Лаборатория 115
Техническо творчество в USGTU
Технологията е немислима без устройства за измерване на различни величини. Имаме нужда от сензори за налягане, температура, тегло, концентрация и т.н. В тази поредица от статии ще бъде направен опит да се обяснят на разбираем език основните принципи на работа на сензорите, използвани в автоматизацията, за студенти от специалности, които не са пряко свързани с автоматизацията. Много технически подробности ще бъдат съзнателно пропуснати и опростени за по-лесно разбиране.
Почти по-голямата част от устройствата около нас са електрически. Те използват електрическа енергия за работа. Възможно е да се създават устройства на пневматична или хидравлична енергия, но това е рядка екзотика. Така, ако имаме електрическо устройство, тогава сигналът, който то може да манипулира, е електрически. Електрическите характеристики, които можем директно да измерим, са напрежение, ток, съпротивление, капацитет, индуктивност и, накратко, време/честота. Следователно, за измерване на налягане, тегло, скорост и т.н. трябва да преобразуваме желаната стойност в такава, която можем да измерим. Понякога се случва в една стъпка, понякога в две или три стъпки. Например, за измерване на водния поток:
В тръбопровода е монтирано работно колело, което се върти от преминаващия воден поток. Колкото по-бързо се върти, толкова по-голям е потокът. Работното колело е свързано с магнит, а до магнита е поставен индуктор. Колкото по-бързо се върти работното колело, толкова по-бързо се върти магнитът, толкова по-бързо се променя магнитното поле през бобината, толкова по-голямо е напрежението в него. И директно измерваме напрежението (променливо) на намотката с електронно устройство.
Изход на трансформация: Консумация -> въртене -> възбудаЕМП -> измерване.
Или друг пример е измерването на концентрацията на горим газ. Платинената бобина-нагревател се захранва с постоянно напрежение. Ако във въздуха има горим газ, тогава неговото каталитично изгаряне се случва на повърхността на нагрятата платинена спирала. Това изгаряне води до повишаване на температурата. Електрическото съпротивление на металите се увеличава с повишаване на температурата. Тъй като напрежението е постоянно и съпротивлението се увеличава, токът през намотката намалява и промяната в този ток може да бъде измерена електрически.
Трансформацията излиза: Концентрация -> катализирано горене -> отопление -> промяна на съпротивлението -> текуща промяна -> измерване.
И такива стъпки могат да бъдат много разнообразни и с помощта на различни технически средства е възможно да се превърне едно количество в друго. Например газов цилиндър преобразува промяната на температурата в промяна на налягането. Промяна на налягането на маншона в работния обем. и т.н.
Самият чувствителен елемент (с неговия усилвател, ако има такъв) се нарича първичен преобразувател по отношение на автоматизацията. Устройството, което извършва измерването (например устройство с циферблат, показващ масата в kg), се нарича вторичен преобразувател. В този случай първичният преобразувател често съдържа нормализиращ усилвател, който произвежда единен сигнал. Това е удобно от гледна точка на индустриалната автоматизация. Например, имаме два сензора, единият измерва воден поток от 0 до 1 l / s, вторият измерва температура от 0 до 100 градуса по Целзий. И двата сензора, с помощта на вградени усилватели, осигуряват токов сигнал от 0 mA при минимална стойност и 20 mA при максимална. След това можете да използвате универсален вторичен преобразувател, който показва 0 на дисплея при минимален сигнал и 1 при максимален, просто като зададете различникоефициенти (x1 при измерване на воден поток и x100 при измерване на температура) и правене на различни подписи под устройството. Това ускорява работата и намалява гамата от закупени продукти.
Ако се занимавате с аматьорска разработка, тогава цената на индустриалните първични преобразуватели със сигурност ще ви отблъсне, така че вероятно ще се справите сами с улавянето, усилването и обработката на сигнала от чувствителния елемент.