Основные характеристики элементов систем автоматического управления. Термоэлектрические преобразователи. Тензорезисторные преобразователи

ТИПОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Любая автоматизированная система состоит из отдельных связанных между собой и выполняющих определенную функцию элементов. В зависимости от функциональных задач выполняемых элементов их можно разделить на:

-  воспринимающие (первичный преобразователь);

-  задающие;

-  сравнивающие;

-  преобразующие (регулятор);

-  исполнительное устройство;

-  регулирующие органы;

-  корректирующие элементы.

Воспринимающие принимают на себя воздействие регулируемой величины и преобразуют из одной физической величины в другую.

Задающие служат для задания требуемого значения регулируемой величины.

Сравнивающий элемент сопоставляет заданное значение управляемой величины с действующим ее значением.

Преобразующий элемент (регулятор, усилитель) формирует сигнал управления исполнительным устройствам.

Исполнительные элементы создают управляющее воздействие на объект управления, через регулирующий орган.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ

Различают статические и динамические.

Статические выражают зависимость выходной величины от входной в установившемся режиме:

-  функция преобразования (градуировочная);

-  коэффициент усиления;

-  чувствительность;

-  порог чувствительности и т.д.

Динамические характеристики выражают изменения выходного сигнала во времени:

-  переходная характеристика характеризует изменения выходного сигнала во времени при подаче сигнала скачком;

-  быстродействие.

ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

ДАТЧИКИ

Это элементы, которые устанавливаются в технологическом оборудовании и которые первыми воспринимают величину и преобразуют ее в сигнал удобный для дальнейшей обработки и передачи.

Классифицируются по принципу действия.

Все первичные преобразователи, можно разделить на два типа:

1.  параметрические;

2.  генераторные.

Параметрические преобразователи преобразуют измеренную величину (обычно не электрическую) в изменение параметров электрической цепи (сопротивление, индуктивность, емкость).

Генераторные преобразователи преобразуют не электрическую величину в электрический сигнал (фотоэлемент, термопара).

Первичные преобразователи могут классифицироваться по виду входного сигнала (давление, температура и т.д.) и по выходному сигналу (электрические, пневматические, гидравлические).

Основной частью первичных преобразователей является чувствительный элемент. Он непосредственно контактирует с измеряемой средой.

Потенциометрические преобразователи (переменный резистор) преобразуют перемещение подвижного контакта в изменение электрического сопротивления и связанного с ним тока.

Различают преобразователи с угловым и линейным перемещением подвижного контакта.

Обычно эти зависимости линейны. Бывают случаи, когда необходимо иметь не линейную зависимость сопротивление от угла поворота.

В случае линейной зависимости намотка проволоки на каркасе потенциометра будет равномерной; не линейной – не равномерной.

Не линейность может быть достигнута и искривленным каркасом при равномерной намотке.

Могут быть также дискретные преобразователи.

Это параметрические преобразователи.

Подвижный контакт (щетка) должен быть: износостойкий и обеспечивать линейное переходное сопротивление с резистивным веществом.

 

Если сопротивление измеряемого прибора равно бесконечности, yо зависимость U=f(R), a будет не линейной. Реальное СИ обладает сопротивлением. Очевидно, что в точке A U=0; в точке C =U_изм=U_{питания}. Рассчитаем чему равно напряжение в средней точке.

 

При измерении падения напряжения на участках цепи следует выбирать вольтметр, внутреннее сопротивление которого существенно превышает сопротивление участка цепи, на котором измеряется падение напряжения.

Погрешности

                               вызваны не точностью изготовления:

1.  неравномерности намотки;

2.  износом бегунка, наличие переходного сопротивления;

3.  отклонение сопротивления от номинального (вызвано изменением состава проволоки, отклонение геометрических размеров).

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

(термоэлектрические термометры, термопары)

Принцип действия основан на свойстве металлов и сплавов, создавать термоэлектродвижущую силу (термо ЭДС), зависящую от разности температуры горячего спая и концов.

ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Рассмотрим проводник, один конец которого нагрет до высокой температуры, а другой имеет температуру окружающей среды.

На нагретом конце заряды приобрели дополнительную энергию и перемещаются с более высокой скоростью. Они проникают, в том числе и в не нагретую зону. Таким образом, в нагретой зоне будет их недостаток, а на холодном конце избыток. Таким образом, нагретый конец будет положительный, холодный – отрицательный.

Спаяем два разнородных материала, причем выберем такие материалы, чтобы в одном было больше свободных электронов, в другом – меньше. Место соединения проводников будет называться горячим спаем (рабочим  концом), несоединенные концы – свободными концами.