5.Датчики. Емкостные датчики

Емкостным датчиком называют преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение емкостного сопротивления.

Области применения емкостных датчиков. Возможные области применения емкостных датчиков чрезвычайно разнообразны. Они используются в системах регулирования и управления производственными процессами почти во всех отраслях промышленности. Емкостные датчики применяются для контроля заполнения резервуаров жидким, порошкообразным или зернистым веществом, как конечные выключатели на автоматизированных линиях, конвейерах, роботах, обрабатывающих центрах, станках, в системах сигнализации, для позиционирования различных механизмов и т. д.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили датчики приближения (присутствия), которые помимо своей надежности, имеют широкий ряд преимуществ. Имея сравнительно низкую стоимость, датчики приближения охватывают огромный спектр направленности по своему применению во всех отраслях промышленности. Типичными областями использования емкостных датчиков этого типа являются: сигнализация заполнения емкостей из пластика или стекла; контроль уровня заполнения прозрачных упаковок; сигнализация обрыва обмоточного провода; регулирование натяжения ленты ;поштучный счет любого вида и др.

Емкостные датчики линейных и угловых перемещений являются наиболее распространенными приборами, широко используемыми в машиностроении и на транспорте, строительстве и энергетике, в различных измерительных комплексах. 

6.Типовые звенья сау. Астатическое звено

Звеном системы называется ее элемент (часть), обладающий определенными свойствами в динамическом отношении. Звенья систем регулирования могут иметь самую разнообразную физическую основу (электрические, гидравлические, механические и т. п.) и конструктивное выполнение, но при этом относиться к одной функциональной группе. Соотношение входного и выходного сигналов в звеньях одной и той же группы описывается одинаковыми дифференциальными уравнениями. Это свидетельствует о том, что такие звенья имеют одинаковые динамические свойства.

Так как процесс автоматического регулирования определяется только динамическими свойствами системы (а следовательно, и ее звеньев), то в основу классификации звеньев положены их динамические свойства. Такая классификация звеньев по виду описывающих эти звенья дифференциальных уравнений дает возможность разработать стройную теорию АСР и единые методы их исследования и расчета, не зависящие от различий в физических процессах и конструктивных решениях, принятых в основу при проектировании АСР и ее элементов.

Простейшими типовыми звеньями АСР являются: усилительное, интегрирующее, апериодическое, колебательное, дифференцирующее и запаздывающее звенья.

Апериодическому звену соответствует дифференциальное уравнение

.

Перейдя к изображениям, получим:

ТрХвых(р) + Хвых(р) = kXвх(p).

Передаточная функция звена

W(p) = .

Определим характер изменения выходной величины при подаче на вход в виде скачка входной величины x0вх.

Дифференциальное уравнение достаточно просто решается обычным методом. Однако в качестве примера найдем его решение через передаточную функцию звена.

По таблицам преобразования Лапласа находим изображение входной величины:

Хвх(p) = ζ [x0вх] = x0вх/p.

Изображение выходной величины

Xвых(p) = W(p)Xвх(p)

или

Xвых(p) = .

Выразим оригинал функции xвых через ее изображение, вынеся постоянную величину за знак преобразования Лапласа:

xвых = ζ-1[Xвых(p)] = .

Полагая 1/T = α, по таблицам преобразований Лапласа находим:

xвых = kx0вх(1 - ).

Рис. 4. Передаточная функция и переходные процессы апериодического звена при различных значениях постоянной времени.

Переходный процесс апериодического звена представлен на рис. 4. Кривые переходных процессов имеют вид экспонент, т. е. время, необходимое для того, чтобы выходная величина xвых достигла установившегося значения kx0вх, теоретически бесконечно велико.

В связи с этим апериодическое звено часто называют инерционным звеном первого порядка.

Величина Т имеет размерность времени и называется постоянной времени. На рис. 4 представлены переходные процессы апериодического звена при различных значениях постоянной времени.

Из кривых переходного процесса ясен физический смысл постоянной времени звена. Она может быть определена как время, в течение которого выходная величина достигла бы своего нового установившегося значения, если бы она изменялась с постоянной скоростью, равной скорости изменения ее в начальный момент времени.

Постоянная времени определяет динамические свойства звена. Чем она больше, тем медленнее протекает переходный процесс в звене, и наоборот. В частности, при T = 0 процесс протекает в звене мгновенно и инерционное звено превращается в безинерционное усилительное.

Следует отметить также, что при t = T значение выходной величины составляет 63% нового установившегося значения.