CC BY
92
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Ключевые слова: входной сигнал, пневмосистема, усилитель, преобразующее устройство, параметрические датчики, генераторные датчики.
Аннотация
Автор рассказывает об устройстве, используемом в автоматизированной системе и предназначенном для того, чтобы информацию, поступающую на его вход в виде некоторой физической величины, функционально преобразовать в другую физическую величину на выходе, более удобную для воздействия на последующие элементы.
В соответствии с особенностями современного этапа развития экономики и производства, а также задач модернизации образования в нашей стране возрастает потребность в профессиональной компетентности специалистов как среднего, так и высшего звена. Конкурентная борьба, характеризующая нынешний рынок труда, определяет высокие требования заказчика, предъявляемые к качеству подготовки выпускников, что обязывает педагогов находить новые подходы в обучении, использовать новые методики и совершенствовать методическое обеспечение учебного процесса, в том числе с использованием средств компьютерной техники.
Любая автоматическая система состоит из отдельных связанных между собой и выполняющих определенные функции конструктивных элементов, которые принято называть элементами или средствами автоматики. Особое место среди элементов и устройств автоматических систем занимают датчики первичной информации, усилительные и преобразующие устройства. Все эти устройства выполняют ту или иную функцию, связанную с управлением объектом.
Устройство, предназначенное для того, чтобы информацию, поступающую на его вход в виде некоторой физической величины, функционально преобразовать в другую физическую величину на выходе, более удобную для воздействия на последующие элементы (блоки), называют датчиком первичной информации. Иногда в технической литературе датчики называют чувствительными устройствами.
Входной сигнал - это чаще всего неэлектрическая контролируемая величина (линейное перемещение части станка, температура, усилие в гидро- или пневмосистеме, размер детали, скорость, упругость и т.п.).
Выходной сигнал - преобразованная входная величина, передающаяся на исполнительное или промежуточное звено. Выходные сигналы бывают электрические, гидравлические, пневматические, механические, радиоактивные и др.
Выходные сигналы датчиков первичной информации и сигналы рассогласования регуляторов в большинстве случаев обладают небольшой мощностью и не могут быть непосредственно измерены, а также не могут привести в действие исполнительный механизм. Поэтому сигнал усиливают до значения, которое позволяет либо его измерить (в системах контроля), либо приводить в действие исполнительный механизм (в системах регулирования).
Усиление сигнала осуществляется устройством, называемым усилителем, путем изменения потока вспомогательной энергии, поступающей от источника к измерительному прибору или исполнительному механизму в соответствии со знаком и амплитудой сигнала. В некоторых случаях одновременно с усилением сигнала происходит его качественное преобразование.
В автоматике преобразующими устройствами (преобразователями) называют такие технические элементы, которые непосредственно не выполняют функции измерения, усиления и не оказывают прямого воздействия на регулирующий орган или управляемый объект. Преобразующие устройства служат для преобразования управляющих и информационных сигналов в устройствах автоматики к виду, удобному для их последующей обработки или фиксации. Преобразователи являются промежуточными устройствами.
К числу основных признаков, позволяющих классифицировать датчики, относятся принцип действия и вид входного и выходного сигнала (рисунок 1).
В зависимости от принципа действия датчики можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.
Параметрические датчики преобразуют контролируемую величину в один из параметров электрической цепи: проводимость (сопротивление), индуктивности, емкость. Следовательно, для их работы необходимо подводить от внешнего источника электрическую энергию. К параметрическим относят следующие типы датчиков: параметрические, индуктивные, емкостные, тензометрические и др.
Рисунок 1 - Классификация датчиков
В генераторных датчиках непосредственно преобразуется электрическая энергия входного сигнала в электрическую энергию, значение которой пропорционально значению контролируемого параметра. К генераторным относятся термоэлектрические (термопары), фотоэлектрические, пьезоэлектрические и тахометрические датчики. Они работают автономно, т.е. не нуждаются в подводе внешней электроэнергии.
По виду входного сигнала датчики делятся на следующие группы: температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и влажности вещества, плотности, перемещения, скорости, ускорения и т.д.
По виду выходного сигнала датчики подразделяются на несколько групп. Одна группа преобразует контролируемую величину в изменение активного сопротивления, другая - в изменение емкости, третья - в изменение индуктивности и т.д.
Схемы включения измерительных и преобразовательных элементов датчика могут быть дифференциальные, компенсационные, мостовые и т.д.
Возможные области применения датчиков чрезвычайно разнообразны, можно выделить лишь отдельные сферы: промышленная техника измерения и регулирования; робототехника; автомобилестроение; бытовая техника; медицинская техника. Применимость того или иного датчика в этих сферах определяется прежде всего
отношением цены и эффективности. При промышленном применении определяющим фактором является погрешность, которая при регулировании процессов должна составлять 12 %, а для задач контроля - 23 %.
Датчики в промышленной технике измерений. Высокий спрос на промышленные датчики обусловлен прежде всего тем, что автоматизация приобретает все больший масштаб в производственных процессах. Контроль и управление технологическим процессом с помощью вычислительной сети связи требуют множество детекторов, совместимых с микропроцессорами.
В области промышленной техники датчики используют для измерения: расхода, количества; давления, разности давления; температуры; уровня; химического состава; оптические датчики, волоконнооптические датчики; биодатчики (биотехнология); многокоординатные датчики (анализ шумов, распознавание образов).
Для современных производств характерна тенденция применения датчиков в интерактивном режиме, т.е. когда результаты измерений сразу же используются для регулирования процесса. Благодаря этому в любой момент обеспечивается корректировка технологического процесса, что ведет к увеличению выхода продукции, а, значит, и к более рациональному производству. Естественно, такие датчики должны обладать исключительной надежностью, чтобы обеспечить непрерывный и бесперебойный режим работы.
