книги / Основы автоматики

где р. - внутреннее сопротивление дисков; Р - усилие, приложенное в отолбику; А, - коэффициент пропорциональности. Обычно

поэтому

к,

т .е . сопротивление угольного столба является функцией изме­ ряемого давления (рис. 3 .40,6).

11

:zs:

3 z :

a)|р~

Рио.3.41. Угольный датчик давления

Достоинство угольных датчиков давления оостоит в просто­ те конструкции, незначительных температурных погрешностях. В то же время для них характерны неоднозначность и нелиней­ ность статичеокой характеристики.

Пьезоэлектрические датчики давления оонованы на овойотве некоторых кристаллов выделять на поверхности заряды при сжа­ тии или растяжении. Примером кристаллов, обладающих пьезоэлек­ трическим эффектом, является кварц. На рио.3.42 показана схе­ ма пьезоэлектрического датчика давления. Измеряемое давление воспринимается мембраной I и передается двум кварцевым плаотинам 2. Пластины располагаются таким образом, что на их внут­ ренних гранях образуются одноименные заряды. Разность потен­ циалов снимается с металлических прокладок 3, 4. Напряжение на выходных клеммах датчиках

где Q = е PS - заряд в кулонах,

Р- давление, н/м2 ;

3- площадь грани, и2 ;

е- пьезоэлектрическая поотоянная; С - емкость кварцевых плаотин.

Вконечном виде

ной и поверхностной проводимости кри­ сталла.

Г л а в а 17

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§ 4 .1 . ОЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ

Как правило, точность работы чувствительных элементов.реа­ гирующих на отклонение регулируемой величины, тем выше, чем меньше мощность снимаемого с них сигнала. Поэтому прежде чем такой сигнал будет подан на пополнительные органы, он должен быть усилен, а в некоторых, достаточно распространенных, слу­ чаях еще и преобразован в форму, согласувщуюся с входом испол­

ляет величиной потока энергии от внешнего источника энергии, преобразуя одновременно ее в удобную для дальнейшего использо­ вания форму.

В отдельных случаях, когда требуется уоилить оигнал только по величине, уоиление может быть^достигнуто и беэ внешнего ис-

точника анергии. Типичный примерок такого рода уоилителей явля­ ются повышающий транофорнатор напряжения, редуктор, рычаг.Одна­ ко в данной главе будут рассматриваться только усилители о дополнительным источником, или, как говорят, активные усили­ тели.

И зависимости от вида вспомогательного источника эвергии усилители бывают электрическими, механическими, гидравличе­ скими, пневматическими и комбинированными (электропневматическими, электромеханическими и т .д .) .

Наиболее широкое применение в оиотемах автоматического управ­ ления получили электричеокие усилители. Это обьяоняетоя в пер­ вую очередь их относительной проототой, дешевивной, удобством преобразования и передачи анергии, выоокой надежностью работы.

Ив числа электричеоких усилителей наиболее часто применяют­ ся электронные, ионные, полупроводниковые, магнитные, релейные и алектромашинные усилители. За исключением последних двух,вое перечисленные усилители не имеют подвижных чаотей и это явля­ ется их весьма существенным доотоинотвом.

В электрических уоилителях входная и выходная величины имеют электричеокую природу. В зависимости от характера изменения этих величин электрические усилители подразделяются на усили­ тели постоянного я переменного тока (напряжения).

Основными характеристиками, определяющими овойотва уоилителей как элементов оиотем автоматического управления, являют-

Коэффициент усиления по току

Эти величины важны для согласования уоилителя о другими элемен­ тами системы. Для того чтобы меньше загружать чувствительные элементы, входное сопротивление устанавливаемых эа ними усили­ телей должно быть возможно большим. В то же время выходное со­ противление должно быть малым, чтобы усилитель в наименьшей степени влиял на работу последующего элемента.

7. Инерционность усилителя. С точки зрения динамических свойств системы желательно, чтобы уоилители обладали возможно меньшей инерционностью. Однако, в некоторых случаях для целей коррекции динамики системы инерционность вводится в уоилители специально (например, для сглаживания помех). Инерционность оценивается по динамическим характеристикам уоилителей.

8. Линейнооть статичеокой характеристики. Как и для всех элементов автоматических оистем, линейность статической харак­ теристики уоилителей в большинстве случаев желательна. Однако иногда из соображений улучшения некоторых качеотв систем необ­ ходимо, чтобы выходная величина усилителя изменялась скачком при достижении входной величины некоторого заданного значения. Это означает, что статическая характеристика усилителя должна

как линейная, так и нелинейная статические характеристики долж­ ны быть двухтактными.

9. Собственные шумы - ложные сигналы на выходе уоилителя, генерируемые его элементами при отсутствии сигнала на входе. Обычно измеряются мощностью (Рш ) , напряжением ( 1/ш ) или то­ ком (7 Ш) шумов, приведенных ко входу уоилителя. Собственные шумы определяют порог срабатывания уоилителя - минимальное зна­ чение входного сигнала UnSx , при котором выходной сигнал можно отличить от собственных шумов уоилителя о заданной веро­ ятностью. Обычно считается, что еоли на выходе уоилителя отно­ шение сигнала к шуму по мощности

ш вых

то сигнал повет быть обнаружен с вероятностью 99,9%.

Помимо удовлетворения требований, которые могут быть оформулированы с помощью приведенных характеристик, уоилители, как элементы автоматических оистем, должны иметь малый вео, боль­ шую надежность в условиях эксплуатации, выоокий коэффициент полезного действия, быть простыми в настройке и обслуживании и т .д .

§ 4 .2 . ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

Реле называются уотройотва , у которых выходная величина изменяется скачком при достижении входной величины некоторого определенного значения. Как оледует из определения, реле име­ ют существенно нелинейные статичеокие характеристики.

Реле могут быть механическими, гидравлическими, пневма­ тическими, электрическими и комбинированными. Наиболее широко применяются электрические реле. Последние по принципу дейст­ вия делятся на электромагнитные, магнитные, электронные, полу­ проводниковые и т .д .

В зависимости от того, как подключается внешний иоточник энергии к выходу уоилителя при срабатывании, реле классифицируютоя на контактные и беоконтактные. В контактных реле это подключение осуществляется замыванием контактов, а в бескон­ тактных - скачкообразным изменением проводимости электрическо­ го тока некоторого элемента. Такое скачкообразное изменение проводимости обычно достигается с помощью элементов с нелиней­ ными характеристиками при охвате их положительной обратной (с выхода на вход) связью.

Основными характеристиками реле, определяющими их свой­ ства как элементов автоматических оистем, являютоя.

1. Ток срабатывания 1уСр - минимальный ток, при котором происходит скачкообразное увеличение выходного тока.

2. Ток отпускания 1увт - минимальный ток, при котором происходит скачкообразное уменьшение выходного тока к исход­ ному значению.

3. Время срабатывания tcp - время от мгновенного включе­ ния входного сигнала до скачкообразного увеличения выходного тока.

4. Время отпускания

выходного сигнала до момента уменьшения выходного тока к ис­ ходной величине.

5. Рабочий хок 1ур - величина входного тока, при кохорой обеспечивается надежное удержание максимального значения вы­

Обычно ks< 1

9. Коэффициент усиления по мощности

Приведенные характеристики могут быть выражены не только черев величину тока, но и через напряжение. Для перехода к ним необходимо воспользоваться уравнением закона Ома

(4 .9)

иу~ z^ Iy

В системах автоматического управления наиболее широко при­ меняются электромагнитные контактные реле постоянного тока.

В оовову их принципа дейотвия положено овойотво электромагнита притягивать ферромагнитные металлы при прохождении тока через катушку.

Различают нейтральные и поляризованные реле. В нейтральных реле направление перемещения подвижного ферромагнитного эле­ мента, называемого якорем, не зависит от полярнооти входного оигнала. В поляризованных реле направление перемещения якоря изменяется при изменении полярности входного оигнала.

Основными ялвивнтянщ нейтрального электромагнитного рел§^ (рис.4.2) являютоя: I - катушка электромагнита, 2 - магнитопровод, 3 - возвратная пружина, 4 - якорь, 5 - контактная груп­ па. Изображенное на риоунке реле относится к типу реле с пово­