Реостатные датчики

Вводная часть

Автоматизации технологических процессов

Угловых перемещений в системах контроля и

Цель работы: 1. Ознакомиться с основными конструкциями и принципом работы датчиков линейных и угловых перемещений.

2. Изучить принцип работы и практическое использование измерителя защитного слоя бетона (ИЗС) на основе индуктивно­го датчика.

3. Изучить примеры практического использования датчиков уг­ловых перемещений в системах автоматизации бетонно-растворных узлов;

в системе ограничения грузоподъемности крана.

4. Изучить работу основных измерительных схем с использованием сельсинов и экспериментально получить их основные харак­теристики.

4.1.1 Датчики для измерения линейных и угловых пере­мещений

Создание управляющих устройств базируется на разнообраз­ной элементной базе, содержащей различные электрические, элек­тромеханические, пневматические, гидравлические и другие ус­тройства.

Среди множества разнообразных элементов автоматики осо­бое место занимают так называемые ДАТЧИКИ (или первичные преобразователи). Первичным он называется не случайно, датчик является первым из элементов в системах автоматического управ­ления, получающим и перерабатывающим информацию о текущем состоянии объекта управления.

Датчики применяют для измерения параметров технологичес­кого процесса; основная функция датчика - преобразование пара­метра процесса в какой-либо сигнал - электрический, механичес­кий, пневматический и др.

В настоящее время известны множество явлений, эффектов, ви­дов преобразования свойств и энергии, которые используются в датчи­ках. Основной количественной характеристикой датчика является ста­тическая характеристика S, которая определяет связь между преобра­зуемой (входной) и преобразованной (выходной) величинами.

Любой датчик является преобразователем измеряемого параметра в сигнал, несущий информацию об этом параметре (см. рис. 4.1)

Р – преобразуемый параметр;

[Р] – преобразованная величина (сигнал)

Рис. 4.1. Характеристика преобразования:

а – графическое представление;

б – статическая характеристика преобразования.

Статическая характеристика датчика может представляться аналитическим выражением, графиком, таблицей. На рис. 4.1.б при­веден пример графика статической характеристики.

Т.о. датчик является самым первым элементом управляющего устройства и служит для получения информации об управляемом объекте (процессе).

В практике автоматизации технологических процессов в строи­тельстве достаточно распространенной является задача измерения угловых и линейных перемещений. Величина перемещения (поворо­та) может непосредственно характеризовать тот или иной процесс, а может служить промежуточной величиной, позволяющей оценивать другие параметры технологического процесса. Например: угол на­клона стрелы подъемного крана непосредственно определяет такой важный параметр, как максимальная грузоподъемность.

На рис. 4.2. приведена конструкция датчика для измерения рас­хода (скорости потока) жидкости или газа: - в зависимости от скоро­сти движения жидкости (газа) будет меняться разница давления по обе стороны мембраны дифференциального манометра и, в итоге - величины перемещения указателя.

Рис. 4.2. Измеритель расхода жидкости или газа

Таким образом, по величине перемещения штока можно судить о расходе жидкости (газа). Подобная конструкция датчика часто использу­ется в простых регуляторах (стабилизаторах) давления жидкости или газа.

На рис. 4.3. приведен пример регулятора давления, который на­ходит применение для стабилизации давления пара в подводящей к камерам тепловой обработки ж/б изделий магистрали.

Рис. 4.3. Регулятор (стабилизатор) давления

Поступление пара из входной магистрали перекрывается запор­ным механизмом, перемещение которого возникает при неравенстве усилия, создаваемого диафрагмой датчика и усилия, развиваемого пру­жиной. В выходной магистрали будет поддерживаться такая величина давления, при которой эти две силы будут уравновешивать друг друга. Регулировочным винтом можно изменять усилие пружины и, тем са­мым, устанавливать требуемую величину давления.

Наиболее распространенными датчиками для измерения углов и перемещений, вырабатывающими электрический сигнал, являются ре­остатные (потенциометрические) и индуктивные датчики.

Реостатные, другое название - потенциометрические датчики, представляют собой реостат, величина сопротивления которого ме­няется при перемещении скользящего контакта (рис. 4.4.а,б).

Рис. 4.4. Реостатный датчик

а – линейный; б – поворотный;

в – реостатный датчик в составе датчика давления.

Проводник реостата может представлять собой тонкую прово­локу с высоким удельным сопротивлением, намотанную на диэлект­рический каркас, а может быть выполнен нанесением гальваничес­ким способом или плазменным напылением на диэлектрическую пластину металло-графитового состава.

Конструкция датчика достаточно простая, но наличие скользя­щего контакта, подверженного окислению и загрязнению, снижает эксплуатационную надежность. Тем не менее, датчики этого типа широко используют в устройствах контроля угла и вылета стрелы подъемных кранов, экскаваторов и других машин.

Совместно с промежуточными механическими узлами, реос­татные датчики используются для измерения давления, уровня ма­териалов в закрытых емкостях, как показано на рис. 4.4.в. На рис. 4.б. и 4.в. показан вариант использования реостатных датчиков в ОГРАНИ­ЧИТЕЛЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ КРАНА (ОГП).

Назначением ОГП является предотвращение перегрузки крана во всех режимах его работы. В подъемных кранах небольшой грузо­подъемности ОГП показывает на специальном приборе в кабине кра­новщика степень загрузки машины в процентах от максимально до­пустимой и подает световой и звуковой сигнал при ее превышении.

В кранах большой грузоподъемности, в дополнение к указан­ным функциям, может производиться автоматическое блокирование механизма подъема лебедки (при подъеме).

В ОГП имеется два датчика, - один измеряет величину веса груза на крюке (датчик веса), другим датчиком измеряется величи­на вылета (угла наклона) стрелы крана (датчик вылета стрелы).

Датчик веса представляет собой кольцевую пружину при деформации которой происходит изменение сопротивления рео­статного датчика.

В стреловых кранах этот датчик устанавливается между ка­натами стрелового полиспаста, от которых усилие натяжения пе­редается кольцевой пружине. Изменением длины распорок 5 можно изменять угол а и, тем самым, регулировать величину силы Q, воздействующей на датчик. Такая схема установки дат­чика позволяет использовать один и тот же тип датчика для кра­нов различной грузоподъемности, при этом, в любом случае, диа­пазон усилий, воздействующих непосредственно на пружину датчи­ка, составляет 0- 500 кГс.

Т.о. датчик веса преобразует величину веса груза в величину сопротивления реостата.

Рис. 4.5. Нагрузочная характеристика крана

Датчик вылета стрелы представляет собой реостатный датчик, величина сопротивления которого изменяется при подъеме-опуска­нии стрелы. При этом промежуточным элементом, передающим угол поворота стрелы, является фигурный кулачок. Форма кулачка под­бирается такой, что величина сопротивления реостата будет соот­ветствовать не величине вылета стрелы, а величине допустимого веса груза при данном вылете. (Т.е. форма кулачка повторяет форму графика НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ крана. Рис.4.5.

Сопротивления обоих реостатов сравниваются. На рис.4.8. по­казано включение датчиков в мостовую схему. Если сопротивление датчика веса меньше сопротивления датчика вылета стрелы, то по­тенциал точки 2 будет больше потенциала точки 1, стрелка V-метра отклонится вправо, в сторону малых значений опрокидывающего момента.

При равенстве величин сопротивлений датчиков потенциалы то­чек 1 и 2 выравниваются, V-метр покажет 100% опрокидывающего момента, реле К1.1 размыкает свой контакт, включается звуковая сигнализация и блокируется

лебедка. И чем больше будет вылет стрелы, тем меньшим будет сопротивление датчика вылета и, тем при меньшей величине веса груза сработает сигнализация.

Рис. 4.6. Расположение датчиков нагрузки и вылета стрелы крана

1 – кольцевая пружина; 2 – ползунок реостата; 3 – реостат;

4 – канат; 5 – распорка; 6 – корпус.

Датчик веса

1 – фигурный кулачок; 2 – реостат; 3 – ось кулачка; 4 – корпус.

Датчик вылета стрелы

Рис.4.7. Датчики усилия и вылета стрелы стрелового крана

к цепям блокировки двигателя лебедки

и звуковой сигнализации;

Рис.4.8. Схема включения датчиков ограничения

грузоподъемности крана:

R_ус – реостатный датчик усилия;

R_вс – реостатный датчик вылета стрелы.

Дата добавления: 2017-02-01