Монтаж средств измерений и автоматизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Терморезисторы, устройство, принцип действия

Терморезистор - это полупроводниковый прибор (его изготавливают из полупроводниковых материалов с большим отрицательным температурным коэффициентом), в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводников от температуры. Изменение сопротивления Rт полупроводника при изменении температуры характеризуется зависимостью:

Rт= Аехр (В/Т).

Где: А - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника, размеров и формы терморезистора; В - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника; Т - температура терморезистора, °С. Температурный коэффициент б полупроводникового терморезистора отрицательный.

Он достигает значений от 2,5 до 4% °С, что в 6-10 раз больше температурного коэффициента металлов, и зависит от температуры:

б = В/Т^2.

Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого падает с ростом температуры, и позистор, у которого сопротивление с повышением температуры возрастает.

В термисторах прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием теплоты, выделяющейся в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термистора вследствие изменения его теплового облучения (например, при изменении температуры окружающей среды). Термисторы же косвенного подогрева имеют дополнительный источник теплоты - подогреватель. Конструктивное исполнение может быть различным. Часто подогреватель делают в виде обмотки на изоляционной трубке, внутри которой расположен термистор. В других случаях сам термистор сделан в виде трубки, внутри которой проходит нить подогрева. Нужно отметить, что общим для термисторов косвенного подогрева всех возможных конструкций является то, что у них есть две электрически изолированные друг от друга цепи: управляющая и управляемая.

Позистор - это терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления. В массовом производстве позисторы делают на основе керамики из титана бария.

На рис. 1 показано устройство терморезисторов серий ММТ и КМТ. Терморезисторы типов ММТ-1 и КМТ-1 (рис. 1, а) представляют собой полупроводниковый стержень 1, покрытый эмалевой краской, с контактными колпачками 2 и выводами 3. Эти выводы терморезисторов могут быть использованы только в сухих помещениях.

Терморезисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 1, б) смонтированы в металлический корпус 6 и герметизированы. Они могут быть применены в условиях любой влажности и любой среды, не являющейся агрессивной по отношению к корпусу. Герметизация осуществляется стеклом 8 и оловом 9. Стержень 5 в терморезисторе типа ММТ-4 обернут металлической фольгой 4. Токоотвод 7 выполнен из никелевой проволоки. Эти терморезисторы выпускаются на номинальные значения сопротивления от 1 до 200 кОм (при 20 °С) и могут быть использованы для работы в диапазоне температур от -100 до 129°С.

2. Контакторы и магнитные пускатели, устройство и принцип действия

Кроме включения и отключения контактор осуществляет также нулевую защиту электродвигателей, т. е. отключает его при исчезновении напряжения в питающей сети, а при повторной подаче напряжения сам не включается.

В дистанционном управлении электродвигателями контактор находит самое широкое применение. По принципу действия контактор представляет собой выключатель с контактами, управляемыми электромагнитом. Основными частями контактора являются главные контакты, магнитная система, втягивающая катушка, дугогасительное устройство, блок-контакты. Проследим работу контактора на примере действия контактора переменного тока типа КТ, изготовляемого отечественной промышленностью. Устройство этого контактора изображено на рис.1

.

Рис. 1 Контактор переменного тока типа КТ

А на рис. 2 приведена развернутая электрическая схема включения контактора совместно с двухштифтовой кнопкой управления.

Рис.2 электрическая схема включения контактора с управлением при помощи двух штифтовой кнопки.

Если нажать кнопку «пуск», то образуется электрическая цепь: ток идет от фазы Л к втягивающей катушке К, далее через размыкающие контакты кнопки «стоп», через кнопку «пуск» (замкнутую при нажатии) и к фазе Л3. Вследствие прохождения тока через втягивающую катушку5 неподвижная часть магнитной системы 1 (ярмо с сердечником на рис. 2) намагничивается и притягивает подвижную часть магнитной системы (якорь 3). Якорь, будучи скреплен с валом контактора, поворачивает его и замыкает подвижный контакт 10 с неподвижным 11 (на рис. 2 контакты ГК). Кроме того, сработают также замыкающие блок-контакты9, а блок-контакты 8 размыкаются. После включения контактора кнопка «пуск» может быть отпущена, причем электрическая цепь этим не разрывается, так как ток идет теперь по замкнутой цепи: фаза Л1 -- втягивающая катушка К -- кнопка «стоп» -- блок-контакт БК (который теперь замкнут) и фаза Л3. При нажатии кнопки «стоп» цепь управления размыкается, и вал якоря под действием своего веса отпадает, разрывая силовую цепь.

3. Ёмкостные датчики, конструкция, принцип действия

Ёмкостной датчик, измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механические усилия, давления, влажности и др.) в значения электрической ёмкости. Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор электрический плоскопараллельный или цилиндрический. Различают емкостные датчики, действие которых основано на изменении зазора между пластинами или площади их взаимного перекрытия, деформации диэлектрика, изменении его положения, состава или диэлектрической проницаемости. Наиболее часто емкостные датчики применяют для измерений меняющихся давления или уровня, точных измерений механических перемещений и т. п.

Устройство и принципы работы емкостного датчика

Рис. 1. Устройство емкостного датчика

Ёмкостный бесконтактный датчик функционирует следующим образом:

1. Генератор обеспечивает электрическое поле взаимодействия с объектом.

2. Демодулятор преобразует изменение амплитуды высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения.

3. Триггер обеспечивает необходимую крутизну фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.

4. Усилитель увеличивает выходной сигнал до необходимого значения.

5. Светодиодный индикатор показывает состояние выключателя, обеспечивает работоспособности, оперативность настройки.

6. Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

7. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется метизными изделиями.

Возможные области применения емкостных датчиков чрезвычайно разнообразны. Они используются в системах регулирования и управления производственными процессами почти во всех отраслях промышленности. Емкостные датчики применяются для контроля заполнения резервуаров жидким, порошкообразным или зернистым веществом, как конечные выключатели на автоматизированных линиях, конвейерах, роботах, обрабатывающих центрах, станках, в системах сигнализации, для позиционирования различных механизмов и т. д. В настоящее время наиболее широкое распространение получили датчики приближения (присутствия), которые помимо своей надежности, имеют широкий ряд преимуществ. Имея сравнительно низкую стоимость, датчики приближения охватывают огромный спектр направленности по своему применению во всех отраслях промышленности.

Типичными областями использования емкостных датчиков этого типа являются:

- сигнализация заполнения емкостей из пластика или стекла;

- контроль уровня заполнения прозрачных упаковок;

- сигнализация обрыва обмоточного провода;

- регулирование натяжения ленты;

- поштучный счет любого вида и др.

Емкостные датчики обладают целым рядом преимуществ по сравнению с датчиками других типов. К их достоинствам относятся:

- простота изготовления, использование недорогих материалов для производства;

- малые габариты и вес;

- низкое потребление энергии;

- высокая чувствительность;

- отсутствие контактов (в некоторых случаях - один токосъем);

- долгий срок эксплуатации;

- потребность весьма малых усилий для перемещения подвижной части емкостного датчика;

- простота приспособления формы датчика к различным задачам и конструкциям.

К недостаткам емкостных датчиков следует отнести:

- сравнительно небольшой коэффициент передачи (преобразования);

- высокие требования к экранировке деталей;

- необходимость работы на повышенной (по сравнению с 50 Гц) частоте.

Однако в большинстве случаев можно добиться достаточной экранировки за счет конструкции датчика, а практика показывает, что емкостные датчики дают хорошие результаты на широко распространенной частоте 400 Гц. Присущий конденсаторам краевой эффект становится значительным, лишь когда расстояние между обкладками сравнимо с линейными размерами рассматриваемых поверхностей. Этот эффект можно в некоторой степени устранить, использую защитное кольцо, позволяющее вынести его влияние за границы поверхности обкладок, реально используемой при измерении.

4. Назначение измерительных схем в автоматических устройствах, их классификация. Дифференциальная измерительная схема, принцип работы, достоинства

Применяются три измерительных схемы: мостовая, дифференциальная и компенсационная.

Мостовые схемы применяются на постоянном или на переменном токе. Схема на постоянном токе (рис. 13 ) включает постоянные сопротивления плеч моста R1, R2 ,R4, выходное сопротивление датчика R3, а также установочное сопротивление Rу, включенное в диагональ моста вместе с источником постоянного тока с напряжением Uо. В данном случае в схему включен гальванометр с выходным током моста 1 и выходным напряжением Uвых. На схеме: I - ток от батареи, i1 и i2 - ток в ветвях моста. По этой схеме измерение сопротивления одного плеча (в данном случае R3) компенсируется изменением сопротивления другого плеча (Rу).

Мостовая схема, работающая на переменном токе вместо источника постоянного тока с установочным сопротивлением Ну содержит трансформатор. терморезистор магнитный пускатель электродвигатель

Дифференциальная схема (рис.1) представляет собой электрическую цепь, состоящую из двух смежных контуров, в каждом из которых действует отдельное напряжение.

Рис.1 Мостовая измерительная схема на постоянном токе.

Компенсационная схема приведена на рис. 2

Принцип компенсации заключается в том, что измеряемое напряжение какого-либо датчика уравновешивают равным и противоположным по знаку падением напряжения, величина которого может быть определена с высокой точностью. Схема состоит из образцовых резисторов Ко и К1 реостата К2 переключателя S нормального элемента Gh и источника питания U. Для контроля в схему включен нормальный элемент Р1 с неизменным напряжением и сопротивлением. Схема позво­ляет измерять сопротивление r, не меняя общего сопротивления R1.

Рис2. Компенсационная измерительная схема.

Дифференциальная измерительная схема. Для измерения емкостного сопротивления обычно используется дифференциальная схема. Такая схема также существует в двух вариантах.

Рис3. Дифференциальные измерительные схемы.

По первому варианту дифференциальной схемы, изображенному на рисунке, я, как эталонное сопротивление 4, так и измеряемое емкостное сопротивление 1 включаются в электрические контуры, симметрично запитываемые переменным напряжением от трансформатора 2. При равенстве эталонного 4 и измеряемого 7 емкостного сопротивлений противоположно направленные токи в этих контурах , будут равными по величине, так что результирующий ток через измерительный прибор 3 оказывается равным нулю, поскольку этот ток представляет собой разность токов 1 и 2. При изменении величины измеряемого емкостного сопротивления показания измерительного прибора 3 будут отличаться от нуля и однозначно изображать эти изменения емкостного сопротивления. Такая схема называется дифференциальной именно потому, что она основана на вычитании токов 1 и 2.

Другой вариант измерения изменяющегося емкостного сопротивления с помощью дифференциальной схемы приведен на рисунке, б. Здесь также происходит вычитание токов 1 и 2, но изменение измеряемого емкостного сопротивления 1 компенсируется изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора 2, так что ток через измерительный прибор 3 остается равным нулю. Величина АЕ, на которую нужно изменить исходное напряжение Е, однозначно определяет величину изменения измеряемого емкостного сопротивления.

Приравнивание к нулю тока через измерительный прибор позволяет использовать его как нульиндикатор, что повышает точность измерений. Для этой цели и применяется такой вариант дифференциальной схемы.

5. Схема пуска трёхфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Работа схемы

На рис. 1 приведена схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором.

Рис. 1 Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором:

QF - выключатель; КМ - магнитный пускатель в цепи статора, КМ1 - КМ3 - магнитный пускатель ускорения; SBC - кнопочный выключатель включения двигателя; R - пусковой реостат; SBT - кнопочный выключатель отключения двигателя

Рис. 2 Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором:

1, 2, 3 -при включении ступеней пускового реостата; 4 - естественная; П - точка пуска.

В проведённой схеме защита двигателя М от коротких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическим выключателем QF. Для уменьшения пускового тока и увеличения пускового момента в цепь ротора включён трёхступенчатый пусковой реостат R. Количество ступеней может быть различным. Пуск электродвигателя осуществляется линейным контактором КМ и контакторами ускорения КМ1 - КМ3. Контакторы снабжены реле времени. После включения автоматического выключателя QF кнопочным выключателем SBC включается линейный контактор КМ, который мгновенно замыкает свои контакты в главной цепи и шунтирует контакты кнопочного выключателя SBC. Двигатель начинает вращаться при полностью введённом пусковом реостате R (механическая характеристика 1 на рис. 2). Точка П является точкой трогания.

Контакт реле времени КМ в цепи катушки контактора КМ1 с выдержкой времени t1 (рис. 2) включает контактор КМ1, который замыкает контакты первой ступени в цепи пускового реостата. С выдержкой времени t2включается контактор КМ2. Аналогично проходит процесс переключения ступеней пускового реостата R до перехода электропривода на естественную характеристику (кривая 4).

Список литературы

1. Алексеев, К.А. Монтаж средств измерений и автоматизации / К.А. Алексеев [и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 488 c.

2. Афонин, А.М. Теоретические основы разработки и моделирования систем автоматизации: Учебное пособие / А.М. Афонин, Ю.Н. Царегородцев, А.М. Петрова, Ю.Е. Ефремова. - М.: Форум, 2011. - 192 c.

3. Баранов, В.Я. Промышленные приборы и средства автоматизации / В.Я. Баранов [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1987. - 847 c.

4. Бердышев, В.Ф. Основы автоматизации технологических процессов очистки газов и воды: Курс лекций / В.Ф. Бердышев, К.С. Шатохин. - М.: МИСиС, 2013. - 136 c.

5. Дастин, Э. Тестирование программного обеспечения. Внедрение, управление и автоматизация / Э. Дастин, Д. Рэшка, Д. Пол; Пер. с англ. М. Павлов. - М.: Лори, 2013. - 567 c.

6. Евтушенко, С.И. Автоматизация и роботизация строительства: Учебное пособие / С.И. Евтушенко, А.Г. Булгаков, В.А. Воробьев, Д.Я. Паршин. - М.: ИЦ РИОР, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 452 c.

Размещено на Allbest.ru