Podstawowe elementy automatyki

Każde automatyczne urządzenie składa się z połączonych ze sobą elementów, których zadaniem jest jakościowa lub ilościowa transformacja odbieranego sygnału.

element automatyki — Jest częścią urządzenia automatycznego systemu sterowania, w którym przeprowadzane są jakościowe lub ilościowe przekształcenia wielkości fizycznych. Oprócz konwersji wielkości fizycznych element automatyki służy do przesyłania sygnału z poprzedniego elementu do następnego.

Elementy wchodzące w skład układów automatyki pełnią różne funkcje i w zależności od przeznaczenia funkcjonalnego dzielą się na organy (elementy) postrzegające, przetwarzające, wykonawcze, nastawcze i korygujące oraz elementy dodawania i odejmowania sygnałów.

Narządy percepcyjne (elementy sensoryczne) są przeznaczone do pomiaru i konwersji kontrolowanej lub kontrolowanej wartości obiektu sterującego na sygnał wygodny do transmisji i dalszego przetwarzania.

Przykłady: czujniki do pomiaru temperatury (termopary, termistory), wilgotności, prędkości, siły itp.

Wzmacniacze (elementy), wzmacniacze — urządzenia, które bez zmiany fizycznej natury sygnału wytwarzają jedynie wzmocnienie, tj. zwiększając go do wymaganej wartości. W systemach automatyki stosowane są mechaniczne, hydrauliczne, elektroniczne, magnetyczne, elektromechaniczne (przekaźniki elektromagnetyczne, rozruszniki magnetyczne), elektryczne wzmacniacze maszyn itp.

Organy transformujące (elementy) przekształcanie sygnałów o jednym charakterze fizycznym na sygnały o innym charakterze fizycznym dla wygody w dalszej transmisji i przetwarzaniu.

Przykłady: Konwertery nieelektryczne na elektryczne.

Organy wykonawcze (elementy) mają na celu zmianę wartości akcji kontrolnej na obiekcie kontrolnym, jeżeli obiekt stanowi jedną całość z organem kontrolnym, lub zmianę wartości wejściowych (współrzędnych) organu kontrolnego, co również należy uznać za element systemów automatycznych. Zgodnie z zasadą działania i konstrukcją elementy wykonawcze i regulacyjne są zróżnicowane.

Przykłady: elementy grzejne w systemach kontroli temperatury, zawory uruchamiane elektrycznie oraz zawory w systemach regulacji cieczy i gazów itp.

Organy zarządzające (elementy) służą do ustawienia wymaganej wartości zmiennej sterowanej.

Korpusy korygujące (elementy) służą do korygowania układów automatyki w celu usprawnienia ich działania.

W zależności od funkcji realizowanych przez elementy automatyki można je podzielić na czujniki, wzmacniacze, stabilizatory, przekaźniki, rozdzielacze, silniki itp.

Czujnik (ciało pomiarowe, element czujnikowy) — element przetwarzający jedną wielkość fizyczną na inną, wygodniejszy do zastosowania w urządzeniu automatycznym.

Najpopularniejszymi czujnikami są te, które przetwarzają wielkości nieelektryczne (temperatura, ciśnienie, przepływ itp.) na wielkości elektryczne. Wśród nich są czujniki parametryczne i generatorowe.

Czujniki parametryczne to takie, które przetwarzają zmierzoną wartość na parametr obwodu elektrycznego — prąd, napięcie, rezystancję itp.

Na przykład kontaktowy czujnik temperatury przekształca zmianę temperatury w zmianę rezystancji obwodu elektrycznego od wartości minimalnej, gdy styki są zwarte, do nieskończenie wysokiej, gdy styki są otwarte. Ten element to czujnik temperatury zainstalowany w żelazkach domowych.

Ryż. 1. Schemat regulacji temperatury grzania termostykiem

W zimnym żelazku styk termiczny, który jest wrażliwy na zmiany temperatury, zamyka się, a po włączeniu żelazka przez element grzejny przepływa prąd, który go nagrzewa.Gdy płyta żelazka osiągnie temperaturę styku, otwiera się i odłącza element grzejny od sieci.

Generator nazywany jest czujnikiem, który przetwarza zmierzoną wartość na EMF, na przykład termopara używana w połączeniu z woltomierzem do pomiaru temperatury. Siła elektromotoryczna na końcach takiej termopary jest proporcjonalna do różnicy temperatur między zimnym i gorącym złączem.

Ryż. 2. Urządzenie termoparowe

Urządzenie i zasada działania termopary. Korpus roboczy termopary jest czułym elementem składającym się z dwóch różnych termoelektrod 9 zespawanych ze sobą na końcu 11, który jest gorącym złączem.Termoelektrody odizolowane są na całej długości izolatorami 1 i umieszczone w kształtkach ochronnych 10. Swobodne końce elementu połączone są ze stykami 7 termopary umieszczonej w głowicy 4, która jest zamknięta pokrywą 6 z uszczelką 5 Dodatnia termoelektroda jest podłączona do styku ze znakiem „+”.

Uszczelnienie tulei termoelektrodowych 9 odbywa się za pomocą związku epoksydowego 8. Koniec roboczy termopary jest odizolowany od wzmocnienia ochronnego za pomocą końcówki ceramicznej, której w niektórych konstrukcjach może brakować w celu zmniejszenia bezwładności cieplnej. Termopary mogą mieć złączkę 2 do montażu w terenie i złączkę 3 do wprowadzenia przewodów przyłączeniowych mierników.

Przeczytaj więcej o klasyfikacji, urządzeniu i zasadzie działania termopar w tym artykule: Przetwornice termoelektryczne

Różnice między czujnikami parametrycznymi i generatorowymi

W czujnikach parametrycznych sygnał wejściowy zmienia odpowiednio każdy parametr czujnika (rezystancję, pojemność, indukcyjność) i jego sygnał wyjściowy. Do ich działania wymagane jest zewnętrzne źródło zasilania. Czujniki generatora generują pole elektromagnetyczne pod wpływem sygnału wejściowego i nie wymagają dodatkowego źródła zasilania.

Przeczytaj więcej o różnych typach czujników tutaj: czujniki potencjometru, czujniki indukcyjne

Inne elementy automatyki

Wzmacniacz — element, w którym wielkości wejściowe i wyjściowe mają ten sam charakter fizyczny, ale są przetwarzane ilościowo. Efekt wzmocnienia uzyskuje się dzięki wykorzystaniu energii źródła zasilania.We wzmacniaczach elektrycznych wyróżnia się wzmocnienie napięciowe ku = Uout /Uin, wzmocnienie prądowe ki = Iout / Azin oraz wzmocnienie mocy kstr = ktics.

Każdy generator maszyny elektrycznej może służyć jako wzmacniacz. Niewielka zmiana wzbudzenia w nim prowadzi do znacznej zmiany sygnału wyjściowego - prądu obciążenia lub napięcia. Źródłem zasilania jest silnik, który wprawia generator w ruch obrotowy.

Przykłady wzmacniaczy poprzednio aktywnie używanych w napędzie elektrycznym: wzmacniacze maszyn elektrycznych, wzmacniacze magnetyczne… Obecnie do tych celów aktywnie wykorzystuje się wzmacniacze i przetworniki. tyrystory I Tranzystory o wysokiej częstotliwości przełączania.

Stabilizator - element automatyki zapewniający prawie stałą wartość wartości wyjściowej, gdy wartość wejściowa zmienia się w określonych granicach. Główną cechą stabilizatora jest współczynnik stabilizacji, który wskazuje, ile razy względna zmiana wartości wejściowej jest większa niż względna zmiana wartości wyjściowej. Stabilizatory prądu i napięcia są stosowane w urządzeniach elektrycznych.

Przeczytaj więcej o stabilizatorach tutaj: Ferrorezonansowe stabilizatory napięcia I Elektroniczne stabilizatory napięcia

Przekaźnik - element, w którym po osiągnięciu określonej wartości wejściowej gwałtownie zmienia się wartość wyjściowa. Przekaźniki służą do ustalania pewnych wartości wartości wejściowej, wzmacniania sygnału i jednoczesnego przesyłania sygnału do kilku niepowiązanych elektrycznie obwodów.Najczęstsze są różne konstrukcje elektromagnetyczny przekaźnik sterujący.

Dystrybutor — element automatyki zapewniający alternatywne przełączanie obwodów transmisji sygnału. Dystrybucja jest najczęściej stosowana w obwodach elektrycznych. Przykładem dystrybutora jest wyszukiwarka kroków.

Silnik — mechanizm przetwarzający część energii w energię mechaniczną. W urządzeniach automatyki najczęściej stosowane są silniki elektryczne, ale stosowane są również silniki pneumatyczne. W automatyce najczęściej spotykanymi urządzeniami tego typu są silniki krokowe.

Nadajnik — urządzenie przeznaczone do zamiany jednej wielkości na inną, wygodne do transmisji kanałem komunikacyjnym. Oprócz głównej funkcji, nadajnik zazwyczaj wykonuje kodowanie wartości konwertowanej, co pozwala na efektywne wykorzystanie kanałów komunikacyjnych i zmniejszenie wpływu zakłóceń na przesyłany sygnał.

Odbiornik — urządzenie, które przetwarza odebrany sygnał w kanale komunikacyjnym na wartość dogodną do odbioru przez elementy systemu automatyki. Jeśli sygnał jest kodowany podczas transmisji, w odbiorniku znajduje się dekoder. Odbiorniki i nadajniki są aktywnie wykorzystywane w systemy telesterowania i telesygnalizacyjne.