Что такое первичный преобразователь

5) Цели и задачи неразрушающего контроля качества материалов. Дефектоскопия. Структуроскопия.

Неразрушающий контроль— контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующий выведение объекта из работы либо его демонтажа.

Основными методами неразрушающего контроля являются: магнитный; электрический; капиллярный, вихретоковый; акустический; радиационный; тепловой; радиоволновой; оптический; проникающими веществами, электромагнитный.

Задачей неразрушающего контроля является определение параметров материалов, деталей, узлов и изделий без разрушения с целью получения информации об их качестве, техническом состоянии и остаточном ресурсе.

Дефектоскопия-обнаружение дефектов типа нарушений сплошности – трещин, раковин, расслоений и т.д.

Удельная электропроводимость является важнейшей электрофизической характеристикой металлов. Имеется корреляционная связь между химическим составом, структурным состоянием, механическими свойствами, металлов и сплавов и удельной электропроводимостью.

На использовании этой зависимости основано целое направление в технике неразрушающего контроля — вихретоковая структуроскопия немагнитных металлов и сплавов, включающая в себя:

— оценку глубины и качества химико-термических и других поверхностно упрочненных слоев

— контроль качества термообработки

— контроль правильности режимов механической обработки

— оценку внутренних напряжений

— выявление зон усталости, поверхностных и подповерхностных дефектов

— прогнозирование остаточного ресурса изделий

Основные элементы автоматики

Элементы автоматики классифицируются по следующим признакам:

1.По выполняемым функциям:

датчики, усилители, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели и другие узлы (генераторы импульсов, логические элементы, выпрямители и т.д.).

2.По роду физических процессов, используемых в основе устройств,: электрические, ферромагнитные, электротепловые, электромашинные, радиоактивные, электронные, ионные и др.

Рассмотрим основные элементы, наиболее часто применяемые в автоматике, разделяя их по выполняемым функциям.

Датчик (первичный преобразователь, чувствительный элемент) — 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). Большинство датчиков преобразуют неэлектрическую контролируемую величину х в электрическую (например, температура преобразуется при помощи термопары в электродвижущую силу (ЭДС); механическое перемещение, связанное с изменением положения якоря электромагнита, изменяет индуктивность его обмотки и т.д.).

Основной характеристикой датчика является зависимость его выходной величины у от входной х, т.е. у =f(x). – статическая характеристика

Статическая характеристика может быть линейной и нелинейной (см. рис. 3.1, а, б).

В общем случае уравнение преобразования для линейной статической характеристики имеет вид

где B — постоянная; K— коэффициент преобразования.

При K = ∞ характеристика принимает релейный характер (см. рис. 3.1, д). Такая характеристика, присущая датчикам позиционного регулирования, характеризуется коэффициентом возврата:

Датчики классифицируются по следующим признакам:

Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются как правило унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи.

Первичные преобразователи для измерения температуры

По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:

Первичные преобразователи для измерения давления

По принципу действия:

По роду измеряемой величины:

Первичные преобразователи для измерения расхода пара, газа и жидкости

Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Классификация преобразователей для измерения расхода пара, газа и жидкости:

Первичные преобразователи для измерения уровня

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами. Методы измерения уровня:

В общем виде датчик Д (рис. 1) можно представить в виде чувстви­тельного элемента ЧЭ и преобразователя Пр. Чувствительный элемент в системах автоматики и телемеханики выполняет функции «органов чувств». Он предназначен для преобразования контролируемой величины х в такой вид сигнала х 1 который удобен для измерения. В преобразова­теле, как правило, происходит преобразование неэлектрического сигнала х 1 в электрический сигнал у. Например, давление х в электроконтактном манометре сначала преобразуется с помощью чувствительного элемента в механическое перемещение стрелки х1, а затем уже в преобразовате­ле – в изменение сопротивления у.

На вход датчика могут поступать как электрические, так и неэлектри­ческие сигналы. С выхода датчика обычно получают электрические сигналы. Это вызвано тем, что электрический сигнал проще уси­ливать и передавать на различные расстояния.

Рис. 1. Структура датчика

Общими характеристиками датчиков являются статическая характе­ристика; инерционность; динамическая (дифференциальная) чувстви­тельность; порог чувствительности; погрешность; мощность; момент или усилие, требуемые от источника входного сигнала; выходная мощность и выходное сопротивление датчика.

Рассмотрим некоторые из общих характеристик датчиков.

Статическая характеристика показывает зависимость выходной ве­личины у от входной величины х 1т.е. у =f(x) (x – контролируемый, или регулируемый параметр, действующий на датчик; у – параметр, получен­ный после преобразования).

Инерционность характеризуется отставанием изменений выходной ве­личины у от изменений входной величины х. Она приводит к погрешностям при измерении входной величины х и поэтому является нежелательной.

Динамическая (дифференциальная) чувствительность датчика S или динамический коэффициент преобразования датчика Кдин показывает, во сколько раз приращение выходной величины (Ay/dy) больше приращения входной величины (Ax/dx):

К числу основных признаков, позволяющих классифицировать первичные преобразователи, относятся принцип действия и вид входного и выходного сигналов (рис. 3.2).

В зависимости от принципа действия первичные преобразователи можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

Параметрические датчики служат для преобразования неэлектрического контролируемого или регулируемого параметра в параметры электрической цепи (R, L, С). Эти датчики получают электрическую энергию от вспомогательного источника энергии. Параметрические датчики делятся надатчики активного сопротивления (контактные, реостатные, потенциометрические, тензодатчики, терморезисторы) и реактивного сопротивления (индуктивные, емкостные).

Генераторные датчики предназначены для преобразования неэлектри­ческого контролируемого или регулируемого параметра в ЭДС. Эти дат­чики не требуют постороннего источника энергии, так как сами являются источниками ЭДС. Генераторные датчики бывают термоэлектрическими, пьезоэлектрическими и тахиметрическими.

К параметрическим и генераторным датчикам предъявляются следую­щие общие требования: непрерывная и линейная зависимость выходной величины у от входной х; высокая динамическая (дифференциальная) чувствительность; малая инерционность; наименьшее влияние датчика на измеряемый или регулируемый параметр; надежность в работе; применимость к используемой измерительной аппаратуре и источникам питания; наименьшая себестоимость; минимальные масса и габариты.

Рис. 3.2. Классификация первичных преобразователей

По виду входного сигнала первичные преобразователи делятся на следующие группы: температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и влажности веществ, плотности, перемещения, скорости, уско­рения и т. д.

По виду выходного сигнала первичные преобразователи подразделяют на несколько групп. Одна группа преобразует контролируемую величину в изменение активного сопротивления, другая – в изменение, емкости, третья – в изменение индуктивности и т. д.

В соответствии с требованиями «Государственной системы приборов (ГСП)» первичные преобразователи, применяемые для автоматизации технологических процессов на промышленных предприятиях, должны выдавать стандартные сигналы. Так, первичные преобразователи, выход­ным сигналом которых является напряжение или сила электрического тока, должны отвечать рядам напряжения: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 5; 10; 20 В и силе тока: 1; 2; 5; 10; 20 мА. Такая унификация необходима при использовании преобразователей в автоматизированных системах управления технологи­ческими процессами (АСУ ТП) с управляющими цифровыми ЭВМ.

При выборе датчика необходимо также учитывать особенности иссле­дуемого процесса: периодичность и максимальную частоту воздействий, атмосферные условия (влажность и температуру воздуха), наличие вибра­ций в установке и т.д.

1. Управляющие устройства

2. Общие сведения об усилительных устройствах

3. Электронные усилители

4. Магнитные усилители

5. Гидравлические и пневматические усилители

Что такое первичный преобразователь датчик

2. Основные требования к первичным преобразователям

3. Классификация первичных преобразователей

4. Основные характеристики первичных преобразователей

1. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М., Колос, 1977. 95-96 с.

2. Колесов Л. В. Основы автоматики. М., Колос, 1978. 34-36 с.

4. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Практикум по основам автоматики и автоматизации производственных процессов. М., Колос, 1974. 3-21 с.

5. Бородин И. Ф. Технические средства автоматики. М., Колос, 1982.-303 с., ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).51-56 с

6. Наладка автоматических систем и устройств управления технологическими процессами. Справочное пособие. Под ред. А. С. Клюева. М., «Энергия», 1977.

8. Бохан Н. И., Фурунжиев Р. И. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. пособие. — Мн.: Ураджай, 1987.-376 с.: ил.60-62 с.

9. Бабиков М. А., Косинский А. В. Элементы и устройства автоматики. Учеб. пособие для студентов втузов. М., «Высшая школа», 1975 92-132 с.

10 Автоматика и автоматизация производственных процессов /И. И. Мартыненко, Б. Л. Головинский, Проценко, Т. Ф. Резниченко.-М.: Агропромиздат, 1985.-335 с., ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).98-103 с.

Автоматизация различных технологических процессов возможна только при наличии необходимой информации о значениях величин, характеризующих ход выполнения операций.

Измерительным преобразователем называется устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, в другую функциональную физическую величину, удобную для использования в последующих элементах автоматики.

В самом общем виде измерительный преобразователь состоит из одного или нескольких элементарных преобразователей, в которых происходит превращение одной физической величины в другую или количественное изменение одной и той же физической величины. Важнейшим из элементарных преобразователей является так называемый воспринимающий орган ВО (рис. 1, а). Воспринимающий орган, как правило, реагирует на отклонение управляемой величины от установленного значения и передает это отклонение в форме определенного сигнала на другие преобразователи.

В некоторых измерительных преобразователях (рис. 1, б), кроме воспринимающего органа ВО, входят промежуточный преобразователь П и вспомогательный источник питания ИП. У этих измерительных преобразователях контролируемая величина х преобразуется воспринимающим органом ВО за счет энергии источника питания ИП в промежуточную величину хп, а затем при помощи преобразователя П доводится до удобной формы и определенного значения выходной сигнал у.

Наиболее сложны и совершенны измерительные преобразователи с обратной связью (рис. 1, в), которые применяются в измерении свойств веществ, обнаружении дефектов, а также в оптических и радиоизотопных измерительных преобразователях. Основным преимуществом такого типа измерительных преобразователях является компенсация внешних возмущающих воздействий: изменение температуры, напряжения питания.

Рисунок 1 – Функциональные схемы измерительных преобразователей:

а) с непосредственным преобразованием;

б) с промежуточным преобразованием;

в) с промежуточным преобразованием и обратной связью.

Хотя свойства, которыми должен обладать каждый первичный преобразователь, чтобы соответствовать своему назначению в автоматической системе, весьма разнообразны, можно выделить основные требования, предъявляемые к ним:

— однозначность зависимости между входной и выходной величинами, когда конкретному значению входной величины соответствует строго определенное значение выходной;

— линейная (там, где это возможно) – самая простая и наглядная зависимость между выходной и входной величинами;

— высокая чувствительность к измеряемой величине;

— достаточная мощность выходной сигнала, обеспечивающая при возможности дальнейшее управление элементами системы без усилителей;

— стабильность характеристик во времени (в период эксплуатации);

— отсутствие влияния нагрузки выходной цепи на измеряемую электрическую величину и на технологический процесс;

— устойчивость к воздействию окружающей среды;

— надежность и долговечность;

Первичные преобразователи можно классифицировать по 4 направлениям:

► по функциональному назначению;

► по виду выходной величины.

По принципу действия первичные преобразователи делятся на:

q параметрические (рис 1, б).

По функциональному назначению первичные преобразователи разделяют таким образом:

— для получения информации о состоянии процесса с целью контроля технологических режимов и хода отдельных операций;

— для получения, преобразования и хранения информации с целью количественного и качественного учета перерабатываемой продукции;

— для получения информации в целях ручного или автоматического воздействия на технологический процесс.

Чувствительный элемент – элемент измерительного преобразователя, находящийся под непосредственным воздействием измеряемой или регулируемой величины. В промышленных условиях в качестве чувствительных элементов применяют плоские и гофрированные упругие мембраны, гармониковые мембраны (сильфоны), трубчатые пружины, поплавки, биметаллические пластины и другое.Условно измерительный прибор конструктивно можно разделить на три самостоятельных узла: датчик, измерительное устройство и указатель (или регистратор), которые могут размещаться отдельно друг от друга и соединяться между собой кабелем или другой линией связи, которым передаются результаты измерений от преобразователя ко вторичному прибору (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Простейшая функциональная схема измерительного прибора

Главным элементом измерительного прибора является первичный измерительный преобразователь или датчик. В САК датчик называют первичным прибором. Он соединяется линией связи со вторичным прибором, объединяющим измерительное устройство и указатель. Вторичные приборы применяют для передачи, обработки, хранения информации. Один и тот же вторичный прибор может использоваться для контроля нескольких параметров.Датчики являются одним из основных функциональных элементов всякой системы контроля. Их свойства и характеристики часто во многом определяют работу САК в целом.

Государственная система промышленных приборов. Стандартизация и унификация средств автоматизации Большим достижением в области развития приборостроения явилось создание единой Государственной системы приборов и средств автоматизации (ГСП).Государственная система приборов и средств автоматизации представляет собой сочетание максимально унифицированных блоков, приборов, элементов и устройств с широким диапазоном возможностей – отосуществления автоматического контроля и регулирования отдельных процессов до решения задач комплексной автоматизации, предусматривающих использование новейших средств вычислительной техники. В соответствии с разработанными принципами, ГСП предусматривает единую классификацию средств контроля и управления; унификацию входных и выходных сигналов, параметров питающих устройств; введение единого ряда требований к точности технических средств, надежности, условия.

Введение ГСП вызвано экономическими, техническими и эксплуатационными соображениями. Переход от огромного числа (более 10000 типов) индивидуальных приборов, каждый из которых имел свои специфические особенности, позволил унифицировать приборы и организовать их массовое производство.Унификация приборов по техническим характеристикам позволила реализовать блочно-модульный принцип построения систем автоматизации технологических процессов, существенно упрощающий их проектирование, монтаж и наладку, снижающий эксплуатационные затраты. Основу блочно-модульного построения систем автоматизации составляет принцип унификации выходных сигналов. Применение принципа унификации выходных сигналов обеспечивает взаимозаменяемость, типизацию конструктивных решений и гибкость комплектации систем автоматизации. Сигналы – носители информации в средствах автоматизации могут различаться как по физической природе и параметрам, так и по форме представления информации.

По виду носителей информации приборы ГСП можно разделить на две группы:

2. Вещественную. Вещественный вид носителей информации реализуется с дисков, бланков и т. д.

Классификация приборов связана с иерархической структурой изделий ГСП. Классификационная схема представлена в виде четырехуровневой системы (рис. 2.2), отображающей контур управления – от средств получения информации о технологическом процессе до средств воздействия на процесс.

Приборы нижнего уровня, средства получения информации о процессе (датчики) и воздействия на процесс (управляющие органы) непосредственно взаимодействуют с технологическим процессом.

На втором уровне размещаются средства автономного контроля и регулирования. В ряде случаев датчики и управляющие органы не отделимы от средств автономного контроля и регулирования, поэтому технологический объект управления (ТОУ) может быть связан непосредственно со вторым уровнем.

Третий уровень приборов ГСП включает в себя средства централизованного контроля и управления. Эти средства составляют основу автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). На четвертом уровне размещаются средства автоматизации управления, входящие в состав автоматизированных систем управления (АСУ) и предназначенные для управления организационно-экономическими процессами.

По функциональному признаку приборы ГСП делятся на четыре группы.

К первой группе относятся устройства, обеспечивающие получение информации о состоянии технологического объекта управления. Это датчики, нормирующие устройства, формирующие унифицированный сигнал, анализаторы, реагирующие на определенные значения измеряемых параметров и выдающие дискретные сигналы, устройства формирования и передачи по каналам связи алфавитно-цифровой информации.

Во вторую группу входят приборы, обеспечивающие преобразование информации о состоянии ТОУ – преобразователи сигналов и кодов, коммутаторы измерительных цепей, устройства телеизмерения и телесигнализации.

Третья группа содержит приборы, осуществляющие хранение и обработку информации с формированием управляющих воздействий. Приборы этой группы – функциональные и операционные преобразователи, анализаторы сигналов, запоминающие устройства, задатчики, регуляторы, микропроцессоры и управляющие вычислительные системы.

В четвертую группу входят устройства выдачи управляющей информации, обеспечивающие исполнение команд, – электрические, гидравлические и комбинированные исполнительные механизмы.

Тема 3.2. Системы автоматического контроля. Методы и средства для измерения давления, температуры, объема и массы, расхода, уровня жидкости в резервуарах и технологических аппаратах. Измерение вязкости.

Приборы для измерения температуры вещества основаны на изменении его свойств при изменении температуры и классифицируются: По изменению объёма тела                    — термометры расширения;По изменению линейного размера        — дилатометры;По изменению давления рабочего вещества в замкнутой камере — манометрические термометры. По изменению электрического сопротивления:термометры сопротивления:(термометры из благородных металлов — платины; из неблагородных металлов и полупроводниковые термометры (термисторы).

1. Основанные на явлении термоэффекта — термопары.

2. Использующие оптические свойства вещества — оптические термометры или пирометры:радиационные пирометры;яркостные пирометры;цветовые пирометры.

3. Использующие прочие свойства вещества:шумовые термометры, использующие зависимость уровня шума от температуры (для измерения низких температур);резонансные термометры, использующие зависимость резо­нансной частоты от температуры;

Жидкостные термометры. Измерение температуры жидкостными термометрами различии коэффициентов объемного расширения материала оболочки термометра и жидкости, заключенной в ней. Оболочка термометров изготовляется из специальных термометрических сортов стекла с малым коэффициентом расширения расширения основано на

Дилатометрические термометры. Принцип действия стержневого дилатометрического термометра основан на использовании разности удлинений трубки 1 и стержня 2 при нагревании вследствие различия коэффициентов их линейного расширения. Движение стержня передается стрелке прибора с помощью механической передачи 3.

Стержневой дилатометрический термометр

Биметаллические термометры. Чувствительный элемент термометра (рис. 3.2) выполнен в виде спиральной или плоской пружины, состоящей из двух пластин из разных металлов, сваренных по всей длине. Внутренняя пластина имеет больший коэффициент линейного расширения, чем внешняя, поэтому при нагревании такая

МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ Действие манометрических термометров основано на свойстве изменения давления вещества в замкнутом объёме под действием температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра состоит из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды — металлического термобаллона1, рабочего манометра 2 для измерения давления в системе, длинного соединительного металлического капилляра 3. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего изменившееся давление заставляет перемещаться стрелку по шкале манометра, отградуированного в градусах Цельсия.

Манометрические термометры подразделяют на три основные разновидности: жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жид­костью;конденсационные, в которых термобаллон заполнен частич­но жидкостью с низкой температурой кипения и частично — её насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр -насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной переда­точной жидкостью;газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.

Термоэлектрические термометры. Данные измерительные устройства состоят из термоэлектрического преобразователя температуры – термопары, электроизмерительного прибора и соединительных проводов. В основе: термоэлектрический эффект, который заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если места соединения (спая) нагреты до разной температуры.

Термометры сопротивления Электрическое сопротивление тел изменяется с изменением их температур. Эта особенность позволила создать устройства, называемые термометрами сопротивления. Чувствительным элементом термометра является тонкая металлическая проволока. Проволоку наматывают на каркас и заключают в защитную арматуру. Измеряя электрическое сопротивление такой проволоки, можно судить о температуре, до которой она нагревается.Термометрами сопротивления можно измерять температуру с передачей на значительное расстояние от места измерений.

Полупроводниковые термометрысопротивления (термисторы) изготавливаются из окислов различных металлов с добавками и используются для измерения температур в пределах отминус 90 до +180 °С. В отличие от металлических термометров сопротивления в этих термометрах происходит экспоненциальное уменьшение сопротивления при увеличении температуры, благодаря чему они обладают высокой чувствительностью. Преимуществами полупроводниковых термометров являются: более высокая чувствительность, большее номинальное сопротивление, меньшие габариты и инерционность. Недостатками полупроводниковых термометров сопротивления являются меньшая точность, нестабильность их характеристик во времени и отсутствие взаимозаменяемости.

Неконтактный метод измерения температуры В рассмотренных ранее термометрах (термометры расширения, термоэлектрические, сопротивления) предусматривается непосредственный контакт между их чувствительным элементом и измеряемой средой. Верхний предел таких контактных методов измерения ограничивается температурой 1800 °С. Для определения более высоких температур без непосредственного контакта термометров с измеряемой средой применяют пирометры. По принципу действия различают пирометры оптические (монохроматические) и радиационные (полного излучения).

Методы и средства измерения давления Давление – физическая величина, равная нормальной поверхностной силе, приходящейся на единицу площади. В зависимости от начальной точки отсчета одно и то же давление можно определить как абсолютное, избыточное, атмосферное, дифференциальное давление и вакуум. Все тела, находящиеся на земной поверхности, испытывают со всех сторон одинаковое давление — оно называется атмосферным. Измеряется, как правило, барометром и определяется как барометрическое давление. Абсолютное давление – полное давление с учетом давления атмосферы, отсчитываемое от абсолютного нуля. Рабс = Ризб + Ратм

Избыточное (манометрическое) давление – давление сверх атмосферного, равное разности между абсолютным и атмосферным давлением. Избыточное давление отсчитывается от условного нуля, за который принимается атмосферное давление. Вакуум (разрежение) – давление ниже атмосферного. Обычно определяется как избыточное давление прибором, измеряющим разность между неизвестным давлением и атмосферным. Дифференциальное давление – разность двух измеряемых давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды.В СИ за единицу давления принят паскаль (Па). Паскаль – давление силы в один ньютон на площадь в один квадратный метр (Па = 1 Н/м2).

Различают приборы давления в зависимости от измеряемой величины: барометры – для измерения барометрического (абсолютного) атмосферного давления; манометры – для измерения избыточного давления – положительной разности между абсолютным и барометрическим давлением; вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления; моновакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления; напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры – для измерения небольших избыточных или вакуумметрических давлений до 40 кПа в газовых средах; дифференциальные манометры – для измерения разности двух давлений (перепада), ни одно из которых не является давлением окружающей среды.

По принципу действия приборы для измерения давления классифицируют следующим образом: жидкостные, в которых измеряемое давление (разрежение) уравновешивается давлением столба жидкости соответствующей высоты; пружинные, в которых измеряемое давление уравновешивается силой, возникающей за счет деформации различного рода упругих элементов. Пружинные приборы могут быть подразделены на приборы, в которых чувствительным элементом является одновитковая пружина, многовитковая пружина, мембрана и сильфон (гармониковая мембрана); грузопоршневые приборы, в которых сила, создаваемая измеряемым давлением уравновешивается силой, действующей на поршень определенного сечения. Эти приборы применяются в основном для лабораторных условий; электрические манометры, действие которых основано на зависимости электрических параметров манометрического преобразователя от измеряемого давления.

Жидкостные манометры Жидкостные (трубные) манометры отличаются простотой конструкции, небольшой стоимостью изготовления и относительно высокой точностью измерения, благодаря чему нашли широкое применение. Принцип действия этих манометров основан на уравновешивании измеряемого давления столба жидкости. Манометры выпускают нескольких типов: U-образные, однотрубные (чашечные), кольцевые, колокольные и поплавковые.Жидкостные U-образные манометры применяют для измерения небольших давлений и их перепадов.

Простейший жидкостной U-образный манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью,и прямолинейной миллиметровой шкалы (рис. 3.14, а). Шкала чаще всего бывает двусторонней, с нулевой отметкой посередине. Нижняя часть трубки заполнена до нулевой отметки. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления жидкость в одном колене трубки понижается, а в другом – повышается. Разность уровней, определяемая по шкале, показывает избыточное давление измеряемой среды. Погрешность отсчета показаний составляет ± 2 мм столба рабочей жидкости и не зависит от диаметра трубок.

Пружинные манометры Приборы для измерения давления, основанные на упругой деформации чувствительных элементов под действием измеряемой величины. В качестве упругих чувствительных элементов этих приборов применяют мембраны, мембранные коробки, сильфоны, трубчатые пружины. Соответственно по этим принципам конструктивного исполнения выпускаются манометры одновитковыми трубчатыми пружинами; многовитковыми трубчатыми пружинами; плоскими мембранами;гармониковыми мембранами.

В сильфонных манометрах чувствительным элементом является гармониковая мембрана – сильфон, выполненный из упругого металла (нержавеющая сталь, томпак и другие сплавы).

Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и вакуума и в качестве показывающих (индекс «П») и самопишущих (индекс «С») приборов.Чувствительным элементом прибора является гармониковая мембрана – сильфон 4,который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава.

Сильфоны преобразуют измеряемое давление в тяговое усилие, перемещающее стрелку манометра. Один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании 5, другой герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание. Если давление больше атмосферного, то длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка 1 (или перо) прибора через систему рычагов 2движется по шкале 6.Пружина 3 увеличивает жесткость сильфона.Основная погрешность приборов находится в пределах ± 1,5 %.

Электрические манометры. Кроме первичных приборов давления и приборов со встроенными преобразователями (давление – перемещение – унифицированный электрический сигнал) существуют электрические приборы давления, в чувствительных элементах которых происходит прямое преобразование давления в электрический измерительный сигнал.Рассмотрим электрические манометры, принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления веществ от измеряемого давления. Их называют тензопреобразователями.

Тензопреобразователи изготавливают из полупроводников, платины, сплавов меди и никеля. В приборах давления их используют в качестве чувствительных элементов, механически соединенных с мембраной или пружиной прибора, которая деформируется под действием измеряемого давления. В качестве примера рассмотрим принцип действия манометра «Сапфир-22ДИ» (рис. 3.21). Он предназначен для измерения избыточного давления и состоит из измерительного блока 4 и унифицированного электронного устройства 5. Внутри основания 2 блока 4 размещен мембранный тензопреобразователь 7, полость 8 которого заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 10.Мембрана приварена по наружному контуру к основанию 2.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с мембраной 10.

Основное свойство тензорезисторов – способность изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от степени прогиба мембраны тензопреобразователя.Измеряемая величина (давление среды в технологическом аппарате или трубопроводе) подается в камеру 11 фланца измерительного блока и через жидкость, заполняющую тензопреобразователь, воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб и изменение электрического сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователяпередается от измерительного блока в электронное устройство 5 по проводам через вывод 6.Электронное устройство преобразует этот сигнал в токовый выходной сигнал манометра, значение которого зависит от измеряемого давления.

Рис. 3.21. Мембранный манометр САПФИР-22ДИ: 1 – прокладка; 2 – основание;.3 –полость; 4 – измерительный блок; 5 – электронное устройство; 6 – гермовывод; 7 – мембранный тензопреобразователь; 8 – полость тензопреобразователя; 9 – фланец; 10 – мембрана; 11 – камера

Недостатки: необходимость индивидуальной градуировки и зависимость показаний прибора от температуры измеряемого объекта. Из-за последнего недостатка приходится вводить в измерительную схему приборов с тензопреобразователями устройства термокомпенсации.

Напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры используют для измерения малых давлений и разрежений: напоромеры – для избыточных давлений до 40 кПа, тягомеры – для малых разрежений (вакуума), тягонапоро­меры – для малых давлений и разрежений.

Мановакуумметры. Эти приборы служат для измерения избыточного и вакуумметрического давления. С правой стороны от нулевой отметки шкалы ведут отсчет избыточного давления, а с левой – вакуума.

Автоматизация производства Лекция №3 Первичные преобразователи (датчики).

Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Датчики, выполненные на основе электронной техники, называются электронными датчиками. Отдельно взятый датчик может быть предназначен для измерения (контроля) и преобразования одной физической величины или одновременно нескольких физических величин.

Просмотр содержимого документа «автоматизация производства Лекция №3 Первичные преобразователи (датчики)

Лекция №3 Первичные преобразователи (датчики).

В состав датчика входят чувствительные и преобразовательные элементы. Основными характеристиками электронных датчиков являются чувствительность и погрешность.

Датчики широко используются в научных исследованиях, испытаниях, контроле качества, телеметрии, системах автоматизированного управления и в других областях деятельности и системах, где требуется получение измерительной информации.

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

Широко встречаются следующие определения:

чувствительный элемент, приемник, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;

законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.

датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.

датчик — конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвёртом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Датчики используются во многих отраслях экономики — добыче и переработке полязных ископаемых, промышленном производстве, транспорте, коммуникациях, логистике, строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении, науке и других отраслях — являясь в настоящее время неотъемлемой частью технических устройств.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее

массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

Датчики по своему назначению и технической реализации близки к понятию «измерительный инструмент» («измерительный прибор»). Однако показания приборов воспринимаются человеком, как правило, напрямую (посредством дисплеев, табло, панелей, световых и звуковых сигналов и проч.), в то время как показания датчиков требуют преобразования в форму, в которой измерительная информация может быть воспринята человеком. Датчики могут входить в состав измерительных приборов, обеспечивая измерение физической величины, результаты которого затем преобразуются для восприятия оператором измерительного прибора.

В автоматизированных системах управления датчики могут выступать в роли инициирующих устройств, приводя в действие оборудование, арматуру и программное обеспечение. Показания датчиков в таких системах, как правило, записываются на запоминающее устройство для контроля, обработки, анализа и вывода на дисплей или печатающее устройство. Огромное значение датчики имеют в робототехнике, где они выступают в роли рецепторов, посредством которых роботы и другие автоматические устройства получают информацию из окружающего мира и своих внутренних органов.

В быту датчики используются в термостатах, выключателях, термометрах, барометрах, смартфонах, посудомоечных машинах, кухонных плитах, тостерах, утюгах и другой бытовой технике.

Классификация датчиков _ __ __ __

4) Что понимается под качеством материалов и изделий. Как оно определяется.

Качество продукции — это совокупность свойств, обуславливающих пригодность продукции удовлетворять определённые потребности в соответствии с ее назначением.

Под определением показателя качества подразумевается нахождение его численного значения. Для этого на практике в зависимости от специфики продукции принимаются следующие методы.

Измерительный — при помощи инструментов, приборов.

Регистрационный метод — который основан на регистрации и подсчёте числа определённых событий (например отказов при испытаниях) или предметов (например, стандартизированных, унифицированных, оригинальных защищённых патентом). Регистрационным методом могут определяться такие показатели как безотказность, патентно — правовые, стандартизация, унификация.

Вычислительный метод — основывается на применении специальных математических моделей для определения показателя качества продукции.

1)Первичный преобразователь-датчик. Его назначение. Привести примеры первичных преобразователей.

Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:

-Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрикинетические, гальванические и др. датчики).

-К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т.п. Данным приборам для работы необходим источник энергии.

-Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины.

2)Приборы. Для чего они существуют? Наиболее важные структурные элементы приборов. Привести примеры приборов.

Прибор-устройство, предназначенное для определения каких-либо свойств, параметров. Он состоит из датчика, аналогового цифрового преобразователя, в котором сигнал преобразуется в число импульсов или просто число; регистратора (ПК), исполнительного механизма. Предназначение: количественное представление явлений природы, для расчетов. Примеры: фотоэлемент, солнечная батарея, термопара.