3.4. Элементы автоматики

Каждая из систем автоматики состоит из функциональных блоков и узлов, комплектуемых, в свою очередь, из отдельных элементов и приборов. Они характеризуются разнообразием принципов действия, конструктивным исполнением, степенью надежности, сроком службы и пр. Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных устройств, применяемых для автоматизации мелиоративных систем, следует выделить основные функциональные узлы и элементы и выяснить их общие характеристики.

По выполняемым функциям основные элементы автоматики обычно подразделяют на следующие виды: датчики, реле, усилители, стабилизаторы, распределители, генераторы импульсов и двигатели. Применяются также выпрямители, преобразователи, фазочувствительные схемы и целый ряд других устройств.

Датчиками (измерительными элементами) называют элементы, служащие, как правило, для качественного преобразования входной (регулируемой, контролируемой или измеряемой) величины в другую величину, наиболее удобную для последующей передачи по цепи системы автоматики. В мелиоративных системах в большинстве случаев применяются датчики измерения неэлектрических величин: расхода воды, уровня, температуры, давления, влажности и т. п. Эти величины преобразуются в электрические, удобные для передачи на расстояние или для использования в местных электрических устройствах автоматики.

Выходная величина датчика может представлять собой какой-нибудь параметр электрической цепи: сопротивление, индуктивность, емкость и др. В таких датчиках изменение параметров электрической цепи вызывает модуляцию величины и характера изменения тока или

напряжения постороннего источника. Поэтому такие датчики называют параметрическими или датчиками-модуляторами.

Если же входная величина датчика преобразуется в величину ЭДС (электродвижущей силы), то такой датчик называется генераторным.

В применяемых нами устройствах автоматики контролируемая величина не всегда воздействует непосредственно на датчик. Обычно входная величина преобразуется в первичном измерителе в другую неэлектрическую величину (в большинстве случаев — в механическое перемещение), а затем уже в электрическую. Например, во всех первичных измерителях давления, температуры, уровня эти величины преобразуются в угловое или поступательное перемещение, которое, в свою очередь, преобразуется в изменение электрического параметра.

Большинство современных датчиков имеют выходной сигнал в непрерывной (аналоговой) форме. Развитие цифровой техники обусловило применение датчиков дискретного действия, имеющих цифровые выгодные сигналы. Для этого первичные, измерители соединяются с преобразователями, которые превращают непрерывную величину (напряжения или угла поворота), пропорциональную измеренному параметру, в соответствующие числовые эквиваленты.

Реле — наиболее распространенный элемент автоматики. Так называют элемент, в котором выходная величина уменяется скачкообразно — при достижении входной величинойхопределенных значений. Характеристика релейного элемента приведена на рисунке 3.2, а. Изменение выходной величины скачком оту₁доу₂называется срабатыванием реле, а величинах₂— величиной срабатывания. Аналогично скачкообразное изменение величиныуоту₂доу₁называется отпусканием реле, а величина х₁— величиной отпускания. Обычнох₁< x₂, а отношениеназывается коэффициентом возврата реле. Как видно из характеристики, реле служат для получения дискретных фиксированных значений величин.

Реле часто используются для усиления мощности; мощность срабатывания обычно во много раз меньше мощности, управляемой при помощи реле. Кроме того, одно реле может осуществлять управление большим количеством элементов и цепей автоматики.

В современной практике преимущественно применяются реле, основанные на электромеханическом принципе действия. Изменению входной электрической величины в них соответствует механическое перемещение якоря, что приводит к изменению положения контактов (рис. 3.8). Однако теперь все более широкое применение находят бесконтактные реле, обладающие по сравнению с электромеханическими рядом преимуществ.

Рис 3.8. Релейный элемент:

а - характеристика реле;

б – конструктивная схема

электромагнитного реле.

Усилителями называют элементы, служащие для усиления входной величины. Необходимость в усилении обусловлена тем, что в ряде элементов энергия выходной величины недостаточна для управления последующим в цепи автоматики элементом.

Усилители бывают как электрические, так и неэлектрические. Для автоматизации мелиоративных систем, наряду с электрическими и магнитными усилителями, применяются также гидравлические усилители, в частности использующие перепад уровней воды между каналами различных порядков. В общем, в основу процесса усиления положен ряд физических принципов, в соответствии, с чем различают гидравлические, электронные, магнитные, полупроводниковые, электромеханические и электромашинные усилители.

Стабилизаторами называют элементы, в которых при изменении входной величины в определенных пределах выходная величина остается постоянной или изменяется незначительно. В системах автоматики часто необходимо стабилизировать напряжение или ток, в соответствии с чем различают стабилизаторы тока или напряжения. В общем виде схема электрического стабилизатора представлена на рисунке 3.9.

Встабилизаторе тока при постоянстве входного напряженияи₁и изменении сопротивленияzвеличинаl₂остается постоянной; в стабилизаторе напряжения при изменениии₁остается постоянным выходное напряжениеи₂.

Рис 3.9. Схема электрического стабилизатора тока или напряжения.

Распределителем называют элемент автоматики, в котором происходит поочередное подключение одной цепи к ряду других. В системах автоматики необходимость поочередного подключения возникает при управлении многими элементами или при контроле многих элементов с помощью одного устройства. Существует большое количестве различных типов распределителей. Преимущественное применение нашли электромеханические шаговые распределители, распределители, собранные на электромагнитных реле, и бесконтактные быстродействующие распределители.

Генераторы импульсов, как это следует из названия, предназначаются для генерирования импульсов различной формы и частоты — в зависимости от требований, предъявляемых к ним устройствами автоматики. Генераторы импульсов нашли особенно широкое применение в телемеханике. Различают релейно-контактные и различные бесконтактные генераторы импульсов, построенные с применением электронных и ионных приборов, транзисторов и т. д.

Электродвигатели применяют в качестве исполнительных механизмов. Для привода подъемных механизмов затворов преимущественно используют асинхронные короткозамкнутые двигатели. На насосных станциях применяют асинхронные короткозамкнутые и синхронные низковольтные и высоковольтные двигатели. Используют также маломощные индукционные двухфазные конденсаторные двигатели и однофазные синхронные. Регулирование оборотов, как правило, не применяется.