Автоматика - лекциялар жинағы
Лекция 1. Автоматика элементтерінің негізгі параметрлері және мінездемесі
Жалпы түсінікіктер
Кез-келген автоматикалық құрылғының бөлек конструктивтік және схемалық элементі болады,олардың әрқайсысы алдыңғы элементтен алынған энергияны түрлендіруді келесі элементке беруді орындайды.Автоматиканың элементтері деп автоматтандырылған басқару жүйесіндегі сигналды түрлендіру функциясын өздігінен орындайды
1.1,а суретінде Э элементінің схемасы көрсетілген.Оның кірісінде х энергиясы беріледі,ол түрленгеннен кейін мәні бойынша шығысында у энергиясы пайда болады.Кейде х энергиясының кірісіне қарағанда у энергиясының шығысында көп болғаны дұрыс,бұл жағдайда элементке қосымша z түріндегі энергия қосылады.(1.1.б сурет).Қосымша энергия келген кезде х энергиясының кірісі кішкентайдан у энергиясының үлкен шығысына дейін күшеюі мүмкін.
Х және у шамасы электрлік(мысалы қысым,тоқ) және электірлік емес (мысалы температура, жылдамдық) болуы мүмкін.Көбінесе электірлік элемент қолданылады,бұл кезде х және у шамасы электірлік болып келеді.Электірлік емес элемент гидравликалық ,пневматикалық,механикалық тағыда басқада қолданылады.
Элементтің мінездемесі автоматика жүйесінің қасиетіне әсерін тигізеді.Бұл элементтердің қасиетін схемалармен және құрылғымен жұмыс істегенде сараптама алу үшін білу керек.Олардың басты көрсеткіштері болып дәлдік сезімталдық,инерциялық т.б табылады.
0.1 Автоматика элементерінің тізбектері
а) қосымша қорегі бар б) қосымша қорегі жоқ
Бұл бөлімде әр түрлі элементпен орындалатын функция ,сонымен бірге автоматиканың әр түрлі элементтерін қолданудағы жалпы мінездемесі қарастырылады.
Автоматика мен телемеханиканың схемасын,олардың басты орындалу тәртібін қарастырамыз.
Басқару жүйесінің құрамына кіретін электірлік,механикалық және басқада байланыспен қосылатын әртүрлі техникалық құрылғы мен элементтер жиынтығы әртүрлі электірлік,гидравликалық,пневматика лық және кинематикалық схема түрінде суреттеледі.
Схема оның құрамы туралы және кез-келген құрылғымен жүйенің байланысын білу үшін қызмет етеді.
Біріңғай жүйеге және ГОСТ 2.701сәйкес электірлік схема құрылымдық,функционалдық,принциптік ,монтаждық,қосылу,жалпы,орналастыру және біріккен болып бөлінеді.
Құрылымдық схема функционалдық бөлікті анықтау,тағайындау және өзара байланыстыру үшін қызмет етеді.
Функционалды схема бөлек функционалды мақсатта немесе оны толығымен орнату үшін процестердің мінездемесін анықтайды.
Принциптік схема бүтін орнатылған элемент құрамын толық және олардың арасындағы байланысын,элементтің жұмыс істеу принципін көрсетеді.
Монтаждау схемасы сымдардың,кабельдердің,трубосымдард ың көмегімен орнатылған бөліктердің құрамын қосады.
Қосу схемасы бұйымның немесе қондырғының ішкі қосылуын көрсетеді.
Жалпы схема комплекстің құрамдыс бөлігін анықтайды және оларды қосу жолдарын қарастырады.
Біріккен схема элемент қондырғысының байланысын және мазмұнын анықтап ашу мақсатындағы әртүрлі бірнеше схема кіреді.
Сызулар және схемалар біріңғай жүйе стандартында қолданылатын тәртіптерді орындайды.
Әрбір функционалды элемент оңай функцияны,ақпаратты беруді,түрлендіруді,физикалық ортадан сигнал түрінде алуды орындайды.Бұл элементтер автоматика және телемеханика жүйесінде бір бағыттағы іс-әрекетті орындайды және бір бағыттағы сигналды кірістен шығысына береді.
1.2 сурет Ауаның температурасың басқару тізбегі
Автоматиканың басты функционалды элементтерінң тағайындалуын бөлмедегі ауаның температурасының басқару жүйесін көруге болады. (1.2. сурет)
Бұл жүйенің схемасында басқару объектісі болып калорифермен жабдықталған бөлме болып табылады.Объектіні басқару үшін орындау элементі қарастырылған,оған орындалу механизмі және тұрақтандыру объекті кіреді.u жағдайындағы тетікшенің қақпағы сервоприводпен араласады да, у бөлмесіндегі ауаның температурасы сияқты калорифер арқылы жылу тасығыштың шығынына байланысты болады.Сервоприводпен басқарылатын сигнал u сп басқару элементінен құралады,онда орналасқан алгоритм салыстыру элементінің шығыс сигналына сәйкес έ = έ 1+ έ 2 ,онда
έ 1 =μ3 - у эл; έ 2 = -μк= -өд(dλ эл dt),
мұндағы μ3 -электрлік сигналдың бөлмедегі ауаның температурасының қажетті мәніне сәйкес тапсырылатын элементінен құралады ;уэл - бөлмедегі ауаның у температурасына сәйкес электрлік сигналдың бірінші қабылданатын элементінің құрылуы ; μк - түзелген элементтің шығыс сигналы; өд - дифференциатор уақытынң тұрақтылығын ұсынатын оң шама ; λ эл - сыртқы ауадағы λ температурасына сәйкес электрлік сигналдың екінші қабылдағыш элементі.
Қарастырылған жүйеде түзету элементі дифференциалды түйін болып табылады,түзету элементінің μк шығыс сигналдары λ сыртқы ауаның температурасының өзгеруінің жоғалуынан құртылады.
Басқа да басқару жүйесінде сызбалар ұқсас болып құрылады.Қарастырылған мысалда көрінгендей әрбір басқару жүйесіндегі элемент анықталған функцияны орындайды.
Орындалу функциясына қарай автоматиканың негізгі элементтері датчик,күшейткіш,стабилизатор,реле, бөлуші,двигатель және тағы басқа түйіндерге бөлінеді.
Автоматика элементтері физикалық процесі бойынша электрлік,ферромагниттік,электрожыл улық,электромашиналық.радиоактивтік иондық және тағы басқа болып бөлінеді.
Орындалу функциясына қарай автоматика элементтерінің көп қолданылатын негізгі элементтерін қарастырамыз.
Датчик деп оның кірісіне физикалық шама түрінде түсетін ақпаратқа бағытталған құрылғыны айтамыз.Ол келесі элементке ыңғайлы әсер ету үшін шығысындағы басқа физикалық шаманы түрлендіреді.
Датчиктің басты мінездемесі у шамасының шығысының х шамасының кірісіне қажеттілігі болып табылады y = f(х).1.3 суретте датчиктің кіріс-шығыс қажеттілігінің кең тараған түрі суреттелген.Суреттен көрінгендей функционалды байланыс кез-келген заңдылыққа бағына алады,бірақ датчиктің мінездемесі сызықтық болғаны дұрысДатчиктің екі түрі бар,
1.3. Датчиктердің негізгі мінездемелері
параметрлік, онда х шамасының өзгеруі датчиктік активтік,индуктивтік және көлемдік кедергіге сәйкес өзгереді z түрінде тұрғызылған энергия көзі параметрлік датчиктің жұмысының басты шарты болып табылады.
генераторлық , онда х шамасының өзгеруі датчиктің шығысынды ЭДС өзгеруіне сәйкес өзгереді.Бұл датчиктер 1.1,а, суретте келтірілгендей сызба бойынша орындалады,олар қосымша z энергия көзін қажет етпейді,өйткені элементтің шығысындағы энергия толығымен оның кірісінен алынады.
Электрлік емес шама түріне байланысты датчикті механикалық,жалулық,оптикалық және тағы басқа болып бөлінеді.Көбінесе аралық түрлендіргішпен электрлік датчик қолданылады,ал механикалық датчик электрлікпен бірлеседі.Мұндай датчиктерде бақыланған шама түрлендіру сызбасы бойынша жүреді: өлшенетін шама - механикалық араласу - электрлік шама.Өлшенетін шаманы түрлендіру элементі бірінші рет түрлену немесе бірінші рет өлшеу деп аталады.Мысалы қысым бірінші рет өлшеу манометрінің сызығымен түрленеді,сосын активті кедергіге түрленеді.
Күшейткіш - ол сандық түрлендіргіштің кірісіне түсетін физикалық шаманы қалыптастыратын автоматиканың элементі.Күшейткіште міндетті түрде қосымша z энергия көзі болуы керек(1.1,б.сурет).Күшейткіштің басты мінездемесінің қажеттілігі у=f(x) болып табылады.Ол әдетте жұмыс аумағындағы сызықтық немесе оған жақын мінездемесін алуға тырысады.Күшейткіштің кірісі және шығысындағы шамаларында бірдей физикалық табиғаты болады.1.4 суретте күшейткіштің мінездемесінің әр түрлі түрлері көрсетілген.
1.4. күшейткіштің негізгі мінездемелері
Іс-әрекет принципіне байланысты күшейткіштер электрондық,жартылай өткізгіштік,магниттік,электромашина лық,пневматикалық,гидравликалық болып бөлінеді.
Стабилизатор - белгілі бір шекте у шығыс шамасының тұрақтылығын х кіріс шамасының тербелу кезін қамтамасыз ететін автоматиканың элементі.Тұрақтандыру әсері стабилизатор сызбасына кіретін элементтерінің параметрлерің өзгеруінің санына жетеді.Мұнда энергия түрінің кірісі және шығысы бірдей болу керек.1.5 суретте стабилизатор мінездемесі көрсетілген.Мұндағы 1 мінездеме 2 қарағанда у шамасының шығысын кішкене тұрақтандыруды қамтамасыз етеді.Егер қисығы берілген диапозонда көлденең аумағы болмай,максимум және минимум болса,онда стабилизатордың дәлдігі 1 сипатына қарағанда көп болады.
1.5 Стабилизатордың негізгі мінездемелері 1.6 Реленің негізгі мінездемелері
Тұрақтандырылған шаманың түріне байланысты стабилизаторларды тоқ және кернеу бөлуге болады.
Реле - х шамасының кірісі белгілі мәнге жеткенде у шамасының шығысы секірмелі өзгеретін автоматиканың элементі.у =f(x) релесі бірмәнді және ілмек пішіндес болады(1.6 сурет).х шамасының кірісі х2 мәніне жеткенде х=х2,шығыс шамасы у1-ден у2-ге дейін секірмелі өзгереді.Үлкею кезінде х шығыс шамасы өзгергеннен кейін шығыс шама аз ғана өзгереді немесе тұрақты болып қалады.Кіріс шама х1 мәніне дейін кішірейген кезде шығыс шама басында өзгермейді және у2-ге тең болады.х=х1 болғанда шығыс шама у1 мәніне дейін секірмелі түрде азаяды және х 0-ге дейін азайғанда өзгеріссіз сақталады.
у шамасының шығысы секірмелі өзгеру кезінде х=2 болғанда,ол істен шығу шамасы деп аталады,ал у шамасының шығысы өзгеру кезінде х=х1 болғанда жіберу шамасы деп аталады.х1 шамасының х 2 шамасына қатынасы қайтару коэффициенті деп аталады.К в=х 1х 2.Әдетте х 1х 2,немесе К в1.болады.
Реленің әртүрлі типтері бар,олардың бастысы электромеханикалық реле болып табылады,онда кіріс электірлік шаманың өзгеруі соқтығысуға әкеп соғуы мүмкін.Магниттік және электрлік типтегі релелер болуы мүмкін.
Бөлуші- автоматиканың элементі,ол бір шаманы тізбек қатарына қосады.Сондықтан қосылатын тізбек әдетте электрлік болады.Бөлуші бірнеше объектіні басқару үшін қолданылады және импульсті басқаратын тізбекке беру тәсілі бойынша электромеханикалық,электрондық және иондық болып бөлінеді.
Атқару құрылғысы деп - автоматтық құрылғының электромеханикалық атқару элементіне қатысты электромагниттің тартылу және айналу бөлігін,электромагниттік түтікшені,сонымен қатар электродвигательді айтамыз.
Электромагниттер электрлік сигналды механикалық қозғалысқа түрлендіреді,оларды жұмыс құралдарын араластыру үшін қолданады,мысалы қақпақ,вентиь,тетік және т.б
Электромагниттік түтіктер механизмнің тез өшіп қосылуы үшін басқару құрылғыларында қолданылады.
Кейбір жағдайларда электромагниттік түтіктерді жылдамдықты тұрақтандыру үшін және берілген мезгілді шектеу үшін қолданылады.
Электродвигатель дегеніміз электрлік энергияны механикалыққа түрлендіруді қамтамасыз ететін құрылғы.Электродвигательге қойылатын басты талаптардың бірі керекті механикалық қуатты дамыту қабілеттілігі болып табылады.Сонымен қатар электродвигатель реверсті қамтамасыз ету қажет.
Электромагниттік атқарушы элемент ретінде электродвигательдің тұрақты және тұрақсыз тоғы қолданылады.
Лекция 2. Түрлендіргіштер (сезімтал элементтер)
Басқару обьектісінің ешбір басқару ақпарат жүйесінсіз жұмыс істей алмайды. Элементті жүйеде ақпаратты беру өлшеуіш түрлендіргіш болып табылады. Автоматтандыру мамандары датчик немесе алғашқы түрлендіргіш терминін қолданады. Кейінірек алғашқы түрлендіргіш өлшеуіш сипаттау іс - шартында немесе құрамында қолданылады, ал датчик термині - конструктивті түсініктеме қолданылғанда.
Автоматтандыру өндіріс процессі, ғылыми тәжірибе және зерттеу барысында көптеген физикалық сыйымдылықтар пайдаланады. Олардың сандары СИ бірлік жүйесінде және өзіне қосатын 120 физикалық бірлік қамтиды. Қазіргі уақытта өндірісте келесі температура өлшегіштері пайдаланылады - 50%, қалдық - 15%, қысым - 10%, көрсеткіш - 5%, саны (масса, сыйымдылық) - 5%, уақыт - 4%, электрлі және магнитті өлшегіш - 5%. өлшегіш сыйымдылығы көп болуы мүмкін.
Көптеген өлшеуіш түрлендіргіштер электрлі түрлендіргіштермен ғана өлшеп қоймай, сонымен қатар магнитті және басқа да физикалық өлшемдерді өлшейді. Мұндай жағдайда электрлік емес түрлендіргіштің көлемі электрлікке ауысады. Мұндай шарттық артықшылықтың электрлік өлшеуіші: электрлік сигналдар үлкен қашықтықта жай және тез беріледі, жеңіл тез және тура сандық кодқа ауысады, жоғарғы дәлдікті және сезімталдықты қамтамасыз етеді. Дегенмен, өлшеуіш түрлендіргіш әрдайым өлшем функцияларын орындай бермейді. Көптеген жағдай өлшеуіш түрлендіргіш бір физикалық түрден келесі түрге түрлендіруге болады. Сонымен қатар электрлік емес күйден электрлік күйге түрлендіреді.
Жұмыстың динамикалық және статикалық дәлдігі, функция тиімділігі өлшеуіш түрлендіргіш сұранысына жауап береді, сигналдың минималды шығысының бұрмалануын қамтамасыз етеді. Датчик тек сол көлемнің өзгеруіне сезіктену керек, уақытқа байланысты тұрақтылық, монтаждауға ыңғайлы арзан баға. Автомат басқару жүйесіндегі өлшеуіш деп басқаруға арналған ақпараттың ішкі күйін физикалық көлемін техникалық құралдар арқылы анықтауға болады. өлшеуіш құралдарға қарағанда мұнда ақпараттарды өте ыңғайлы әрі физикалық көлемі жағынан да автоматты жүйеде үлкен түрлендіруде ақпаратты беру ыңғайлы, бұл көлемді сигнал деп атайды және ол физикалық көлемде реттеу параметрлері бойынша да технологиялық үрдістеріне байланысты.
ГСП тек қарастырылған көлемнің бір бөлігін ғана қамтиды. Олар автоматты тәжірибеде көп қолданылады. ГСП - дегі қарастырылған көлемді 5 топқа бөлуге болады. 1) жылу энергетикалық; 2) электрэнергетикалық; 3) механикалық көлем; 4) химиялық қоспа; 5) физикалық оспа.
Жылу энергетикалық: көлем, температура, қысым, деңгей және шығыс. Энергетикалық тұрақты және ауыспалы тоқ және кернеу, қуаттың коэффициенті жиілік, изоляция кедергісі.
Механикалық көлем - сызықтық және бұрыштық жылжу, бұрыштық жылдамдық деформация әрекеті, айналу моменті, бұйым саны, материалдық қаттылығы, вибрация, салмақ.
Химиялық қоспа - қоспа, концентрация, химиялық қоспалар.
Физикалық қоспа - ылғал, тығыздық т.б.
Өлшеуіш түрлендіргіш келесі структуралық сызба арқылы қосылады: біркелкі тік түрлендіргіш, дифференциалдық, кері байланыс арқылы.
Қарапыйм өлшеуіш түрлендіргіш бір түрлендіргіштен тұрады. Бірнеше алғашқы түрлендіргіш кезекпен қосылу жағдайында шығыс көлемі алдыңғы түрлендіргіштің кірісі болады. Біркелкі түрлендіргіш шығыс дыбысын қолдануға қолайлы болмаған жағдайда өлшеуіш түрлендіргіште қайтадан қосылу қолданылады. Қарсы байланыс жоғарғы дәлдікпен, әмбебаптылығымен және түрлендіргіштің ішкі қарсылықтарының кіші коэффициентіне байланысы. өлшеуіш түрлендіргіште схема мінезделеді.
Өлшеуіш түрлендіргіште шығыс сигналдары табиғи және бірыңғайлы болады.
Табиғи шығыс сигналы алғашқы өлшеуіш түрлендіргіштің табиғи жолымен жасалады және кернеу, күшейткіш, орын ауыстыру, қарсылық, электрлік көлем, жиілік және т.б. өлшейіш түрлендіргіш табиғи шығыс сигналын қарапайым заттарды автоматтандырғанда кеңінен қолданылады. Сигналдың масштабын өлшейтін түрлендіргіштер - өлшеуіш түрлендіргіш масштабы деп аталады.
Біркелкі аналогты сигналдарды алу үшін өлшеуіш түрлендіргіш қолданылады және ол нормаланған деп аталады. ГСП қолданатын түрлендіргіштер түрі 6 топқа болінеді: механикалық, электромеханикалық, электрохимиялық жылулық, электро - ионизацияланған, оптикалық.
Түрлендіргіштер қашықтықта өлшейтін сигнал беруге арналған түрлендіргішті беруші деп атайды.
2.1 Өлшеуіш түрлендіргіштің классификациясы.
Қазіргі кезде ӨТ жұмыс істеу және тағайындалу бойынша көптеген әр түрлі түрлері бар.
Ғылымның және технологияның даму жаңа түрмен пайда болуына әкеледі. Жасаушы классификация көптеген түрді ажыратуға көмектеседі. Барлық талаптарына сай әмбебап классификацияны мүлде шешілмейтін мәселе классбелгі ретінде ӨТ мінездемесін:функцияның түрленуі , шығыс және кіріс түрлерінің үлкендігі,жұмыс жасау принціпі,конструктивті орындау т.б.
ӨТ энергияның қолдануына байланысты электрикалық механикалық,пневматикалық және гидравликалық деп бөлеміз. ӨТ шығыс және кіріс көлемдерінің қатынасы келесі түрлерге бөлінеді. Электрикалық емес көлемді-электрикалық емес деп мембрадно,пружина және басқа. Электрикалық емес электрикалық деп - (потенциометр,термопаралар,индуктив ті өті және көлемді өті және т.б.). Электрикалық көлемді электрикалық деп. Электрикалық көлемді электрикалық емес деп(электро өлшеуіш құралдарды өлшеуіш механизімі.)
ӨТ шығыс сигналының түрі:аналогты, дискретті, сызықты және табиғи немесе бірыңғайлы шығыс сигналы болып бөлінеді.
ӨТ - функциаларының келесі түрге бөлінеді масштабты- физикалық табиғаты өзгермеген кезде кіріс саны байланысты өзгереді. Функцияларды- физикалық табиғаты өзгерген немесе өзгермеген жағдайда бір деңгейлі функция түрлендіргіш кіріс көлемі орындалады. Оперециялық- шығыс көлемі жоғарғы деңгейдегі матаматикалық операцияларды орындайды.
2.3 Өлшеуіш түрлендіргіштің статикалық және динамикалық мінездемесі.
ӨТ статикалық мінездемесі - функцияналды тәуелділік бір уақытта орналасқан шама аралық кіріс х және шығыс у. Статикалық мінездемені басқада функция сияқты аналитикалық, графикалық немесе таблицалы көруге болады. Әдетте түрлендіргішке конструктиті шарт кіреді. Нақты түрлендіргіш үшін статикалық мінездемені тәжірибе түрде алуға болады. Көп жағдайда нақты түсіну үшін графикалық форманы статикалық мінездемеде қолданады. Датчиктердің статикалық мінездемес көп жағдайда 3.1 суретте көрсетілген.
Статикалық мінездеме сызықты және сызықты емес болады. (3.1 а,б суретте)
Жалпы түрлендіргіштің сызықты статикалық мінездемесі
мұндағы:В-бірқалыпты;К-түрлендіргіш коэффициентті.
Егер В=0, онда тегістеу графигі бастапқы координатадан өтіп ӨТ шығыс бос жүріс сигналы у0 болмайды.
В0 бастапқы координата абцисса осі шығыс бос жүріс сигнал шамасымен мінезделеді. у0=В (3.1 в түзу 1 сурет)
В0 сезімталдық емес аймақтық мінездеме 0 ... .х0, өзгерісі ху=0 (3.1 в түзу 2 сурет )
Статикалық мінездемеде толықты аралық болу мүмкін (3.1,2 сурет) онда оны екі тегістіктен бейнелейді.
0...хк учаскісінде у=Кх тегістеумен; ххк учаскісінде у=ун тегістеуімен.
К= мінездеме релелік мінездемені қабылдайды.(3.1 д сурет)
Мұндай мінездеме өзіне тән позиционды реттеу датчик қайта оралу коэффицентімен мінезделеді.
мұндағы: хг- белгісіз аймақтың ені;хк,хн- тиісті аяғымен және кіріс шасының жұмыс диапазоны.
Сызықты емес мінездемені сызықты етіп өзгертуге болады немесе функционлды аппроксимация көмегімен. Сызықты емес мінездеме үшін түрлендіргіш коэффициентті тұрақты шама бола алмайды, сондықтан мұндай жағдайда дефференциалды түрлендіргіш коэффициентін қолданады Кg .
деференциалды түрлендіргіш коэффициентті жалпы жағдайда бір нүктеден екінші нүктеге өзгереді.
` Kg=tga
Егер мінездемені сызықты учаскіде түрлендіргіш жұмысы арқылы көрсететін болса онда жоғарғы және төменгі белгі кіріс сигналының жұмыс диапазон ∆р өзгеру кезінде, ал айырмашылығы олардың жағдайы - динамикалық диапазон ∆g (3.1 б сурет)
∆р х=хк-хн ; ∆g х= хкхн ; ∆р у=ук-ун ; ∆g у= укун
Табалдырық сезімталдығы-минималды кіріс сигналының белгісі х, у шығыс сигналының көрінуі. Датчиктің қате жіберушілігі алғашқы және қосымша болып бөлінеді. Максималды айырмашылық шығыс сигналының өлшенген белгісімен ур және оның шындық белгісі уи ,идеалды статикалық мінездемесімен анықталатын кіріс шамасының қарапайым эксплуатация жағдайы арқылы. Ол абсолютті бірлік арқылы көрсетуге болады. Ол абсолютті бірлік арқылы көрсетуге болады. Салыстырмалы түрдеде ∆ =ур-уи Соңғы жағдайда абсолютті қарым - қатынасы шығыс сигналының қате жіберілуіне тең.
Қосымша қателік - шақырушының ішкі ортадағы шарты және ішкі процесстің түрлендіргіш. Бұл процесске мыналарды жатқызуға болады: температураның өзгеруі,ылғалдылық, ескірген материалдар. Қосымша қателік шығыс шамасының пайызымен көрсетеді.
Статикалық мінездеме түрлендіргіштің бағалау жұмысын орналасу режиімінде рұқсат етеді. Бірақ нақты жағдайда датчиктер тез ауысатын процесспен жұмыс істеуіне тура келеді, динамикалық режимде, кіріске сигнал кіргенде, уақыт ішінде өзгергенде.
Динамикалық мінездемеде көптеген датчиктер күшейткіштерге жатады. Көптеген қолданылған датчиктердің мінездемесі: жиілік мінездемесі, беріліс функциясы , параметірлері тұрақты уақыт, күшейткіш коэффициентті.
Бақылау сұрақтары
1.Өлшеуіш түрлендіргіш және датчик дегеніміз не?
2.Түрлендіргіш жұмысы энергияның қандай түрлері қолданылады?
3.Қандай белгімен өлшеуіш түрлендіргішті классификациялауға болады?
4.Қандай статикалық мінездеме Өлшеуіш түрлендіргіште мінезделеді?
5.лғашқы және қосымша қате жіберу дегеніміз не?
6.Түрлендіргішке қойылатын негізгі талаптарыын тізіп беріңіз.
7.Датчиктің дәлдік классы және салыстырмалы қате жіберушілік дегеніміз
не?
2.4.1 Өлшеуіш түрлендіргіштердің құрылымдық схемасы.
Өлшеуіш түрлендіргіштердің көптеген түрлеріне қарамастан олардың құрылымдық схемасы бірнеше түрмен байланысты болады. Түзу біркелкі түрлендіргіштің құрылдымдық схемасы өлшеуіш түрлендіргіштің шығыс сигналымен қалыптасады. Мысалы : термопараларда қызыл датчиктерінде және ыдыратуда .
Мұнда өлшеуштің көлемі электрикалық сигналға түрленеді : ауыспалық және күш салу. Статикалық мінездемесі қате жіберушілікпен және басқада түрлері элементтің өзінің сезімталдық параметірімен анықталады. Алғашқы түрлендіргіштің ары қарай жұмыс істеуіне ыңғайлы және керекті сигналды қолдана алмаған жағдайда құрылымдық схеманың қайта түрленуін қолданады. Мысалы: бірыңғайлылық шығыс алу керек болған жағдайда электрикалық емес көлемнің электрикалыққа түрленуі, статикалық немесе динамикалық түрленуін жөндеу.
Өлшеуіш түрлендіргіштің суммарлық коэффициентін жеткілікті үлкен дәрежеде алуға болады, бірақ бұл жағдайда түрленудің қате жіберуі ұлғаяды, қате жіберу звеносының суммасына тең болады. Дефференциалдық схемасы бойынша құрылған датчиктерде өлшеуштің көлемі бір уақытта екі өлшеуіш бір уақытта идентикалық өлшеуіш түрлендіргішке айналады.
Датчиктін шығыс сигналымен өлшеуіш түрлендіргіштергі әрбір каналдың шығыс сигналымен пропорционал болады. Егер шығыс сигналдары бірдей белгіде болса онда салыстыру мекемелері қосу операциясын орындайды, ал белгілер әр түрлі болса онда сумарлық операциясын орындайды.
Кірістін біреуіне эталонды сигнал түседі және салыстыру орындалады немесе ақпарат бір канал бойынша нақты жағдайда түрленеді, ал екіншісі бойынша эталондық. Датчиктердің дефференциялдық схемасының құрылымының артықшылықтарына мыналарды жатқызуға болады: тұрақты қате жіберушіліктің азаюы кіріс сигналының екі кірісінен де сезімдалдылықтың екі есе ұлғаюы, реверсивті статикалық мінездемесін ал. Статикалық мінездемесінің сызықты емес статикалық мінездемесінің төмендеуі және жеке өлшеуіш түрлендіргіштің мінездемесімен салыстырғанда шығыс сигналдарының тұрақтылары.
Өлшеуіш түрлендіргіштердің кестелерінің көбісі кері байланыс кестесі немесе компенсациялық кесте болады.
4.1 кесте. өлшеуіш түрлендіргіштің құрылымдық схемаларының түрлері.
Осы схема бойынша құрылған датчиктерде автоматты ретегіш қамтамасыз етіледі , реттелетін көлем сол көлемнің өзімен немесе алдыңғы түрлендіргіштен кейін. Мұндай схеманың бастапқы артықшылығы өлшеуіш тракттің өлшемдерінің өзгеруін компенсациялайды. Сонымен қатар датчиктің жұмыс істеуіне керекті энергия өлшеуіш элементтен емес қосымша күш көздерінен алынады.
Тура қайталану түрлендіргіштің схемасына қарағанда кері байланыс түрлендіргіші тура болады. Түрлендіргіштің қортындысына кері байланыс тіке звенолардың қателіктері елеулі түрде әсер етуін төмендейді.
Кері байланыста ала-алмаған звенолардың кез-келген қателіктері толығымен түрлендіргіштің шығысына беріледі, сондықтан өлшеуіш түрлендіргіш құрылған кезде неғұрлым көп звеноларды ұстап қалуға талпынады.
Кері байланыс датчиктері жоғары сезімталдыққа ие болады және кері түрлендіргіштің шеңберінің коэффиициенттернің өзгеруіне құрылымының өлшемдерін өлшемдерін өте оңай ауыстырады. Жоғарыда қарастырылған типтік құрылымдардың комбинациясын өлшеуіш түрлендіргіштің нақты құрылымдық схемалар көрсете алады.
Өлшеуіш сигналдың түрлендіргіш шеңберінде көбіне бірінші ретті өлшеуіш түрлендіргіш пен ағымды түрлендіргіш ажырыатылады. Өлшенетін көлем бірінші ретті түрлендіргішке әсерін тигізеді. Көптеген жағдайларда бірінші ретті түрлендіргіштің шығыс көлемі барлық өлшеуіш түрлендіргіштің атауларын және құралдарын анықтайды.
Ағымды түрлендіргіштер күштендіру линеарлау және тағы да басқа функцияларды орындайды.
4.1 суретте өлшеуіш түрлендіргіштің табиғи және бірыңғайлы шығыстарының қысқартылған схемасы көрсетілген.
4.1 сурет. Қайталану түрлендіргішінің блок-схемасы.
2.4.2 Өлшенетін түрлендіргіштердің стандарттары және бірыңғайлылығы.
Құралдардың құрылысы кезінде өлшенетін түрлендіргіштердің стандарттары мен бірыңғайлылығы мемлекеттік құралдардың құрылымы және автоматикалық құрылғылардың шеңберінде шешілетін болған.
Күрделі ақпаратты құрылғыны құру үшін ең алдымен техникалық құрылғылардың ақпараттық құрылуын қамтамасыз ету керек. Осы мақсатта мемлекеттік құралдардың құрылымдары алдымен бірыңғайлы, содан соң өлшеуіш түрлендіргіштердің шығыс сигналдары стандартталған болу керек.
Шығыс сигналдарының түрін өлшенетін түрлендіргіштердің табиғи және бірыңғайлы шығыс сигналдары арқылы ажыратуға болады.
Алғашқылары құрылуында бірінші ретті физикалық көлем түрленуін көрсетеді. Мұндағы сигналдың табиғи формалануы өлшеуіш түрлендіргіштің конструкциясф мен түрленудің тәсілдері арқылы қамтамасыз етіледі. Мұндай түрлендіргіштер көбінесе тура обьекттерінің құрылысын реттегенде немесе жай обьектермен салыстырғандағы орталықтандырылған обьекттердің қадағалау кезінде қолданады.
Мемлекеттік құралдардың құрылымында табиғи шығыс сигналдарының он түрін қолдану қалыптасқан. (4.2 сурет)
4.2 сурет. Өлшеуіш түрлендіргіштерінің сигналдарының түрлері.
ЭВМ-нің қолдануымен күрделі сигналдардың жүйесін құру кезінде және сигналдарды үлкен ара қашықтыққа тасымалдау кезінде табиғи сигналдардың түрленуі бірыңғайлы қолданылады. Осы мақсатта арнайы түрлендіргіштерді нормалау және шығыс сигналдарының өлшемдерін түрлендіріуші шығарылады. Ол 4.2 суретте көрсетілген.
Жеке топты шығыс сигналдарының дискретті түрленуі құрайды, байланыстағы топ берілген өлшемдердің көлемдерін өлшеген кезде өз деңгейін өзгертеді. Оларды сигнализацияға және позиционды туралау кезінде қолданылады.
Бақылау сұрақтар:
1. Бір ретті түрлендіргіштің құрылымдық мсхемасы, статикалық мінездемесі қандай?
2. Тура қайталану түрлендіргішінің статикалық мінездемесінің схемасы қандай ?
3. Түрлендіргіштің дифференциалдылық схемасы нені көрсетеді және ол қандай жағдайды қолданылады?
4. Кері байланыстағы түрлендіргіштің схемасы қалай құрылған және оның артықшылығы қандай ?
5. Мемлекеттік құралдардың құрылымдарында табиғи сигналдардың қандай түрлері қолданылады ?
6. Мемлекеттік құралдардың құрылымдарында бірыңғайлы сигналдардың қандай өлшемдері қолданылады ?
Лекция 3. Датчиктер.
Жалпы ұғымдармен ережелері.
Автоматика және телемеханикадағы түрлі жүйелердің басты элементі электрлі датчиктер болып табылады. Датчиктің аталуы - көлемнің басқа түрдегі көлемде реттелуі немесе бақылануы түрлендіріледі, және оны ары қарай пайдалану өте ыңғайлы. Көп жағдайда датчиктерді электрлі емес көлемді электрліне түрлендіреді, мысалы температура ЭДС-те термобулар арқылы түрлендіріледі, ал механикалық қозғалыстар, электромагниттегі зәкір қозғалысының өзгеруімен байланысты, оның орамының индуктивтілігін өзгертеді. Кейбір жағдайларда датчиктер көмегімен бір электірлік көлемдірдің басқаларға түрлендірілуі іске асырылады. Осындай датчиктердің арқасында күшейткіштер, өлшеу трансформаторы немесе фазалы сезгіш схемалар қызмет көрсете алады.
Шығу кезінде алынатын, электрлі көлем мінезді, электрлі датчиктер параметрлі, немесе пассивті, және генераторлы, немесе активті болып бөлінеді. Параметрлік датчиктерге келесі элементтер жатады: бақылаушы көлеммен бірге электрлі буын параметрлерінде сәйкес өзгерістер болады (активті кедергі, индуктивті немесе сыйымдылық). Генераторларға келесі датчиктер жатады, олардың өздері электрлік энергияның қорек көзі болып табылады, және шығу кезіндегі энергия бақылаушы көлемге пропорционал болып табылады.
Түріне және қондырғысына тәуелсіз электрлік датчиктерге келесі негізгі талаптар ұсынылады:
жұмыстағы сенімділік;
сезімталдылықтың жеткіліктілігі, ол жүйе схемасын пайдалануға мүмкіндік береді, мысалы автоматты бақылау. Бұл жағдайда сигналды күшейтудің қажеттілігін азайтады, жүйенің дәлдігі жоғарылайды;
минимальды габаритті өлшемдер және салмағы;
параметрлердің өзгеру диапазонының қажеттілігі;
өлшеу процесіне датчиктің кері әсер етуінің жоқтығы. Осылай, мысалы, ішінде датчигі бар бақылау ортадағы температураның өзгеру себебімен өлшеу қателігінің пайда болуы мүмкін.
үлкен емес инерция (кіру көлемінің өзгеруі арасындағы уақыт интервалы және шығу көлемінің өзгеруі кезіндегі сәйкестігі);
қоршаған ортадағы берілген жағдайлардың жұмысы.
Электрлік датчиктердің жұмысына келесі факторлар әсер етеді: периодикалық және максимальды процесс жиілігі, процестің өзгеруі кезінде белгі ауысуының қисығы және тұрақты құрушының онда болуы, өлшеу орындарындағы температураның жағдайы, атмосфералық жағдайлар, (ылғалдылық, ауа температурасы және т.б.), вибрацияның бар болуы, жылдамдатылуы және т.б.
3.2. Электроконтактілі датчиктер
Контактілі датчиктер - бұл датчиктер параметрлік типтес, оларда механикалық көлемі өзгеріп отыратын электрлік кедергілер өзгереді. Олар электрлік сигналға механикалық түрлендіргіштердің орын ауыстыруы үшін арналған.
Контактілі датчиктер автоматты бақылау жүйесінде және өлшемдерді реттеу кезінде, сондай-ақ түрлі физикалы көлемдерде автоматты сигнализация жүйелерінде қолданады. Контактілі датчиктің статикалық мінездемесі релелі сипаттамасы болғандықтан, оның шығу көлемі - электрлі буын кедергісі - секірмелі өзгеріп отырады.
5.1,а суретте біршектеулі - бір жұпты контактілі қарапайым контактілі датчик бейнеленген. Контактінің матасуы 1 және 2 бұйым И шамасының өзгеруі нәтижесінде болады. Егер бұйым И шамасы үлкейсе, онда өлшеу щуп 3 жоғары қарай жылжиды, нәтижесінде 1 және 2 контактілері үйкеліске келеді.
Сурет 5.1. Контактілі датчиктердің негізгі типтері:
а - бір шектеулі; б - екі шектеулі; в,г - көп шектеулі; 1, 2, 2', 3', 1а...1д - контактілер; 3 - өлшеу щупы; 4 - серіппе.
Мұнда 1 және 2 контактілер арасындағы активті кедергі шексіздіктен аз белгіге дейін өзгереді, және контактілі кедергімен анықталады. Датчиктің шешімі сигналды қондырғыға қосылады. Серіппе 4 өлшеу щупын 3 бір шешімдермен біріктіреді.
5.1.,б суретінде екі жұпты контактімен -екі шектеулі контактілі датчигі бейнеленген, және ол екі жаққа да басты жағдайдан (нольдік) щуптың қозғалысын сезуге қабілетті. Осындай датчиктер бөлшек өлшемін автоматты бақылау және шығарылған өнімнің санын есептеу үшін кең қолданады.
Бірнеше жұп контактісі бар көп шектеулі контактілі датчик 5.1, в суретінде көрсетілген. Оның контактілері 1, 2' және 3' бөлшектердің мөлшеріне қарай бір-біріне тізбектеле матасады. Шығу датчигінде қосылып тұрған, өлшеу құралындағы тіл үш шаманы көрсетеді.
Кейде контактілі датчиктер барлық буынның матасуына жұмыс істейді, болмаса кедергінің R бір ғана бөлігін матастырады (сурет 5.1, г).
3.3. Потенциометриялық датчиктер
Жылжымалы контакт өлшеу көлемінің әсерімен жылжып отыратын реостат түрінде орындалған, өлшеу түрлендіргіштерін, реостатты өлшеу түрлендіргіштері деп атайды. Реостатты ИП көбінесе потенциометр схемасы бойынша өлшеу буынына қосылады, сондықтан деректер қатарында потенциометриялық түрлендіргіштер деген терминді қолданады.
ИП шығу көлемі электрлі кедергі болып табылады, жылжымалы контактілі жағдайы функциональды байланысқан. Реостатты түрлендіргіштер бұрыштық түрлендіргіштер немесе кедергінің, токтың немесе кернеудің өзгеруіне сәйкес сызықты жылжуы үшін қызмет етеді. Жылжуда көптеген электрлік емес көлемдер (қысым, шығын, деңгей және т.б.) түрленгендіктен, реостатты түрлендіргіштерді электрлікке электрлік емес көлемдерді өтпелі түрлендіргіштерді өте жиі қолданады.
Элементтің сезімтал материалына сәйкес реостатты түрлендіргіштерді сымды және сымды емес деп бөледі.
Автоматика қондырғыларында сымды реостатты түрлендіргіштерді кең қолданады, және олар жоғарғы дәлдікпен және түрлендіргіш функция тұрақтылығымен ерекшеленеді, сондай-ақ оларда аз ғана өтпелі кедергісі, өз шуларының төмен деңгейі, аз температуралы кедергі коэффициенті болады.
Конструктивті орындалуына байланысты реостатты түрлендіргіштерді келіп түсетін және айналып орын ауыстыратын жылжитын контактілермен ажыратады. Олар бір және көп орамды болып бөлінеді.
Конструктивті реостатты түрлендіргіштер (сурет 5.2, а, б) каркастан 1, бейтарап сымды орамнан 2 және токты контактіден 3 щетка немесе қозғалтқыш түріндегі, бейтараптанған сым арқылы жылжиды.
Каркас бейтараптанған материалдан жасалынады және стержень, сақина немесе майысқан пластина түрде болады. Каркас материалы кең температуралы диапазонда, ылғалы жоғары жағдайларда және химиялық бүлінген атмосферада өз шамасын сақтауы керек. Сондай-ақ каркастар жоғары жылуды өткізу қабілетін сақтауы керек. Бейтарап материал негізінде гетинакс, текстолит, керамика немесе металлды қолданады.
Орамды бейтараптанған сымнан жасайды. Орам материалы келесі талаптарға сай болуы керек: жоғары электрлі кедергілі, жоғары коррозиалы тұрақтылық, уақытына қарай тұрақты сипаттамасы, үзілуге және қажалуына беріктігі. Орам сымдары ретінде константан және манганин, ал жоғары температура жағдайында - темір және никельхромды ерітінділерді қолданады. Әсіресе жауапты немесе жұмыстың спецификалы жағдайы кезінде бағалы ерітінділерді қолданады: иридиемен платина, палладиемен платина және т.б. Мысалы, иридияны платинаға қосуы оның беріктігін, қажалмауын, химикалық тұрақтылығын, коррозиялы тұрақтылығын жоғарылатады. Сымның диаметрі түрлендіргіштің кедергісіне және тұрақтылығына байланысты: 0,01...0,10 мм датчиктердің жоғарғы класы үшін; 0,1...0,4 мм - датчиктердің төменгі класы үшін. Сымды орамды эмалды қабатпен және оксидті қабатпен қаптайды.
Жылжымалы контактіні (щетка, қозғалғыш) диаметрі 0,1 ... 0,2 мм екі үш параллельді сымдар түрінде орындалады, ұзындығы бойынша ерекшеленетін (прецизионды реостатты түрлендіргіштер үшін), немесе кесігі бар арнайы профилирленген пластина. Щетканың контактілі жоғарғы жағының ені сезімтал элементі сымның екі үш диаметріне тең болуы керек.
Щетканы таза металлдардан (платина, күміс), немесе ертінділерден (иридимен платина немесе бериллиемен, фосфорлы қола және т.б.) өңдейді. Сым қажалмас үшін, щетканың материалы сымның материалына қарағанда жұмсақ болуы керек. Күшейткіші бар (0,5...15,0) ∙10-2 Н щетканы орамға жабыстырады.
Орамдағы токтың жіберілетін тығыздығы сымның материалынан және оны суытудың жағдайына байланысты. Манганин немесе константанды қолдану кезінде түрлендіргіштің жұмысшы температурасы 40...50ºС жетуі мүмкін, ал пластикалы материалды каркас үшін орамдағы токтың тығыздығы кезінде шамамен 10 Амм2 немесе темірлі металды каркас үшін 25...30 Амм2. Бағалы материалдардан орамды сымды қолдану кезінде жұмысшы температура шамамен 70...80ºС, және металды каркас үшін токтың тығыздығы 40 ... 50 Амм2 жетеді.
Реостат орамдарының қысқыштарына өзгермейтін белгі тогының ауыспалы немесе тұрақты кернеуі U қосылады. Қозғалтқышты ауыстырған кезде шығу кернеуі Uвых кіру көлеміне Х пропорциональды өзгереді.
Жүктеменің болмауынан сызықты потенциометрлердің статикалық сипаттамасының бұрышы α=arctg (сурет 5.2,г) алдынғы координат арқылы өтетін түзуді ұсынады және түрлендіргіш функциялары үшін алынған әлпеттер анализі осыны көрсетеді.
Келтірілген статикалық сипаттамадағы қарастырылған түрлендіргіштер бір тактілі элементтерге жатады, және олар кіру сигналының белгісіне еш бір белгі бермейді. Келесі жағдайда кіру сигналына белгі беретін - екі тактілі өлшеу түрлендіргіштері қажет. Оларды бір тактілі потенциометрлік түрлендіргіштер негізінде тұрғызуға болады, егер шығу сигналын қозғалтқыштан және потенциометрдің орта нүктесінен немесе орта нүктесі бар екі потенциометрлік датчиктен пайда болған көпірлі схеманың диагоналінен шешіп алатын болса. Екі тактілі схема бойынша потенциометрлік датчиктерді қосудың екі мүмкін варианты 5.3,а,б суретінде келтірілген. Олардың статикалық сипаттамасы 1 және 2 (сурет 5.3, в) сәйкес түрлі дөңгеленуі болады. Көпірлі схема бойынша ( 5.3, б суретті қара) түрлендіргіштердің қосылуы кезінде, орта нүктеден әр бағытқа қозғалатын, кіру сигналының өзгерісі екі қозғалтқышпен іске асырылады, 5.3, а суретте ұсынылған, схемамен салыстыру бойынша екеселенген шығу кернеуінің пайда болуына әкеледі.
Реостатты түрлендіргіштердің шынайы сипаттамалары қарастырылған идеальды түрлі қателіктерден ерекшеліктері бар: шығу кедергісінің дискреттілігі; орамалы сымның диаметрінің тұрақсыздығын және оның электрлі кедергісінің сыбағалылығын туғызатын, есептіден түрлендіргіш функциясының ауытқуы; түрлендіргіш температурасының өзгеруі; жүктеме кедергісінің әсері және басқа да факторлар.
Қосылып тұрған потенциометр бөлігінің кедергі қозғалтқышының жылжыуы кезінде бір орамның кедергісіне тең, дискретті қадаммен өзгереді:
∆R=Rω,
мұнда R - реостаттың кедергісі; ω - орам айналымының саны.
Осыған сәйкес шығу кернеуі де өзгереді. Бұл құбылыс екі факторды анықтайды: сезімтал табылдырығын және сезбейтін зонаны. Егер оларды шығу қозғалысы деп қарастырсақ, онда санды жүзінде олар айналым айналымға немесе айналым тесіктерінің орналасу кезінде, орамның қадамының tш орам түріндегі сымның диаметріне тең.
Дискретті есебімен кедергінің өзгеруінің статикалық сипаттамасы сатылы түрде (сурет 5.4) болады. Егер сатылар ортасы арқылы өтетін, идеальды сипаттамада түзуді қабылдасақ, онда дискретті қателігінің абсолюттілігі немесе сипаттаманы ұсынатын формасына байланысты сезбейтін зона келесімен анықталады
∆R=R2ω; ∆X=12ω; ∆U=U2ω.
Осыған сәйкес тікелей қателіктер үшін келесі түрді қабылдайды
δR = δX = δU =12ω.
Сызықты реостатты түрлендіргіштердің шынайы констукцияларындағы айналымдардың саны шамамен 2000 (минимальды шамамен 200) құрайды, ал дискретті қателігі 0,02...0,03 % тең. Жалпы қателігі, түрлендіргіштердің электрлік параметрлерінің тұрақсыздығымен шақыртылған, 0,03...0,10% жетеді.
Орамды сымның температуралық қателігін анықтайтын, әдетте 10ºС - ге 0,1% -тен аспайды.
Үлкен қателікті түрлендіргіштің дұрыс емес жұмыс режимі шарттастыруы мүмкін - жүктеменің аз кедергісі. Қосылған жүктемемен Rн (сурет 5.5, а) реостатты түрлендіргішпен жүктелмеген түрлендіргішті эквивалентті схемамен (сурет 5.5, б) ұсынуға болады. Ол үшін келесі арақатынастар әділетті болады:
Бірінші теңдеуге екіншіні қойып, аламыз
(5.1)
Алынған теңдеуден көрініп тұрғандай, статикалық сипаттама Uвых = f (r) жүктеменің кедергісіне байланысты және әдістемелік қателікті анықтайды.
Сурет 5.5. Потенциометрлік датчик:
а - жүктемен қосылатын схема, б - эквивалентті схема, в - статикалық сипаттамалар, г - қателік графиктері
Маңызды белгілер Rи және R арақатынасы болады. Екі жағдайды қарастыруға болады: R реостатпен R н R; Rн өлшемдес.
(5.1) теңдеуін келесі түрде ұсынуға болады
(R Rн) r, r2 Rн көлемдерінің Rн R үшін R-мен салыстырғанда елемеуге болады. Онда
Uвых = (U R) r = Uвых 0
Аналогты нәтижені алуға болады , егер Rн--infinity қабылдап және жай жүріс режиміне өтетін болсақ, яғни шығу түрленгішінде жүктеменің болмауынан.
Rн ≡ R үшін абсолютті қателік сәйкес келмейтін идеальды және шынайы статикалық сипаттама келесі теңдеуімен анықталады
R2 r≡ Rr2 және (R2 r - Rr2) ≡ 0 жағдайынан шыға соңғы теңдеуді аламыз.
Қатысты қателік
δ = ∆ U U = r2 (R- r) R2 Rн. (5.2)
Максимальды қателікті анықтау үшін өңделген dδdr нолге теңестіреміз:
dδdr = (2 r R-3 r2 )( R2 Rн) =0,
2 rR - 3 r2 =0 жағдайы кезінде әделетті болып келеді, және одан алатынымыз
r = (23) R. (5.3)
Осыған орай түрлендіргіш 23 жалпы ұзындығы l қозғалтқыштың ауытқуы кезінде жоғары қателікке ие болады. (5.3) теңдеуін (5.2) қойып, максимальды қателік есебі үшін келесі формуланы аламыз:
(5.4)
мұнда αн= Rн R - жүктеме коэффициенті.
3.4. Тензометрлік датчиктер
Тензометрлік датчиктер (тензорезисторлар) жұмысының негізінде тензотиімділік жатады, механикалық дефформациялар кезінде өткізгіш және жартылай өткізгіш материалдарының активті кедергісінің өзгерісін туындайды.
Тензотиімділік материалының сипаттамасы болып тензосезімталдық коэффициенті К1 қызмет етеді, өткізгіш ұзындығының өзгерісіне кедергінің өзгеру қатынасын анықтайды:
К1 = δR( δl) = Е (δ Rσ),
мұнда δR = ∆RR; δl =∆ll; ∆ R - ∆l ұзындықтың l өзгеруі кезіндегі кедергінің өсімі; Е - материалдың қаттылығының үлгісі; σ - механикалық кернеу.
Тензосезгіш коэффициенті материалдың дефформациясымен және оның қиылған теңдеу кедергісін байланыстырады
К1 = 1+2μ +δр(δl),
мұнда μ - Пуассон коэффициенті; δр - деформация кезіндегі материалдың қиылған кедергісінің р қатынасы.
Металдардың тензосезгіш коэффициенті, тензорезистерлер үшін жиі қолдануы екеуіне жақын келеді: константана үшін - 2; нихром үшін - 2,2; хромел үшін - 2,5. Кт = δр(δl) жартылай өткішгіш материалдар үшін, металдарға қарағанда, ол да үлкен. Мысалы, Кт ≈ 100 германия үшін. Алайда жартылай өткізгіш материалдары металдармен салыстырғанда кішкене механикалық тығыздылықпен және тұрақтылығымен сипатталады.
Тензоресизсторларды газ және сұйықтықтың қысымын өлшеу үшін, сондай-ақ деформациялы материалдың қатылығын өлшеу үшін: қысымын, майысуын, бұралуын және т.б. қолданады.
Тензорезистивті материалдардың негізінде кіші ТКС ерітінділерін (манганин, константан, нихром, никелин), платиналы күміс және платиналы вольфромды жартылай өткізгіш материалдарын (германий, кремний) қолдануға болады. Металдардан орындалған тензорезисторлар кең тараған. Олар сымды және фольгалы болып бөлінеді.
Сымды тензорезисторларды диаметрі 0,002 ... .0,05 мм сымнан орындайды, оны лакті пленкаға немесе жұқа қағазға жиі ілгектермен жатқызады және оған жабыстырады (сурет 5.6, а). Сымның ұштарына мысты шешімдерді жабыстырады немесе дәнекерлейді. Түрлендіргіш үстінен лакпен қаптайды. Пленка үшін материалды эксплуатация жағдайына сәйкес таңдайды. БФ-2 клейінен пленкада резисторлар диапазонының температуралары 40-тан 70ºС дейін, ал бакелитті лакте - 200º С. Жұмыс істейді. Жоғары температуралар үшін арнайы жоғары температуралы клейлер немесе цементтерді қолданады.
Сурет 5.6 Сымды (а) және фольгалы (б) тензорезисторлар
Сыналған бөлшектің жоғарғы жағына тензорезисторды жабыстырады, оның созылған осі өлшеу деформациясының бағытында орналасуы керек.
5 ... ..20 мм базасы бар түрлендіргіштерді (ілмек ұзындығы) жиі қолданады, және 30 ... 500 Ом кедергіге ие болады. Олардың номинальды жұмысшы тогы, оларда жағдайлардың бұрылу кезінде энергияны жоғалтуын бөліп шығаруын анықтайды және шамамен оншақты миллиампермен анықталады. Максимальды жіберілетін қатысты деформациялар 0,3% жоғары болмайды.
Егер деформациямен шақыртылған, тензорезистор кедергілерінің өзгеруі кезінде тым аз және ом бірнеше оншақты бөлшектеріне бірлік миллионмен тербелісі болған кезде, онда өлшеу үшін жоғары сезгіш потенциометрлік және көпірлі схемаларды қолданады. Тензорезисторлардың сезгіштігін жоғарылату үшін, оларды көпірлі схемада екі және төрт есе қосуға болады.
Қатты деформация шамасындағы сымды тензорезисторлардың сипаттамасы сызықтығы тән және келесі теңдеумен анықталады
∆R = RKT δl = (pKT S)∆l,
мұнда S - сымның қиылысқан ауданы.
Сызықты сипаттамадан ауытқу ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жалпы түсінікіктер
Кез-келген автоматикалық құрылғының бөлек конструктивтік және схемалық элементі болады,олардың әрқайсысы алдыңғы элементтен алынған энергияны түрлендіруді келесі элементке беруді орындайды.Автоматиканың элементтері деп автоматтандырылған басқару жүйесіндегі сигналды түрлендіру функциясын өздігінен орындайды
1.1,а суретінде Э элементінің схемасы көрсетілген.Оның кірісінде х энергиясы беріледі,ол түрленгеннен кейін мәні бойынша шығысында у энергиясы пайда болады.Кейде х энергиясының кірісіне қарағанда у энергиясының шығысында көп болғаны дұрыс,бұл жағдайда элементке қосымша z түріндегі энергия қосылады.(1.1.б сурет).Қосымша энергия келген кезде х энергиясының кірісі кішкентайдан у энергиясының үлкен шығысына дейін күшеюі мүмкін.
Х және у шамасы электрлік(мысалы қысым,тоқ) және электірлік емес (мысалы температура, жылдамдық) болуы мүмкін.Көбінесе электірлік элемент қолданылады,бұл кезде х және у шамасы электірлік болып келеді.Электірлік емес элемент гидравликалық ,пневматикалық,механикалық тағыда басқада қолданылады.
Элементтің мінездемесі автоматика жүйесінің қасиетіне әсерін тигізеді.Бұл элементтердің қасиетін схемалармен және құрылғымен жұмыс істегенде сараптама алу үшін білу керек.Олардың басты көрсеткіштері болып дәлдік сезімталдық,инерциялық т.б табылады.
0.1 Автоматика элементерінің тізбектері
а) қосымша қорегі бар б) қосымша қорегі жоқ
Бұл бөлімде әр түрлі элементпен орындалатын функция ,сонымен бірге автоматиканың әр түрлі элементтерін қолданудағы жалпы мінездемесі қарастырылады.
Автоматика мен телемеханиканың схемасын,олардың басты орындалу тәртібін қарастырамыз.
Басқару жүйесінің құрамына кіретін электірлік,механикалық және басқада байланыспен қосылатын әртүрлі техникалық құрылғы мен элементтер жиынтығы әртүрлі электірлік,гидравликалық,пневматика лық және кинематикалық схема түрінде суреттеледі.
Схема оның құрамы туралы және кез-келген құрылғымен жүйенің байланысын білу үшін қызмет етеді.
Біріңғай жүйеге және ГОСТ 2.701сәйкес электірлік схема құрылымдық,функционалдық,принциптік ,монтаждық,қосылу,жалпы,орналастыру және біріккен болып бөлінеді.
Құрылымдық схема функционалдық бөлікті анықтау,тағайындау және өзара байланыстыру үшін қызмет етеді.
Функционалды схема бөлек функционалды мақсатта немесе оны толығымен орнату үшін процестердің мінездемесін анықтайды.
Принциптік схема бүтін орнатылған элемент құрамын толық және олардың арасындағы байланысын,элементтің жұмыс істеу принципін көрсетеді.
Монтаждау схемасы сымдардың,кабельдердің,трубосымдард ың көмегімен орнатылған бөліктердің құрамын қосады.
Қосу схемасы бұйымның немесе қондырғының ішкі қосылуын көрсетеді.
Жалпы схема комплекстің құрамдыс бөлігін анықтайды және оларды қосу жолдарын қарастырады.
Біріккен схема элемент қондырғысының байланысын және мазмұнын анықтап ашу мақсатындағы әртүрлі бірнеше схема кіреді.
Сызулар және схемалар біріңғай жүйе стандартында қолданылатын тәртіптерді орындайды.
Әрбір функционалды элемент оңай функцияны,ақпаратты беруді,түрлендіруді,физикалық ортадан сигнал түрінде алуды орындайды.Бұл элементтер автоматика және телемеханика жүйесінде бір бағыттағы іс-әрекетті орындайды және бір бағыттағы сигналды кірістен шығысына береді.
1.2 сурет Ауаның температурасың басқару тізбегі
Автоматиканың басты функционалды элементтерінң тағайындалуын бөлмедегі ауаның температурасының басқару жүйесін көруге болады. (1.2. сурет)
Бұл жүйенің схемасында басқару объектісі болып калорифермен жабдықталған бөлме болып табылады.Объектіні басқару үшін орындау элементі қарастырылған,оған орындалу механизмі және тұрақтандыру объекті кіреді.u жағдайындағы тетікшенің қақпағы сервоприводпен араласады да, у бөлмесіндегі ауаның температурасы сияқты калорифер арқылы жылу тасығыштың шығынына байланысты болады.Сервоприводпен басқарылатын сигнал u сп басқару элементінен құралады,онда орналасқан алгоритм салыстыру элементінің шығыс сигналына сәйкес έ = έ 1+ έ 2 ,онда
έ 1 =μ3 - у эл; έ 2 = -μк= -өд(dλ эл dt),
мұндағы μ3 -электрлік сигналдың бөлмедегі ауаның температурасының қажетті мәніне сәйкес тапсырылатын элементінен құралады ;уэл - бөлмедегі ауаның у температурасына сәйкес электрлік сигналдың бірінші қабылданатын элементінің құрылуы ; μк - түзелген элементтің шығыс сигналы; өд - дифференциатор уақытынң тұрақтылығын ұсынатын оң шама ; λ эл - сыртқы ауадағы λ температурасына сәйкес электрлік сигналдың екінші қабылдағыш элементі.
Қарастырылған жүйеде түзету элементі дифференциалды түйін болып табылады,түзету элементінің μк шығыс сигналдары λ сыртқы ауаның температурасының өзгеруінің жоғалуынан құртылады.
Басқа да басқару жүйесінде сызбалар ұқсас болып құрылады.Қарастырылған мысалда көрінгендей әрбір басқару жүйесіндегі элемент анықталған функцияны орындайды.
Орындалу функциясына қарай автоматиканың негізгі элементтері датчик,күшейткіш,стабилизатор,реле, бөлуші,двигатель және тағы басқа түйіндерге бөлінеді.
Автоматика элементтері физикалық процесі бойынша электрлік,ферромагниттік,электрожыл улық,электромашиналық.радиоактивтік иондық және тағы басқа болып бөлінеді.
Орындалу функциясына қарай автоматика элементтерінің көп қолданылатын негізгі элементтерін қарастырамыз.
Датчик деп оның кірісіне физикалық шама түрінде түсетін ақпаратқа бағытталған құрылғыны айтамыз.Ол келесі элементке ыңғайлы әсер ету үшін шығысындағы басқа физикалық шаманы түрлендіреді.
Датчиктің басты мінездемесі у шамасының шығысының х шамасының кірісіне қажеттілігі болып табылады y = f(х).1.3 суретте датчиктің кіріс-шығыс қажеттілігінің кең тараған түрі суреттелген.Суреттен көрінгендей функционалды байланыс кез-келген заңдылыққа бағына алады,бірақ датчиктің мінездемесі сызықтық болғаны дұрысДатчиктің екі түрі бар,
1.3. Датчиктердің негізгі мінездемелері
параметрлік, онда х шамасының өзгеруі датчиктік активтік,индуктивтік және көлемдік кедергіге сәйкес өзгереді z түрінде тұрғызылған энергия көзі параметрлік датчиктің жұмысының басты шарты болып табылады.
генераторлық , онда х шамасының өзгеруі датчиктің шығысынды ЭДС өзгеруіне сәйкес өзгереді.Бұл датчиктер 1.1,а, суретте келтірілгендей сызба бойынша орындалады,олар қосымша z энергия көзін қажет етпейді,өйткені элементтің шығысындағы энергия толығымен оның кірісінен алынады.
Электрлік емес шама түріне байланысты датчикті механикалық,жалулық,оптикалық және тағы басқа болып бөлінеді.Көбінесе аралық түрлендіргішпен электрлік датчик қолданылады,ал механикалық датчик электрлікпен бірлеседі.Мұндай датчиктерде бақыланған шама түрлендіру сызбасы бойынша жүреді: өлшенетін шама - механикалық араласу - электрлік шама.Өлшенетін шаманы түрлендіру элементі бірінші рет түрлену немесе бірінші рет өлшеу деп аталады.Мысалы қысым бірінші рет өлшеу манометрінің сызығымен түрленеді,сосын активті кедергіге түрленеді.
Күшейткіш - ол сандық түрлендіргіштің кірісіне түсетін физикалық шаманы қалыптастыратын автоматиканың элементі.Күшейткіште міндетті түрде қосымша z энергия көзі болуы керек(1.1,б.сурет).Күшейткіштің басты мінездемесінің қажеттілігі у=f(x) болып табылады.Ол әдетте жұмыс аумағындағы сызықтық немесе оған жақын мінездемесін алуға тырысады.Күшейткіштің кірісі және шығысындағы шамаларында бірдей физикалық табиғаты болады.1.4 суретте күшейткіштің мінездемесінің әр түрлі түрлері көрсетілген.
1.4. күшейткіштің негізгі мінездемелері
Іс-әрекет принципіне байланысты күшейткіштер электрондық,жартылай өткізгіштік,магниттік,электромашина лық,пневматикалық,гидравликалық болып бөлінеді.
Стабилизатор - белгілі бір шекте у шығыс шамасының тұрақтылығын х кіріс шамасының тербелу кезін қамтамасыз ететін автоматиканың элементі.Тұрақтандыру әсері стабилизатор сызбасына кіретін элементтерінің параметрлерің өзгеруінің санына жетеді.Мұнда энергия түрінің кірісі және шығысы бірдей болу керек.1.5 суретте стабилизатор мінездемесі көрсетілген.Мұндағы 1 мінездеме 2 қарағанда у шамасының шығысын кішкене тұрақтандыруды қамтамасыз етеді.Егер қисығы берілген диапозонда көлденең аумағы болмай,максимум және минимум болса,онда стабилизатордың дәлдігі 1 сипатына қарағанда көп болады.
1.5 Стабилизатордың негізгі мінездемелері 1.6 Реленің негізгі мінездемелері
Тұрақтандырылған шаманың түріне байланысты стабилизаторларды тоқ және кернеу бөлуге болады.
Реле - х шамасының кірісі белгілі мәнге жеткенде у шамасының шығысы секірмелі өзгеретін автоматиканың элементі.у =f(x) релесі бірмәнді және ілмек пішіндес болады(1.6 сурет).х шамасының кірісі х2 мәніне жеткенде х=х2,шығыс шамасы у1-ден у2-ге дейін секірмелі өзгереді.Үлкею кезінде х шығыс шамасы өзгергеннен кейін шығыс шама аз ғана өзгереді немесе тұрақты болып қалады.Кіріс шама х1 мәніне дейін кішірейген кезде шығыс шама басында өзгермейді және у2-ге тең болады.х=х1 болғанда шығыс шама у1 мәніне дейін секірмелі түрде азаяды және х 0-ге дейін азайғанда өзгеріссіз сақталады.
у шамасының шығысы секірмелі өзгеру кезінде х=2 болғанда,ол істен шығу шамасы деп аталады,ал у шамасының шығысы өзгеру кезінде х=х1 болғанда жіберу шамасы деп аталады.х1 шамасының х 2 шамасына қатынасы қайтару коэффициенті деп аталады.К в=х 1х 2.Әдетте х 1х 2,немесе К в1.болады.
Реленің әртүрлі типтері бар,олардың бастысы электромеханикалық реле болып табылады,онда кіріс электірлік шаманың өзгеруі соқтығысуға әкеп соғуы мүмкін.Магниттік және электрлік типтегі релелер болуы мүмкін.
Бөлуші- автоматиканың элементі,ол бір шаманы тізбек қатарына қосады.Сондықтан қосылатын тізбек әдетте электрлік болады.Бөлуші бірнеше объектіні басқару үшін қолданылады және импульсті басқаратын тізбекке беру тәсілі бойынша электромеханикалық,электрондық және иондық болып бөлінеді.
Атқару құрылғысы деп - автоматтық құрылғының электромеханикалық атқару элементіне қатысты электромагниттің тартылу және айналу бөлігін,электромагниттік түтікшені,сонымен қатар электродвигательді айтамыз.
Электромагниттер электрлік сигналды механикалық қозғалысқа түрлендіреді,оларды жұмыс құралдарын араластыру үшін қолданады,мысалы қақпақ,вентиь,тетік және т.б
Электромагниттік түтіктер механизмнің тез өшіп қосылуы үшін басқару құрылғыларында қолданылады.
Кейбір жағдайларда электромагниттік түтіктерді жылдамдықты тұрақтандыру үшін және берілген мезгілді шектеу үшін қолданылады.
Электродвигатель дегеніміз электрлік энергияны механикалыққа түрлендіруді қамтамасыз ететін құрылғы.Электродвигательге қойылатын басты талаптардың бірі керекті механикалық қуатты дамыту қабілеттілігі болып табылады.Сонымен қатар электродвигатель реверсті қамтамасыз ету қажет.
Электромагниттік атқарушы элемент ретінде электродвигательдің тұрақты және тұрақсыз тоғы қолданылады.
Лекция 2. Түрлендіргіштер (сезімтал элементтер)
Басқару обьектісінің ешбір басқару ақпарат жүйесінсіз жұмыс істей алмайды. Элементті жүйеде ақпаратты беру өлшеуіш түрлендіргіш болып табылады. Автоматтандыру мамандары датчик немесе алғашқы түрлендіргіш терминін қолданады. Кейінірек алғашқы түрлендіргіш өлшеуіш сипаттау іс - шартында немесе құрамында қолданылады, ал датчик термині - конструктивті түсініктеме қолданылғанда.
Автоматтандыру өндіріс процессі, ғылыми тәжірибе және зерттеу барысында көптеген физикалық сыйымдылықтар пайдаланады. Олардың сандары СИ бірлік жүйесінде және өзіне қосатын 120 физикалық бірлік қамтиды. Қазіргі уақытта өндірісте келесі температура өлшегіштері пайдаланылады - 50%, қалдық - 15%, қысым - 10%, көрсеткіш - 5%, саны (масса, сыйымдылық) - 5%, уақыт - 4%, электрлі және магнитті өлшегіш - 5%. өлшегіш сыйымдылығы көп болуы мүмкін.
Көптеген өлшеуіш түрлендіргіштер электрлі түрлендіргіштермен ғана өлшеп қоймай, сонымен қатар магнитті және басқа да физикалық өлшемдерді өлшейді. Мұндай жағдайда электрлік емес түрлендіргіштің көлемі электрлікке ауысады. Мұндай шарттық артықшылықтың электрлік өлшеуіші: электрлік сигналдар үлкен қашықтықта жай және тез беріледі, жеңіл тез және тура сандық кодқа ауысады, жоғарғы дәлдікті және сезімталдықты қамтамасыз етеді. Дегенмен, өлшеуіш түрлендіргіш әрдайым өлшем функцияларын орындай бермейді. Көптеген жағдай өлшеуіш түрлендіргіш бір физикалық түрден келесі түрге түрлендіруге болады. Сонымен қатар электрлік емес күйден электрлік күйге түрлендіреді.
Жұмыстың динамикалық және статикалық дәлдігі, функция тиімділігі өлшеуіш түрлендіргіш сұранысына жауап береді, сигналдың минималды шығысының бұрмалануын қамтамасыз етеді. Датчик тек сол көлемнің өзгеруіне сезіктену керек, уақытқа байланысты тұрақтылық, монтаждауға ыңғайлы арзан баға. Автомат басқару жүйесіндегі өлшеуіш деп басқаруға арналған ақпараттың ішкі күйін физикалық көлемін техникалық құралдар арқылы анықтауға болады. өлшеуіш құралдарға қарағанда мұнда ақпараттарды өте ыңғайлы әрі физикалық көлемі жағынан да автоматты жүйеде үлкен түрлендіруде ақпаратты беру ыңғайлы, бұл көлемді сигнал деп атайды және ол физикалық көлемде реттеу параметрлері бойынша да технологиялық үрдістеріне байланысты.
ГСП тек қарастырылған көлемнің бір бөлігін ғана қамтиды. Олар автоматты тәжірибеде көп қолданылады. ГСП - дегі қарастырылған көлемді 5 топқа бөлуге болады. 1) жылу энергетикалық; 2) электрэнергетикалық; 3) механикалық көлем; 4) химиялық қоспа; 5) физикалық оспа.
Жылу энергетикалық: көлем, температура, қысым, деңгей және шығыс. Энергетикалық тұрақты және ауыспалы тоқ және кернеу, қуаттың коэффициенті жиілік, изоляция кедергісі.
Механикалық көлем - сызықтық және бұрыштық жылжу, бұрыштық жылдамдық деформация әрекеті, айналу моменті, бұйым саны, материалдық қаттылығы, вибрация, салмақ.
Химиялық қоспа - қоспа, концентрация, химиялық қоспалар.
Физикалық қоспа - ылғал, тығыздық т.б.
Өлшеуіш түрлендіргіш келесі структуралық сызба арқылы қосылады: біркелкі тік түрлендіргіш, дифференциалдық, кері байланыс арқылы.
Қарапыйм өлшеуіш түрлендіргіш бір түрлендіргіштен тұрады. Бірнеше алғашқы түрлендіргіш кезекпен қосылу жағдайында шығыс көлемі алдыңғы түрлендіргіштің кірісі болады. Біркелкі түрлендіргіш шығыс дыбысын қолдануға қолайлы болмаған жағдайда өлшеуіш түрлендіргіште қайтадан қосылу қолданылады. Қарсы байланыс жоғарғы дәлдікпен, әмбебаптылығымен және түрлендіргіштің ішкі қарсылықтарының кіші коэффициентіне байланысы. өлшеуіш түрлендіргіште схема мінезделеді.
Өлшеуіш түрлендіргіште шығыс сигналдары табиғи және бірыңғайлы болады.
Табиғи шығыс сигналы алғашқы өлшеуіш түрлендіргіштің табиғи жолымен жасалады және кернеу, күшейткіш, орын ауыстыру, қарсылық, электрлік көлем, жиілік және т.б. өлшейіш түрлендіргіш табиғи шығыс сигналын қарапайым заттарды автоматтандырғанда кеңінен қолданылады. Сигналдың масштабын өлшейтін түрлендіргіштер - өлшеуіш түрлендіргіш масштабы деп аталады.
Біркелкі аналогты сигналдарды алу үшін өлшеуіш түрлендіргіш қолданылады және ол нормаланған деп аталады. ГСП қолданатын түрлендіргіштер түрі 6 топқа болінеді: механикалық, электромеханикалық, электрохимиялық жылулық, электро - ионизацияланған, оптикалық.
Түрлендіргіштер қашықтықта өлшейтін сигнал беруге арналған түрлендіргішті беруші деп атайды.
2.1 Өлшеуіш түрлендіргіштің классификациясы.
Қазіргі кезде ӨТ жұмыс істеу және тағайындалу бойынша көптеген әр түрлі түрлері бар.
Ғылымның және технологияның даму жаңа түрмен пайда болуына әкеледі. Жасаушы классификация көптеген түрді ажыратуға көмектеседі. Барлық талаптарына сай әмбебап классификацияны мүлде шешілмейтін мәселе классбелгі ретінде ӨТ мінездемесін:функцияның түрленуі , шығыс және кіріс түрлерінің үлкендігі,жұмыс жасау принціпі,конструктивті орындау т.б.
ӨТ энергияның қолдануына байланысты электрикалық механикалық,пневматикалық және гидравликалық деп бөлеміз. ӨТ шығыс және кіріс көлемдерінің қатынасы келесі түрлерге бөлінеді. Электрикалық емес көлемді-электрикалық емес деп мембрадно,пружина және басқа. Электрикалық емес электрикалық деп - (потенциометр,термопаралар,индуктив ті өті және көлемді өті және т.б.). Электрикалық көлемді электрикалық деп. Электрикалық көлемді электрикалық емес деп(электро өлшеуіш құралдарды өлшеуіш механизімі.)
ӨТ шығыс сигналының түрі:аналогты, дискретті, сызықты және табиғи немесе бірыңғайлы шығыс сигналы болып бөлінеді.
ӨТ - функциаларының келесі түрге бөлінеді масштабты- физикалық табиғаты өзгермеген кезде кіріс саны байланысты өзгереді. Функцияларды- физикалық табиғаты өзгерген немесе өзгермеген жағдайда бір деңгейлі функция түрлендіргіш кіріс көлемі орындалады. Оперециялық- шығыс көлемі жоғарғы деңгейдегі матаматикалық операцияларды орындайды.
2.3 Өлшеуіш түрлендіргіштің статикалық және динамикалық мінездемесі.
ӨТ статикалық мінездемесі - функцияналды тәуелділік бір уақытта орналасқан шама аралық кіріс х және шығыс у. Статикалық мінездемені басқада функция сияқты аналитикалық, графикалық немесе таблицалы көруге болады. Әдетте түрлендіргішке конструктиті шарт кіреді. Нақты түрлендіргіш үшін статикалық мінездемені тәжірибе түрде алуға болады. Көп жағдайда нақты түсіну үшін графикалық форманы статикалық мінездемеде қолданады. Датчиктердің статикалық мінездемес көп жағдайда 3.1 суретте көрсетілген.
Статикалық мінездеме сызықты және сызықты емес болады. (3.1 а,б суретте)
Жалпы түрлендіргіштің сызықты статикалық мінездемесі
мұндағы:В-бірқалыпты;К-түрлендіргіш коэффициентті.
Егер В=0, онда тегістеу графигі бастапқы координатадан өтіп ӨТ шығыс бос жүріс сигналы у0 болмайды.
В0 бастапқы координата абцисса осі шығыс бос жүріс сигнал шамасымен мінезделеді. у0=В (3.1 в түзу 1 сурет)
В0 сезімталдық емес аймақтық мінездеме 0 ... .х0, өзгерісі ху=0 (3.1 в түзу 2 сурет )
Статикалық мінездемеде толықты аралық болу мүмкін (3.1,2 сурет) онда оны екі тегістіктен бейнелейді.
0...хк учаскісінде у=Кх тегістеумен; ххк учаскісінде у=ун тегістеуімен.
К= мінездеме релелік мінездемені қабылдайды.(3.1 д сурет)
Мұндай мінездеме өзіне тән позиционды реттеу датчик қайта оралу коэффицентімен мінезделеді.
мұндағы: хг- белгісіз аймақтың ені;хк,хн- тиісті аяғымен және кіріс шасының жұмыс диапазоны.
Сызықты емес мінездемені сызықты етіп өзгертуге болады немесе функционлды аппроксимация көмегімен. Сызықты емес мінездеме үшін түрлендіргіш коэффициентті тұрақты шама бола алмайды, сондықтан мұндай жағдайда дефференциалды түрлендіргіш коэффициентін қолданады Кg .
деференциалды түрлендіргіш коэффициентті жалпы жағдайда бір нүктеден екінші нүктеге өзгереді.
` Kg=tga
Егер мінездемені сызықты учаскіде түрлендіргіш жұмысы арқылы көрсететін болса онда жоғарғы және төменгі белгі кіріс сигналының жұмыс диапазон ∆р өзгеру кезінде, ал айырмашылығы олардың жағдайы - динамикалық диапазон ∆g (3.1 б сурет)
∆р х=хк-хн ; ∆g х= хкхн ; ∆р у=ук-ун ; ∆g у= укун
Табалдырық сезімталдығы-минималды кіріс сигналының белгісі х, у шығыс сигналының көрінуі. Датчиктің қате жіберушілігі алғашқы және қосымша болып бөлінеді. Максималды айырмашылық шығыс сигналының өлшенген белгісімен ур және оның шындық белгісі уи ,идеалды статикалық мінездемесімен анықталатын кіріс шамасының қарапайым эксплуатация жағдайы арқылы. Ол абсолютті бірлік арқылы көрсетуге болады. Ол абсолютті бірлік арқылы көрсетуге болады. Салыстырмалы түрдеде ∆ =ур-уи Соңғы жағдайда абсолютті қарым - қатынасы шығыс сигналының қате жіберілуіне тең.
Қосымша қателік - шақырушының ішкі ортадағы шарты және ішкі процесстің түрлендіргіш. Бұл процесске мыналарды жатқызуға болады: температураның өзгеруі,ылғалдылық, ескірген материалдар. Қосымша қателік шығыс шамасының пайызымен көрсетеді.
Статикалық мінездеме түрлендіргіштің бағалау жұмысын орналасу режиімінде рұқсат етеді. Бірақ нақты жағдайда датчиктер тез ауысатын процесспен жұмыс істеуіне тура келеді, динамикалық режимде, кіріске сигнал кіргенде, уақыт ішінде өзгергенде.
Динамикалық мінездемеде көптеген датчиктер күшейткіштерге жатады. Көптеген қолданылған датчиктердің мінездемесі: жиілік мінездемесі, беріліс функциясы , параметірлері тұрақты уақыт, күшейткіш коэффициентті.
Бақылау сұрақтары
1.Өлшеуіш түрлендіргіш және датчик дегеніміз не?
2.Түрлендіргіш жұмысы энергияның қандай түрлері қолданылады?
3.Қандай белгімен өлшеуіш түрлендіргішті классификациялауға болады?
4.Қандай статикалық мінездеме Өлшеуіш түрлендіргіште мінезделеді?
5.лғашқы және қосымша қате жіберу дегеніміз не?
6.Түрлендіргішке қойылатын негізгі талаптарыын тізіп беріңіз.
7.Датчиктің дәлдік классы және салыстырмалы қате жіберушілік дегеніміз
не?
2.4.1 Өлшеуіш түрлендіргіштердің құрылымдық схемасы.
Өлшеуіш түрлендіргіштердің көптеген түрлеріне қарамастан олардың құрылымдық схемасы бірнеше түрмен байланысты болады. Түзу біркелкі түрлендіргіштің құрылдымдық схемасы өлшеуіш түрлендіргіштің шығыс сигналымен қалыптасады. Мысалы : термопараларда қызыл датчиктерінде және ыдыратуда .
Мұнда өлшеуштің көлемі электрикалық сигналға түрленеді : ауыспалық және күш салу. Статикалық мінездемесі қате жіберушілікпен және басқада түрлері элементтің өзінің сезімталдық параметірімен анықталады. Алғашқы түрлендіргіштің ары қарай жұмыс істеуіне ыңғайлы және керекті сигналды қолдана алмаған жағдайда құрылымдық схеманың қайта түрленуін қолданады. Мысалы: бірыңғайлылық шығыс алу керек болған жағдайда электрикалық емес көлемнің электрикалыққа түрленуі, статикалық немесе динамикалық түрленуін жөндеу.
Өлшеуіш түрлендіргіштің суммарлық коэффициентін жеткілікті үлкен дәрежеде алуға болады, бірақ бұл жағдайда түрленудің қате жіберуі ұлғаяды, қате жіберу звеносының суммасына тең болады. Дефференциалдық схемасы бойынша құрылған датчиктерде өлшеуштің көлемі бір уақытта екі өлшеуіш бір уақытта идентикалық өлшеуіш түрлендіргішке айналады.
Датчиктін шығыс сигналымен өлшеуіш түрлендіргіштергі әрбір каналдың шығыс сигналымен пропорционал болады. Егер шығыс сигналдары бірдей белгіде болса онда салыстыру мекемелері қосу операциясын орындайды, ал белгілер әр түрлі болса онда сумарлық операциясын орындайды.
Кірістін біреуіне эталонды сигнал түседі және салыстыру орындалады немесе ақпарат бір канал бойынша нақты жағдайда түрленеді, ал екіншісі бойынша эталондық. Датчиктердің дефференциялдық схемасының құрылымының артықшылықтарына мыналарды жатқызуға болады: тұрақты қате жіберушіліктің азаюы кіріс сигналының екі кірісінен де сезімдалдылықтың екі есе ұлғаюы, реверсивті статикалық мінездемесін ал. Статикалық мінездемесінің сызықты емес статикалық мінездемесінің төмендеуі және жеке өлшеуіш түрлендіргіштің мінездемесімен салыстырғанда шығыс сигналдарының тұрақтылары.
Өлшеуіш түрлендіргіштердің кестелерінің көбісі кері байланыс кестесі немесе компенсациялық кесте болады.
4.1 кесте. өлшеуіш түрлендіргіштің құрылымдық схемаларының түрлері.
Осы схема бойынша құрылған датчиктерде автоматты ретегіш қамтамасыз етіледі , реттелетін көлем сол көлемнің өзімен немесе алдыңғы түрлендіргіштен кейін. Мұндай схеманың бастапқы артықшылығы өлшеуіш тракттің өлшемдерінің өзгеруін компенсациялайды. Сонымен қатар датчиктің жұмыс істеуіне керекті энергия өлшеуіш элементтен емес қосымша күш көздерінен алынады.
Тура қайталану түрлендіргіштің схемасына қарағанда кері байланыс түрлендіргіші тура болады. Түрлендіргіштің қортындысына кері байланыс тіке звенолардың қателіктері елеулі түрде әсер етуін төмендейді.
Кері байланыста ала-алмаған звенолардың кез-келген қателіктері толығымен түрлендіргіштің шығысына беріледі, сондықтан өлшеуіш түрлендіргіш құрылған кезде неғұрлым көп звеноларды ұстап қалуға талпынады.
Кері байланыс датчиктері жоғары сезімталдыққа ие болады және кері түрлендіргіштің шеңберінің коэффиициенттернің өзгеруіне құрылымының өлшемдерін өлшемдерін өте оңай ауыстырады. Жоғарыда қарастырылған типтік құрылымдардың комбинациясын өлшеуіш түрлендіргіштің нақты құрылымдық схемалар көрсете алады.
Өлшеуіш сигналдың түрлендіргіш шеңберінде көбіне бірінші ретті өлшеуіш түрлендіргіш пен ағымды түрлендіргіш ажырыатылады. Өлшенетін көлем бірінші ретті түрлендіргішке әсерін тигізеді. Көптеген жағдайларда бірінші ретті түрлендіргіштің шығыс көлемі барлық өлшеуіш түрлендіргіштің атауларын және құралдарын анықтайды.
Ағымды түрлендіргіштер күштендіру линеарлау және тағы да басқа функцияларды орындайды.
4.1 суретте өлшеуіш түрлендіргіштің табиғи және бірыңғайлы шығыстарының қысқартылған схемасы көрсетілген.
4.1 сурет. Қайталану түрлендіргішінің блок-схемасы.
2.4.2 Өлшенетін түрлендіргіштердің стандарттары және бірыңғайлылығы.
Құралдардың құрылысы кезінде өлшенетін түрлендіргіштердің стандарттары мен бірыңғайлылығы мемлекеттік құралдардың құрылымы және автоматикалық құрылғылардың шеңберінде шешілетін болған.
Күрделі ақпаратты құрылғыны құру үшін ең алдымен техникалық құрылғылардың ақпараттық құрылуын қамтамасыз ету керек. Осы мақсатта мемлекеттік құралдардың құрылымдары алдымен бірыңғайлы, содан соң өлшеуіш түрлендіргіштердің шығыс сигналдары стандартталған болу керек.
Шығыс сигналдарының түрін өлшенетін түрлендіргіштердің табиғи және бірыңғайлы шығыс сигналдары арқылы ажыратуға болады.
Алғашқылары құрылуында бірінші ретті физикалық көлем түрленуін көрсетеді. Мұндағы сигналдың табиғи формалануы өлшеуіш түрлендіргіштің конструкциясф мен түрленудің тәсілдері арқылы қамтамасыз етіледі. Мұндай түрлендіргіштер көбінесе тура обьекттерінің құрылысын реттегенде немесе жай обьектермен салыстырғандағы орталықтандырылған обьекттердің қадағалау кезінде қолданады.
Мемлекеттік құралдардың құрылымында табиғи шығыс сигналдарының он түрін қолдану қалыптасқан. (4.2 сурет)
4.2 сурет. Өлшеуіш түрлендіргіштерінің сигналдарының түрлері.
ЭВМ-нің қолдануымен күрделі сигналдардың жүйесін құру кезінде және сигналдарды үлкен ара қашықтыққа тасымалдау кезінде табиғи сигналдардың түрленуі бірыңғайлы қолданылады. Осы мақсатта арнайы түрлендіргіштерді нормалау және шығыс сигналдарының өлшемдерін түрлендіріуші шығарылады. Ол 4.2 суретте көрсетілген.
Жеке топты шығыс сигналдарының дискретті түрленуі құрайды, байланыстағы топ берілген өлшемдердің көлемдерін өлшеген кезде өз деңгейін өзгертеді. Оларды сигнализацияға және позиционды туралау кезінде қолданылады.
Бақылау сұрақтар:
1. Бір ретті түрлендіргіштің құрылымдық мсхемасы, статикалық мінездемесі қандай?
2. Тура қайталану түрлендіргішінің статикалық мінездемесінің схемасы қандай ?
3. Түрлендіргіштің дифференциалдылық схемасы нені көрсетеді және ол қандай жағдайды қолданылады?
4. Кері байланыстағы түрлендіргіштің схемасы қалай құрылған және оның артықшылығы қандай ?
5. Мемлекеттік құралдардың құрылымдарында табиғи сигналдардың қандай түрлері қолданылады ?
6. Мемлекеттік құралдардың құрылымдарында бірыңғайлы сигналдардың қандай өлшемдері қолданылады ?
Лекция 3. Датчиктер.
Жалпы ұғымдармен ережелері.
Автоматика және телемеханикадағы түрлі жүйелердің басты элементі электрлі датчиктер болып табылады. Датчиктің аталуы - көлемнің басқа түрдегі көлемде реттелуі немесе бақылануы түрлендіріледі, және оны ары қарай пайдалану өте ыңғайлы. Көп жағдайда датчиктерді электрлі емес көлемді электрліне түрлендіреді, мысалы температура ЭДС-те термобулар арқылы түрлендіріледі, ал механикалық қозғалыстар, электромагниттегі зәкір қозғалысының өзгеруімен байланысты, оның орамының индуктивтілігін өзгертеді. Кейбір жағдайларда датчиктер көмегімен бір электірлік көлемдірдің басқаларға түрлендірілуі іске асырылады. Осындай датчиктердің арқасында күшейткіштер, өлшеу трансформаторы немесе фазалы сезгіш схемалар қызмет көрсете алады.
Шығу кезінде алынатын, электрлі көлем мінезді, электрлі датчиктер параметрлі, немесе пассивті, және генераторлы, немесе активті болып бөлінеді. Параметрлік датчиктерге келесі элементтер жатады: бақылаушы көлеммен бірге электрлі буын параметрлерінде сәйкес өзгерістер болады (активті кедергі, индуктивті немесе сыйымдылық). Генераторларға келесі датчиктер жатады, олардың өздері электрлік энергияның қорек көзі болып табылады, және шығу кезіндегі энергия бақылаушы көлемге пропорционал болып табылады.
Түріне және қондырғысына тәуелсіз электрлік датчиктерге келесі негізгі талаптар ұсынылады:
жұмыстағы сенімділік;
сезімталдылықтың жеткіліктілігі, ол жүйе схемасын пайдалануға мүмкіндік береді, мысалы автоматты бақылау. Бұл жағдайда сигналды күшейтудің қажеттілігін азайтады, жүйенің дәлдігі жоғарылайды;
минимальды габаритті өлшемдер және салмағы;
параметрлердің өзгеру диапазонының қажеттілігі;
өлшеу процесіне датчиктің кері әсер етуінің жоқтығы. Осылай, мысалы, ішінде датчигі бар бақылау ортадағы температураның өзгеру себебімен өлшеу қателігінің пайда болуы мүмкін.
үлкен емес инерция (кіру көлемінің өзгеруі арасындағы уақыт интервалы және шығу көлемінің өзгеруі кезіндегі сәйкестігі);
қоршаған ортадағы берілген жағдайлардың жұмысы.
Электрлік датчиктердің жұмысына келесі факторлар әсер етеді: периодикалық және максимальды процесс жиілігі, процестің өзгеруі кезінде белгі ауысуының қисығы және тұрақты құрушының онда болуы, өлшеу орындарындағы температураның жағдайы, атмосфералық жағдайлар, (ылғалдылық, ауа температурасы және т.б.), вибрацияның бар болуы, жылдамдатылуы және т.б.
3.2. Электроконтактілі датчиктер
Контактілі датчиктер - бұл датчиктер параметрлік типтес, оларда механикалық көлемі өзгеріп отыратын электрлік кедергілер өзгереді. Олар электрлік сигналға механикалық түрлендіргіштердің орын ауыстыруы үшін арналған.
Контактілі датчиктер автоматты бақылау жүйесінде және өлшемдерді реттеу кезінде, сондай-ақ түрлі физикалы көлемдерде автоматты сигнализация жүйелерінде қолданады. Контактілі датчиктің статикалық мінездемесі релелі сипаттамасы болғандықтан, оның шығу көлемі - электрлі буын кедергісі - секірмелі өзгеріп отырады.
5.1,а суретте біршектеулі - бір жұпты контактілі қарапайым контактілі датчик бейнеленген. Контактінің матасуы 1 және 2 бұйым И шамасының өзгеруі нәтижесінде болады. Егер бұйым И шамасы үлкейсе, онда өлшеу щуп 3 жоғары қарай жылжиды, нәтижесінде 1 және 2 контактілері үйкеліске келеді.
Сурет 5.1. Контактілі датчиктердің негізгі типтері:
а - бір шектеулі; б - екі шектеулі; в,г - көп шектеулі; 1, 2, 2', 3', 1а...1д - контактілер; 3 - өлшеу щупы; 4 - серіппе.
Мұнда 1 және 2 контактілер арасындағы активті кедергі шексіздіктен аз белгіге дейін өзгереді, және контактілі кедергімен анықталады. Датчиктің шешімі сигналды қондырғыға қосылады. Серіппе 4 өлшеу щупын 3 бір шешімдермен біріктіреді.
5.1.,б суретінде екі жұпты контактімен -екі шектеулі контактілі датчигі бейнеленген, және ол екі жаққа да басты жағдайдан (нольдік) щуптың қозғалысын сезуге қабілетті. Осындай датчиктер бөлшек өлшемін автоматты бақылау және шығарылған өнімнің санын есептеу үшін кең қолданады.
Бірнеше жұп контактісі бар көп шектеулі контактілі датчик 5.1, в суретінде көрсетілген. Оның контактілері 1, 2' және 3' бөлшектердің мөлшеріне қарай бір-біріне тізбектеле матасады. Шығу датчигінде қосылып тұрған, өлшеу құралындағы тіл үш шаманы көрсетеді.
Кейде контактілі датчиктер барлық буынның матасуына жұмыс істейді, болмаса кедергінің R бір ғана бөлігін матастырады (сурет 5.1, г).
3.3. Потенциометриялық датчиктер
Жылжымалы контакт өлшеу көлемінің әсерімен жылжып отыратын реостат түрінде орындалған, өлшеу түрлендіргіштерін, реостатты өлшеу түрлендіргіштері деп атайды. Реостатты ИП көбінесе потенциометр схемасы бойынша өлшеу буынына қосылады, сондықтан деректер қатарында потенциометриялық түрлендіргіштер деген терминді қолданады.
ИП шығу көлемі электрлі кедергі болып табылады, жылжымалы контактілі жағдайы функциональды байланысқан. Реостатты түрлендіргіштер бұрыштық түрлендіргіштер немесе кедергінің, токтың немесе кернеудің өзгеруіне сәйкес сызықты жылжуы үшін қызмет етеді. Жылжуда көптеген электрлік емес көлемдер (қысым, шығын, деңгей және т.б.) түрленгендіктен, реостатты түрлендіргіштерді электрлікке электрлік емес көлемдерді өтпелі түрлендіргіштерді өте жиі қолданады.
Элементтің сезімтал материалына сәйкес реостатты түрлендіргіштерді сымды және сымды емес деп бөледі.
Автоматика қондырғыларында сымды реостатты түрлендіргіштерді кең қолданады, және олар жоғарғы дәлдікпен және түрлендіргіш функция тұрақтылығымен ерекшеленеді, сондай-ақ оларда аз ғана өтпелі кедергісі, өз шуларының төмен деңгейі, аз температуралы кедергі коэффициенті болады.
Конструктивті орындалуына байланысты реостатты түрлендіргіштерді келіп түсетін және айналып орын ауыстыратын жылжитын контактілермен ажыратады. Олар бір және көп орамды болып бөлінеді.
Конструктивті реостатты түрлендіргіштер (сурет 5.2, а, б) каркастан 1, бейтарап сымды орамнан 2 және токты контактіден 3 щетка немесе қозғалтқыш түріндегі, бейтараптанған сым арқылы жылжиды.
Каркас бейтараптанған материалдан жасалынады және стержень, сақина немесе майысқан пластина түрде болады. Каркас материалы кең температуралы диапазонда, ылғалы жоғары жағдайларда және химиялық бүлінген атмосферада өз шамасын сақтауы керек. Сондай-ақ каркастар жоғары жылуды өткізу қабілетін сақтауы керек. Бейтарап материал негізінде гетинакс, текстолит, керамика немесе металлды қолданады.
Орамды бейтараптанған сымнан жасайды. Орам материалы келесі талаптарға сай болуы керек: жоғары электрлі кедергілі, жоғары коррозиалы тұрақтылық, уақытына қарай тұрақты сипаттамасы, үзілуге және қажалуына беріктігі. Орам сымдары ретінде константан және манганин, ал жоғары температура жағдайында - темір және никельхромды ерітінділерді қолданады. Әсіресе жауапты немесе жұмыстың спецификалы жағдайы кезінде бағалы ерітінділерді қолданады: иридиемен платина, палладиемен платина және т.б. Мысалы, иридияны платинаға қосуы оның беріктігін, қажалмауын, химикалық тұрақтылығын, коррозиялы тұрақтылығын жоғарылатады. Сымның диаметрі түрлендіргіштің кедергісіне және тұрақтылығына байланысты: 0,01...0,10 мм датчиктердің жоғарғы класы үшін; 0,1...0,4 мм - датчиктердің төменгі класы үшін. Сымды орамды эмалды қабатпен және оксидті қабатпен қаптайды.
Жылжымалы контактіні (щетка, қозғалғыш) диаметрі 0,1 ... 0,2 мм екі үш параллельді сымдар түрінде орындалады, ұзындығы бойынша ерекшеленетін (прецизионды реостатты түрлендіргіштер үшін), немесе кесігі бар арнайы профилирленген пластина. Щетканың контактілі жоғарғы жағының ені сезімтал элементі сымның екі үш диаметріне тең болуы керек.
Щетканы таза металлдардан (платина, күміс), немесе ертінділерден (иридимен платина немесе бериллиемен, фосфорлы қола және т.б.) өңдейді. Сым қажалмас үшін, щетканың материалы сымның материалына қарағанда жұмсақ болуы керек. Күшейткіші бар (0,5...15,0) ∙10-2 Н щетканы орамға жабыстырады.
Орамдағы токтың жіберілетін тығыздығы сымның материалынан және оны суытудың жағдайына байланысты. Манганин немесе константанды қолдану кезінде түрлендіргіштің жұмысшы температурасы 40...50ºС жетуі мүмкін, ал пластикалы материалды каркас үшін орамдағы токтың тығыздығы кезінде шамамен 10 Амм2 немесе темірлі металды каркас үшін 25...30 Амм2. Бағалы материалдардан орамды сымды қолдану кезінде жұмысшы температура шамамен 70...80ºС, және металды каркас үшін токтың тығыздығы 40 ... 50 Амм2 жетеді.
Реостат орамдарының қысқыштарына өзгермейтін белгі тогының ауыспалы немесе тұрақты кернеуі U қосылады. Қозғалтқышты ауыстырған кезде шығу кернеуі Uвых кіру көлеміне Х пропорциональды өзгереді.
Жүктеменің болмауынан сызықты потенциометрлердің статикалық сипаттамасының бұрышы α=arctg (сурет 5.2,г) алдынғы координат арқылы өтетін түзуді ұсынады және түрлендіргіш функциялары үшін алынған әлпеттер анализі осыны көрсетеді.
Келтірілген статикалық сипаттамадағы қарастырылған түрлендіргіштер бір тактілі элементтерге жатады, және олар кіру сигналының белгісіне еш бір белгі бермейді. Келесі жағдайда кіру сигналына белгі беретін - екі тактілі өлшеу түрлендіргіштері қажет. Оларды бір тактілі потенциометрлік түрлендіргіштер негізінде тұрғызуға болады, егер шығу сигналын қозғалтқыштан және потенциометрдің орта нүктесінен немесе орта нүктесі бар екі потенциометрлік датчиктен пайда болған көпірлі схеманың диагоналінен шешіп алатын болса. Екі тактілі схема бойынша потенциометрлік датчиктерді қосудың екі мүмкін варианты 5.3,а,б суретінде келтірілген. Олардың статикалық сипаттамасы 1 және 2 (сурет 5.3, в) сәйкес түрлі дөңгеленуі болады. Көпірлі схема бойынша ( 5.3, б суретті қара) түрлендіргіштердің қосылуы кезінде, орта нүктеден әр бағытқа қозғалатын, кіру сигналының өзгерісі екі қозғалтқышпен іске асырылады, 5.3, а суретте ұсынылған, схемамен салыстыру бойынша екеселенген шығу кернеуінің пайда болуына әкеледі.
Реостатты түрлендіргіштердің шынайы сипаттамалары қарастырылған идеальды түрлі қателіктерден ерекшеліктері бар: шығу кедергісінің дискреттілігі; орамалы сымның диаметрінің тұрақсыздығын және оның электрлі кедергісінің сыбағалылығын туғызатын, есептіден түрлендіргіш функциясының ауытқуы; түрлендіргіш температурасының өзгеруі; жүктеме кедергісінің әсері және басқа да факторлар.
Қосылып тұрған потенциометр бөлігінің кедергі қозғалтқышының жылжыуы кезінде бір орамның кедергісіне тең, дискретті қадаммен өзгереді:
∆R=Rω,
мұнда R - реостаттың кедергісі; ω - орам айналымының саны.
Осыған сәйкес шығу кернеуі де өзгереді. Бұл құбылыс екі факторды анықтайды: сезімтал табылдырығын және сезбейтін зонаны. Егер оларды шығу қозғалысы деп қарастырсақ, онда санды жүзінде олар айналым айналымға немесе айналым тесіктерінің орналасу кезінде, орамның қадамының tш орам түріндегі сымның диаметріне тең.
Дискретті есебімен кедергінің өзгеруінің статикалық сипаттамасы сатылы түрде (сурет 5.4) болады. Егер сатылар ортасы арқылы өтетін, идеальды сипаттамада түзуді қабылдасақ, онда дискретті қателігінің абсолюттілігі немесе сипаттаманы ұсынатын формасына байланысты сезбейтін зона келесімен анықталады
∆R=R2ω; ∆X=12ω; ∆U=U2ω.
Осыған сәйкес тікелей қателіктер үшін келесі түрді қабылдайды
δR = δX = δU =12ω.
Сызықты реостатты түрлендіргіштердің шынайы констукцияларындағы айналымдардың саны шамамен 2000 (минимальды шамамен 200) құрайды, ал дискретті қателігі 0,02...0,03 % тең. Жалпы қателігі, түрлендіргіштердің электрлік параметрлерінің тұрақсыздығымен шақыртылған, 0,03...0,10% жетеді.
Орамды сымның температуралық қателігін анықтайтын, әдетте 10ºС - ге 0,1% -тен аспайды.
Үлкен қателікті түрлендіргіштің дұрыс емес жұмыс режимі шарттастыруы мүмкін - жүктеменің аз кедергісі. Қосылған жүктемемен Rн (сурет 5.5, а) реостатты түрлендіргішпен жүктелмеген түрлендіргішті эквивалентті схемамен (сурет 5.5, б) ұсынуға болады. Ол үшін келесі арақатынастар әділетті болады:
Бірінші теңдеуге екіншіні қойып, аламыз
(5.1)
Алынған теңдеуден көрініп тұрғандай, статикалық сипаттама Uвых = f (r) жүктеменің кедергісіне байланысты және әдістемелік қателікті анықтайды.
Сурет 5.5. Потенциометрлік датчик:
а - жүктемен қосылатын схема, б - эквивалентті схема, в - статикалық сипаттамалар, г - қателік графиктері
Маңызды белгілер Rи және R арақатынасы болады. Екі жағдайды қарастыруға болады: R реостатпен R н R; Rн өлшемдес.
(5.1) теңдеуін келесі түрде ұсынуға болады
(R Rн) r, r2 Rн көлемдерінің Rн R үшін R-мен салыстырғанда елемеуге болады. Онда
Uвых = (U R) r = Uвых 0
Аналогты нәтижені алуға болады , егер Rн--infinity қабылдап және жай жүріс режиміне өтетін болсақ, яғни шығу түрленгішінде жүктеменің болмауынан.
Rн ≡ R үшін абсолютті қателік сәйкес келмейтін идеальды және шынайы статикалық сипаттама келесі теңдеуімен анықталады
R2 r≡ Rr2 және (R2 r - Rr2) ≡ 0 жағдайынан шыға соңғы теңдеуді аламыз.
Қатысты қателік
δ = ∆ U U = r2 (R- r) R2 Rн. (5.2)
Максимальды қателікті анықтау үшін өңделген dδdr нолге теңестіреміз:
dδdr = (2 r R-3 r2 )( R2 Rн) =0,
2 rR - 3 r2 =0 жағдайы кезінде әделетті болып келеді, және одан алатынымыз
r = (23) R. (5.3)
Осыған орай түрлендіргіш 23 жалпы ұзындығы l қозғалтқыштың ауытқуы кезінде жоғары қателікке ие болады. (5.3) теңдеуін (5.2) қойып, максимальды қателік есебі үшін келесі формуланы аламыз:
(5.4)
мұнда αн= Rн R - жүктеме коэффициенті.
3.4. Тензометрлік датчиктер
Тензометрлік датчиктер (тензорезисторлар) жұмысының негізінде тензотиімділік жатады, механикалық дефформациялар кезінде өткізгіш және жартылай өткізгіш материалдарының активті кедергісінің өзгерісін туындайды.
Тензотиімділік материалының сипаттамасы болып тензосезімталдық коэффициенті К1 қызмет етеді, өткізгіш ұзындығының өзгерісіне кедергінің өзгеру қатынасын анықтайды:
К1 = δR( δl) = Е (δ Rσ),
мұнда δR = ∆RR; δl =∆ll; ∆ R - ∆l ұзындықтың l өзгеруі кезіндегі кедергінің өсімі; Е - материалдың қаттылығының үлгісі; σ - механикалық кернеу.
Тензосезгіш коэффициенті материалдың дефформациясымен және оның қиылған теңдеу кедергісін байланыстырады
К1 = 1+2μ +δр(δl),
мұнда μ - Пуассон коэффициенті; δр - деформация кезіндегі материалдың қиылған кедергісінің р қатынасы.
Металдардың тензосезгіш коэффициенті, тензорезистерлер үшін жиі қолдануы екеуіне жақын келеді: константана үшін - 2; нихром үшін - 2,2; хромел үшін - 2,5. Кт = δр(δl) жартылай өткішгіш материалдар үшін, металдарға қарағанда, ол да үлкен. Мысалы, Кт ≈ 100 германия үшін. Алайда жартылай өткізгіш материалдары металдармен салыстырғанда кішкене механикалық тығыздылықпен және тұрақтылығымен сипатталады.
Тензоресизсторларды газ және сұйықтықтың қысымын өлшеу үшін, сондай-ақ деформациялы материалдың қатылығын өлшеу үшін: қысымын, майысуын, бұралуын және т.б. қолданады.
Тензорезистивті материалдардың негізінде кіші ТКС ерітінділерін (манганин, константан, нихром, никелин), платиналы күміс және платиналы вольфромды жартылай өткізгіш материалдарын (германий, кремний) қолдануға болады. Металдардан орындалған тензорезисторлар кең тараған. Олар сымды және фольгалы болып бөлінеді.
Сымды тензорезисторларды диаметрі 0,002 ... .0,05 мм сымнан орындайды, оны лакті пленкаға немесе жұқа қағазға жиі ілгектермен жатқызады және оған жабыстырады (сурет 5.6, а). Сымның ұштарына мысты шешімдерді жабыстырады немесе дәнекерлейді. Түрлендіргіш үстінен лакпен қаптайды. Пленка үшін материалды эксплуатация жағдайына сәйкес таңдайды. БФ-2 клейінен пленкада резисторлар диапазонының температуралары 40-тан 70ºС дейін, ал бакелитті лакте - 200º С. Жұмыс істейді. Жоғары температуралар үшін арнайы жоғары температуралы клейлер немесе цементтерді қолданады.
Сурет 5.6 Сымды (а) және фольгалы (б) тензорезисторлар
Сыналған бөлшектің жоғарғы жағына тензорезисторды жабыстырады, оның созылған осі өлшеу деформациясының бағытында орналасуы керек.
5 ... ..20 мм базасы бар түрлендіргіштерді (ілмек ұзындығы) жиі қолданады, және 30 ... 500 Ом кедергіге ие болады. Олардың номинальды жұмысшы тогы, оларда жағдайлардың бұрылу кезінде энергияны жоғалтуын бөліп шығаруын анықтайды және шамамен оншақты миллиампермен анықталады. Максимальды жіберілетін қатысты деформациялар 0,3% жоғары болмайды.
Егер деформациямен шақыртылған, тензорезистор кедергілерінің өзгеруі кезінде тым аз және ом бірнеше оншақты бөлшектеріне бірлік миллионмен тербелісі болған кезде, онда өлшеу үшін жоғары сезгіш потенциометрлік және көпірлі схемаларды қолданады. Тензорезисторлардың сезгіштігін жоғарылату үшін, оларды көпірлі схемада екі және төрт есе қосуға болады.
Қатты деформация шамасындағы сымды тензорезисторлардың сипаттамасы сызықтығы тән және келесі теңдеумен анықталады
∆R = RKT δl = (pKT S)∆l,
мұнда S - сымның қиылысқан ауданы.
Сызықты сипаттамадан ауытқу ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz