В качестве сплава 1 с малым коэффициентом линейного расширения обычно используют инвар (36 % № + 64 % Ее). Другим металлом 2 может быть латунь, медь, сталь. Слои тонколистовой двухслойной ленты соединяются контактной сваркой. Из ленты делают пластины плоские и пространственные (спирали), которые с повышением температуры деформируются в сторону материала с меньшим коэффициентом линейного расширения.

В качестве преобразователей перемещения в электрический сигнал применяют реостатные, тензометрические, индуктивные, дифференциально­трансформаторные, емкостные и другие датчики.

О

Реостатные датчики (рис. 2.8) являются преобразователями линейного или углового перемещения движка в пропорциональные значения постоянного или переменного напряжения, так как напряжение и₁ на сопротивлении нагрузки Я_н зависит от положения х движка реостата (переменного резистора) Я₀. Разновидностью реостатных датчиков являются реохорды.

Реохорд — это переменный резистор из

♦

проволоки с высоким сопротивлением, О плотно намотанной в один ряд на

Я

н

'ас

изолированный каркас. Движок реохорда ц_х может быть механически связан со стрелкой,

перемещающейся вдоль шкалы,

I

О

отградуированной в единицах измерения О температуры (например, в °С).

Индуктивный датчик (рис. 2.9) является преобразователем перемещения подвижного стального элемента 7 в изменение индуктивности катушки 2 и соответственно силы тока в цепи, в которую включена эта катушка.

На практике чаще применяют диффвренциалъно-транс- форматорные датчики (рис. 2.10), являющиеся преобразова­телями линейного перемещения плунжера в напряжение переменного тока за счет взаимного изменения индуктивности обмоток трансформатора. Датчик состоит из одной первичной обмотки 2 и двух одинаковых вторичных обмоток 5, соединенных так, чтобы наводимые в них электродвижущие силы действовали навстречу друг другу, т.е. были сдвинуты по фазе на 180 . В состав датчика входит подвижный сердечник 7, выполненный из магнитомягкого материала. Сердечник закреплен на штоке 4, соединенном с системой, в которой Рисунок 2.10 измеряется смещение сердечника х.

Когда сердечник расположен симметрично относительно обеих вторичных обмоток, наводимые в них ЭДС равны по величине, но противоположны по направлению. В этом случае на выходных клеммах ЭДС будет равна нулю.

При смещении сердечника к одной из вторичных обмоток напряжение в ней увеличивается. Одновременно напряжение в другой обмотке уменьшается и на выходных клеммах появляется ЭДС, пропорциональная смещению сердечника.

Емкостные датчики преобразовывают механическое перемещение в изменение электрической емкости. По своей конструкции и принципу действия емкостный датчик представляет собой конденсатор. Емкость С конденсатора

* _ еЯ

где, 8 —диэлектрическая проницаемость;

£ — площадь поверхности взаимодействующих обкладок ;

5 — расстояние между обкладками.

Изменение параметров, входящих в это выражение, приводит к изменению емкости конденсатора. Емкостные датчики обладают высокой чувствительностью и позволяют преобразовывать быстро меняющиеся перемещения. Отсутствие электрических контактов обеспечивает надежную их работу в условиях литейного цеха при наличии пыли, высоких температур и других неблагоприятных воздействий.

Принцип действия емкостных датчиков лежит в основе конструкции емкостных выключателей.

Активная поверхность емкостного выключателя образована двумя концентрически сориентированными металлическими электродами 1 и 2, которые можно представить как электроды «развернутого» конденсатора. Емкостные бесконтактные выключатели срабатывают как от электропроводящих объектов, так и от диэлектриков.

Объекты из электропроводящих материалов образуют по отношению к активной поверхности бесконтактного выключателя своеобразный противоэлектрод. Таким образом формируются две емкости С_х и С₂, включенные последовательно (рис. 2.11).

Размещение изолятора (диэлектрика) 3 между пластинами конденсатора (рис. 2.12) также приводит к увеличению емкости между электродами, так как величина диэлектрической постоянной любого твердого или жидкого материала выше диэлектрической постоянной воздуха. При этом чем больше диэлектриче­ская постоянная, тем больше расстояние срабатывания.

Диэлектрик

Т"ГГ

„ \ \ П I

N \ І І І I

I *

Рисунок 2.12

3. Усилители

Усилителем называется устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала за счет энергии постороннего источника питания. Усилители подразделяются на электронные, магнитные, гидравлические, пневма­тические и т.д. Усилители характеризуются коэффициентом усиления, инерционностью и стабильностью.

Коэффициент усиления — это отношение величин выходного и входного сигналов. Если усилитель состоит из нескольких каскадов, то общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Под инерционностью усилителя понимается время запаздывания при передаче входного сигнала в переходном режиме, под стабильностью характеристики усиления — постоянство коэффициента усиления выходного напряжения.

Основу электронных усилителей составляют полупроводниковые приборы — полупроводниковые триоды (плоскостные транзисторы). На рис. 2.13 приведена схема электронного усилителя низкочастотных колебаний на транзисторе Т (11_вх, И_ъых — соответственно входное и выходное

напряжение; Е — ЭДС источника тока; Я

о

IV,

Магнитные усилители представляют собой электромагнитные аппараты для управления относительно большой мощностью переменного тока посредством малой мощности постоянного тока или переменного тока другой частоты. Простейший магнитный усилитель (рис. 2.14) представляет собой дроссель с двумя обмотками: управляющей (со,), подключенной к источнику постоянного напряжения, и управляемой (со₂), подключенной к источнику переменного напряжения.

и так же мало напряжение су_ос^на нагрузке.

А ±ЛЛ^\ А •/

~и

После подключения управляющей обмотки к источнику постоянного тока в сердечнике возникает магнитный поток. При этом с увеличением насыщения уменьшается индуктивность управляемой обмотки и ее полное сопротивление. Уменьшение полного сопротивления приводит к увеличению напряжения на нагрузке.

При отсутствии тока в управляющей обмотке индуктивное сопротивление управляемой обмотки большое. Соответственно протекающий через нее ток мал

3. Исполнительные механизмы

Исполнительным механизмом называется устройство, которое за счет внешнего источника энергии производит работу перемещения регулирующего органа в соответствии с сигналом, поступающим от управляющего устройства.

Исполнительные механизмы классифицируют [4]:

• по виду выполняемых перемещений на поступательные, поворотные в пределах одного оборота (кривошипные исполнительные механизмы) и многооборотные;

• по виду используемой энергии на электрические, электромагнитные, механические, гидравлические и пневматические.

В исполнительном электромагнитном механизме (рис. 2.15) используется соленоид 7, который после включения в сеть электропитания втягивает сердечник 2. Последний, преодолевая упругое противодействие пружины 5, перемещает выходной шток. Выходной шток связывают с регулирующим органом.

Электромагнитные исполнительные механизмы применяются в системах позиционного регулирования, а также для привода запорной арматуры на трубопроводах.

3. Регулирующие органы

Регулирующим органом называется устройство, непосредственно воздействующее на объект регулирования для поддержания заданного значения регулируемой величины (или изменения ее по заданному закону). Регулирующие органы приводятся в движение или удерживаются в определенном положении исполнительными механизмами.

Регулирующие органы для жидких и газообразных сред выполняют в виде клапанов и заслонок различной конструкции.

Односедельные неразгруженные прямоходные клапаны (рис. 2.15, а) имеют корпус 1, в котором находится седло 2, плунжер 3 и шток 4. Регулируемая _ среда поступает через входной фланец в нижнюю часть корпуса и выходит в верхнюю часть корпуса через зазор между седлом и плунжером. При перемещении штока 4 вверх (вниз) изменяется величина проходного отверстия клапана. При этом увеличивается (уменьшается) объем проходящей через клапан среды.

Двухседелъные клапаны (рис. 2.15, б) называют разгруженными, так как регулируемая среда при работе действует одновременно на нижнюю и верхнюю поверхности плунжера.