Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Технические средства контроля параметров

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Технические средства контроля технологических параметров САК — это комплекс технических устройств, которые позволяют определить значения параметров технологического процесса и передать их в ЭВМ для анализа и представления оператору.

Информация о технологических параметрах поступает от дат­чиков. Подавляющее большинство используемых в производстве . датчиков формируют сигналы в виде электрического напряжения, тока или сопротивления, поэтому технические средства большин­ства систем контроля предназначены для обработки именно элект­рических сигналов.

В подразд. 3.1.3 были рассмотрены различия между аналоговы­ми и дискретными сигналами. Эти сигналы несут разную инфор­мацию, и их обработка происходит по-разному, поэтому рассмот­рим средства обработки тех и других сигналов отдельно.

Технические средства обработки аналоговых сигналов.Их мож­но подразделить на пять групп, которые представлены далее в порядке прохождения по ним сигналов на пути от датчиков до ЭВМ.

1. Переходные устройства (ПУ). Они передают сигналы отдат­чиков к аппаратуре системы контроля. Дело в том, что датчики, как правило, располагаются непосредственно на технологическом оборудовании, а система контроля располагается обычно там, где находится оператор. Расстояние между ними может достигать со­тен и даже тысяч метров.

Для передачи электрических сигналов на эти расстояния ис­пользуют специальные соединительные провода и кабели, кото­рые вместе с клеммными колодками, кабельными разъемами и другими подобными элементами и составляют группу переходных устройств.

2. Устройства нормализации сигналов (УНС). Эти устройства необходимы для приведения сигналов в нормальное состояние. Пройдя сотни метров по проводам и кабелям, электрические сиг­налы неизбежно искажаются из-за воздействия внешних электро­магнитных полей и неидеальных параметров соединительных ли­ний. Устройства нормализации обеспечивают сглаживание и фильт­рацию сигналов, смещение уровня, преобразование тока в на­пряжение, линеаризацию и другие модификации сигналов, дела­ющие более удобной их дальнейшую обработку.

3. Коммутаторы (К). Это электронные или электромеханиче­ские переключатели, позволяющие поочередно подавать сигналы с различных датчиков на измерительные и другие устройства. Ком­мутаторы должны работать быстро, чтобы даже при большом ко­личестве датчиков суммарное время контроля всех параметров не было слишком большим.

4. Усилители (У). Многие сигналы, поступающие с датчиков, представляют собой электрическое напряжение очень низкого уровня — сотые и даже тысячные доли вольта. Такое маленькое напряжение трудно измерить, особенно если нужно знать значе­ние параметра с большой точностью.

Современные измерительные средства обеспечивают высокую точность измерения напряжения в диапазоне от 0,1 В до несколь­ких вольт, а тока — в диапазоне от 0,1 мА до нескольких милли­ампер. Сигналы более низкого уровня должны быть усилены так, чтобы их значения попали в этот диапазон. Эту функцию выпол­няют усилители различных типов, имеющие необходимый коэф­фициент усиления.

Обычно количество усилителей намного меньше, чем количе­ство датчиков, и сигналы от датчиков подаются на усилители по­очередно через коммутатор.

5. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Конечной точ­кой цепочки технических средств, по которой проходят сигналы, является ЭВМ. Однако она оперирует с числами и воспринимает информацию только в числовом виде. Обычно это двоичные чис­ла, состоящие из нулей и единиц, т.е. представляющие собой дво-

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

ичный цифровой код. Для того чтобы ЭВМ могла обрабатывать аналоговые сигналы датчиков, эти сигналы должны быть преоб­разованы в цифровой код, что и делают аналого-цифровые пре­образователи.

Согласование работы АЦП, усилителей и коммутатора произ­водит ЭВМ с помощью сигналов синхронизации.

Примерная структура технических средств обработки аналого­вых сигналов САК представлена на рис. 3.2.

Технические средства обработки дискретных сигналов.Их мож­но подразделить на три группы, которые также представлены да­лее в порядке прохождения сигналов к ЭВМ.

1. Переходные устройства. Они выполняют те же задачи, что и при обработке аналоговых сигналов.

2. Устройства нормализации сигналов. Их функции иные, чем у аналогичных устройств обработки аналоговых сигналов. Дискрет­ные сигналы, поступающие от дискретных датчиков, имеют одно из двух значений информативного параметра сигнала — элект­рического напряжения: его значение может быть либо низким (в частном случае нуль), либо высоким (обычно это напряжение 5 В). Низкий уровень сигнала считают соответствующим логиче­скому нулю (0), а высокий — логической единице (1). Например, сигнал 0 от какого-либо датчика может нести информацию о замк­нутом состоянии контактов связанной с этим датчиком электри­ческой цепи, а сигнал 1 от того же датчика означает, что контак­ты в этой цепи разомкнуты. Или сигнал 0 поступает от датчика при открытом клапане, а сигнал 1 — при закрытом клапане и т.д.

В процессе передачи сигналов по кабелям они могут быть иска­жены различными внешними воздействиями и уровни сигналов

могут отличаться от 0 и 5 В, но эти искажения не настолько вели­ки, чтобы возникли сомнения в логическом значении сигнала: О или 1. Поэтому устройства нормализации дискретных сигналов -это так называемые пороговые устройства, сравнивающие значе­ния сигналов с некоторым пороговым уровнем. Их задача — чет­кое различение сигналов 0 и 1. Они формируют выходной сигнал 1 (например, в виде напряжения 5 В на выходе УНС), если вход­ное напряжение выше некоторого порога (например, 4 В), и сиг­нал 0 (напряжение на выходе УНС равно нулю), если входное напряжение ниже заданного порога (например, 1 В).

Сигналы, поступающие с выходов УНС, являются стандарт­ными и потому совместимыми с устройствами, на которые диск­ретные сигналы поступают для дальнейшей обработки, — регис­трами и счетчиками.

3. Регистры и счетчики. Основная задача технических средств обработки дискретных сигналов заключается в регистрации дво­ичных дискретных сигналов (типа «включен —выключен», «есть— нет», «открыт —закрыт») и подсчете многократно повторяющих­ся единичных событий (количества деталей, проходящих на кон­вейере мимо датчика; количества контейнеров, погруженных в трюм баржи, и т.д.). Далее эта информация поступает в ЭВМ для запоминания, учета, вывода оператору и т.д.

Наиболее естественная форма передачи информации в ЭВМ — в виде двоичных кодов’, т.е. последовательности единиц и нулей. Поэтому средства обработки дискретных сигналов сконструиро­ваны так, что они формируют из полученных сигналов двоичные коды. Для этого устройства, регистрирующие одиночные дискрет­ные сигналы, объединяются в регистры, которые получают па­раллельно сигналы от целой группы дискретных датчиков. Сово­купность зарегистрированных сигналов в виде двоичного кода передается из регистра в ЭВМ (рис. 3.3, а).

Подсчет повторяющихся единичных событий производят счет­чики, которые выражают результат подсчета количества импуль­сов в виде двоичного числа, удобного для передачи в ЭВМ (рис. 3.3, б).

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Возможная структура технических средств обработки дискрет­ных сигналов САК представлена на рис. 3.4.

Комбинирование рассмотренных ранее технических средств позволяет создавать системы автоматического контроля с разны­ми характеристиками для различных технологических процессов.

Автоматический контроль технологических параметров

Автоматический контроль тесно связан с измерением технологических параметров. Задачу измерения выполняет измерительная цепь. Она состоит из совокупности измерительных преобразователей: устройств, в которых реализуется взаимно-однозначная зависимость между входной и выходной величинами. Первичный измерительный преобразователь называется датчиком.

Датчики. Основные сведения. Общие характеристики.

В общем виде датчик может быть представлен в виде чувствительного элемента и преобразователя: Чувствительный элемент (ЧЭ)в системах автоматики выполняет функции органов чувств. Он предназначен для преобразования контролируемой величины в такой вид сигнала Х1, который удобен для измерения. В преобразователе происходит преобразование сигнала Х1 в сигнал Y, чаще всего в электрический сигнал. Например, давление Х в электроконтактном манометре преобразуется при помощи ЧЭ в перемещение стрелки Х1, а затем в преобразователе – в изменение сопротивления Y.

Общие характеристики датчиков.

К основным характеристикам датчиков относятся следующие:

1) статическая характеристика;

3) динамическая (дифференциальная) чувствительность;

Статическая характеристика – это алгебраическая зависимость выходной величины от входной y = y(x). Инерционность – характеризует отставание изменений выходной величины от изменений входной величины. Чем меньше инерционность, тем лучше. Например, инерционность металлических термометров сопротивления (ТС) составляет десятки секунд и минуты, а инерционность полупроводниковых ТС – десятые доли секунды. Динамическая чувствительность определяется как

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

. Желательно иметь большую динамическую чувствительность. Порог чувствительности – это наименьшее по модулю значение входного сигнала, которое вызывает изменение выходного сигнала. Погрешности бывают: абсолютная, относительная и приведенная. Приведенная погрешность определяется формулой:

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

%.

Класс точности прибора определяется его максимальной приведенной погрешностью. Чем меньше эта величина, тем точнее прибор. В промышленности используются приборы, класс точности которых находится в пределах 0,05 ≤ γ ≤ 4.

Классификация датчиков и требования к ним.

Наибольшее распространение в автоматике получили электрические датчики, которые можно подразделить на две большие группы: параметрические и генераторные. Параметрические датчики преобразуют неэлектрические входные сигналы в изменение параметров R,L,C,M (активного сопротивления, индуктивности, емкости, взаимной индуктивности) выходной цепи. Параметрические датчики подразделяются на датчики активного сопротивления (контактные, реостатные, потенциометрические, тензометрические, терморезисторы) и датчики реактивного сопротивления (индуктивные, взаимно-индуктивные, магнитоупругие, емкостные).

Генераторные датчики преобразуют входную величину в ЭДС или ток. К ним относятся термоэлектрические (термопары), пьезоэлектрические, тахометрические датчики и др.

Параметрические датчики активного сопротивления.

Контактные датчики. В них механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих электрическими цепями. При замыкании контактов активное сопротивление между ними изменяется от ∞ до небольшого значения. Контакты являются самой важной частью этих датчиков. Чем меньше мощность, разрываемая этими контактами, тем меньше обгорает контакт. Эти датчики широко применяются при автоматическом контроле и сортировке по линейным размерам изделий с точностью до 1 мм.

Реостатные и потенциометрические датчики. Служат для преобразования углового или линейного перемещения в электрический сигнал. Конструктивно они состоят из изоляционного каркаса, намотанной на него плотно тонкой проволоки и ползунка. Каркас изготовляют из текстолита, пластмассы или алюминиевых сплавов, покрытых изоляционным лаком или оксидной пленкой. Проволока должна иметь большое удельное сопротивление, малый температурный коэффициент и диаметр порядка сотых долей мм. Используют проволоку из константана, манганина, нихрома.

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

. На рис. 1 представлен реостатный датчик, приводимый в движение осью манометра или другого первичного измерителя. Реостатные датчики могут соединяться с прибором. Имеющим сравнительно большой вращающий момент 9 манометры, поплавковые уровнемены и т. П.). Как видно из рис. 1, датчик состоит из проволоки обычно манганиновой или константановой, намотанной на текстолитовое или пластмассовое основание 1. Подвижной контакт 2 приводится в действие от первичного измерителя 4. Электрическое соединение подвижного контакта с сетью производится через спиральную пружинку 3.

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Рис. 1. Реостатный датчик.

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Рис. 2. Омические преобразователи: а – с бесступенчатой многооборотной намоткой; б – с секционированной намоткой; г – угольный датчик усилия, д – характеристика последнего; е – датчик уровня электропроводных жидкостей; ж,з – проволочные тензопробразователи; и – фольговый тензопреобразователь.

Датчики на рис. 2а, 2б измеряют угловые перемещения, на рис. 2в – линейные перемещения. На рис. 2г представлен датчик силы. Он представляет собой набор графитовых дисков, собранных в столбик, к которым через контактные диски и упоры приложены силы. Под воздействием приложенной силы диски плотнее прижимаются друг к другу. Сопротивление датчика уменьшается. На рис. 2д представлена характеристика действия этого датчика. На рис 2е представлен датчик уровня электропроводной жидкости. Он представляет собой набор активных сопротивлений. Контакты от них размещаются внутри трубки с жидкостью. Чем больше сопротивлений включится параллельно столбу жидкости, тем меньше сопротивление датчика. Тензодатчики (рис. 2ж) предназначены для измерения статических или динамических деформаций в деталях оборудования, станках, мостах и т.д. В основу работы положено свойство металла изменять свое электрическое сопротивление под действием приложенных сил. Широко применяются проволочные, фольговые, полупроводниковые тензодатчики. Рассмотрим принцип действия металлического тензодатчика. Внутри слюдяной пластинки заделывается тонкая проволока диаметром от 0,02 до 0,05 мм. Слюдяная пластинка специальным клеем плотно наклеивается на испытуемый объект. Основными характеристиками датчика являются номинальное сопротивление (R= 50

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

400 Ом), длина базы lб (15

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

мм), коэффициент тензочувствительности

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

. Для большинства металлических тензодатчиков К = 1,8

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

. Важной характеристикой также является номинальный ток Iном ( 30 мА). К достоинствам проволочных тензодатчиков относятся: линейность характеристики, низкая стоимость. В фольговых датчиках используется решетка из тонких полосок металлической фольги толщиной в несколько мкм. В полупроводниковых тензодатчиках используются германий, кремний. арсенид галлия. У таких датчиков К 200, lб 3

Автоматический контроль технологических параметров осуществляется измерительными приборами

мм, Rном

1000 Ом . К достоинствам таких датчиков относится большой коэффициент тензочувствительности. К недостаткам относятся: малая гибкость, малая механическая прочность, разброс характеристик, нелинейность.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник