Датчики гідравлічних механізмів
1. Статичні показники датчиків. Подання
статичних характеристик та їх види
Якщо відомі ті чи інші показники елемента, можна оцінити властивість цього елемента. В автоматиці та телемеханіці властивості елементів оцінюються різними показниками, пов'язаними вхідними та вихідними величинами. [1, 21-25]
Функціональна залежність вихідної величини Y від вхідний V, виражена математично чи графічно, називається статичною характеристикою елемента Y=f(X).
Елементи, що мають залежні від часу параметри і лінійні статичні характеристики, називаються лінійними, а мають нелінійні характеристики - нелінійними елементами.
За статичною характеристикою можна визначити вид елемента (датчик, реле). Так, наприклад, якщо статична характеристика елемента безперервна, тобто величина Y знаходиться у певній безперервній залежності від величини X (рис. 1), такий елемент називають джерелом первинної інформації або датчиком.
Малюнок 1 Малюнок 2
Якщо статична характеристика елемента змінюється стрибком, тобто практично здійснюється включення або відключення при
Залежно від природи контрольованої вхідної величини X реле називають електричними, тепловими, оптичними. За найменуванням вхідної величини X реле має уточнюючий термін: реле рівня, реле швидкості, реле струму, реле напруги тощо.
Як датчики, і реле є основними елементами автоматики. Вони є основними та обов'язковими елементами сприймаючих блоків (пристроїв). Їх використовують і в проміжних, і у виконавчих блоках автоматичних систем. Елементи для конкретних автоматичних систем вибирають за рядом показників, їххарактеризуючих, - коефіцієнт передачі, порога чутливості, похибки.
Коефіцієнт передачі елемента є відношенням вихідної величини елемента У до вхідної величини X, тобто К = Y/X.
У елементів з лінійною статичною характеристикою коефіцієнт передачі - величина постійна, а у елементів з нелінійною - змінна, що залежить від X. Якщо вхідна та вихідна величини елемента мають однакову фізичну природу, тобто однакові розмірності, то коефіцієнт передачі розмірності не має та його називають коефіцієнтом посилення. При різних розмірностях вхідний та вихідний величин коефіцієнт передачі елемента має розмірність. Стосовно датчика коефіцієнт передачі називають також чутливістю. Чим більше До, тим більше вихідний сигнал елемента при тій же зміні вхідної величини і тим менше потрібно посилювати вихідний сигнал до необхідного значення.
Поріг чутливості - це найменше (за абсолютним значенням) значення вхідного сигналу, здатне викликати зміну вихідного сигналу. Інтервал між значенням вхідного сигналу, що не впливає на значення вихідного сигналу, і значенням вхідного сигналу, що впливає на значення вихідного сигналу, називається зоною нечутливості - ΔХн. Чим більший ΔХн тим гірший елемент. Наприклад, у електродвигуна поріг чутливості дорівнює напрузі торкання двигуна.
Похибка елемента з'являється через неточне таріювання або градуювання (внаслідок розкидання параметрів) елементів у процесі їх виготовлення (у межах встановлених допусків). Внаслідок похибки відбувається відхилення характеристики елемента від заданої «ідеальної» статичної характеристики. Похибка елемента може виникнути внаслідок зміни йоговнутрішніх властивостей (старіння, знос) або зовнішніх факторів (вплив температури, вологості, напруги живлення).
Розрізняють абсолютну, відносну та наведену похибки.
Під абсолютною похибкою елемента розуміють різницю між отриманим Уп і дійсним значеннями вихідної величини, тобто Δ = УП -Y.
Справжнє номінальне значення вихідний величини - це ідеальне значення вихідної величини за відсутності похибки.
Принаймні зменшення номінального значення вихідний величини за незмінному значенні абсолютної похибки відносна похибка збільшується.
Похибка, що виникає за нормальних умов експлуатації, називається основною похибкою. Умови експлуатації елемента не завжди збігаються з нормальними, тому до основної похибки елемента додається похибка, яка називається додатковою.
2. Гідравлічні виконавчі механізми, особливості їх
конструкцій та сфери застосування
Виконавчим механізмом називається [3, с.110 - 116] елемент АСР, що перетворює вихідний сигнал регулятора переміщення регулюючого органу.
По виду використовуваної енергії виконавчі механізми поділяються на пневматичні, гідравлічні та електричні. У хімічній промисловості найбільшого застосування отримали пневматичні та електричні виконавчі механізми.
Гідравлічні виконавчі механізми призначені для перетворення зміни тиску рідини в переміщення регулюючого органу (РВ). Гідравлічні ІМ за принципом дії та конструктивного оформлення не мають суттєвих відмінностей. Однак окремі вузли мають деякі конструктивні особливості. У промисловості використовують поршневі та мембранні ІМ поступальної дії. УІМ обертальної дії кривошипно-повзунного типу кут повороту валу становить 300 °. Переміщення поршня в циліндрі перетворюється за допомогою шатуна та кривошипу у кут повороту вихідного валу. В ІМ обертальної дії лопатевого типу, в циліндрі розташована прямокутна лопата, жорстко закріплена на валу, до якого примикає перегородка. Усередині перегородки знаходиться ущільнювальна планка, що підтискується до валу пружиною. Призначення РВ – змінити кількість речовини або енергії об'єкта регулювання, що подаються на вхід при зміні регулюючого параметра. Вони можуть бути електричними та неелектричними. До електричних відносяться реостати та варіатори. Найбільшого поширення у легкій промисловості набули неелектричні регулюючі органи: регулюючі засувки або заслінки та регулюючі клапани. Корпус діафрагмонтового клапана футерований. Для футерування застосовують ебоніт, вініпласт, фторопласт. Регулюючим органом є діафрагма, виготовлена з гуми, поліетилену або фторопласту. На діафрагму впливає плунжер, що змінює прогин діафрагми при переміщенні штока. мінімальні та максимальні витрати середовища через РВ, вплив робочого середовища на роботу РВ (вибухонебезпечність, вібрація) Регулюючий орган має бути поєднаний з виконавчим механізмом.3 Прилади автоматичного контролю витрати та кількості
Для контролю та управління виробництвом велике значення має вимірювання витрати та кількості різних речовин: газів, рідин, пульп і суспензій.часу. Кількість вимірюють в одиницях об'єму (м 3 см 3 ) або маси (т, кг, г). Відповідно, може вимірюватися об'ємна (м 3 /с, м 3 /год, см 3 /с) або масова (кг/с, кг/год, г/с) витрата.
Для вимірювання витрати речовин застосовують витратоміри, що ґрунтуються на різних принципах дії. Найбільшого поширення для рідин і газів набули витратоміри змінного та постійного перепаду тисків, змінного рівня та індукційні. Для вимірювання витрати сипких речовин зазвичай використовують різні ваговимірювальні пристрої. Для вимірювання кількості застосовують витратоміри з інтеграторами або об'ємні та швидкісні лічильники. Інтегратор безперервно підсумовує показання приладу, а кількість речовини визначають за різницею його показань за проміжок часу, що фебується.
Слід зазначити, що вимірювання витрати і кількості є складним завданням, оскільки на показання приладів впливають фізичні властивості потоків, що вимірюваються: щільність, в'язкість, співвідношення фаз в потоці і т. п. Фізичні властивості вимірюваних потоків, у свою чергу, залежать від умов експлуатації, головним чином від температури та тиску.
Якщо умови експлуатації витратоміра відрізняються від умов, за яких проводилося його градуювання, то помилка у показаннях приладу може значно перевищити допустиму величину. Тому для приладів, що випускаються серійно, встановлені обмеження області їх застосування: за властивостями вимірюваного потоку, максимальної температури і тиску, вмісту твердих частинок або газів в рідині і т.п.
Малюнок 3 – а - діафрагма, б - сопло Вентурі, в – труба Вентурі
Витратоміри змінного перепаду тисків. Дія цих витратомірів заснована на виникненні перепаду тисків на пристрої, що звужує в трубопроводі при русі через нього потокурідини чи газу. При зміні витрати Q величина цього перепаду тиску Ар також змінюється.
Найбільш простим і поширеним пристроєм, що звужує є діафрагма (рис. 3, а). Стандартна діафрагма є тонким диском з круглим отвором в центрі. Від стійкості діафрагми і особливо вхідної кромки її отвори залежить точність вимірювання витрати. Тому діафрагми виготовляють із матеріалів, хімічно стійких до вимірюваного середовища та стійких проти механічного зносу. Крім діафрагми як звужувальні пристрої застосовують також сопло Вентурі (рис. 3 б), трубу Вентурі (рис. 3, в), які створюють менший гідравлічний опір в трубопроводі.