Перші автоматичні пристрої

Вважають, що автоматика є порівняно молодий напрямок розвитку науки й техніки. Однак відомо, що ідеї автоматики і нескладні автоматичні пристрої використовувалися ще в стародавні часи в Єгипті, Греції та інших країнах. З давніх-давен людина створювала різні технічні знаряддя, що допомагали їй у трудових процесах. Так, жерці Єгипту користувалися різними автоматичними пристроями при спорудженні пірамід і храмів. Із середніх віків є відомості про “залізну людину” феодала Альберта Великого, яка виконувала функції швейцара – відчиняла і зачиняла двері приймальної зали.

Проте автоматичні пристрої того часу ще суттєво не впливали на загальний розвиток людства і його продуктивних сил. Першим автоматом, який мав помітний вплив на цивілізацію, був годинник.

Першим приладом для визначення часу був сонячний годинник. Проте він не діяв уночі та в хмарну погоду. Набагато зручнішим став пісковий годинник. Для підвищення точності подібних годинників замість піску в них стали використовувати воду (рис.1.1): скляна конічна посудина 2 з невеликим каліброваним отвором унизу заповнювалася водою з труби 1, після чого подавання води припинялося. Через калібрований отвір краплі витікали в нижню посудину 3, внаслідок чого рівень води у конічній посудині знижувався; чим більше часу минало, тим нижчим був рівень. Для зручності відліку часу на посудині 2 робили позначки. Такий годинник у Стародавній Греції дістав назву “клепсидра”, що буквально означає “злодійка води” (бо вода з неї “непомітно” зникала).

Інтенсивний розвиток автоматики почався в XVIII-XIX ст. у зв’язку з промисловим переворотом в Європі, пов’язаним з використанням енергії пари.

Одну з перших спроб створити парову машину, яка мала б практичне значення, зробив французький фізик Дені Папін, який у 1680 р. запропонував свою конструкцію, що здобула назву “котла Папіна”. Величезною заслугою Папіна було те, що він винайшов для свого котла запобіжний клапан. При збільшенні тиску в котлі пара піднімає пробку, і надлишок її виходить назовні, чим і запобігає вибух котла.

У 1765 р. майстер Барнаульського заводу І.І.Ползунов побудував парову машину, в якій спорудив автоматичний регулятор подавання води у паровий котел. При підвищенні витрат пари рівень води знижувався, поплавок опускався і діяв на клапан, збільшуючи надходження води в котел. При зменшенні витрат пари надходження води в котел зменшувалось. Це давало змогу різко зменшити коливання рівня води в котлі та рівня тиску пари.

На принципі зміни керованих технологічних параметрів залежно від їх відхилення відносно заданого значення в 1784 р. англійський механік Джеймс Уатт побудував відцентровий регулятор швидкості парової машини.

Принцип керування за відхиленням величини від заданого значення, відомий як принцип Ползунова-Уатта, дістав поширення в сучасній техніці.

З XVIII ст. починається розвиток електротехніки.

У середині XVIII ст. російський фізик, академік Вільгельм Ріхман, винайшов перший електровимірювальний прилад. У 1781 р. італійський учений Алессандро Вольта створив чутливий електроскоп. У 1820 р. французький фізик Андре Марі Ампер демонстрував перший гальванометр: вимірюваний електричний струм проходив по проводу, й магнітне поле цього струму відхиляло магнітну стрілку. Через п’ять років італійський фізик Леопольдо Нобілі винайшов більш чутливий гальванометр.

На початку ХІХ ст. почалося створення електричного телеграфу. Чим далі треба було посилати електричні сигнали по проводах, тим більшої електрорушійної сили батареї доводилося використовувати, тому дальність зв’язку обмежувалася – працювати з дуже високими напругами було небезпечно. Вихід дала ідея перепряжених коней, яка застосовувалася при організації поштового зв’язку: на черговій станції стомлених коней замінювали на свіжих, і поштова карета рухалася далі.

Для організації далекого електрозв’язку замикання ключа К примушувало спрацьовувати електромагніт, контакт якого підключав до наступної ділянки лінії нову гальванічну батарею, що забезпечувало передавання сигналу далі. Оскільки органі-зація поштового зв’язку на перепряжених конях називалася по-французьки “relais” (реле), так почали іменувати і зображений на рис.1.2 електромагнітний пристрій.

У 1839 р. російський електротехнік Б.С.Якобі в електромагнітному телеграфі застосував “реєстратор імпульсів” – перший реєструвальний електровимірювальний прилад. Перший електровимірювальний прилад електромагнітної системи був створений у 1848 р. німецькими фізиками Рудольфом Германом та Вільгельмом Вебером.

Розвиток техніки вимагав дедалі точнішого вимірювання часу. Водяний годинник вже не міг задовольнити цих потреб, і з’явились механічні годинники – спочатку тільки з годинниковою стрілкою (ХІІІ ст.). У 1657 р. голландський фізик Христіан Гюйгенс сконструював перший маятниковий годинник зі спусковим механізмом, що дозволило дещо підвищити точність вимірювання часу.

Поява точних механічних годинників прискорила розвиток автоматів. У ХVІІІ ст. виготовлялися складні годинники з різними саморушними фігурами людей, тварин, птахів, які починали рухатися в певний час. Наприкінці ХVІІІ ст. деякі годинникарі створювали чудові іграшки-автомати, джерелом руху яких були досить досконалі годинникові механізми з пружинним приводом. Особливо відомими стали автомати, виготовлені швейцарським годинникарем П’єром-Жаком Дро і його сином Анрі, на честь якого подібні автомати були названі “андроїдами”.

Автомати на основі годинникових механізмів здатні були виконувати тільки такі дії, які передбачувалися при їх виготовленні. Проте вони справляли дуже велике враження, – тоді вважалося, що саме подібні пристрої – це й є справжнє призначення автоматики.