В промышленной автоматике наиболее широко применяют индукционные и термоэлектрические датчики.
Индукционные датчики применяются для измерения мгновенных значений скорости (угловой или линейной), а также для получения напряжений, пропорциональных производным по времени от перемещения (или от другой физической величины, преобразованной в перемещение). Производные, как увидим далее, часто используются для повышения качества процессов регулирования в автоматических системах.
Действие индукционных датчиков основано на использовании э.д.с., возникающей в проводнике при пересечении им магнитных силовых линий. В устройствах автоматики широко применяются тахогенераторы (ТГ) — индукционные машины постоянного или переменного тока.
Среди тахогенераторов постоянного тока надо отметить ТГ с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 2-7,а). Конструктивно они мало отличаются от миниатюрных двигателей постоянного тока. Основным недостатком их является постепенное размагничивание постоянных магнитов (от толчков, от действия поля э.д.с. катушки).
|
|
Среди ТГ переменного тока надо отметить асинхронные с полым ротором, которые конструктивно не отличаются от миниатюрных асинхронных двигателей с полым ротором выполненным из алюминия или фосфористой бронзы. В фазах статора расположены две обмотки, сдвинутые по отношению друг к другу на 90 эл. градусов, при этом одна подключается к источнику питания U 0, вторая является выходной (рис. 2-7,6). При неподвижном роторе U тг=0, а при в выходной обмотке наводится э.д.с.
Рис 2-7 Тахогенераторы постоянного (а) и переменного (б)тока
Достоинством асинхронных ТГ является отсутствие скользящих контактов, малая инерционность ротора, надежность.
Термоэлектрические датчики (термопары (ТП)) широко применяются в тепловой автоматике. Их действие основано на возникновении термо-э.д.с. в двух спаянных проводниках из разных материалов.
Если температура горячего спая отличается от температуры холодного спая, то возникает термо-э.д.с. Е тп, величина которой зависит от материалов термопара и разности температур. При обеспечении условия
.
Термопары различаются по применению и по температурному диапазону. Так, известны ТП, применяемые в вакууме и нейтральной среде, в расплаве, в восстановительной среде и т. д. Для измерения температур в различных диапазонах применяют следующие ТП (табл. 2-2).
Таблица 2-2:
№ п/п. | Материал | Термо-э.д.с мв При =0° =100° | Верхний предел | |
длительное применение | кратковременное применение | |||
Хромель-копель Хромель-алюмель Молибден-вольфрам Графит-графит Вольфрамрений-вольфрамрсний | 6,90 4,10 | 500° 900° 1800° 1800° 2500° | 800° 1250° |
Для измерения температуры расплавленных металлов при <1800° применяют ТП, указанные в п. 3, 4, 5 таблицы.
|
|
Отметим, что, поскольку термо-э.д.с. зависит от температуры холодного спая, которая может изменяться, для исключения погрешности применяют термокомпенсацию, которая бывает двух типов.
1. Термостатирование холодных спаев, когда последние помещают в термостат с постоянной температурой. Термостат представляет из себя коробку с электрообогревом и системой стабилизации температуры. Такое решение удачно, когда имеется много термопар.
2. Автоматическая термокоррекция — схемное исключение температурной погрешности. Одно из такдго рода решений — с помощью мостовой схемы — приведено на рис. 2-8. Термокомпенсация здесь достигается за счет того, что в одно из плеч моста включается сопротивление R Θ с большим ТКС. Мост балансируется так, чтобы при , равной температуре градуировки холодного спая, напряжение между точками а и б равнялось нулю. Изменение приводит к разбалансировке моста и
Рис 2-8 Вариант схемы термокомпенсации
появлению U аб. Подбором величины R Θи U 0 можно добиться того, чтобы U аб компенсировало термо-э.д.с., возникающую за счет изменения .
Помимо обычных ТП, в системах регулирования температуры иногда применяют скоростные термопары марок ГПС, ТГС, у которых горячий спай размещен в малоинерционном наконечнике гильзы, а холодный спай — на некотором расстоянии в гильзе. При изменении возникает термо-э.д.с., пропорциональная скорости изменения . В установившемся режиме и термо-э.д.с. равна нулю.