68402

Элементарные измерительные преобразователи

Лекция

Физика

Однако элементарные преобразователи и измерительные приборы обычно не обеспечивают требуемых метрологических характеристик преобразования: малой погрешности стабильности линейности чувствительности а также достаточной мощности выходного сигнала.

Русский

2014-09-22

153 KB

4 чел.

Лекции 13

Лекция № 13

элементарные измерительные преобразователи

Блочно-модульный принцип построения технических средств автоматизации заключается в том, что функции выполняемые сложным устройством разбиваются на ряд простых (элементарных), которые выполняют более простые функции.

Этот принцип позволяет:

  •  существенно сократить номенклатуру преобразователей и унифицировать эти преобразователи;
  •  обеспечить связь отдельных элементов за счет унифицикации сигналов.

Однако элементарные преобразователи и измерительные приборы обычно не обеспечивают требуемых метрологических характеристик преобразования: малой погрешности, стабильности, линейности, чувствительности, а также достаточной мощности выходного сигнала. Поэтому в промышленных преобразователях применяют комбинации элементарных преобразователей с использованием обратной связи, корректирующих и регулирующих элементов, усилителей сигналов и т.п.

Выделяют три группы элементарных преобразователей:

  1.  Механические;
  2.  Пневматические;
  3.  Электрические.

механические

Наименование

Рисунок

Примечание

1

Рычаг – служит для преобразования вращающего момента М в угловое перемещение.

М – момент;

l – перемещение.

Вход →M (F=сила);

Выход → l.

1. При малых углах поворота рычага перемещение всех его точек почти линейное. Поэтому рычаг с малым углом поворота можно считать преобразователем момента в линейное перемещение:  Ml

2 . Т.к. рычаг находится в положении равновесия, когда М=0, а иначе его выходной сигнал непрерывно изменяется, то поэтому этот преобразователь можно представить как интегратор.

3. Характеристика преобразователя – интегратор.

2

Пружина – служит для преобразования силы F в линейное перемещение l.

F – сила;

l – перемещение.

Вход →M (F=сила);

Выход → l.

  1.  Между деформацией пружины l и усилием F имеется зависимость: F = kl, где k – коэффициент жесткости пружины или коэффициент передачи пружины, как преобразователя.
  2.  Характеристика преобразователя – линейная.

пневматические

Эти преобразователи имеют широкое применение, т.к. обладают рядом достоинств:

  •  простота устройства;
  •  надежность в эксплуатации;
  •  пожаро- и взрывобезопасность;
  •  единый унифицированный диапазон пневматического входного и выходного сигналов (0,2 105 – 1 105)Па, что позволяет использовать их без дополнительных преобразователей и проще согласовывать их входные и выходные сигналы.
  1.  Пневматические сопротивления (дроссели)

Пневматическое сопротивление создается специальными устройствами – дросселями. Сопротивление движению воздуха в таких устройствах достигается за счет сужения проходного сечения воздушного канала. Зависимость между расходом воздуха через элемент и перепадом давления на нем можно выразить следующим образом:

, где R – пневматическое сопротивление.

Величина R является постоянной лишь при ламинарном режиме движения воздуха, когда воздух движется через элемент параллельными струями (не перемешиваясь). С увеличением скорости возникает турбулентный режим течения, при котором воздух движется с завихрениями и перемешивается. При этом пневматическое сопротивление становится величиной переменной и зависит от перепада давлений:

  характеристика квадратичная.

Дроссели бывают

Постоянные дроссели, проходное сечение которых в процессе работы не меняется

Вход →Q(расход);

Выход → Р (перепад давлений).

Переменные дроссели, проходное сечение которых изменяется в широких пределах

Применяется в схемах делителей давления

Вход → l (перемещение);

Выход → Р (давление).

Ламинарный дроссель – капилляр 

l/d  велико

Цилиндр-конус

Состоит из цилиндрической втулки 1, вдоль оси которой перемещается конус 2. Проходное сечение зависит от положения конуса по отношению к цилиндру.

Турбулентный дроссель – жиклер 

Сопло-заслонка

Состоит из сопла 1 с цилиндрическим отверстием и заслонкиё 2. Пневматическое сопротивление определяется величиной зазора между соплом и заслонкой.

  1.  Мембрана (см. датчики давления)

Характеристика линейная:

Вход →Р(давление);

Выход → F (сила).

  1.  Трубчатая пружина (см. датчики давления).

Характеристика линейная:

Вход →Р(давление);

Выход → l (перемещение).

  1.  Сильфон (см. датчики давления)

Характеристика линейная:

Вход →Р(давление);

Выход → F (сила) или l (перемещение).

  1.  Преобразователь сопло-заслонка.

Для преобразования линейного перемещения в давление сжатого воздуха. Состоит из переменного дросселя сопло-заслонка R2 и постоянного дросселя R1. Два дросселя вместе составляют делитель давления.

Характеристика нелинейная:

Вход →  l (перемещение);

Выход → Р (давление).

Давление питания РПИТ подводится через постоянный дроссель R1, а выходным сигналом делителя является промежуточное давление РВЫХ.

Статическая характеристика преобразователя:

электрические

  1.  Реостат – намотанная на каркас проволочная спираль, по которой перемещается подвижный контакт.

Нужен для преобразования перемещения l  в  изменение электрического сопротивления.

Вход →  l (перемещение);

Выход → R (сопротивление).

Характеристика может быть как линейной, так и нелинейной.

Реостат с линейной характеристикой называется реохордом:

R = kl, k – коэффициент передачи реостата.

В зависимости от материала проволоки, способа намотки можно получить заданную зависимость выхода ко входу. Для работы реостат необходимо включить в электрическую цепь, например, в уравновешенный мост, так чтобы получить заданный выходной сигнал: U, R, I.  

  1.  Термометр сопротивления

Характеристика линейная:

Вход →  Т (температура);

Выход → R (сопротивление).

  1.  Термопара – преобразователь, не требующий внешнего источника питания.

Характеристика нелинейная:

Вход →  Т (температура);

Выход → Е (термо э.д.с.).

  1.  Неуравновешенный мост

Используется для преобразования переменного сопротивления в напряжение. Состоит из двух делителей:

Д1 – включает переменный резистор R1 и постоянный R2;

Д2 – включает два постоянных резистора R3 и R4.

Резисторы, составляющие мост, называются плечами моста.

Вход →  R1 (переменное сопротивление);

Выход → U (разбаланс моста).

Разбаланс определяется как разность выходных напряжений двух делителей Д1 и Д2:

Статическая характеристика преобразователя – нелинейная:

 U = 0 при начальном сопротивлении переменного резистора R1.

Таким образом, подбором сопротивлений постоянных плеч моста всегда можно добиться того, чтобы нулевой выходной сигнал соответствовал началу диапазона изменения сопротивления переменного резистора (чтобы начало диапазона было в точке R1н).

Состояние моста, при котором его выходной сигнал равен 0, называется состоянием равновесия, а мост в этом состоянии – уравновешенным.

  1.  Магнитоэлектрический преобразователь

Для преобразования тока в силу.

Он состоит из постоянного магнита 1 и П-образного магнитопровода 2, образующих магнитную цепь, в зазоре которой помещена катушка 3 (круглая рамка с обмоткой).

При взаимодействии электрического тока I, протекающего по катушке, с полем постоянного магнита возникает сила F, действующая на катушку. Характеристика линейная:

 F= B l n I,

где В – магнитная индукция;

 L – средняя длина витка катушки;

 n – число витков.

Вход →  I (сила тока);

Выход → F (сила.).

  1.  Трансформаторный преобразователь

Для преобразования перемещения в напряжение переменного тока.

Для преобразования линейного перемещения используется дифференциально-трансформаторный преобразователь, а для угловых перемещений - ферродинамические.

Диф.тран. преобразователь состоит из двух одинаковых трансформаторов с общим каркасом и плунжером. Обе обмотки каждого трансформатора расположены на одной из половин каркаса.

Первичные обмотки обоих трансформаторов соединены так, что одна является продолжением другой (согласное включение).

Вторичные обмотки соединены таким образом, сто их напряжения вычитаются друг из друга (встречное включение).

Поэтому выходное напряжение UИЗМ определяется разностью напряжений вторичных обмоток составляющих его трансформаторов.

В промышленности выпускают диф.тран. преобразователи  малым ходом плунжера по сравнению  с длиной катушек трансформатора (обычно не более 5 мм). При этом зависимость напряжения U от перемещения плунжера l можно считать линейной:

, k – коэффициент передачи.

Вход →  l (перемещение);

Выход → U (напряжение.).

  1.  Усилитель

Предназначены для пропорционального усиления электрических сигналов.

Используются усилители напряжения или тока (по величине сигнала), усилители мощности (не изменяют величины усиливаемого сигнала).

Усиление по величине сигнала используется в цепях, построенных по принципу следящих систем, для усиления глубины обратной связи.

  1.  Реверсивный электродвигатель

Реверс двигателя позволяет менять направление движения регулирующего органа, отсчетного устройства и т.д. По своим свойствам двигатель, как преобразователь, является интегратором. Пока напряжение приложено к двигателю, его вал вращается в  противном случае вал находится в состоянии покоя сколь угодно долго. Таким образом, при наличии входного сигнала выходной сигнал преобразователя непрерывно изменяется, а при отсутствии его может быть любым, но неизменным.

PAGE  83

l

 UИЗМ

 UПИТ

U

l

I

3

2

1

F

S

N

R1н

R1

U

U2

U1

Д2

Д1

R3

R4

R1

R2

0,02

0,08

0,08

0,02

0

1

2

2

U

UПИТ

-*

+

Е

Т

R

Т

R

l

РВЫХ = (R1 + R2)   (l).

R1 = const; R2=f(l)

l, мм

РВЫХ,

МПа

R2

R1

Р1 = РПИТ

РВЫХ

РВЫХ

l

l

2

1

l

Q

d

l

Q

l

F

l

М


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82750. Основные свойства и бласть эксплуатации строительного материала 34.48 KB
  Основные свойства строительного материала По составу можно выделить органические минеральные и металлические кровельные материалы. К органическим относятся старейшие кровельные материалы солома дранка и современные битумные битумно-полимерные и полимерные материалы.
82751. Особенности индустриальной модернизации России в начале XX века 134.5 KB
  И перед новой властью неизбежно встал вопрос: а что же дальше? А дальше, вне зависимости от политических пристрастий большевистского режима на первый план выдвигалась проблема модернизации страны, ещё более обострившаяся по сравнению с началом XX века.
82752. Великое княжество Литовское 122.5 KB
  Борьба Литвы Польши и Западной Руси против рыцарей Тевтонского ордена. Отношения Руси и Литвы были настолько тесными что существовала реальная возможность развития и существования Русского государства по литовскому пути. Наибольшее сопротивление орден встретил со стороны Литвы к этому времени...
82753. Романский стиль в Западноевропейской архитектуре. Основные типы искусства готики 39.45 KB
  В подготовке общеевропейского средневекового искусства, началом которого было раннехристианское, продолжением – романское и высшим взлетом – готическое искусство, главную роль сыграли греко-кельтские истоки, романские, византийские, греческие, персидские и славянские элементы.
82754. Типология частей речи 37.18 KB
  В данной работе мы стремимся выявить типологические особенности частей речи в английском языке в сравнении с русским нас интересует структурная типология систем английского и русского языков в области морфологии лексики и синтаксиса.
82755. Морфологические нормы современного русского литературного языка 25.87 KB
  Некоторые прилагательные употребляются только в краткой форме: рад горазд должен надобен. Некоторые качественные прилагательные не имеют соответствующей краткой формы: прилагательные с суффиксами ск н ов л товарищеский дельный передовой умелый обозначающие цвет синий сиреневый...
82756. Диалектика Сократа 50.5 KB
  Метод диалектических споров Сократа заключается в обнаружении противоречий в рассуждениях собеседника и приведения его к истине посредством вопросов и ответов. В спорах Сократ стремился доказать целесообразность и разумность как мира так и человека.
82757. Товарные биржи как организаторы торгового оборота 45.14 KB
  Местом совершения биржевых сделок является биржа выполняющая функции организатора торговли. Биржа разрабатывает механизм управления финансовыми рисками в частности осуществляет антимонопольное регулирование устанавливает перечень требований предъявляемых к участникам торговли собирает с членов биржи...
82758. Социальное государство 121 KB
  Процесс возникновения и становления социального государства имеет довольно долгую и сложную историю. Идеи социального государства зарождались давно они уходят в глубокую античность где античные мыслители выдвигали мысли в необходимости определенного государственного устройства при котором...