- •Технические средства систем автоматического управления
- •Введение
- •1. Разработка и изготовление средств автоматики
- •1.1. Выбор варианта технологического процесса
- •1.2. Технологичность конструкций блоков систем автоматики
- •Состав показателей технологичности электромеханических устройств сведен в табл. 1.2.6.
- •Коэффициент точности обработки
- •Состав показателей технологичности коммутационных устройств приведен в табл. 1.2.7.
- •Коэффициент повторяемости материалов
- •1.3. Обеспечение точности и надёжности технологических процессов.
- •Допуск размера замыкающего звена
- •Тп состоит из ряда технологических операций, поэтому его надежность оценивается по выражению
- •1.4. Прогнозирование и оптимизация технологических процессов.
- •Поскольку координатами вектора является градиент
- •1.5. Технология производства интегральных схем
- •1.6. Структура технологического оборудования микроэлектроники
- •1.7. Специфика высокочастотных печатных плат
- •1.8. Сборка электронных блоков на пп.
- •1.9. Автоматизированная установка компонентов на пп.
- •1.10. Технология поверхностного монтажа
- •1.11. Электромонтажные соединения в приборостроении
- •Физико-химические основы пайки
- •1.12. Намотка
- •1.13. Пайка групповым инструментом
- •1.14. Подготовительно-заключительные операции групповой пайки
- •1.15. Внутри- и межблочный монтаж
- •1.16. Ультразвук в технологии отмывки электронных блоков
- •1.17. Технология герметизации сау
- •2. Элементы средств автоматики
- •2.1. Параметры, не обладающие свойствами аддитивности
- •2.2. Датчики, области применения, требования.
- •2.3. Емкостные и индуктивные датчики.
- •2.4. Датчики электромашинного типа
- •2.5. Датчики вакуума и силовые датчики.
- •Э. Д. С. Во вторичной обмотке описывается выражением
- •2.6. Устройства сравнения значений параметров
- •2.7. Исполнительные устройства
- •2.8. Элементарные звенья систем автоматического управления
- •3. Структура средст автоматики
- •3.1. Общие характеристики
- •3.2. Структурные схемы сау и правила их преобразования
- •3.3. Автоматическое регулирование
- •3.4. Интегрированные автоматизированные системы управления
- •3.5. Функции эвм в контуре управления тп
- •4. Сбор и обработка информации
- •4.1. Обработка результатов мониторинга
- •4.2. Моделирование возмущенного движения транспортного средства
- •4.3. Испытания электронной аппаратуры
- •4.4. Оптимизация средств контроля и управления
- •Задача адаптации сао возникает в следующих случаях.
- •4.5. Оценка состояния эргатических систем управления
- •5. Применение средств автоматики
- •5.1. В пирометрии
- •5.2. Для камуфляжа информации
- •5.3. Для экстрагирования
- •5.4. В энергетике
- •5.5. В гальванотехнологии
- •5.6. Для резервирования информации
- •5.7. В массометрии
- •5.8. В навигации
- •5.9. В спорте
- •5.10. Для защиты прав потребителей;
- •5.11. Для оценки экологического состояния водоема
- •5.12. Для оценки работоспособности сердца человека
- •5.13. Для направленной кристаллизации расплава лейкосапфира
- •5.14. Для сейсмического зондирования дна водоёмов
- •5.15. Для акустического каротажа осадочного чехла
- •5.16. В управлении судном с глубоководным оборудованием на буксире
- •5.17. В управлении судном в режиме буксировки сейсмокосы
- •5.18. Для управления ориентацией космического аппарата
- •5.19. Для эргатических систем манипулирования
- •5.20. Для коррекции электроэнергии в искажающих системах
- •Заключение
- •Библиография
Э. Д. С. Во вторичной обмотке описывается выражением
E2=4cqbfBSw2sinα, |
(2.5.8) |
где c – коэффициент формы кривой перемагничивания;q – конструктивный фактор, зависящий от размеров магнитопровода и расстояния между отверстиями; B – магнитная индукция; S – сечение магнитопровода, определяющее сопротивление магнитному потоку; α=f(F) – угол между направлением магнитного потока и плоскостью катушки w2.
Для расширения, в сторону увеличения, нагрузочной способности промышленностью выпущены датчики из листовой холоднокатаной электротехнической стали по виду, представленному на рис. 2.5.6, где обе обмотки рассредоточены вдоль пакета сердечника. Такие датчики приемлемы для контроля статических усилий, например транспортных (авто- и железнодорожных), т. к. они работают при F=n100 кг.
Рис. 2.5.6
Для непосредственного измерения упругих деформаций, при F≤1,0 кг, могут быть использованы пьезоэлектрические датчики (рис. 2.5.7).
В них под действием сил упругих деформаций генерируется Э. Д. С. по нелинейному закону (см. рис. 2.5.8).
Рис. 2.5.7 Рис. 2.5.8
Типичные датчики силы по рис. 2.5.7. представляют собой кварцевые или пьезокерамические шайбы (пластины) с нанесенными способом вжигания серебра электродами. Их преимущества – малые размеры и вес, а недостатки – сложность изготовления датчика на нагрузки F<10 H, когда диаметр шайбы сильно уменьшается, и имеет место стекание заряда (см. рис. 2.5.8).
Хотя Cд≈10 пФ, Rутечки≈1013 Ом, fmin≈2×10-4 Гц, но общая постоянная времени датчика τ≈10-3 сек.
Из-за стекания заряда уже через 1 сек имеет место погрешность в 103 раз. Использование прямого пьезоэффекта обеспечивает в полной мере измерение только динамических и квазистатических сил, поэтому эти датчики используют для фиксации наличия касания.
Для измерения сил в статике приемлем пьезоэлектрический трансформатор (рис. 2.5.9), в котором на одном торце шайбы размещается два электрода, а на другом один, датчик питается от внешнего источника переменного напряжения Uвх, выходной сигнал U=f(F), но U≠f(t).
Для повышения чувствительности пьезоэлектрического трансформатора его строят по схеме, приведенной на рис. 2.5.10, т. е. пьезоэлементы в нем набирают в стопу через демпфирующие из диэлектрика (показано желтым цветом) прокладки, а электрически последовательно соединяют через усилители тока.
Рис. 2.5.9 Рис. 2.5.10
Такой датчик приемлем для измерений на F≈0,01 г., он находит применение в точной весоизмерительной технике.
На базе пьезоэлектрического трансформатора разработан трехкоординатный датчик ускорений (акселерометр) (рис. 2.5.11).
Датчик применим для контроля вибраций силового оборудования, в частности на гидро- и теплоэлектростанциях, и контроля перегрузок, в частности, на авиационном транспорте. Датчик для контроля вибраций силового оборудования в каждом канале содержит чувствительные элементы 1 (1x, 1y, 1z), ориентированные степенями свободы в направлении прямоугольных координат X, Y и Z, соответственно; фильтры нижних частот (ФНЧ) с корректорами амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) 2x, 2y и 2z, соединенные входами с выходами датчиков 1x, 1y и 1z, соответственно, масштабирующие усилителя 3x, 3y и 3z, соединенные с выходами ФНЧ с корректорами АЧХ 2x, 2y и 2z; задатчики 4; блоки сравнения 5; блоки питания 6 и опорного напряжения 7.
Рис. 2.5.11
Он включает по числу координат идентичные датчики (чувствительные элементы) 1 (1x, 1y, 1z), ориентированные степенями свободы в направлении прямоугольных координат X, Y и Z, соответственно; фильтры нижних частот (ФНЧ) с корректорами амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) 2 (2x, 2y и 2z); масштабирующие усилители 3 (3x, 3y и 3z); блок питания 4; задатчики 5 (5x, 5y и 5z) уставок и индикатор 8 (8x, 8y и 8z) выхода контролируемого параметра за поле допуска.
Рис. 2.5.12
Конструктивно (cм. рис. 2.5.12) датчик включает кубический герметизированный корпус, в котором симметрично и соосно с корпусом размещены по трем взаимно перпендикулярным осям по два пьезоэлектрических трансформатора, закрепленные на стенках корпуса, а в центре – массивное тело по скользящей посадке.
Его характеристики представлены в табл. 2.5.1.
Таблица 2.5.1
Параметр |
Численное значение |
Единица измерений |
Диапазон измеряемых ускорений |
Q≤±70 |
G; |
Неравномерность АЧХ на: 0<f≤100 Гц 100<f≤1000 Гц 1000<f≤2000 Гц |
1,0 3,0 7,0 |
% % % |
Точность задания уставок |
5,0 |
% |
Потребляемая мощность |
P<2,0 |
Вт; |
Масса |
<120 |
г |
Габариты |
50×55 |
мм |
Каждый пьезоэлектрический трансформатор включает пьезоэлемент 1 с общим электродом 2, входным 3 и выходным 4 электродами и массивное сферическое или кубическое тело 5, размещенное между трансформаторами по легкоходовой посадке. Он способен реагировать как на статические, так и на динамические нагрузки. Для повышения чувствительности трансформатор содержит несколько последовательно соединенных пьезоэлементов 1, геометрически размещаемых на одной оси через диэлектрические прокладки.
Акселерометр с пьезоэлектрическими трансформаторами на своих выходах, будучи установленным на оборудовании ТС или на транспортном средстве, генерирует аналоговые и цифровые сигналы, пропорциональные перегрузкам и вибрациям транспортного средства, а также сигналы предупреждения о выходе любого из контролируемых параметров за поле допуска, чем способствует предупреждению нештатных ситуаций.
По эпюрам векторов сил на выходах (рис. 2.5.13) акселерометра несложно задать уставки для ограничения работы ТС и выполнить диагностический анализ причин.
Рис. 2.5.13
Система для контроля вибраций генерирует на своих выходах 8 сигналы пропорциональные вибрациям объекта контроля, а также сигналы, на выходах 9, предупреждения о выходе контролируемых параметров по любой координате за поле допуска, чем способствует предупреждению нештатных ситуаций.