Курсовая работа: Электрические датчики в современной металлургии

Введение

Важнейшим фактором повышения эффективности прокатного производства в металлургической промышленности является развитие систем автоматического управления (САУ), как технологическим оборудованием, так и всем технологическим процессом в целом. Прокатное производство является сложным, консервативным процессом в металлургии, так как используется дорогостоящее технологическое оборудование, работающее в сложной агрессивной среде.

Современные прокатные клети, станы оснащаются передовыми технологиями первичного сбора, преобразования и использования технической и технологической информации для повышения производительности и качества выпускаемой продукции.

В зависимости от выполняемых функций элементы САУ можно разделить на три группы: источники первичной информации (датчики), промежуточные и исполнительные устройства .

В системах автоматического управления в качестве сигналов обычно используются электрические и механические величины (например, постоянный ток, напряжение, давление сжатого газа или жидкости, усилие и т.п.), так как они позволяют легко осуществлять преобразование, сравнение, передачу на расстояние и хранение информации. В одних случаях сигналы возникают непосредственно вследствие протекающих при управлении процессов (изменения тока, напряжения, температуры, давления, наличия механических перемещений и т.д.), в других случаях они вырабатываются чувствительными элементами или датчиками.

Соответственно операциям, производимым с сигналами информации в автоматических устройствах, можно выделить функциональные ячейки – элементы. Элемент это простейшая в функциональном отношении ячейка (устройство, схема), предназначенная для выполнения очень простой по сути дела одной операции с сигналом.

Несмотря на простоту понятия элемента и происходящих в нем процессов, до сих пор во многих случаях существуют трудности не только в формировании понятия элемента, но и в терминологии.

Часто элементы отождествляются с устройствами, в состав которых входят несколько элементов. Например, некоторые датчики, называемые элементами, в действительности являются совокупностью элементов, объединенных единой схемой соединения, обеспечивающих воспроизведение контролируемой величины и преобразование ее в другую величину, более удобную для передачи по линиям связи.

1. Основные понятия и характеристики датчиков

Первичные измерительные преобразователи (в дальнейшем будем называть их датчиками ) – это устройства, предназначенные для получения первичной рабочей информации о состоянии объекта. Они преобразуют физическую величину, характеризующую состояние объекта, в величину другого вида более удобного для передачи и дальнейшего преобразования.

В зависимости от принципа производимого датчиком преобразования (преобразования входной величины в выходную) их подразделяют в основном на два типа: параметрические и генераторные.

Параметрические (пассивные) – это датчики, в которых изменение контролируемой величины х (рис. 1) сопровождается соответствующими изменениями активного, индуктивного и емкостного сопротивлений. Наличие постороннего источника энергии вида z (рис. 1, б) является обязательным условием работы параметрического датчика. Параметрические датчики обычно подключаются по схеме Уитстона [3], которая представлена на рис. 4.

Рис. 1. Схема Уитстона

Переменный элемент Х (переменное плечо мостовой схемы) под действием физической величины изменяет свой параметр и тем самым разбалансирует схему включения других элементов R (постоянные плечи мостовой схемы). Схема питается от дополнительного источника энергии Г (например, генератора).

Генераторные (или активные) – это датчики, в которых изменение контролируемой величины х сопровождается соответствующими изменениями электродвижущей силы (ЭДС ) на выходе датчика (например, возникновение ЭДС может происходить вследствие термо-, пьезо-, фотоэффекта и других явлений, вызывающих появление электрических зарядов). Эти датчики выполняются по схеме, приведенной на рис. 1, а, т.е. они не требуют дополнительного источника энергии вида z , так как энергия на выходе элемента полностью берется с его входа (вследствие чего мощность выходного сигнала всегда меньше мощности входного сигнала).

В зависимости от вида контролируемой неэлектрической величины различают датчики механические, тепловые, оптические и др. Часто применяются электрические датчики с промежуточным преобразованием, т.е. механический датчик объединяют с электрическим. Преобразование контролируемой величины в таких датчиках происходит по схеме: измеряемая величина – механическое перемещение – электрическая величина. Элемент, преобразующий измеряемую величину в перемещение, называется первичным преобразователем или источником первичной информации (ИПИ). Например, давление преобразуется в перемещение стрелки манометра ПИ, которое затем преобразуется в изменение активного сопротивления (проволочный, резистивный (или реостатный) датчики и др.).

Наиболее целостно о разнообразии ИПИ отражено в её классификации.

2. Классификация источников первичной информации

В настоящее время существует множество разнообразных по принципу действия и назначению ИПИ. Непрерывное развитие науки, техники и технологии приводит к появлению все новых источников первичной информации. Разобраться в этом многообразии помогают различные классификации. Создать универсальную классификацию, удовлетворяющую запросам всех возможных пользователей конкретной предметной области, – задача практически неразрешимая [1].

В качестве классификационных признаков ИПИ можно принять многие характеристики преобразователей: по виду используемой энергии, по виду входной и выходной величин, по принципу действия, по конструктивному исполнению, по типу переменных объекта управления и т.д.

Классификация:

1. По виду используемой энергии ИПИ можно подразделить на электрические, механические, пневматические и гидравлические.

2. По соотношению между входной и выходной величинами бывают различные виды ИПИ, например, электрический вход – неэлектрический выход; электрический вход – гидравлический выход и т.п.

3. В зависимости от вида выходного сигнала различают ИПИ аналоговые, дискретные, релейные, с естественным или унифицированным выходным сигналом.

4. По виду структурной схемы различают преобразователи прямого однократного преобразования, последовательного прямого преобразования, дифференциальные, с обратной связью (компенсационная схема).

5. По характеру преобразования входной величины в выходную ИПИ подразделяются на параметрические, генераторные, частотные, фазовые .

6. По виду измеряемой физической величины различают ИПИ линейных и угловых перемещений.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--