Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України
Національний університет водного господарства
та природокористування
Кафедра А Е та КІТ
Лабораторна робота № 1
Вивчення релейних перетворювачів неелектричних величин
Виконав :
студент групи
Викладач:
Рівне 20 1 4
Лабораторна робота №1
Вивчення релейних перетворювачів неелектричних величин
1.Мета роботи: ознайомитись з будовою та принципом роботи релейних перетворювачів неелектричних величин
2. Основні теоретичні відомості
2.1. Давачі неелектричних величин.
Джерелом інформації про величину контрольованої чи регульованої фізичної величини є давачі. Давачем називається пристрій, який призначений для перетворення вхідної неелектричної величини (температура, тиск, витрата, концентрація і т.і.) в іншу фізичну величину, яка придатна для використання в пристроях автоматичного контролю, вимірювання, регулювання. Вихідними величинами (сигналами) повинні бути Е.Р.С. або струм, а для систем пневмоавтоматики – тиск.
Оскільки сучасні автоматичні системи обладнанні пристроями цифрової обробки сигналів (контролери, процесори, комп’ютери), тому вихідні сигнали мають бути уніфікованими і регламентовані за видом і величиною, а саме:
– напруга постійного струму 
; 
; 
; 
;
– постійний струм ; 
; 
;
– напруга змінного струму 
; 
;
– пневматичний сигнал 
;
– двійковий цифровий код.
За принципом перетворення давачі Д можна поділити на прямої та непрямої дії. В давачах прямої дії вхідна неелектрична величина 
безпосередньо перетворюється у вихідну електричну величину – Е.Р.С., рис. 3, а, наприклад, термопара, фотодіод, тахогенератор і ін.
|
|
Рис. 1. Структурні схеми давачів прямої дії (а) і непрямої дії (б): ПП – первинний перетворювач; ВП – вторинний перетворювач; 
- напруга живлення.
У давачів непрямої дії, рис. 1, б, є мінімум два перетворювачі – первинний перетворювач (ПП) і один або кілька вторинних перетворювачів (ВП). У первинному перетворювачі відбувається перетворення вхідної неелектричної величини 
(температури, тиску, різниці тисків і ін.) в проміжну неелектричну величину 
(лінійне переміщення, зміну омічного опору, індуктивності, ємності і ін.), яка у вторинному перетворювачеві за рахунок енергії зовнішнього джерела енергії перетворюється в електричний сигнал. До таких давачів відносяться поплавкові, буйкові, ємнісні, манометричні перетворювачі рівня рідин, мембранні, сильфонні перетворювачі тиску, резистивні перетворювачі температури, деформації. До вторинних перетворювачів відносяться контактні перетворювачі (замикання і розмикання електричного кола), диференційно-трансформаторні перетворювачі, мостові схеми вимірювання, уніфікуючі перетворювачі і аналого-цифрові перетворювачі.
Метрологічні властивості давачів описуються статичними і динамічними характеристиками. Статичною характеристикою називається функціональна залежність зміни вихідної величини 
від зміни вхідної величини в усталеному режимі. Усталеним називається режим роботи, при якому зміни вхідної і вихідної у функції часу є сталими. Різні види статичних характеристик давачів наведені на рис. 2.
Рис. 2. Статичні характеристики давачів: 1 – нелінійна; 2 - лінійна із гістерезисом 
; 3 – лінійна без гістерезису; 4 – стрибкоподібна (релейна).
Статичні характеристики давачів мають задовольняти певні вимоги: однозначність (мінімальний гістерезис ); лінійність; висока чутливість 
і ін.
2.2. Релейні перетворювачі.
Релейними перетворювачами називаються такі здавачі неелектричних величин в яких вихідна величина вторинного перетворювача змінюється стрибкоподібно при досягненні вхідної неелектричної величини певного значення.
2.2.1. Контроль і вимірювання рівня.
Контроль рівня здійснюється поплавковими, електродними і фотоелектричними давачами.
В поплавковому реле зміна рівня води змінює положення поплавка, який через механічну передачу замикає, розмикає контакти електричного кола.
В електродному давачеві рівня використовуються електропровідність води. Розглянимо будову та принцип дії електродного сигналізатора рівня ЕРСУ-3. На рис.3 показана спрощена принципова схема цього сигналізатора
Рис. 3. Спрощена принципова схема електродного сигналізатора рівня
Принцип дії ЕРСУ базується на електропровідності рідини. Досягаючи електрода, вода замикає електричне коло ротікання струму в якому використовується у якості сигналу про рівень. Електрод представляє собою стержень з нержавіючої сталі, які, за допомогою спеціальношо кріплення ізолюеться від стінок резервуару, на якому він установлюється. Електричні кола зв'язують електроди із котушками реле. При спрацьвуванні того чи іншого реле загораються лампи індикації Л1-Л3.
2.2.2. Контроль і вимірювання тиску.
Для контролю наявності тиску газоподібного середовища чи рідини використовують реле тиску, в яких мембрана (рис.4, а), сильфон (рис.4, б) чи манометрична пружина (рис.4, в) при досягненні заданого тиску замикають або розмикають контакти електричного кола.
Рис. 4. Схематичні зображення мембранного (а), сильфонного (б) реле тиску і електроконтактного манометра (в): 1 – мембрана; 2 – сильфон; 3 – манометрична трубчаста пружина; 4, 6 – задавальні стрілки відповідно мінімального і максимального тисків; 5 - показуюча стрілка; 7 – шкала; 8 – електричні контакти; 9 – зубчатий сектор; 10 – зубчате колесо; SA – мікроперемикач.
Аналогічну функцію сигналізації і регулювання з можливістю змінювати задані межі мінімального і максимального тисків виконують електроконтактні манометри (рис.4, в). При дії тиску на манометричну пружину 3 вона пропорційно величині тиску випрямляється і через зубчатий сектор 9 повертає зубчате колесо 10, на якому закріплена показуюча стрілка 5. На задавальних (4, 6) і показуючій (5) стрілках закріплені контакти 8. Якщо тиск знаходиться в заданих межах електричні кола розімкнуті. При досягненні показуючою стрілкою задавальної контакти замикаються і в колі виникає струм.
2.2.3. Контроль і вимірювання температури
2.2.3.1. Термометри, засновані на розширенні твердих тіл
До цієї групи приладів відносяться дилатометричні і біметалічні термометри, засновані на зміні лінійних розмірів твердих тіл зі зміною температури.
1) Конструктивне виконання дилатометричних термометрів засновано на перетворенні вимірюваної температури в різницю абсолютних значень подовжень двох стрижнів, виготовлених з матеріалів з істотно різними термічними коефіцієнтами лінійного розширення:
, 1/град,
де l0, lt1, lt2 - лінійні розміри тіла при 0 °З, температурах t1 і t2 відповідно.
У силу того, що Db мале, дилатометричні термометри застосовуються як різний рід теплових реле в пристроях сигналізації і регулювання температури.
2) Біметалічні термометри засновані на деформації біметалічної стрічки при зміні температури. Звичайно застосовуються біметалічні стрічки, зігнуті у виді плоскої чи гвинтової спіралі. Один кінець спіралі укріплено нерухомо, другий - на осі стрілки. Кут повороту стрілки дорівнює куту закручування спіралі, що пропорційний зміні температури.
Біметалічні термометри забезпечують зміну температури з відносними погрішностями 1 - 1,5 %.
2. 2.3.2 Газові манометричні термометри
В основу принципу дії манометричного термометра покладена залежність між температурою і тиском термометричної (робочої) речовини, позбавленої можливості вільно розширюватися при нагріванні.
Манометричні термометри звичайно містять у собі термобалон, капілярну трубку і трубчасту пружину з повідцем, зубчастим сектором і стрілкою (див. рис5).
Рис. 5. Термометри парові манометричні.
а) показуючий, б) сигналізуючий ТСМ-100
Уся система заповнюється робочою речовиною. При нагріванні термобалона, встановленого в зоні вимірюваної температури, тиск робочої речовини усередині замкнутої системи збільшується. Збільшення тиску сприймається манометричною пружиною, що впливає через передавальний механізм на стрілку чи перо приладу.
Газові манометричні термометри засновані на залежності температури і тиску газу, укладеного в герметично замкнуту термосистему.
Достоїнства: шкала приладу практично рівномірна.
Недоліки: порівняно велика інерційність і великі розміри термобалона.
3. Зміст роботи.
1.Ознайомитися з конструкціями релейних перетворюючих величин, яки представлені на лабораторному стенді.
2. Вивчити принцип їх роботи і місце застосування .
3. У звіті привести схеми і короткий опис принципу дії релейних перетворювачів ЕРСУ, ТСМ -100 та електроконтактного манометра
4. Контрольні питання.
1. Поясніть принцип дії всіх розглянутих релейних перетворювачів неелектричних величин.
2. Для контролю яких технологичних процесів вашої галузі можна використовувати ці перетворювачі?
Література
1. Д.Б. Головко, К.Г. Рего, Ю.О. Скрипник. Автоматика і автоматизація технологічних процесів. - Київ.: Либідь, 1997.
2. Автоматика и автоматизация производственных процессов:Учеб. пособие/Г.К.Нечаев, Н.П.Маряшев,Н.И.Сигова и др. Под ред. Г.К.Нечаева. - Киев:Вища школа,1985. - 279 с. - (ил.). - 0.70