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: