Рудничная автоматика

автоматизированных водоотливных установок и бункеров при автоматизации погрузочных пунктов, в качестве датчика заштыбовки в местах пересыпа угля с одного конвейера на другой и т.д. Конструкции датчиков уровня весьма разнообразны. Большая часть их имеет релейную характеристику. Наиболее простой и распространенный - электродный датчик уровня ЭД (рис. 7,а), используемый в аппаратуре автоматизации водо­ отливных установок. Он представляет собой покрытый свинцом латунный диск 1 со стаканом 5 и монтажной шпилькой 2. На стакан навинчивается кабельный ввод 4. Контактирующей с водой частью датчика служат свинцовые поверхности 6. После присоединения кабеля к шпильке 2 свободный обьем 3 заливают кабельной массой МК-45. Датчик в водосборнике подвешивают на кабеле на высоте, соответствующей контролируемому уровню.

Ваппаратуре автоматизации контроля бункеров и течек сы­ пучими материалами применяется датчик уровня ДУ (рис. 7,6). Он состоит из пластмассового корпуса 1 и электрода 2, в качестве которого можно использовать трубу, цепь или трос.

Встационарных бункерах, если доступ к ним невозможен,

для контроля их заполнения используют радиоактивные датчики. Датчики скорости и частоты вращения используют на шахтах для контроля работы скребковых и ленточных конвейеров, а также скорости скипов и клетей в шахтных подъемных установ­

ках. , Принцип действия большинства датчиков скорости и частоты

вращения основан на явлении электромагнитной индукции.

Для контроля скорости движения цепи скребковых конвейеров используют магнитоиндукционные датчики ДМ-2М (рис. 8,а). В корпусе 1 датчика помещен кольцевой постоянный магнит 2 с

Рис. 9 Датчики усилия

М а г н и т о- у п р у г и й д а т ч и к представляет

собой пакет пластин из электротехнической стали, в котором имеются отверстия для катушек: два для катушки датчика дросселыюго типа и четыре - для двух катушек датчика трансфор­ маторного типа (рис. 9,6). Катушки располагаются друг отно­ сительно друга под углом примерно 90 . К одной из катушек подводится переменное напряжение. Действие магнитоупорных датчиков основано на свойстве стали изменять магнитную про­ ницаемость под действием усилия (т.е. деформации).

П ь е з о э л е к т р и ч е с к и й д а т ч и к основан на том, что при сжатии монокристаллов некоторых веществ (кварца, турмалина, титаната бария и др.), называемых пье­ зоэлектриками, на поверхности кристалла 2 (рис. 9,в) появ­ ляются заряды и между электродами 1 возникает э.д.с., про­

устройства, преобразующего усилие в пропорциональное давле­ ние жидкости, например, в виде цилиндра I с поршнем 2 (рис. 9,г), и манометрического датчика (преобразователя), преоб­

няющего ролика 4, ось которого связана с пружиной 6. Правый конец пружины закреплен на раме. Сила Р, действующая на ро­ лик со стороны каната /, уравновешивается натяжением пружи­ ны, которая в этом датчике служит чувствительным элементом. Растяжение пружины и, следовательно, зазор 5 индуктивного преобразователя 7 будут пропорциональны силе Р, т.е. натя­ жению каната Р.

Датчики давления (разрежения) используются для контроля работы насосов водоотливных установок, компрессорных уста­ новок, контроля давления в гидросистемах горных машин и давления (разрежения), создаваемого вентиляторами, и др.

В качестве датчиков давления (разрежения) наиболее широко применяют манометрические датчики (манометры, вакуумметры), у которых чувствительным элементом служит устройство, пре­ образующее давление в перемещение. Перемещение в свою оче­ редь преобразуется в электрическую величину. Чувствительный элемент в виде одновитковой трубчатой пружины показан на рис. 10,а. В открытый конец трубки подается жидкость под давлением р. К запаянному концу присоединен сердечник ин­ дуктивного преобразователя (или подвижная часть контактной системы). Перемещение сердечника однозначно связано с дав­ лением жидкости. Чувствительный элемент датчиков давления может быть выполнен в виде плоской гофрированной мембраны (рис. 10,6) или сильфона (рис. 10,в).

Для контроля работы насосов водоотлива применяется реле

рами 2 различных типов. Расход Q можно косвенно определить по скорости v движения в трубопроводе, поскольку эти вели­ чины связаны пропорциональной зависимостью Q = vS (S - пло­ щадь сечения трубопровода). Скорость также можно косвенно определить различными способами.

Для измерения расхода воздуха в горных выработках по его скорости применяют термоанемометры, действие которых осно­ вано на зависимости температуры электронагревательного эле­ мента, питающегося от стабилизированного источника напря­ жения и помещенного в воздушный поток, от скорости этого потока, т.е. от расхода воздуха. Затем температура преоб­ разуется в электрическую величину с помощью термопар и термометров сопротивления (см. ниже).

В датчике расхода воздуха, входящего в комплект аппара­ туры АЗОТ (контроля -работы вентиляторов местного проветри­ вания) , скорость движения воздуха определяется по динами­ ческой составляющей давления рднн воздушного потока, равной разности полного рполн и статического рст давлений.

В качестве чувствительного элемента использована упругая мембрана 3 (рис. 11,©. С помощью трубки б с раструбом 7 под мембраной создается полное давление рполн. Полость над мембраной сообщается с трубопроводом 4 через канал 5. Поэ­ тому над мембраной устанавливается статическое давле­ ние per воздушного потока. На мембрану будет действовать усилие, пропорциональное разности р ПОлм - Рст» т.е. скорости потока и, следовательно, расходу воздуха. При определенной скорости потока, соответствующей заданному расходу воздуха, подвижный контакт 7, установленный на мембране, замкнется с неподвижным контактом 2.

Датчики температуры применяются в горной промышленности для контроля нагрева и защиты от перегрева подшипников, приводных барабанов ленточных конвейеров, обмоток электро­ двигателей, а также для контроля поступающего в шахту воз­ духа в системах автоматизации калориферных установок.

Преобразование температуры в электрическую величину осу­ ществляется с использованием различных физических явлений. В некоторых датчиках это преобразование непосредственное,1 в других - через промежуточные преобразовательные элементы. К датчикам с непосредственным преобразованием относятся сле­ дующие.

Т е р м о п а р ы . Их действие основано на том, что если спаять два проводника из различных материалов (рис. 12,а) и

проводников и разности темпера-тур Т\ -Тг горячего и холод­ ного спаев, поэтому термопары применяют для точных измере­ ний. Каждая термопара характеризуется термо-э.д.с. при раз­ ности температур Т\ -Т2 = 100С и допустимой температуре

Константан

водников. В этих датчиках применяют различные металлы в зависимости от диапазона из-

|Mejjww4oi| с температуре, например медь (100-150°С) и сталь

Т е р м о р е з и с т о р ы . По сравнению с термометрами сопротивления они имеют большую зависимость сопротивления от температуры. С помощью терморезисторов можно достаточно

аппаратуре АКТ-2 контроля температуры узлов шахтных стаци­

собой катушку индуктивности с ферритовым сердечником, вклю­ ченную в электрическую цепь последовательно с конденсатором. При нормальном тепловом режиме контролируемых узлов индук­ тивность катушек достаточно высока, и проходящий по ним ток небольшой.

Когда температура возрастает до указанных выше значений, магнитная проницаемость сердечника и, следовательно, индук­ тивность катушки резко снижается, вследствие чего ток в цепи

назначенный для защиты от перегрева подшипников. Он устанав­ ливается на корпусе подшипника в специально просверленном отверстии. Чтобы привести датчик в рабочее состояние, ру­ коятку У, соединенную с валиком 3 и подвижными контактами, поворачивают на 90 по часовой стрелке. При этом замыкаются контакты 2 и заводится рабочая пружина 4. Своим верхним кон­ цом она закреплена в корпусе, нижним - соединена через втул­ ку 5 с валиком 3. Повернуться обратно под действием пружины 4 после отпускания рукоятки валику не позволяет пружина 6, связанная со стержнем 7, который впаян в наконечник 8 датчи­ ка с помощью легкоплавкого сплава. При перегреве подшипника и, следовательно, датчика сплав в наконечнике плавится и рукоятка 1 с валиком и подвижными контактами под действием пружины 4 поворачивается. В результате контакты размыкаются. После остывания датчика и затвердения сплава датчик снова приводят в рабочее состояние указанным выше способом.

Из датчиков с многоступенчатым преобразованием темпера­ туры в электрическую величину применяются манометрические термометры, состоящие из электроконтактного манометраили манометра с индуктивным преобразователем (см. рис. 10, а) и термобаллона, соединенного с манометром трубкой (капилля­ ром). Работа датчика основана на том, что давление вещества, находящегося в замкнутом объеме, прямо пропорционально термодинамической температуре (в кельвинах).

2.2. УСИЛИТЕЛИ

Назначение, классификация и характеристики усилителей. Выходная мощность некоторых элементов систем автоматики, например датчиков и элементов сравнения, часто недостаточна для управления последующим элементом. В этих случаях в сис­ тему вводят усилители, которые увеличивают мощность воз­ действия, передаваемого по цепи управления. Энергию, необ­ ходимую для этого, - усилитель получает от источника питания. Таким образом, функция усилителя сводится к управлению энергией, идущей от источника питания к потребителю, в такт изменениям сигнала, подаваемого на вход усилителя.

По виду применяемой энергии усилители делятся на элект­ рические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Электрические усилители различают в зависимости от вида усилительного элемента. В устройствах рудничной автоматики широко применяют электронные (в основном полупроводни­ ковые), магнитные и электромашинные усилители.

Основным параметром любого усилителя служит коэффициент усиления к, представляющий собой отношение приращения вы­ ходной величины Ау к приращению входной - Аде, т.е. к = Ау/Адс.

Коэффициенты усиления различают по виду усиливаемого па­ раметра. При любом виде энергии важное значение для усилите­ лей имеет коэффициент усиления по мощности кр=&РЪЫх/ЬРъх-

Для электрических усилителей рассматриваются также коэффициенты усиления по току (kj = А /Вы х /Д /вх ) и напражению

(кц = А/вых/Д £/**).

Для гидравлических и пневматических усилителей определяют коэффициент усиления по усилию кр = Aiw/A-Fex.

Когда усилительный элемент не обеспечивает необходимого коэффициента усиления, усилитель составляют из нескольких последовательно соединенных элементов каскадов. Общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов уси­ ления всех каскадов.

Рассмотрим полупроводниковые, магнитные и гидравлические усилители, получившие наиболее широкое применение при авто­ матизации производственных процессов на горных предприятиях.

Полупроводниковые усилители. К ним относятся транзис­ торные и тиристорные усилители [3]. В транзисторных усили­ телях устройств рудничной автоматики применяют в основном схему с общим эмиттером, позволяющую получить наибольший коэффициент усиления по мощности. Если мощность или напря­ жение на выходе каскада оказывается недостаточной то при­ меняют многокаскадные усилители. Связь между каскадами обычно осуществляют подключением выхода одного каскада к входу следующего через конденсатор (резистивно-емкостная связь).

Коэффициент усиления выражают обычно в логарифмических единицах - децибеллах (дБ). Для напряжений и токов

Одной из важнейших характеристик усилителей служит час­ тотная характеристика - зависимость коэффициента усиления от частоты сигнала, т.е. к = фф. По виду частотной характеристики различают широкополосные, резонансные и полосовые усилители.

Рис. 13. Схемы и частотные характеристики широкополосного и резонансного усилителей

Ши р о к о п о л о с н ы е у с и л и т е л и применяют

вустройствах связи. Человеческая речь содержит спектр частот, и усилитель должен одинаково усиливать все частоты

примерно до 3-4 кГц. На рис. 13,а показана электрическая схема широкополосного диспетчерского телефонного усилителя для осуществления двусторонней симплексной громкоговорящей связи, а на рис. 13,6 - его частотная характеристика. Уси­ литель состоит из трех каскадов, выполненных на транзисторах типа р-п-р, с резистивно-емкостной связью между каскадами. Переключение усилителя с приема на передачу производится контактами реле К.

В режиме приема (когда кнопка SB не нажата и реле К не включено) разговорный ток поступает из линии через размыка­ ющие контакты реле К и переменный резистор R14 в первичную обмотку-входного трансформатора 77. С его вторичной обмотки сигнал через разделительный конденсатор С1 поступает на вход первого каскада усилителя, с выхода которого усиленный