18. Понятие об элементе автоматики. Элементы автоматики, применяемые жсат. Классификация элементов автоматики, их характеристики. Датчики. Исполнительные элементы.
Элемент автоматики – это конструктивно-законченная часть из которой невозможно физически вычесть основные части, не нарушив работоспособности.
Некоторые элементы автоматики настолько сложны, что на структурной схеме САУ применяется сложные соединения звеньев.
Классификация элементов автоматики признан дать некоторые обобщенные признаки по которому элементы автоматики можно объединить в группы, каждый элемент входящий в группу обладает некоторым набором общих свойств характеристики для данной группы элементов.
Классификация элементов автоматики, их характеристики
Способ преобразования x=>y
Функциональная зависимость y=f(x)
Выполняемые функции элемента автоматики
1) По способу преобразования элементы подразделяются на:
- количественные
- качественные
Количественные элементы – в которых размерность входной и выходной величины одинаковы.
Качественные элементы – в которых размерность при преобразовании не сохраняется (датчики давления)
Информационные элементы – в которых выходная величина и входная связаны логической зависимостью (АЦП и ЦАП)
2) По функциональной зависимости: 3) По выполняемым функциям:
- линейные - измерительные
- нелинейные - управляющие
- непрерывные - исполнительные
- дискретные
- безгестирезные
- гестирезисные
Измерительные элементы (датчики) – элементы, которые предназначены для определения параметров входного воздействия на САУ, а также для определения параметра вектора А, устанавивщегося на выходе для создания цепи обратной связи.
Управляющие – это элементы, с помощью которых реализуются желаемый закон управления к ним относят усилители, преобразователи напряжения, частоты, вида электрического сигнала.
Исполнительные – непосредственно воздействуют на объект управления электродвигатели, магнитные муфты, фрикционы).
Д
1
– датчик
ВУ – вычислительное устройство
ПУ – программное устройство
КУ – корректирующее устройство обеспечивает точность и устойчивость.
Параметры и характеристики элементов автоматики:
Погрешность работы, измерения
Чувствительность
Быстродействие
Коэффициент обратной связи
Для элементов с информационным преобразованием количество входов и количество выходов.
Надежность
Абсолютная погрешность
Относительная погрешность
Чувствительность – способность воспринимать слабые входные сигналы. Xmin – это такая минимальная величина при которой выходная величина Ymin принимает величину не меньше заданного значения при заданной точности измерения.
Динамическая чувствительность – это такое наименьшее воздействие, которое вызывает изменение выходной величины не меньше заданной.
Коэффициент обратной связи – параметр, характерный для элементов, имеющих внутреннюю обратную связь. – это отношение обратной связи к выходному сигналу.
Надежность – это способность любого элемента функционировать в пределах времени. Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в течение времени меньше заданного, находиться в исправном состоянии.
Интенсивность отказа – количество отказанных элементов за единицу времени.
Быстродействие – определяется по виду переходной характеристики. Определяется либо длительность переходного характеристики, времени нарастания, либо по первому максимуму.
Количество входов – определяется возможностью логической обработки. Количество входов определяет нагрузочную способность элементов автоматики, показывает сколько дополнительных устройств можно подключить.
Классификация датчиков:
1. По физической природе входной величины
2. По принципу работы входной части
3. По числу преобразований в датчик
4. По виду преобразований
1) По природе входной величины:
электрические - это датчики входной величины тока, напряжения и мощности электрического тока;
тепловые - это датчики температуры или количества теплоты (плохая точность);
механические - это датчики, которые преобразуют механическую силу, скорость, ускорение в напряжение или ток;
акустические - это датчики, преобразующие звуковое давление в электрический сигнал – микрофон;
жидкостные (газовые) - это датчики, преобразующие давление газа и скорости движения в электрический сигнал;
оптические - это датчики силы света;
радиационные
2)По принципу работы входной части:
электрические:
резисторные – под действие входной величины изменяется сопротивление электрической цепи;
емкостные - под действие входной величины изменяется емкость
полного комплексного сопротивления цепи;
индуктивные - под действие входной величины (света или инфракрасного излучения) изменяются параметры среды.
оптические:
фотоэлектрические – под действием света изменяются параметры главной цепи (сопротивление фотодиода) управление ЭДС – возникновение фото ЭДС;
фотохимические - под действием оптического изменения происходит химическая реакция, меняется соотношение веществ в среде (например, глаза человека);
фототермические – фиксирует количество тепла, поглощаемого объектом под действием оптического излучения.
3)По числу преобразований в датчик:
- непрерывные (y=f(x))
- дискретные (y=fg(x))
Примеры датчиков:
тензодатчик представляет собой проволоку d = 0,02÷0,06 мм из константана (сопротивление не зависит от температуры)
термодатчик
датчик сопротивлений
индуктивный датчик преобразует перемещение изменения индуктивного сопротивления.
Воздушный промежуток представляет большое сопротивление.
В промежутке помещается подвижный элемент. Rм – маленькое → магнитный поток протекает большой, индуктивность катушки
– большая, Rк – большое.
емкостный датчик принцип работы основан на изменении емкости конденсатора при изменении одного из параметров.
оптический датчик.
Исполнительный элемент – это элемент, который непосредственно воздействует на управляющие объекты ж/д автоматики: стрелки, шлагбаумы, светофоры, САУТ.
Электродвигатели постоянного и переменного тока, электромагниты, пневматические и гидравлические приводные механизмы.
Электродвигатели соединяются через редуктор. Редуктор – устройство понижающее количество оборотов на выходном валу. Электродвигатель объединенный с редуктором называется электроприводом. Исполнительный элемент, который изменяет выходную величины дискретно, скачком называется релейным элементом.