Автоматика

Автоматика

1. Основные понятия и определения

Автоматика – раздел технической кибернетики изучающей вопросы управления,

а также создания оптимального использования технических средств управления

и регулирования

Управление – процесс воздействия на объект с целью изменения его

состояния для достижения поставленной цели, осуществляется регулятором

Технический объект – машина, прибор, система

Объект управления – характеризуется различными параметрами (Хвых –

текущее значение регулируемого параметра в данный момент времени)

Совокупность управляющего устройства (регулятора) и объекта управления

(регулирования) наз-ся системой автоматического управления

Ху – управляющее воздействие; УУ –управляющее устройство; Хз –

заданное значение выходной величины; ОУ – объект управления

2. Классификация САР.

Автоматические системы управления делятся по назначению на:

1. Автоматические системы контроля технологических параметров (АСК)

2. Автоматические системы сигнализации (АСС)

3. Автоматические системы регулирования (АСР или САР)

4. Автоматические системы управления технологическими процессами (АСУТП)

5. Автоматические системы управления роботизированными комплексами

(АСУРК)

6. Автоматические системы управления предприятием

3. 4. 5. Принцип регулирования САР (Замкнутые и разомкнутые САР)

АСР по принципу регулирования делятся на системы:

1. Регулирование по возмущению

2. Регулирование по отклонению

3. Комбинированное регулирование

Регулирование по возмущению (Разомкнутая система)

При регулировании по возмущению выделяется наиболее существенный

возмущающий фактор, который измеряется и подаётся на вход автоматического

регулятора

Достоинства такой системы: 1) Простота; 2) Малая инерционность

(быстродействие системы)

Недостатки: 1) Не учитываются другие возмущающие факторы; 2) Не учитывается

т-ра в помещении.

Регулирование по отклонению (Замкнутая система)

При регулировании по отклонению измеряется выходной параметр и подаётся

на вход автоматического регулятора. В АР сравнивается заданное значение и

действительное. Определяется ошибка регулирования (Х=Хз-Хвых. И по величине

ошибки вырабатывается регулирующее значение.

Достоинства: 1) Выработка регулирующего воздействия в независимости от

возмущающего фактора; 2)Учёт действительного параметра и оценка ошибки

Недостатки: 1) Наличие ошибки регулирования; 2) Малое быстродействие; 3)

Склонность системы к перерегулированию.

Перерегулирование – колебание регулируемого параметра около заданного

значения.

Комбинированный принцип регулирования (Замкнутая система)

При комбинированном принципе имеется контур регулирования по отклонению и

возмущению

Достоинства объединяются

Недостатки: 1) Большая стоимость; 2)Склонность к перерегулированию

6. Структура САР

ОУ – объект управления УПУ – усилительно-

преобразовательное устройство

РО – регулирующий орган СЭ – сравнительный элемент

ИМ – исполнительный механизм З – задатчик

Система регулирования по отклонению и система комбинированного

регулирования имеют контур обратной связи. Такие системы регулирования наз-

ют замкнутыми.

8. Решение линейных диф-ых ур-ий САР и их передаточные ф-ции

Хвых общ(t) отражает переходный процесс и наз-ся переходной составляющей

(или свободной составляющей)

Хвых частное(t) описывает установившейся процесс соответствующий новому

значению входной и выходной величины (принуждённая составляющая)

В решении ур-ий используют метод преобразований Лапласа

При преобразовании Лапласа переменная t заменяется на комплексную

переменную t с помощью интегрирования

После нахождения Хвых(t) пользуются обратным преобразованием Лапласа.

С1,С2…Сn – к-енты определяемые из начальных условий

p1,p2,…pn - корни характеристического ур-ия

9. Временные динамические хар-ки САР

При исследовании САР и отдельных элементов этих систем пользуются

ступенчатым изменением входной величины. При этом ступенчатое воздействие

входной величины принимают равное 1.

f(t)=Xвх = 0 при t0

Эта зависимость наз-ся единичной ф-цией имеющей след вид

Хвх=хвх/хвх0 хвх0 – базовая величина

Изменение выходной величины при единичном ступенчатом изменении входной

величины наз-ся ф-цией h(t)

Хвх=А*1(t) ( Хвых - кривая разгона. Реакция выходной величины на

ступенчатое воздействие не равное единичной ф-ции наз-ся кривой разгона.

У импульсной ф-ции площадь импульса = 1.

Изменнение выходной величины при воздействии ([pic]ф-ции на входе наз-ся

весовой ф-цией ((t); ((t)=1’(t) – яв-ся производной единичной ф-ции

Весовая ф-ция ((t)= h’(t); h(t)=[pic]((t)dt

10. Частотная характеристика

При использовании САР используются не только ступенчатые воздействия на

входе, но и воздействие входной величины изменяющейся по гармоническому

закону

Хвх=Авх*Sin(t Хвых=Авых*Sin((t+()

Амплитудно-частотная хар-ка (АЧХ) –

Фазово-частотная хар-ка (ФЧХ)

Частотная передаточная ф-ция

Частотная передаточная ф-ция получается из W(p) путём замены p на j(

W(j()=Rе(()+j*Im(()

Если изменять ( от 0 до бесконечности то будет меняться вектор К и угол

(. Конец этого вектора опишет кривую называемую годографом. Годограф есть

изображение АФЧХ. Кроме АЧХ, ФЧХ и АФЧХ используют логарифмические

характеристики которые наз-ся логарифмическая амплитудно-частотная

характеристика ЛАЧХ L(()=20*lgK(()

ЛАЧХ ((() =20*lg( (()

11. Разбиение САР на типовые элементарные динамические звенья

Для удобства анализа САР расчленяют на составляющие элементы описываемые

определённым типом диф-ых ур-ий. Таких элементов описываемых типовыми ур-ми

в природе существует 6 штук. Это типовые ур-я не выше второго порядка.

Элементы описываемые такими ур-ми наз-ся типовыми динамическими звеньями.

Имея ур-я отдельных звеньев можно получить ур-я всей реальной системы.

12. Апериодическое звено и его характеристики.

Особенностью апериодических звеньев яв-ся возможность накопления в них

энергии (во вращающихся массах, тепловых объектах) или материалах (бункеры,

различного рода накопители). Переходные процессы в таких звеньях

описываются диф ур-ми первого порядка. T – постоянная вермени звена, k – к-

ент передачи (усиления) звена

13. Пропорциональное (безинерционное) звено

В этих звеньях (рычажный механизм, редуктор) выходная величина мгновенно

изменяется вслед за изменением входной величины.

k – к-ент передачи (усиления) звена

Хвых=К*Хвх

14. Интегрирующее звено

Интегрирующим наз-ся звено у которого выходная величина пропорциональна

интегралу по времени от величины, подаваемой на вход. Примером

интегрирующего звена яв-ся ротационный питатель, подающий материал из

бункера на транспортёр, гидро и пневмо двигатель

15. Дифференцирующее звено

В диф-рующем звене выходная величина яв-ся диф-лом от входной.

Хвых=Т*dХвх/dt. Примером таких звеньев яв-ся амортизаторы механических

систем. На пракитке широко используются реальные диф-рующие звенья

(стабилизирующий трансформатор)

Эти звенья при достаточно малом Т и большом k соответствуют идеальным диф-

щим звеньям, т.к. Хвых=k*T* dХвх/dt

16. Колебательное звено

Колебательным яв-ся звено переходные процессы которого описываются диф ур-

ем второго порядка. Т1,Т2 – постоянные времени колебательного звена

К колебательным звеньям можно отнести центробежный маятник,

гидравлические ёмкости связанные трубопроводом. Обязательным условием для

колебательного звена яв-ся комплексность корней харак-кого ур-я.Если корни

хар-кого ур-я вещественные и отрицательные то процессы в звене имеют

апериодический характер.

17. Звено запаздывания

Звено запаздывания характеризуется ур-ем вида Хвых(t)=k*Хвх(t-()

Т.е. выходная величина воспроизводит входную с запаздыванием по времени

равным (.

18. Структурные преобразования при различных соединениях звеньев

В основе использования структурных схем лежат структурные методы и

структурные преобразования.

Теорема 1.

При последовательном соединении звенья с передаточными ф-циями W1…Wn

замещаются одним эквивалентным звеном с передаточной ф-цией W= W1,…,Wn.

Действительно для каждого звена и условиях их последовательного соединения

можно написать

Хвых1=W1*Хвх1 Хвх2=Хвых1

Хвыхn=Wn*Хвхn Хвхn=Хвыхn-1

Теорема 2.

При параллельном соединении звенья с передаточными ф-циями W1…Wn

замещаются одним эквивалентным звеном с передаточной ф-цией W= W1+…+Wn.

Действительно написав ур-я

Хвых1=W1*Хвх1 Хвх1=Хвх2=… Хвхn= Хвх

Хвых=Хвых1+Хвых2+…Хвыхn

Теорема 3.

При охвате звена Wпр обратной связью Wo.c. (отрицательной или

положительной) система замещается одним эквивалентным звеном с передаточной

ф-цией

W=Wпр/(1+-Wпр*Wо.с.)

Wпр – передаточная ф-ция в прямой цепи; Wo.c. – передаточная ф-ция цепи

обратной связи (знак + в знаменателе для отрицательной связи; знак – для

положительной обратной связи)

Действительно написав ур-я

Хвых=Wпр*(Х

Хо.с=Wo.c.*Хвых

(Х=Хвх+-Хо.с.

и решив их совместно получим ур-е W=Wпр/(1+-Wпр*Wо.с.)

Структурные методы широко используются в инженерной практике для

характеристики процессов в элементах и системах автоматики

Структурные схемы элементов автоматических систем формируются на основе

совокупности ур-ий, которые связывают характеристики процесса с параметрами

и начальными условиями этого процесса в сочетании с учавствующим

технологическим оборудованием.

20. Критерий устойчивости.

Критерии устойчивости позволяют судить об устойчивости САР без отыскания

корней характеристического ур-я. Кроме того эти критерии позволяют

установить причину неустойчивости, а также наметить пути и средства

достижения устойчивости САР

Критерий Рауса-Гарвица; Критерий Михайлова; Метод Найквиста

Критерий Найквиста базируется на частотном методе исследования.

«Система автоматического регулирования устойчивая в разомкнутом

состоянии будет устойчива и в замкнутом состоянии если годограф АФЧХ этой

системы в разомкнутом состоянии не охватывает точку имеющую координаты (-

1;j0).

По годографу устойчивости системы можно судить о запасе устойчивости по

модулю и по фазе. Модуль устойчивости – m=1/OA; l – величина определяющая

устойчивость. Система достаточно устойчива если m>=2-3.

Устойчивость оценивается и по фазе

? – определяет запас устойчивости по фазе; ?=30…40о

21. Качественные хар-ки переходных процессов САР

Качество регулирования принято оценивать след показателями: величиной

перерегулиорвания, быстродействием, колебательностью, статической

точностью.

Перерегулирование – наз-ся отношение разности между максимальным и

установившимися отклонениями регулируемой величины к её установившемуся

отклонению.

На рисунке показано изменение величины при ступенчатом воздействии.

Переррегулирование (в%) определяется по формуле.

((|[(Хmax-(Х (()]/(Х (()|*100

(Хmax – максимальное отклонение регулируемой величины;

(Х(() – установившееся отклонение регулируемой величины

Во многих практических САР ((20-30%

Быстродействие автоматических систем характеризуется временными

оценками, к которым относятся время запаздывания, определяемая по хар-ке

переходного процесса (см рисунок), при (Х=0,1*(Х((); время установления ty,

соответствующее времени при котором переходный процесс измениться от 0,1 до

0,9 установившегося значения; время регулирования tр, в течение которого

отклонение регулируемой величины от (Х(() превышает некоторое допустимое

значение (; |[(Х(t)-(Х (()]/(Х (()|*100>(. Обычно (=5%.

Колебательность определяется числом полных колебаний регулируемой

величины за время регулирования. В практических САР показатель

колебательности не превышает 3 колебаний.

Статическая точность – точность регулирования в установившемся

режиме, определяемом установившейся ошибкой системы которая зависит от к-

ента её усиления. Чем выше требуемая статическая точность системы, тем

больше должен быть к-ент усиления k; (Х(()=kf * f/ (1+k); kf – к-ент

усиления системы по каналу возмущения.

Расчёт переходного процесса осуществляется по ур-ю (Х(t)= (Х(()+(Ci*e

pi – корни характеристического ур-я замкнутой САР, Сi – постоянные

интегрирования определяемые из начальных условий (для этого надо знать

значение (Х(t) и (n-1) её производных при t=0)

22. Критерии для оценки качества переходных процессов

На практике качество автоматических систем во многих случаях

анализируется приближённо: по степени устойчивости, или по частотным и

интегральным оценкам качества. Степень устойчивости характеризуется

абсолютным значением ( ближайшего к мнимой оси вещественного корня или

вещественой части комплексных корней харатеристического ур-я системы

ближайших к мнимой оси. Оценка по степени устойчивости определяет время

затухания составляющей процессы от ближайшего корня к мнимой оси. Чем

больше степень устойчивости, тем меньше время регулирования.

Частотные оценки качества используют следующие методы по полосе

пропускания частот, по максимуму амплитудно-частотной хар-ки, по

вещественной частной хар-ки, по границе Д-разбиения.

Интегральная оценка качества АС основана на вычислении определённых

интегралов

Интегральная оценка пригодна для систем с монотонными процессами

без перерегулирования. Качество системы тем выше чем меньше .

Интегральные оценки можно применять для систем с колебательным

характером переходного процесса. Параметры АС выбирают из условия максимума

указанных интегралов.

23. Законы регулирования

Качество регулирования зависит от законов регулирования. Закон

регулирования – математическая зависимость между входной и выходной

величинами

Хвых=С1*Хвх + С2* Хвх*dt + C3*dXвх/dt

С1, С2, C3 – постоянные называемые параметрами настройки регулятора

С1*Хвх – П-закон – пропорциональный закон

С2* Хвх*dt – И-закон – интегральный закон

C3*dXвх/dt – Д-закон – дифференциальный закон

ПИД-закон – ПИД-регулятор

24. Пропорциональные регуляторы (статические)

Хвых=Кр*Хвх; Кр – к-ент усиления передачи; Хвых=Хр, Хвх=Хзад-

Хустанов.

П-регуляторы – регуляторы у которых регулирующее воздействие

изменяется пропорционально отклонению регулируемого параметра.

П-регулятор может иметь равновесное состояние при различных значениях

регулируемого параметра это яв-ся его недостатком. Достоинства: высокое

быцстродействие, высокая устойчивость процесса регулирования, простота

реализации. Недостаток: наличие остаточного отклонения.

25. Интегральные регуляторы. (астатические)

Хвых=Кр[pic]Хвхdt; dХвых/dt=Кр*Хвх*dt

В И-регуляторе скорость изменения выходной величины (регулирующего

воздействия) пропорциональна выходной величине регулируемого параметра от

заданного значения. При отклонении регулируемого параметра регулятор будет

изменять регулирующее воздействие до тех пор пока не восстановится значение

регулируемой величины до уровня заданного знаячения. И-регулятор достаточно

точно поддерживает заданное значение регулируемого параметра, но т.к.

процесс протекает медленно и носит колебательных харктеер, то в в чистом

виде проявляется редко. Часто этот такой регулятор используют вместе с П-

регулятором образуя ПИ-регулятор.

26. ПИ-регулятор

У этого регулятора выходная величина Хвых=Кр*(Хвх+[pic]Хвхdt/Т) ПИ

регулятор представляет собой соединение пропорционального интеграла с

интегральным

27. ПИД-регулятор

Хвых=С1*Хвх+С2*[pic]Хвхdt+С3*dХвх/dt

ПИД-регулятор можно можно рассматривать ка ПИ-регулятор дополненный

элементом учитывающим скорость изменения входной величины. Этот элемент ещё

наз-ют изодрамом. Изодрамный регулятор работает непрерывно и в первый

момент времени после изменения входной величины реагирует на скорость

изменения входной величины.

28. Приборы и средства автоматизации. Понятие о ГСП.

ГСП – гос-ая система пром приборов и средств автоматизации,

регламентируется единой системой стандартов приборостроения. Она включает

след средства (приборы и устройства): получение информации, дистанционная

передача и телепередача информации, обработки информации и выработки команд

управления, дистанционная передача и телепередача команд управления,

воздействие на управляемый процесс. В ГСП предусмотрена широкая

стандартизация и унификация всех измерений на основе агрегатно-блочно-

модульного принципа, их построение из унифицированных элементов, модулей,

бланков и узлов.

ГОСТ 26001-80. Предусмотрена также согласованность информационных,

энергетических, материальных, и конструктивных связей между приборами,

источниками питания, энергией и вспомогательными материалами. На базе

стандартизации и унификации 5 групп параметров: входных и выходных

сигналов; источников энергии; вспомогательных материалов; присоединительных

размеров (для соединения приборов друг с другом); габаритных размеров

приборов.

В зависимости от вида энергии предусмотрено 3 ветви приборов ГСП:

Электрическая, пневматическая и гидравлическая. Есть ещё и четвертая ветвь

приборов не имеющих специального источника питания и пользующихся энергией

отбираемой от объекта контроля или измерения.

29. Условные обозначения приборов и средств автоматизации на

функциональных схемах.

Схемы автоматизации выполняют без масштаба. При этом всю совокупность

частей САР делят по след признакам:

1. Объект регулирования 5. Регулирующее устройство

2. Измирительные устройства 6. Исполнительный механизм

3. Задающее устройство 7. Регулирующий орган

4. Суммирующее устройство 8. Линии связи

Эта совокупность частей САР составляет структуру системы графическое

изображение этих частей наз-ют структурной схемой. С помощью приборов и

средств автоматизации осуществляют измерение, регулирование, управление и

сигнализацию технологических процессов различных производств. В основу

функциональных схем управления технологическим процессом положен ОСТ 3627-

77, ГОСТ 21.404-85

- первичный измерительный преобразователь, датчик

- тоже самое (допускаемое обозначение).

Устанавливаются по месту

- то же самое но прибор установлен на щите

- отборное устройство без постоянного включающего прибора служит для

эпизодического подключения приборов во время наладки, снятия

характеристик и т.д.

- исполнительный механизм (диаметр 5мм) – общее обозначение –

положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии

(управляющего сигнала) не показывается

- исполнительный механизм открывающий регулирующий орган при

прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.

- исполнительный механизм закрывающий регулирующий орган при

прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.

- оставляющий регулирующий орган в неизменном положении при

прекращении подачи энергии

- Исполнительный механизм с дополнительным ручным приводом

- Линии связи

- регулирующий орган

Буквенные обозначения измеряемых величин

D – плотность; Е – любая электрическая величина; F – расход;

G – размер, положение, перемещение; Н – ручное воздействие;

К – время; L – уровень; М – влажность; Р – давление,

разряжение, вакуум; Q – качество; R – радиоактивность; S –

скорость, частота; Т – темпиратура; U – разнородные параметры;

V – вязкость; W – масса

Для уточнения измеренного параметра предусмотрены дополнительные 4 буквы

D (d) – перепад, разность; F(f) – соотношение, доля, дробь; I –

автоматическое переключение; Q(q) – интегрирование, суммирование во

времени

Обозначения функциональных приборов

E – чувствительный элемент (первичный преобразователь); Т –

Дистанционная передача; К – станция управления; Y –

преобразование, вычисление

Характеристика работы приборов и ср-в автоматизации

Какова энергия сигнала: Е – электрическая; Р – пневматическая;

G - гидравлическая

Форма сигнала: А – аналоговая; D – дискретная

Операции выполняемые вычислительными устройствами

( - Суммирование, K - умножение сигнала на постоянный к-ент; Х –

перемножение сигналов; : - деление сигналов друг на друга; интегрирование

Порядок буквенного обозначения

Х,Y,Z1,Z2 Х – измеряемая величина; Y – дополнительное обозначение

измеряемой величины;

5 Z1,Z2 – обозначения функционального признака прибора.5

– номер позиционного обозначения

Функциональные признаки прибора

А – сигнализация; I – показания; R регистрация; C

регулирование, управление; Н – верхний уровень, предел измеряемой

величины; L – нижний пределе измеряемой величины; S – включение,

выключение, переключение

30. Датчики. Основные понятия и классификация.

Датчики – совокупность преобразовательных устройств служащих для

преобразования воспринимаемой физической величины в сигнал для последующей

обработки, передачи, измерения

Сигналы по своей природе могут быть электрические, пневматические,

гидравлические

ПП – первичный преобразователь ОП – основной преобразователь У -

усилитель

Первичный преобразователь называют чувствительным элементом. Он

непосредственно воспринимает физическую величину

Преобразователи – устройства которые преобразуют некоторую физическую

величину в другую физическую величину

Преобразователи делятся на параметрические и генераторные

Параметрические – преобразователи в которых меняются их параметры

(например R,L,C)

Генераторные – преобразователи преобразующие изменение физической

величины в электрический сигнал

Терморезисторы – сопротивление зависит от т-ры

Термисторы – термисторы у которых сопротивление уменьшается при

увеличении т-ры: Ме и полупроводниковые

Преобразователи

Параметрические Генераторные

Резистивные

Тензорезисторы Потенциометрические Терморезисторы Фоторезисторы

Магниторезисторы

Полупроводниковые Прямые

Металлические Тороидальные

Проволочные Фольговые

Генераторные:

Индукционные Термические Фотоэлектрические Ионизационные

Эл генераторы термопары под влиянием радиоактивного излучения

32. Потенциометрический преобразователь

Потенциометрический преобразователь состоит из каркаса на который намотан

в один слой провод с большим удельным сопротивлением и подвижного контакта

с линейным или угловым перемещением движка скользящего по виткам провода.

Он представляет собой делитель напряжения. Выходной ток Iн и напряжение Uн

зависят от положения движка потенциометра, эта зависимость не линейна, т.е.

имеет нелинейную статическую характеристику. Нелинейность определяется

отношением полного сопротивления R потенциометра к сопротивлению нагрузки

Rн.

Причиной нелинейности яв-ся неточность в механическом движении щётки,

нерегулярность шага намотки и т.д., однако при большом сопротивлении

нагрузки Rн>>R формула принимает линейный вид Uн(U*r/R

34. Индуктивный преобразователь

Принцип действия индуктивного измерительного преобразователя основан на

изменении индуктивности обмотки электромагнитного дросселя в зависимости от

перемещения одной из подвижных частей: якоря, сердечника и др. Простейшим

индуктивным преобразователем яв-ся катушка с изменяющимся воздушным

зазором, его работа основана на изменении магнитного сопротивления

магнитопровода путём изменения длины воздушного зазора (в. Входное

воздействие – перемещение якоря; выходное – индуктивность L или выходное

сопротивление X=(*L

Достоинства: простота и надёжность; Недостаток: малая чувствительность,

зависимость индуктивного сопротивления от частоты тока.

35. Диф-но-трансформаторный преобразователь

Диф-но-трансформаторный преобразователь имеет подвижный сердечник,

который перемещается относительно обмоток (плунжер). Первичная обмотка 1

состоит из двух секций намотанных согласованно, а вторичная обмотка состоит

из секций 3 и 4 включённых встречно. Подвижный сердечник 2 соединяется с

чувствительным элементом на который воздействует измеряемая физическая

величина (перемещение, давление и т.п.) Создаваемый первичной обмоткой

преобразователя магнитный поток индуцирует в секциях вторичной обмотки ЭДС

е1 и е2. Значения которых зависят от величины тока в обмотке 1, его частоты

и взаимных индуктивностей М1 и М2 между секциями 3 и 4 и первичной

обмоткой. При среднем (нейтральном) положении сердечника взаимные

индуктивности М1 и М2 равны. При отклонении сердечника вверх или вниз от

нейтрального положения значения одной взаимной индуктивности увеличивается,

а другой уменьшается. Значение ЭДС на выходе диф-но-трансформаторного

преобразователя определяется по формуле: E= –j*(*I*(М1-М2). В Диф-но-

трансформаторном преобразователе изменение положения плунжера приводит к

изменению амплитуды выходного сигнала и к изменению фазы выходного

напряжения

36. Ёмкостный преобразователь

Ёмкостный преобразователь относится к преобразователям параметрического

типа т.к. его принцип действия основан на изменении ёмкости конденсатора

под воздействием входной величины. Для ёмкостных измерительных

преобразователей используют коаксиальные круговые диски или прямоугольные

пластины, расположенные параллельно друг к другу (плоскопараллельный

конденсатор), либо 2 цилиндра разных диаметров, один из которых вставлен в

другой (цилиндрический конденсатор) Изменение ёмкости можно получить

изменяя путём воздействия входной величины расстояние d между двумя

электродами, изменяя площадь электродов, которая образует ёмкость

конденсатора и диэлектрическую проницаемость среды между электродами.

Ёмкостные преобразователи имеют нелинейную статическую характеристику.

Ёмкость плоскопараллельного конденсатора С=(*S/d; ёмкость цилиндрического

конденсатора С=2*((((l/ln(D2/D1) , где l – длина цилиндра; D1 и D2 –

внутренний диаметр внешнего и наружный диаметр внутреннего цилиндров

Достоинства: обладают высокой чувствительностью, простой конструкции,

маленькими габаритными размерами, малой инертностью. Недостатки: на

погрешность влияют изменение т-ры и влажности окр среды, изменение

геометрических размеров преобразователя, а также влияют паразитные

электрические поля и паразитные ёмкости, поэтому их нужно тщательно

экранировать.

Эти преобразователи используют для регулирования толщины продукта,

влажности, давления, концентрации жидкости.

37. Измерение т-ур

В текст пр-вах т-ра яв-ся одним из основных технологических параметров,

определяющим как ход технологического процесса, так и качество продукции

или полуфабриката. Например т-ра р-ра красителя или р-ра отбеливателя

определяет время и качество обработки волокнистого материала, т-ра

поверхности барабанов и воздуха в сушильных машинах – время сушки и

влажность высушенного материала, т-ра нити или волокна – их св-ва при

термообработке.

Жидкостные стеклянные термометры: принцип действия основан на

объёмном расширении жидкости, заключённой в закрытом стеклянном резервуаре.

В качестве термометрической жидкости применяют ртуть, этиловый спирт,

толуол, пентал и др. Для сигнализации и регулирования т-ры используют

контактные ртутные термометры, в которых один из контактов впаян в нижней

точке капилляра и всегда соприкасается с ртутью, а второй контакт,

расположенный в верхней части капилляра, может устанавливаться на

определённой отметке шкалы и соприкасаться с ртутью только по достижении

заданной т-ры. Достоинства: просты в обращении, имеют высокую точность

измерения. Недостатки: малая механическая прочность, невозможность

автоматической регистрации и передачи показаний на расстоянии, значительная

тепловая инерция, трудность отсчёта показаний из-за плохой видимости столба

жидкости.

Дилатометрические термометры делят на 2 группы: стержневые и

биметаллические. Действие основано на различном удлинении двух твёрдых тел

имеющих различные т-урные к-енты линейного расширения под влиянием т-ры.

Манометрические термометры основаны на принципе изменения давления

жидкости, газа или пара в замкнутой системе в зависимости от т-ры. Они

предназначены для измерения т-ры в зависимости от заполнителя

(термометрического в-ва) от 0 до 600С. Заполнителем может быть азот,

ксилол, ртуть, фреон, эфир и т.д. Манометрические термометры имеют

некоторые погрешности измерения: погрешность от колебания т-ры воздуха,

барометрическую погрешность и др.

Термометры сопротивления основаны на функциональной зависимости

активного сопротивления металлических проводников и ряда полупроводниковых

материалов от т-ры. Благодаря этому измерение т-ры сводится к измерению

активного сопротивления обычно путём измерения тока цепи. Основными

материалами чистые металлы: платина, медь, никель и др.

Полупроводниковые термометры сопротивления (терморезисторы) выполняют из

смеси окисей некоторых металлов (никель, титан, марганец) обладающих

большим отрицательным или положительным т-урным к-ентом сопротивления (ТКС)

составляющим 2-8% на 1С. Основной недостаток – большой разброс параметров

Термоэлектрические термометры (термопара). Принцип действия основан

на термоэлектрическом эффекте, который заключается в том, что если в

замкнутой цепи состоящей из двух или нескольких разнородных последовательно

соединённых термоэлектродов (проводников) хотя бы 2 места их соединения

имеют разную т-ру, то в этой цепи возникает электродвижущая сила и

соответственно электрический ток. Достоинства: точность при измерении т-ры,

возможность передачи сигнала на значительное расстояние, простота

конструкции.

38. Измерение влажности

В текстильных пр-вах контроль влажности текст мат-лов осуществляется на

всех этапах технологического процесса. Под влажностью материала m понимают

отношение массы влаги Мв к общей массе текстильного материала М, т.е.

m=Мв/М=(М-Мс)/М, где Мс – масса абсолютно сухого мат-ла, г. В практике

используется понятие влагосодержания материала U, которое определяется

выражением U= Мв/Мс=(М-Мс)/Мс. Т.о. влагосодержание может изменяться

практически от 0 до 180%, а влажность от 0 до 100%. Видоизменение формы

волокнистого мат-ла, а также различные виды его обработки определяют

необходимость применения соответствующих методов измерения и конструкций

преобразователей влажности

Кондуктометрические преобразователи влажности основаны на измерении

электрического сопротивления влажного материала, которое определяется

выражением

С – к-ент определяемый электрическими и конструктивными параметрами

преобразователя; n – к-ент зависящий от вида текст мат-ла; b – к-ент

зависящий от вида обработки мат-ла; Т – абсолютная т-ра мат-ла, К. Т.о. из

формулы видно что электрическое сопротивление влажного мат-ла Rx графически

имеет вид гиперболы и зависит от технологических факторов. В связи с этим

влагомеры и регуляторы влажности в основу которых положен

кондуктометрический метод измерения, имеют индивидуальную градуировку для

мат-лов из определённого вида волокон при их стабильной обработке и т-ре.

Недостаток: влияние т-ры и толщины мат-ла, вида и концентрации р-ров и

красителей содержащихся в мат-ле.

Диэлькометрические преобразоваетли влажности основаны на измерении

диэлектрических св-в текст мат-лов в зависимости от их влагосодержания и

представляют собой измерительные конденсаторы, принцип которых описан выше.

Недостаток: влияние на результаты измерений поверхностной плотности мат-

ла:, его т-ры и некоторых других технологических факторов.

Инфракрасные преобразователи влажности работают по принципу

ослабления инфракрасного излучения, проходящего через влажный мат-ал или

отраженного от него. Инфракрасный преобразователь влажности обычно содержит

два монохроматических источника инфракрасного излучения с длинами волн

(1=1,75 мкм и (2=1,95 мкм. Известно что поглощательная или отражательная

способность влажного мат-ла при (2=1,95 мкм сильно зависит от наличия в нём

влаги, а при (1=1,75 мкм незначительно и в большей степени определяется

физико-химическими св-ми мат-ла (структурой, составом, плотностью) Поэтому

о влажности мат-ла судят по отношению полученных сигналов.

Радиоизотопные преобразователи влажности предназначены для

определения величины отжима, влажности ткани по кромкам и кол-ва

нанесённого на ткань в-ва. Принцип действия радиоизотопных преобразователей

описан выше.

Измерители влажности газо-воздушных сред предназначены предназначены

для измерения влажности воздуха и паро-воздушной среды в произв-ых

помещениях и технологического оборудования. При этом пользуются

относительной влажностью (, которая определяет отношение плотности водяного

пара ( к максимально возможной его плотности (max при той же т-ре:

(=((/(max)*100

Психрометры основаны на принципе измерения влажности газо-воздушных

сред по зависимости скорости испарения влаги от влажности окр среды и

содержат 2 термометра, один из которых наз-ся “сухим”, а второй – “мокрым”

так как на его чувствительную часть надет постоянно смачивающийся водой

чулок. При испарении воды в окр среду с чувствительной части “мокрого”

термометра затрачивается т-ра, поэтому его т-ра понижается. По разности т-р

“сухого” и “мокрого” термометров называемой психометрической разностью с

помощью спец таблиц может быть определена относительная влажность газа или

воздуха.

Электрические гигрометры основаны на зависимости электрических

параметров влагопоглащающих мат-лов от влажного газа или воздуха.

Достоинства: простота конструкции, малые размеры. Недостатки: большая

инерционность, нелинейность характеристик и нестабильность во времени

Кварцевые гигрометры основаны на изменении резонансной частоты

кварцевой пластинки в зависимости от влажности воздуха. Пластинка вырезана

Страницы: 1, 2