Лекция № 3 Первичные преобразователи систем автоматики
1. Основные понятия
2. Основные требования к первичным преобразователям
3. Классификация первичных преобразователей
4. Основные характеристики первичных преобразователей
Литература
1. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М., Колос, 1977. 95-96 с.
2. Колесов Л. В. Основы автоматики. М., Колос, 1978. 34-36 с.
4. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. М., Колос, 1974. 3-21 с.
5. Бородин И. Ф. Технические средства автоматики. М., Колос, 1982.-303 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).51-56 с
6. Наладка автоматических систем и устройств управления технологическими процессами. Справочное пособие. Под ред. А. С. Клюева. М., «Энергия», 1977.
8. Бохан Н. И., Фурунжиев Р. И. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. пособие. - Мн.: Ураджай, 1987.-376 с.: ил.60-62 с.
9. Бабиков М. А., Косинский А. В. Элементы и устройства автоматики. Учеб. пособие для студентов втузов. М., «Высшая школа», 1975 92-132 с.
10 Автоматика и автоматизация производственных процессов /И. И. Мартыненко, Б. Л. Головинский, Проценко, Т. Ф. Резниченко.-М.: Агропромиздат, 1985.-335 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).98-103 с.
1. Основные понятия
Автоматизация различных технологических процессов возможна только при наличии необходимой информации о значениях величин, характеризующих ход выполнения операций.
Измерительным преобразователем называется устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, в другую функциональную физическую величину, удобную для использования в последующих элементах автоматики.
В самом общем виде измерительный преобразователь состоит из одного или нескольких элементарных преобразователей, в которых происходит превращение одной физической величины в другую или количественное изменение одной и той же физической величины. Важнейшим из элементарных преобразователей является так называемый воспринимающий орган ВО (рис. 1, а). Воспринимающий орган, как правило, реагирует на отклонение управляемой величины от установленного значения и передает это отклонение в форме определенного сигнала на другие преобразователи.
В некоторых измерительных преобразователях (рис. 1, б), кроме воспринимающего органа ВО, входят промежуточный преобразователь П и вспомогательный источник питания ИП. У этих измерительных преобразователях контролируемая величина х преобразуется воспринимающим органом ВО за счет энергии источника питания ИП в промежуточную величину хп, а затем при помощи преобразователя П доводится до удобной формы и определенного значения выходной сигнал у.
Наиболее сложны и совершенны измерительные преобразователи с обратной связью (рис. 1, в), которые применяются в измерении свойств веществ, обнаружении дефектов, а также в оптических и радиоизотопных измерительных преобразователях. Основным преимуществом такого типа измерительных преобразователях является компенсация внешних возмущающих воздействий: изменение температуры, напряжения питания.
а) б) в)
Рисунок 1 – Функциональные схемы измерительных преобразователей:
а) с непосредственным преобразованием;
б) с промежуточным преобразованием;
в) с промежуточным преобразованием и обратной связью.
2. Основные требования к первичным преобразователям
Хотя свойства, которыми должен обладать каждый первичный преобразователь, чтобы соответствовать своему назначению в автоматической системе, весьма разнообразны, можно выделить основные требования, предъявляемые к ним:
- однозначность зависимости между входной и выходной величинами, когда конкретному значению входной величины соответствует строго определенное значение выходной;
- линейная (там, где это возможно) – самая простая и наглядная зависимость между выходной и входной величинами;
- высокая чувствительность к измеряемой величине;
- достаточная мощность выходной сигнала, обеспечивающая при возможности дальнейшее управление элементами системы без усилителей;
- стабильность характеристик во времени (в период эксплуатации);
- отсутствие влияния нагрузки выходной цепи на измеряемую электрическую величину и на технологический процесс;
- малая инерционность;
- устойчивость к воздействию окружающей среды;
- надежность и долговечность;
- невысокая стоимость.
3. Классификация первичных преобразователей
Первичные преобразователи можно классифицировать по 4 направлениям:
► по принципу действия;
► по функциональному назначению;
► по виду входной величины;
► по виду выходной величины.
По принципу действия первичные преобразователи делятся на:
q генераторные (рис.1, а);
q параметрические (рис 1, б).
По функциональному назначению первичные преобразователи разделяют таким образом:
- для получения информации о состоянии процесса с целью контроля технологических режимов и хода отдельных операций;
- для получения, преобразования и хранения информации с целью количественного и качественного учета перерабатываемой продукции;
- для получения информации в целях ручного или автоматического воздействия на технологический процесс.
По виду входной величины:
Неэлектрические; |
Электрические |
качества с.-х. продукции |
напряжение |
физиологических функций |
ток |
состав и свойство веществ |
мощность |
плотности и вязкости |
сопротивление |
мощности и работы |
емкость |
вибраций, толчков, шумов |
индуктивность |
скорости и ускорения |
полярность |
усилия и момента |
фаза |
расхода и интенсивности |
число импульсов |
давления и разряженности |
электромагнитного поля |
количества и размера |
заряда |
положения и перемещения |
ядерных излучений |
влажности |
|
уровня и глубины |
|
освещенности и облученности |
|
температуры |
По виду выходной величины:
- потенциальные;
- токовые;
- время-импульсные;
- частотные;
- фазовые;
- полярные;
- механические.
Выходные сигналы первичных преобразователей применяемых в сельском хозяйстве унифицированы, для использования однотипных узлов автоматики и сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Унифицированные выходные величины
Вид сигнала |
Параметры сигнала |
Постоянный ток |
І =0…5; 0…20; 0…1000 мА U = 0…10 B |
Переменный ток |
U = 0…2 B |
Время импульсные |
U = 0,6; 1,2; 4,8; 6; 12; 48; 60; 120 B |
t = (1; 2; 4; 6; 8)×10n c при n = 1, 2, 3 … |
|
Частотные |
Fn= 300+1,13k(n-1) при K= 0,5; 1; 2; n = 1; 2; 3 … |
Фазовые |
j = 0°; 60°; 90°; 120°; 180°; 240°; 270°; 300° |
По виду измеряемой величины и принципу действия:
4. Основные характеристики первичных преобразователей
Основными характеристиками первичных преобразователей является:
- статическая характеристика;
- динамическая характеристика;
- чувствительность;
- порог чувствительности;
- абсолютная и относительная погрешности преобразования;
- выходная мощность;
- выходное сопротивление.
Статическая характеристика показывает зависимость выходной величины у от входной х:
y =f (x)
Динамическая характеристика определяет свойства первичного преобразователя в переходном процессе, т. е. в функции времени, и записываются графически в виде дифференциальных уравнений, передаточных функций или в форме частотных характеристик
Чувствительность, или коэффициент преобразования, представляет собой отношение выходной величины у к входной величине х.
Для первичных преобразователей с линейной статической характеристикой (рисунок 2 -, кривая 1) чувствительность постоянная:
Для первичных преобразователей с линейной статической характеристикой (рисунок 2 -, кривая 2) чувствительность называют дифференциальной и для разных точек характеристики определяют по формуле:
Рисунок 2 – Определение чувствительности первичных преобразователей
Порогом чувствительности называется минимальная величина на входе первичного преобразователя, которая вызывает изменение его выходной величины. Порог чувствительности вызывается как внешними, так и внутренними факторами (трение, люфты, гистерезис, помехи и т. д.)
Абсолютная погрешность первичного преобразователя (ошибка) – это разность между действительным значением выходной величины и ее расчетным значением у т. е.
.
Относительная погрешность определяется как: