Устройства измерения параметров технологических процессов

Любая система автоматического управления независимо от своего назначения имеет устройство сравнения (различитель), без которого невозможно реализовать отрицательную обратную связь.

Рисунок 4‑6 Структурная схема устройства сравнения.

Устройство сравнения (вычитающее устройство) — это элемент, дающий сигнал ошибки на основании сравнения сигналов входного и обратной связи. Одновременно с операцией вычитания различитель может и усиливать сигнал. На структурных схемах он изображается так, как показано на рис..

На входы различителя поступают задающий сигнал g (t) и сигнал обратной связи x_o.c (t), а на выходе формируется сигнал

e (t) = k[g(t) – x_o,c(t)],

где k— постоянный коэффициент преобразования.

В соответствии с функциями, которые выполняют устройства сравне­ния, их часто называют устройствами измерения.

К схемам устройств сравнения (различителям) предъявляются сле­дующие требования:

1) высокая чувствительность, которая не должна зависеть от значения и закона изменения регулируемой величины;

2) высокая точность измерений;

3) малое потребление энергии (электроэнергии), в связи с чем схема устройства сравнения электрической системы обычно имеет высокое входное сопротивление. Мощность выходного сигнала должна быть большой, т. е. устройство должно иметь высокий кпд;

4) быстродействие схемы должно обеспечивать хорошее слежение за изменением изме­ряемой величины;

5) зона нечувствительности схемы должна быть минимальной

Рисунок 4‑7 Четырех плечевая мостовая схема - мост Уилсона

В системах управления используются механические, электромеханические, и электрические устройства сравнения.

В качестве устройства сравнения часто применяются четырехплечие мосты (рис. 4.7). В три плеча этого моста включены из­вестные сопротивления z₁, z₂, и z₃, а в четвертое — сопротивление датчика z_д. Сопротивления плеч моста могут быть активными и реактивными. Измерительные мосты работают как на постоянном, так и на переменном токе. Когда сопротивление датчика таково, что выполняется условие

z_дz₃=z₁z_2.

то потенциалы точек а и б равны и выходное напряжение равно нулю (U_вых= 0). Условие z_дz₃=z₁z₂ является условием равновесия моста. Если регулируемая величина не равна заданной, то условие z_дz₃=z₁z₂ не выполняется и на выходе моста появляется напряжение U_вых, которое используется в системе для целей управления.

Чувствительность мостовой схемы по току

Где I_H – ток нагрузки в Z_Д.

Чувствительность по напряжению

(4.1)

Передаточная функция моста определяется характером сопротивлений плеч. В случае активных сопротивлений элемент сравнения считается безынерционным, т. е. его передаточная функция W (s) == k. В том случае, когда в системе автоматики информация передается путем изменения какого-либо из параметров электрического сигнала (уровня напряжения или тока, амплитуды, фазы или частоты гармонических колебаний), используется соответствующий тип различителя (различитель уровня, фазы или частоты).

Различитель уровня предназначен для измерения разности двух входных напряжений. Такое измерение можно осуществить, используя электромагнитное устройство (например, трансформатор или магнитный усилитель).

Рисунок 4‑8 различитель уровня.

На рис. 4.8. показан параллельно – балансный каскад, выполненный на трансформаторе, который применяется в качестве различителя уровня

Делители напряжения R₁, R₂ задают начальные смещения на базы транзисторов Т₁ и Т₂, а их эмиттеры включены через сопротивление R_э. Для того чтобы выходное напряжение U_вых было равно нулю при отсутствии входных сигналов U_вх1 и U_вх2 или при их равенстве, источник питания Е_к подключают к коллекторным сопротивлениям R_к каскада через переменное сопротивление R_п. В этих каскадах практически отсутствует дрейф, а коэффициент усиления значительно выше, чем в однотактных усилителях. Напряжение на выходе

U_вых = к_тр(U_вх1 – U_вх2) (4.2)

где к_тр — коэффициент усиления по напряжению.

Лекция №5 Вторичные приборы

Любой технологический процесс требует контроля, а в случае необходимости и регистрации основных своих параметров. Для этого в системы автоматики включаются вторичные приборы, работающие в комплекте с датчиками. Вторичные приборы измеряют выходной сигнал датчиков.

К вторичным приборам относятся:

1. милливольтметры

2. миллиамперметры

3. автоматические уравновешенные мосты и т.п.

Вторичные приборы делятся на:

1. не балансные

2. балансные

Небалансные приборы непосредственно измеряют выходной сигнал датчика Контролируемый параметр Xi (рис 5.1).

Рисунок 5‑1

Д- датчики; В - вторичный прибор например, милливольтметр с термопарой.

Балансные вторичные приборы - более точные системы измере­ния.

Они построены на принципе балансирования (уравновешения) выходной величины датчика равной ей величиной (рис 5.2).

· Д - датчик;

· УС-устройство сравнения;

· У - усилитель;

· РУ - регистрирующее устройство;

· БО - балансирующий орган.

Рисунок 5‑2

Такой прибор - компенсатор является самостоятельной системой автоматического управления, поэтому эта измерительная система обладает рядом преимуществ перед не балансной. В ней отсутствуют погрешности, вызванные колебаниями напряжения питания, нестабильностью усиления усилителя и др.

По виду балансируемой величины вторичные приборы делятся на:

1. Автоматические потенциометры;

2. Автоматические самобалансирующиеся мосты.

Первые балансируют выходное напряжение датчика. Вторые уравновешивают выходное сопротивление датчика.

Рисунок 5‑3

· Д- датчик сопротивления (термосопротивление, тензодатчик);

· У - усилитель переменного напряжения.

Функциональная схема автоматического моста непрерывного балансирования.

Рисунок 5‑4

· Д - термопара;

· М - модулятор.

Функциональная схема электронного автоматического потенциометра.

Автоматические электронные потенциометры обладают высоким быстродействием и точностью, которая обусловлена тем, что прибор является астатической системой автоматического управления.

Усилительные устройства.

Усилительные устройства служат для усиления сигнала рассогласования по мощности или напряжения до величины необходимой для управления исполнительными устройствами.

]

5.2 Требования к усилителям:

1. минимальная постоянная времени T=RC;

2. линейность амплитудной характеристики;

3. малая зона нечувствительности.

Если для управления исполнительным устройством необходим сигнал переменного тока, а измерительное устройство работает на постоянном токе, то усилительное устройство включается модулятор.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: