Основы автоматики

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ГБПОУ ПО « Псковский агротехнический колледж»

Специальность Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по предмету Основы автоматики

Учащийся Максимов Дмитрий Викторович

Принцип действия и устройство биметаллических датчиков температуры, их схемы, достоинства, недостатки и область применения

датчик температура лаплас искатель шаговый

Биметаллические датчики температуры (рис. 1.1) являются командными органами устройств, регулирующих температуру в охлаждаемых камерах. Чувствительным элементом датчика служит биметаллическая спираль (1), неподвижный конец которой укреплен на стойке (9). При изменении температуры окружающей среды свободный конец чувствительного элемента перемещается, в результате чего происходит замыкание или размыкание контактов. Подвижной контакт (5) находится на свободном конце спирали и соприкасается с неподвижным контактом (4). Магнит (2) и якорь (6) предохраняют контакты от обгорания. Четкость срабатывания контактов некоторых датчиков достигается применением пружинного контакта. Датчик устанавливают на заданную температуру при помощи устройства, состоящего из рычага (8) с ручкой (10), которая насажена на ось (7).

Принцип действия биметаллического датчика температуры основан на том, что при повышении температуры биметаллическая спираль разворачивается и подвижной контакт прижимается к неподвижному, замыкая электроцепь. С понижением температуры спираль сворачивается, отрывает контакт (5) от контакта (4) и цепь размыкается.

При повороте рукоятки (10) кулачок оси (7) отжимает рычаг (8) и расстояние между контактами изменяется. Дифференциал прибора устанавливается вращением винта (3) в пределах от 1 до 5° С, а у датчика ДТКМ - от 2 до 8° С.

Все элементы датчика смонтированы на диэлектрическом основании и закрыты съемной крышкой.

Рис. 1.1 - Датчик температур ДТК-3

Конструктивно биметаллические датчики выполнены одинаково и отличаются только шкалами температур.

Они представляют собой двухпозиционные приборы с дистанционными термобаллонами (рис. 1.2). В корпусе (18) находится сильфон (11), который соединен капиллярной трубкой (12) с термобаллоном (6). При повышении температуры давление в термобаллоне увеличивается, в результате чего шпиндель (5) перемещается вверх, преодолевая натяжение пружины (2) до тех пор, пока гайка (10) и рычаг (13) не замкнут выключатель. При понижении температуры давление в системе уменьшится и шпиндель опустится. В этом случае упор (8) нажмет на рычаг (13) и разомкнет цепь.

Биметаллический датчик настраивают на температуру размыкания по шкале, регулируя сжатие пружины (2) поворотом головки (1). Настройка гайки (10) определяет дифференциал прибора. Установка дифференциала заключается в изменении расстояния между упором (9) на гайке и заплечиком (7).

Соосность шпинделей (3) и (5) сохраняется благодаря направляющему штифту (4). Кабель проходит через втулку (16) и присоединяется к клеммам (14) и (15). Винт (17) служит проходной клеммой при последовательном соединении нескольких приборов.

Рис.1.2 - Датчик температур с термобаллоном

Диапазон работы биметаллических датчиков -40…+550 0C.

Достоинствами таких датчиков является простота и надежность конструкции, возможность работы без электрического тока, низкая стоимость.

Недостатки: биметаллические датчики температуры имеют большой разброс характеристик, а также большой гистерезис переключения, особенно при низких температурах.

Используются для измерения поверхности твердых тел и температуры жидкостей. Основные области применения - автомобильная промышленность, системы отопления и нагрева воды.

Принцип действия и область применения шаговых искателей прямого действия

Искатели называются шаговыми потому, что их щетки переходят с контакта на контакт по очереди, шаг за шагом. Принцип действия. Он состоит из контактного поля, щеток и привода. Контактное поле собирается из отдельных изолированных друг от друга пластин (иногда их называют ламелями), расположенных параллельными рядами. Щетки состоят из двух параллельных пружин, (концы которых охватывают пластины поля искателя.

Привод состоит из электромагнита постоянного тока и движущего механизма. Если кнопкой К включить электромагнит ЭМ, то он притянет якорь Я, который с помощью собачки С повернет храповое колесо X на один зуб и, следовательно, переместит щетку Щ с той пластины, где она находилась, на следующую. Чтобы щетка совершила еще один шаг, необходимо отпустить кнопку и снова нажать. При отключении ЭМ якорь оттянется пружиной, собачка перескочит на следующий зуб и прижмется к храповику пружиной П2.

При включении ЭМ храповик повернется еще на один зуб. Таким образом, при включениях - отключениях электромагнита щетка искателя переходит с пластины на пластину. В схемах с шаговыми искателями вместо кнопки используется какой-либо источник импульсов, например, пульс пара. У искателей с обратным приводом передвижение щетки происходит не при включении электромагнита, а при его отключении, под действием сильной пружины Пи которая при включении электромагнита только натягивается.

Контактные пластины шаговых искателей располагаются либо по дуге в 120°, либо по дуге в 180°. В первом случае применяют трех лучевые щетки, во втором и третьем - двух лучевые или однолучевые. В исходном положении щетки находятся на первой и последней контактных пластинах. Во. время движения трех лучевых и двух лучевых щеток один луч движется по пластинам, а другой (другие) выходят из поля. У искателей с однолучевыми щетками две щетки, направленные в разные стороны, соединены перемычкой. Сначала работает одна щетка, затем - другая.

Таким образом, один ряд контактов как бы является продолжением другого ряда. Кроме контактных пластин поля, искатели имеют контакт, который замыкается и размыкается при каждом шаге. Он называется контактом якоря или самопрерывателем. Кроме того, некоторые искатели имеют головные контактные группы, срабатывающие при определенном положении щеток. Головные группы обычно выполняют функции конечных выключателей.

Шаговые искатели бывают прямого и обратного действия. У первых -- щетки переходят на очередной контакт в момент притяжения якоря, а у вторых -- в момент отпускания якоря. В производственном отношении более удобны искатели прямого действия, которые и нашли преимущественное распространение. Они обеспечивают скорость искания до 40 шагов в секунду.

Например, искатели ШИ-11 и ШИ-17 имеют электромагнитный привод прямого действия (рис.1.3).

Перевод ротора со щетками на один шаг в этих искателях происходит при движении якоря к электромагниту, т. е. при подаче тока на обмотку электромагнита.

Рис.1.3 - Общий вид шаговых искателей прямого действия

Шаговые искатели (распределители) часто применяются в телемеханике и автоматике.

Сущность математического метода расчета и исследования АСУ, называемого преобразованием Лапласа

Сущность математического метода расчета и исследования АСУ, который носит название преобразование Лапласа, заключается в том, что расчет переходного процесса переносится из области функций действительной переменной (времени t) в область функций комплексного переменного .

При этом операции дифференцирования и интегрирования функций времени заменяются соответствующими операциями умножения и деления функций комплексного переменного на оператор. Это существенно упрощает расчет, так как сводит систему дифференциальных уравнений к системе алгебраической. В данном методе отпадает необходимость определения постоянных интегрирования. Этим обстоятельством объясняется широкое применение этого метода на практике.

Переход из области действительного переменного в область функций комплексного переменного осуществляется с помощью прямого преобразования Лапласа. После этого решаются алгебраические уравнения относительно изображений искомых функций. Полученное решение алгебраических уравнений обратным преобразованием Лапласа переносится в область действительного переменного.

Математическое обоснование операторного метода впервые дано в 1862г. русским математиком М.Е.Ващенко-Захарченко, который показал возможность применения символического (операторного) исчисления к интегрированию дифференциальных уравнений на основе прямого преобразования Лапласа.

В конце XIXв. английские инженеры-электрики О.Хэвисайд и Д.Карсон успешно применили и развили символический метод решения дифференциальных уравнений для расчета переходных процессов в электрических цепях. Однако строгое обоснование операторный метод получил только в XX в. на базе общей теории функциональных преобразований.

Прямое преобразование Лапласа определяется уравнением:

, (1.1)

где f(t) - функция действительного переменного t, определенная при (при t< 0; f(t) = 0) и удовлетворяющая условием ограниченного роста:

,

где множитель Mе показатель роста C0- положительные действительные числа.

Обратное преобразование Лапласа определяют из решения

, (1.2)

Функция F(p), определяемая уравнением (1.2), называется изображением по Лапласу, а функция f(t) -оригиналом.

Следовательно, оригинал и изображение представляют собой пару функций действительного f(t) и комплексного F(p) переменного, связанных преобразованием Лапласа и поставленных друг другу в строгое соответствие.

Имеются специальные справочники, в которых приведены оригиналы и изображения широкого класса функций.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задача 1

Дано:

- = 25;

- F = 110 cм;

- f = 200 кГц;

- = 0,5 мм;

- = 1 мм;

- = 1,5 мм;

- = 2 мм;

- = 2,5 мм.

Определить:

Емкость и чувствительность емкостного плоского датчика, С и S;

Построить график зависимости силы тока датчика от расстояния между его плоскостями.

Решение:

Выразим исходные величины в единицах СИ:

F = 110 cм= 110•10м;

f = 200 кГц = 200•10Гц = 2•10Гц;

= (0,5…2,5)мм = (0,5…2,5)• 10м.

Емкость плоского конденсатора

Ф,

где - диэлектрическая проницаемость вакуума, = 8,85•10Ф/м.

Вычислим емкость конденсатора при заданных значениях :

;

;

;

;

.

Найдем значения емкостного сопротивления датчика по формуле:

, тогда

кОм;

кОм;

кОм;

кОм;

кОм.

Определим силу тока датчика по формуле:

, тогда

;

;

;

;

.

Построим график зависимости силы тока датчика от расстояния между его пластинами .

Чувствительность датчика: , тогда

;

;

;

;

.

Задача 2

Дано:

- характеристическое уравнение АСУ: ;

- критерий устойчивости: Гурвица.

Определить: устойчивость АСУ.

Решение:

В соответствии с условием устойчивости для систем третьего порядка:

Все коэффициенты уравнения положительны: ;

Определитель второго порядка отрицателен:

<0.

Из 1, 2, следует, что система не устойчива.

Список использованной литературы

Колесов Л.В. Основы автоматики. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Колос, 1984. - 288 с.

Яницкий С.В. Основы автоматики. Учебное задание. - Загорск, 1984. - 61 с.

Википедия. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс], код доступа: https://ru.wikipedia.org, дата обращения: 05.07.2016.

Размещено на Allbest.ru