2. Измерение температуры

1. Термометры на основе преобразователей с механическими выходными сигналами

К средствам измерения температуры на основе преобразователей с механическими выходными сигналами (термометрам расширения) относят жидкостно-стеклянные, биметаллические, дилатометрические и манометрические термометры.

Жидкостно-стеклянные термометры являются местными измерительными приборами, предназначенными для измерения температур и визуального контроля непосредственно в технологических объектах в интервале температур от -200 до 750 °С.

В системах автоматизации применяют технические и электроконтактные термометры. В качестве термометрических жидкостей в них используются ртуть, этиловый спирт, керосин, эфир, и др. Погружная часть термометра может быть прямой или согнутой под углом (рис. 3.1).

'2

’3

а б

ГЛ ГЛ

I

Электр оконтактные термометры —

применяют главным образом в качестве датчиков температуры. Ртуть является подвижным контактом. Вторым контактом могут быть вольфрамовые нити, впаянные (рис. 3.2, а) или опускаемые (рис. 3.2, б) в капилляр термометра. В последнем случае нить иногда снабжается задающим винтовым устройством. Сила электрического тока, проходящего через контакты, не должна превышать 0,5 мА при напряжении не более 0,3 В.

Рисунок 3.2

^г

> Биметаллическими термометрами называют

• местные преобразователи температуры с аналоговыми или дискретными электрическими и пневматическими выходными сигналами. Их используют в качестве показывающих приборов, а также сигнализаторов . В $ таких термометрах используют биметаллические пружины, величина деформация которых зависит от измеряемой температуры (рис. 3.3).

З . 2

\

Ц ті Ґ

ш

Реле биметаллическое состоит из биметаллической пластины 1 с электрическим подвижным контактом 2, винта-задатчика (неподвижного контакта) 3, предназначенного для изменения пределов срабатывания, изолирующей пластины 4, клемм 5 и защитных кожухов 6 и 7. Часть устройства, закрытую кожухом 7, погружают в измеряемую среду. При повышении температуры среды биметаллическая пластина искривляется и при заданной температуре происходит замыкание контактов 2 и 3. Соединительную линию системы контроля или управления подключают к клеммам 5.

Чувствительным элементом дилатометрического реле температуры (рис. 3.4) является металлическая трубка 2, изготовленная из материала с достаточно большим коэффициентом линейного расширения. Внутри трубки находится жестко соединенный с ней стержень 2 из материала с малым коэффициентом расширения. Другим концом стержень шарнирно соединен с рычагом 5, представляющим собой подвижный контакт замкнутой контактной группы 3. При погружении чувствительного элемента в измеряемую среду металлическая трубка при повышении температуры будет увеличивать свою длину в большей степени, чем стержень. Поэтому стержень 2, перемещая рычаг 5, при заданной температуре разомкнет контакты 3, связанные посредством клемм 4 с соедини-

1 тельной линией системы контроля или управления.

Ш{Ш

Рисунок 3.4

Чувствительность дилатометрического термометра

определяют из выражения [3]

где Б — чувствительность, мм/°С;

• начальная температура, °С;

!_н — рабочая длина чувствительного элемента при температуре мм;

а_т, а_с — температурные коэффициенты линейного расширения соответственно трубки и стержня.

Манометрические термометры являются техническими приборами, предназначенными для местного и дистанционного измерения температуры. Принцип действия манометрических термометров основан на однозначной зависимости между измеряемой температурой и давлением термометрического вещества, заключенного в замкнутой системе постоянного объема. Термометр (рис 3.5) состоит из первичного преобразователя 1 (термобаллона), соединительной металлической капиллярной трубки 2 с внутренним диаметром 0,2...0,3 мм, которая является средством передачи информации, и измерительного прибора 3 — манометра (показывающего или самопишущего).

Все элементы термометра соединены между собой так, что их внутренние полости составляют один общий объем.

ттт

V*

>•

Г ^м

Рисунок 3.5

Термобаллон / погружают в контролируемую среду, термометрическое вещество воспринимает значение измеряемой температуры, преобразует ее в давление внутри термобаллона, которое по капиллярной трубке 2 передается измерительному прибору 3. Прибор измеряет давление в этой замкнутой системе, но воспроизводит его в единицах температуры, в которых отградуирована его шкала.