Устройства измерения параметров технологических процессов

Любая система автоматического управления независимо от своего назначения имеет устройство сравнения (различитель), без которого невозможно реализовать отрицательную обратную связь.

Рисунок 4‑6 Структурная схема устройства сравнения.

Устройство сравнения (вычитающее устройство) — это элемент, дающий сигнал ошибки на основании сравнения сигналов входного и обратной связи. Одновременно с операцией вычитания различитель может и усиливать сигнал. На структурных схемах он изображается так, как показано на рис. .

На входы различителя поступают задающий сигнал g (t) и сигнал обратной связи x_o.c (t), а на выходе формируется сигнал

e (t) = k[g(t) – x_o,c(t)],

где k—постоянный коэффициент преобразования.

В соответствии с функциями, которые выполняют устройства сравне­ния, их часто называют устройствами измерения.

К схемам устройств сравнения (различителям) предъявляются сле­дующие требования:

1) высокая чувствительность, которая не должна зависеть от значения и закона изменения регулируемой величины;

2) высокая точность измерений;

3) малое потребление энергии (электроэнергии), в связи с чем схема устройства сравнения электрической системы обычно имеет высокое входное сопротивление. Мощность выходного сигнала должна быть большой, т. е. устройство должно иметь высокий кпд;

4) быстродействие схемы должно обеспечивать хорошее слежение за изменением изме­ряемой величины;

5) зона нечувствительности схемы должна быть минимальной

Рисунок 4‑7 Четырех плечевая мостовая схема - мост Уилсона

В системах управления используются механические, электромеханические, и электрические устройства сравнения.

В качестве устройства сравнения часто применяются четырехплечие мосты (рис. 4.7). В три плеча этого моста включены из­вестные сопротивления z₁, z₂, и z₃, а в четвертое — сопротивление датчика z_д. Сопротивления плеч моста могут быть активными и реактивными. Измерительные мосты работают как на постоянном, так и на переменном токе. Когда сопротивление датчика таково, что выполняется условие

z_дz₃=z₁z_2.

то потенциалы точек а и б равны и выходное напряжение равно нулю (U_вых= 0). Условие z_дz₃=z₁z₂ является условием равновесия моста. Если регулируемая величина не равна заданной, то условие z_дz₃=z₁z₂ не выполняется и на выходе моста появляется напряжение U_вых, которое используется в системе для целей управления.

Чувствительность мостовой схемы по току

Где I_H – ток нагрузки в Z_Д.

Чувствительность по напряжению

(4.1)

Передаточная функция моста определяется характером сопротивлений плеч. В случае активных сопротивлений элемент сравнения считается безынерционным, т. е. его передаточная функция W (s) == k. В том случае, когда в системе автоматики информация передается путем изменения какого-либо из параметров электрического сигнала (уровня напряжения или тока, амплитуды, фазы или частоты гармонических колебаний), используется соответствующий тип различителя (различитель уровня, фазы или частоты).

Различитель уровня предназначен для измерения разности двух входных напряжений. Такое измерение можно осуществить, используя электромагнитное устройство (например, трансформатор или магнитный усилитель).

Рисунок 4‑8 различитель уровня.

На рис. 4.8. показан параллельно – балансный каскад, выполненный на трансформаторе, который применяется в качестве различителя уровня

Делители напряжения R₁, R₂ задают начальные смещения на базы транзисторов Т₁ и Т₂, а их эмиттеры включены через сопротивление R_э. Для того чтобы выходное напряжение U_вых было равно нулю при отсутствии входных сигналов U_вх1 и U_вх2 или при их равенстве, источник питания Е_к подключают к коллекторным сопротивлениям R_к каскада через переменное сопротивление R_п. В этих каскадах практически отсутствует дрейф, а коэффициент усиления значительно выше, чем в однотактных усилителях. Напряжение на выходе

U_вых = к_тр(U_вх1 – U_вх2) (4.2)

где к_тр — коэффициент усиления по напряжению.