9530

51

Пружина

Катушка

u

Рис. 2.20. Схематическая конструкция тягового электромагнита

На катушку электромагнита подаётся напряжение питания u. В катушке создаётся магнитное поле, пронизывающее сердечник, сердечник намагничивается и втягивается в катушку. При этом через шток и шарнирное звено передаётся перемещение регулирующему органу (заслонка, клапан, задвижка) в положение «открыто». Если напряжение питания u отключить, то сердечник под действием собственной массы и пружины опускается вниз и перемещает регулирующий орган в другое положение («закрыто»). Такая конструкция нашла широкое применение в клапанах – отсекателях газовых сетей как устройств автоматики безопасности.

Достоинство исполнительных механизмов с тяговыми электромагнитами – простота конструкций, быстродействие и возможность получения непосредственно линейных перемещений, недостаток – значительные габариты при больших усилиях на штоке, низкая точность перемещений, удары и рывки при работе, наличие релейной статической характеристики, не позволяющей получить пропорциональный закон регулирования.

Исполнительные механизмы, выполненные на основе применения электродвигателей с редукторами, могут быть однооборотными или многооборотными. В однооборотных исполнительных механизмах угол поворота выходного вала редуктора не превышает 360º. В многооборотных исполнительных механизмах выходной вал делает несколько оборотов или вращается непрерывно (рис. 2.21).

К

регулирующем

52

б)

L1 N

Статорные

обмотки

C

В трёхфазных электродвигателях питающее напряжение подаётся на зажимы L1, L2, L3 (три фазы), в однофазных – на L1, N (фаза и нейтраль).

Многооборотные исполнительные механизмы широко применяются при автоматизации различных процессов в системах ТГВ. Многооборотный исполнительный механизм может сообщать как вращательное, так и поступательное движение, а наличие реостата обратной связи даёт возможность реализовать различные законы регулирования. В некоторых многооборотных механизмах отсутствует реостат обратной связи, поэтому этот механизм применяют в схемах двухпозиционного регулирования. Однооборотный исполнительный механизм применяется для перемещения, например задвижек, клапанов, шиберов, кранов. Наличие реостата обратной связи в нём позволяет осуществлять различные законы регулирования. К отмеченным достоинствам электрических исполнительных механизмов можно добавить доступность энергии в стационарных условиях. Недостатки исполнительных механизмов на основе электродвигателей – значительные габариты при больших усилиях на выходном валу

53

редуктора, необходимость в большинстве случаев преобразования вращательного движения в поступательное.

При автоматизации систем теплоэнергетики широко применяют

пневматические исполнительные механизмы, обладающие малой инерционностью и позволяющие получить большие перестановочные усилия. Эти механизмы применяют в основном для передачи поступательных движений. По принципу действия их можно разделить на две группы: поршневые и мембранные.

Поршневые исполнительные механизмы могут быть одностороннего и двустороннего действия. В конструкцию поршневого исполнительного механизма входят цилиндр, шток с поршнем, система уплотняющих устройств и распределительное устройство. Достоинство пневматических поршневых исполнительных механизмов – простота конструкции, возможность получения больших перестановочных усилий, недостаток – большие габариты и значительные рывки при работе механизма.

Широкое применение нашли мембранные исполнительные механизмы (рис. 2.22).

Мембранные исполнительные механизмы имеют мембрану, соединённую со штоком, посредством которого движение сообщается клапану, шиберу, задвижке или другому механизму. При подаче сжатого воздуха в надмембранное пространство исполнительного механизма мембрана прогибается, перемещая шток. Между давлением воздуха над мембраной и перемещением штока существует пропорциональная зависимость, позволяющая применять эти исполнительные механизмы в пропорциональных регуляторах. Недостаток пневматических исполнительных механизмов заключается в том, что для их работы необходим источник сжатого воздуха (компрессор) с фильтром. Достоинство пневматических исполнительных механизмов – возможность использования во взрывоопасных средах, например в газовых сетях.

Рис. 2.22. Схематическая конструкция мембранного исполнительного механизма

Гидравлические исполнительные механизмы (рис. 2.23)

предназначены для преобразования давления жидкости (масла, воды, глицерина и др.), поступающей от гидравлического насоса, в механическое перемещение, например поршня со штоком. Гидравлические исполнительные механизмы позволяют получить при небольших габаритах большие перестановочные усилия на штоке, одновременно достигается высокая точность линейных перемещений.

Поршень

Шток

Цилиндр

Шарнирное

звено

Рис. 2.23. Схематическая конструкция поршневого гидравлического исполнительного механизма

55

Недостаток гидравлических исполнительных механизмов – высокие требования к чистоте обработки сопрягаемых деталей и необходимость в источнике сжатой жидкости.

Регулирующие органы предназначены для непосредственного воздействия на объект регулирования, чтобы устранить появившееся отклонение регулируемой величины от заданного значения. Регулирующие органы изменяют приток вещества или энергии и выполняются, как правило, в виде клапанов, задвижек, шиберов, заслонок. В системах автоматики регулирующие органы часто составляют с исполнительным механизмом единое целое. Главное требование к конструкции регулирующих органов – линейность их статической характеристики.

2.6. Автоматические электронные показывающие, регистрирующие и регулирующие приборы

Для целей измерения технологических параметров, а в отдельных случаях и для их регулирования, применяется большая группа показывающих, регистрирующих и регулирующих приборов – электронные вторичные приборы, входящие в состав Государственной системы приборов (ГСП). В соответствии с ГСП приняты блочный и модульный принцип построения приборов, полная взаимозаменяемость на основе высокой степени унификации, стандартизация габаритов.

2.6.1. Классификация автоматических электронных вторичных приборов

В настоящее время приборостроительная промышленность выпускает в соответствии с ГСП несколько групп электронных вторичных приборов. Для автоматизации систем ТГВ наиболее часто применяют приборы групп КС-1, КС-2, КС-3, КС-4, КВ-1 и КП-1. В группу приборов входят электронные потенциометры, мосты и приборы с индукционными датчиками (табл. 2.1).

Т а б л и ц а 2.1

Типы электронных вторичных приборов системы ГСП

57

Простейшие приборы входят в группу КС-1 и КП-1. В группу КС-1, КС-2, КС-3, КС-4 входят самопишущие приборы. В группу КВ-1 и КП-1 входят 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 трёх 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, помещённый 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 определённого знака u и подаётся на усилитель (рис. 2.24). В качестве примера рассмотрен электронный мост КСМ-3.

58

При равновесии мостовой измерительной схемы соблюдается

соотношение:

R1 Ra b R3 RT Ra c R2 ,

где R1, R2, R3 – резисторы с постоянными сопротивлениями мостовой схемы;

RT – сопротивление терморезистора, помещённого в объект

контроля;

Ra b – сопротивление реохорда (переменного резистора) между

точками a и b;

– сопротивление реохорда между точками a и c.

Сигнал разбаланса u при этом равен нулю. При отклонении температуры в объекте величина сопротивления терморезистора изменяется, равновесие моста нарушается, на входе усилителя появляется сигнал разбаланса u соответствующего знака. Этот сигнал усиливается усилителем У и передаётся на обмотку 3-4 реверсивного двигателя РД-09. Вторая обмотка 1-2 двигателя питается через фазодвигающий конденсатор C от сети. Ротор двигателя начинает вращаться и перемещает стрелку циферблатного указателя. Одновременно через жёсткую обратную связь (редуктор Р) приводится в движение движок реохорда RP в направлении уменьшения разбаланса u . При равенстве

нулю напряжения u мостовая схема уравновесится, а стрелка циферблатного указателя покажет величину измеренной температуры.

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.