9372

52

показывающие приборы. Отличительной особенностью группы приборов КВ-1 является то, что они имеют вращающийся цилиндрический циферблат, перемещающийся относительно неподвижного указателя. В группе приборов КП-1 шкала плоская. В некоторых модификациях ко входу электронного вторичного прибора через переключающее устройство, встроенное в прибор, могут подключаться несколько внешних датчиков (первичных преобразователей). Такой прибор называют многоточечным (многоканальным). Одноточечный (одноканальный) электронный вторичный прибор на входе имеет лишь один датчик, переключающее устройство отсутствует.

Взависимости от того, какой сигнал – носитель информации – в приборе обрабатывается, приборы могут быть электрическими, пневматическими или гидравлическими. В строительной индустрии наиболее часто применяют электронные вторичные приборы, в которых сигнал, характеризующий технологический процесс, представлен в электрической форме.

Всостав электронного вторичного прибора входит усилитель и показывающее или пишущее устройство. Пишущее устройство представляет каретку с капиллярной трубкой, с помощью которой происходит запись характера контролируемого процесса на бумаге. Бумажная лента перемещается с помощью лентопротяжного механизма.

Вавтоматических системах наиболее широко применяются электронные вторичные приборы с одной из трѐх измерительных схем: мостовой, компенсационной и дифференциально-трансформаторной.

Взависимости от вида измерительной схемы различают электронные мосты, электронные потенциометры и электронные вторичные приборы с дифференциально-трансформаторными первичными преобразователями.

2.6.2. Электронные мосты

Электронные мосты предназначены для измерения и записи (иногда – для регулирования) любой электрической или неэлектрической величины, которая может быть преобразована в изменение электрического сопротивления датчика. Датчиком электронного моста может быть терморезистор, помещѐнный в объект контроля или регулирования, поэтому электронный мост с датчиком-термо-резистором применяется для измерения температуры.

Мостовая измерительная схема прибора выполнена на резисторах R1, R2, RT, RP. К диагонали моста подводится напряжение u, с другой диагонали снимается сигнал разбаланса в виде напряжения определѐнного знака u и подаѐтся на усилитель (рис. 2.24). В качестве примера рассмотрен электронный мост КСМ-3.

При равновесии мостовой измерительной

шение:

R1 Ra b R3 RT Ra c R2 ,

где R1, R2, R3 – резисторы с постоянными сопротивлениями мостовой схемы; RT – сопротивление терморезистора, помещѐнного в объект контроля;

54

2.6.3. Электронные потенциометры

Электронные автоматические потенциометры применяются для измерения и записи изменяющихся напряжений постоянного тока или других величин, преобразованных в напряжение. Датчиком, работающим с этим прибором, может быть термопара, поэтому шкала прибора дополнительно градуируется в градусах.

В электронных автоматических потенциометрах применяется компенсационный принцип измерения. Упрощѐнная схема прибора представлена на рис. 2.25.

Измеряемое напряжение постоянного тока ux поступающее, например с термопары, подводится к точке A мостовой измерительной схемы (резисторы Rp, R1, R2, R3, R4, R5, R6) и точке a усилителя. На схеме ИСН – источник стабилизированного напряжения для формирования напряжения компенсации uK .

Компенсационный принцип измерения заключается в том, что измеряемое напряжение ux сравнивается с компенсационным напряжением uK , сни-

маемым с диагонали АБ измерительной схемы. Если напряжение ux и uK не равны, их разность u ux uK подаѐтся на вход электронного усилителя У. Полярность сигнала зависит от соотношения величин ux и uK . Разность

u в усилителе преобразуется в переменное напряжение частотой 50 Гц, усиливается и подаѐтся на управляющую обмотку 3-4 реверсивного двигателя РД-09. Ротор двигателя начинает вращаться и перемещает механически связанный с ним движок A реохорда Rp через редуктор Р1 до тех пор, пока

сигнал на выходе мостовой измерительной схемы не станет равным нулю. Одновременно через редуктор Р2 перемещается каретка показывающего и записывающего прибора. В момент равенства нулю сигнала на выходе мостовой измерительной схемы каретка со стрелкой останавливается на нужном делении шкалы.

Для целей регулирования прибор может комплектоваться контактной системой К1-К3 (блок регулирования).

Для непрерывной записи измеряемой величины на бумажную ленту в приборе имеется лентопротяжный механизм, который приводится в движение синхронным электродвигателем СД-09 через редуктор Р3.

2.6.4.Электронные вторичные приборы

сдифференциально-трансформаторными датчиками

Электронные приборы этой группы применяются для измерения неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в перемещение мембраны или сильфона, а это перемещение преобразуется в напряжение соответствующей амплитуды и фазы дифференциально-трансформаторного датчика. Поэтому такими приборами в системах ТГВ измеряют давление жидкости или газа, расход жидкости или газа, уровень жидкости в зависимости от типа датчика. Электрическая схема прибора показана на рис. 2.26 (прибор типа КСД-3 с датчиком давления).

Перемещение сердечника 1 в катушке датчика Д1 зависит от величины измеряемого параметра. Во вторичном приборе находится аналогичная катушка Д2, сердечник 2 которой при помощи профильного диска перемещается реверсивным двигателем РД. Первичные обмотки датчика Д1 и вторичного прибора Д2 соединены параллельно и получают питание от трансформатора в усилителе У. Вторичные обмотки включены встречно. В них индуктируются переменные напряжения u1, u2, u’1 и u’2, разности которых u1 и u2 образуют сигнал рассогласования u u1 u2 . Амплитуда и фаза сигнала зави-

сят от положений сердечников относительно середины своих обмоток.

При рассогласованных положениях сердечников индуктированные во вторичных обмотках напряжения будут различны. Сигнал рассогласованияu подаѐтся на усилитель, а затем на реверсивный двигатель. Двигатель вращается до момента, пока стрелка показывающего устройства остановится на цифре измеренного значения и эта разность не станет равной нулю. Каждому значению измеряемого параметра соответствует определѐнное положение сердечника и записывающей системы во вторичном приборе.

Чувствительным элементом первичного преобразователя, соединѐнным с сердечником датчика Д1, может быть поплавок для измерения уровня жидкости, мембрана дифференциального манометра, сильфон манометрического датчика температуры и другие устройства. В специальной комплектации прибора устанавливается блок регулирования с контактной системой К1-К3.

57

2.7. Релейно-контактная аппаратура

Во многих системах автоматического регулирования и управления систем ТГВ переключение отдельных цепей, их замыкание и размыкание выполняется с помощью электромеханических устройств: реле, контакторов, магнитных пускателей, автоматических воздушных выключателей. Автоматическое управление с применением реле, контакторов, магнитных пускателей, а также различных механических переключающих устройств называют релейно-контактным управлением. Замыкание или размыкание электрических цепей происходит в этом случае механическими контактами, которые приводятся в движение теми или иными способами.

Основу аппаратуры релейно-контактного управления составляют реле и контакторы. Применяются также магнитные пускатели – разновидности контакторов, а также автоматические воздушные выключатели – электромеханические устройства для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты их при коротких замыканиях и длительных перегрузках.

Электромагнитное реле – электромеханическое устройство, замыкающее или размыкающее электрические контакты под воздействием управляющего сигнала. Отечественной промышленностью выпускаются различные типы электромагнитных реле, отличающихся по конструкции, назначению и принципу действия.

Электромагнитное реле состоит из сердечника 1 (рис. 2.27), катушки 2, якоря 3, кронштейна 4, замыкающих и размыкающих контактов 5 и 6 и возвратной пружины 7. Выводы 8 катушки реле и контактов 9 и 10 подсоединяются к соответствующим цепям управления. При протекании тока через обмотку 2 сердечник 1 намагничивается и притягивает якорь 3. Механическое движение якоря приводит к замыканию контакта 5 и размыканию контакта 6. В результате происходит замыкание или размыкание электрической цепи. Контакты реле замыкают или размыкают преимущественно цепи управления, где ток не превышает нескольких ампер. На схеме 11 – амортизирующие пружины.

Взависимости от времени срабатывания контактов различают реле

мгновенного действия и реле с выдержкой времени. В реле мгновенного дей-

ствия контакты замыкаются (или размыкаются) практически сразу после поступления напряжения на катушку реле (или после исчезновения напряжения на катушке).

Вреле с выдержкой времени контакты замыкаются или размыкаются не сразу после поступления на реле сигнала управления, а с некоторой выдержкой времени. Применение контактов реле с выдержкой времени вызвано практической необходимостью. Реле с выдержкой времени используются, например, при автоматическом управлении пуском асинхронных двигателей

сфазным ротором в крановых механизмах, конвейерах и других случаях, где требуется создать выдержку времени, необходимую для работы того или иного механизма.

Рис. 2.27. Конструкция электромагнитного реле

Наиболее простым способом выдержка времени (до 10-12 с) при отпускании реле может быть создана, например введением медной гильзы между обмоткой реле и сердечником. Выдержку времени можно создать и другими способами, например вводя часовой механизм в конструкцию реле. Такие ре-

ле называются маятниковыми реле времени.

В некоторых типах реле времени имеется кулачковый распределительный валик, который приводится во вращение электродвигателем небольшой мощности. При вращении валика кулачковым механизмом замыкаются или размыкаются контакты в определѐнной последовательности через соответствующие промежутки времени. В таких реле выдержка времени может исчисляться от нескольких секунд до нескольких часов. Примером такой конст-

59

рукции может быть электрический прибор КЭП-12, применяющийся при автоматизации, например вентиляционных установок.

В отдельных случаях электромагнитные реле могут выполнять функцию защиты электроустановок.

Такую функцию выполняют реле максимального тока. Эти реле срабатывают при коротких замыканиях в электрических цепях и настраиваются на ток в обмотке реле, превышающий номинальный в 2-2,5…11 раз.

Для защиты электроустановок при длительных перегрузках применяются реле тепловые. Эти реле, в отличие от электромагнитных, катушек не имеют. В конструкцию теплового реле (рис. 2.28) входит нагревательный элемент (нихромовая пластина или отрезок нихромовой проволоки) 4, включаемый в цепь главного тока, биметаллическая пластина 1, представляющая продольный спай инваровой и стальной пластин, защѐлка 2, контактная система 3, основание 6. Если в цепи нагревательного элемента ток длительно превышает номинальный на 20-25 %, то происходит нагревание этого элемента, биметаллическая пластина нагревается и за счѐт различного коэффициента линейного расширения инвара и стали изгибается, освобождая защѐлку. Контакты 3 под действием пружины 7 размыкаются, в результате происходит отключение электроустановки от питающей сети. После остывания нагревательного элемента и биметаллической пластины контакт теплового реле может быть возвращѐн в исходное рабочее состояние кнопкой возврата 5.

2 5

1

Рис. 2.28. Конструкция теплового реле:

а – схема реле; б – условное обозначение контакта теплового реле в электрических схемах

Контактор – электромагнитный аппарат, предназначенный для замыкания и размыкания силовых цепей под нагрузкой. Под силовыми цепями, или цепями главного тока, понимаются цепи силовых потребителей. В таких цепях наблюдаются токи порядка десятков – сотен ампер. Контакторы не имеют принципиальных отличий при сравнении с электромагнитными реле.

60

Контакторы имеют устройства дугогашения и более массивны по сравнению с электромагнитными реле.

Магнитный пускатель – это контактор с встроенными тепловыми реле, применяется для включения силовых цепей (главными контактами) и цепей управления (вспомогательными контактами), а также для автоматической защиты электрических цепей при длительных перегрузках.

Автоматический воздушный выключатель (автомат) – это электромаг-

нитный аппарат не дистанционного действия со встроенными реле максимального тока или тепловыми реле, применяется для включения и отключения электрических цепей и автоматической защиты их при коротких замыканиях и длительных перегрузках.

2.8. Бесконтактные логические элементы

Развитие средств автоматического управления производственными процессами и возрастающие требования к устройствам автоматики привели к необходимости применения в них новых приборов и устройств, позволяющих решать задачи автоматического управления на более высоком уровне. К числу таких устройств относятся бесконтактные логические элементы, реализующие те или иные логические функции. Их применение в схемах автоматики вызвано тем, что при автоматическом управлении всевозможными технологическими процессами и машинами большинство выполняемых операций носит характер логических решений. Единичный простейший логический элемент реализует и простую логическую операцию.

Простейшую логическую функцию выполняют электромагнитные реле при замыкании или размыкании своего контакта. Логическая функция реле поясняется на рис. 2.29. Если на обмотку реле K подаѐтся управляющее напряжение uвх , которое можно считать входным сигналом x реле, то реле сра-

батывает и замыкает контакт K, в результате замыканием контакта вырабатывается сигнал выхода y в виде управляющего напряжения uвых . Замкнутое

состояние контакта реле соответствует простейшей логической операции «Утверждение», называемой также операцией ДА (разрешение на включение). Размыкание контакта соответствует логической операции «Отрицание», или операции НЕ (запрет на включение устройства после размыкания контакта).

uвх = x K

K: 1

y (uвых)

Рис. 2.29. Схема, поясняющая логическую функцию электромагнитного реле