Pagrindines žinios apie daviklius ir jų bendrosios charekteristikos.
Daviklį D bendru atveju sudaro jautrusis elementas JE ir keitiklis K. Automatikos ir telemechanikos sistemose jautrusis elementas atlieka jutimo organo funkcijas.
Jis kontroliuojamąjį dydi x paverčia tokio pavidalo signalu x1, kurį patogu matuoti. Keitiklyje dažniausiai neelektrinis signalas x1 keičiamas elektriniu signalu. Pavyzdžiui, elektrokontaktiniame manometre pirmiausia jautrusis elementas slėgį x pakeičia mechaniniu rodyklės poslinkiu x1, paskui keitiklis pastarąjį pakeičia varžos pokyčiu y.
Į daviklio įėjimą gali patekti ir elektriniai, ir neelektriniai signalai. Daviklio išėjime dažniausiai gaunami elektriniai signalai. Mat elektrinį signalą paprasčiau stiprinti ir siųsti įvairiais atstumais.
Bendros daviklių charakteristikos: statinė charakteristika;inertiškumas; dinaminis jautrumas; jautrumo slenkstis; paklaida; galingumas; momentas arba jėga, gaunami iš įėjimo signalo šaltinio; išėjimo galingumas; daviklio išėjimo varža.
Elektrinių daviklių klasifikacija ir jiems keliami reikalavimai
Dabar automatikoje ir telemechanikoje labiausiai paplitę elektriniai davikliai, kurie skirstomi į dvi dideles grupes: parametrinius ir generatorinius.
Parametriniai davikliai:keičia neelektrinį kontroliuojamąjį arba reguliuojamąjį parametrą elektrinės grandinės parametru. Šie davikliai maitinami elektros energija iš pagalbinio elektros šaltinio. Parametriniai davikliai skirstomi į aktyvinės varžos daviklius(kontaktinius, reostatinius, potenciometrinius, tenzodaviklius, termorezistorius) ir reaktyvinės varžos daviklius(induktyvinius, talpinius).
Generatoriniai davikliai: keičia neelektrinį kontroliuojamąjį arba reguliuojamąjį parametrą elektrovaros jėga. Šiems davikliams nereikia pašalinio energijos šaltinio, nes jie patys yra evj šaltiniai. Generatoriniai davikliai būna termoelektriniai, pjezoelektriniai ir tachometriniai.
Parametriniams ir generatoriniams davikliams keliami šie reikalavimai:
1. tolydinė ir tiesinė išėjimo dydžio y ir įėjimo dydžio x priklausomybė;
2. didelis dinaminis(diferencialinis) jautrumas;
3. mažas inertiškumas;
4. kuo mažesnis daviklio poveikis matuojamajam arba reguliuojamajam parametrui;
5. darbo patikimumas;
6. matuojamosios aparatūros ir maitinimo šaltinių tinkamumas;
7. kuo mažesni masė ir gabaritai.
Temperatūros
Temperatūra yra parametras darantis didžiausia įtaką(technologinio proceso metu) gaminamos produkcijos kokybei. Kūno temperatūra yra parametras, apibūdinantis jo įšilimą, todėl temperatūra dažniausiai nustatoma, palyginant dviejų kūnų įšilimo laipsnius, jei vienas iš jų yra žinomas. Temperatūros matavimo prietaisai yra skirstomi:į termometrus ir pirometrus. Termometrais matuojama temperatūra iki 600C0, aukštesnė temperatūra matuojama pirometrais. Pagal veikimo principą temperatūros davikliai skirstomi į šitokias grupes:
1. plėtimosi termometrai (kintant temperatūrai, kinta skysčio tūris ar kietųjų kūnų linijiniai matmenys);
2. manometriniai termometrai (kintant temperatūrai, kinta uždaroje sistemoje esančių dujų arba skysčio slėgis);
3. elektriniai varžiniai termometrai (kintant temperatūrai, kinta laidininkų ar puslaidininkių varža);
4. termeelektriniai pirometrai (kintant skirtingų laidininkų sujungimo vietos temperatūrai, kinta sukurtoji elektrovaros jėga);
5. spinduliavimo pirometrai (kintant spinduliuojančio kūno temperatūrai, kinta spinduliavimo energijos parametrai).
Plėtimosi termometrai
Šių termometrų veikimas pagrįstas kietųjų medžiagų skirtingais temperatūriniais plėtimosi koeficientais. Termometrai yra skirstomi į dilamometrinius ir bimetalinius. Dilamometrinį termometrą sudaro vamzdis, pagamintas iš medžiagos, kurios temperatūrinis koeficientas didelis. Vamzdžio viduje įtaisytas strypas kurio temperatūros koeficientas mažas. Strypas remiasi į kamštį, nejudamai sujungianti strypą su vamzdžiu. Viršutine dalimi strypas remiasi į atsiskaitymo sistemos rodykle, kuri vienu galu šarnyriškai pritvirtinta prie matuoklio korpuso. Keičiantis temperatūrai, vamzdžio ilgis kinta daug.
Manometrinių termometrų veikimas pagrįstas dujų arba skysčio slėgio kitimu uždaroje sistemoje, keičiantis temperatūrai.manometrinis termometras sudarytas iš termobaliono, kapiliarinio vamzdelio ir manometrinės dalies, kuria sudaro vienavielis arba daugiavielis vamzdinis spyruoklinės sistemos manometras.
Termorezistoriai
Termorezistriumi vadinamas įtaisas su laidininku arba puslaidininkiu, kurio elektrinė varža, kintant aplinkos temperatūrai, gerokai kinta. Technikoje plačiai naudojami termorezistoriai su jautriu šilumai elementu- laidininku. Laidininkas gaminamas iš vario, nikelio ir platinos. Tokie termorezistoriai vadinami varžiniais termometrais. Jie plačiai naudojami prietaisuose oro, vandens ir tepalo temperatūrai matuoti. Temperatūros nustatymas varžiniais termometrais pagrįstas laidininkų ir puslaidininkių vienareikšmiška varžos priklausomybe nuo temperatūros. Taigi temperatūra nustatoma, išmatavus aktyvine laidininko ar puslaidininkio varžą. Varžinis termometras sudarytas iš plonos vario, nikelio arba platinos vielos, užvyniotos ant žėručio arba keraminio karkaso, kuris po to įdedamas į metalinį korpusą- taip termometras apsaugomas nuo mechaninių sužalojimų. Pasikeitus aplinkos temperatūrai, pasikeičia ir termometro varža. Varžiniu termometru galima matuoti nuo 250 iki +5500C.
Suprastinta varžinio termometro konstrukcija.
Drėgmės
Vandens kiekis, esantis medžiagoje, apibūdinamas absoliutine arba santykine drėgme. Drėgmės matavimo prietaisai skirstomi į skystųjų, kietųjų ir biriųjų medžiagų drėgmės matuoklius ir higrometrus, skirtus dujų drėgmei nustatyti.
Drėgme skysčiuose, kietuose ir biriuose kūnuose galime nustatyti tiesiogiai ir netiesiogiai. Prie netiesioginių metodų priskiriami elektriniai, radioaktyviniai ir kt. metodai. Plačiausiai praktikoje naudojami elektriniai metodai. Jie skirstomi į konduktometrinius ir dielkometrinius. Konduktometriniais prietaisais matuojamas elektrinis laidumas, o dielkometriniais- dialektrinė skvarba arba dialektrinių nuostolių kampo tangentas. Drėgnos medžiagos dialektrinės skvarbos ir keitiklio talpos C priklausomybė nuo drėgmės nustatoma eksperimentiškai. Ji daugumai medžiagų yra artima tiesei.
Konduktometrinių keitiklių jautrieji elementai yra plokštelių, cilindrinių vamzdelių arba ritinėlių pavidalo elektrodai, kontaktuojantieji su tiriamąja medžiaga. Medžiagos laidumas nustatomas išmatavus tarpelektrodinį laidumą nuolatinei, kintamajai (50Hz) arba aukštojo dažnio elektros srovei. Dielkometrinius keitiklius sudaro dvi plokštės arba du koaksialiniai cilindrai, tarp kurių yra tiriamoji medžiaga. Keitiklio dialektrinė skvarba nustatoma aukštojo dažnio rezonansiniais talpos matuokliais.
Dujų drėgmė dažniausiai matuojama psihometriniu, rasos taško ir elektriniu matavimo metodais.
Mechaninės jėgos matavimas
Mechaninė jėga ir momentas apibūdina kūnų sąveiką. Jėgų ir momentų kontrolei naudojami prietaisai, kurių jautrieji elementai yra tamprūs deformuojami kūnai, tenzorezistoriai, pjezoelementai bei magnetoelastiniai elementai.
Tenzodavikliu vadinamas specialios struktūros daviklis, skirtas statinėms arba dinaminėms detalių deformacijoms matuoti ir pakeičiantis tas deformacijas aktyvinės varžos pokyčiu. Tenzo daviklių veikimas pagrįstas medžiagų savybe keisti elektrine varžą, veikiant jėgai.
Dabar plačiau naudojami vieliniai, foliniai ir puslaidininkiai tenzodavikliai.
Vielinis tenzodaviklis:sudarytas iš plonos vielos, kuri zigzagu priklijuojama prie popierinio arba plėvės pagrindo. Iš viršaus viela taip pat uždengiama popierių arba plėvele. Tenzsodavikliui įjungti į schemą prie vielos galų prilituojami du variniai laidai. Tenzodaviklis tvirtai priklijuojamas prie bandomosios detalės. Ištempiant arba suspaudžiant detalę vielos kryptimi, ištempiama arba suspaudžiama viela, dėl to pasikeičia jos ilgis, skerspjuvio plotas ir jos medžiagos specifinė varža. Vielinio tenzo daviklio tenzojautrumas paprastai lygus 1,8-2,5 ir daugiausiai priklauso nuo daviklio gamybos technologijos ir jo vielos medžiagos. Vielinio tenzodaviklio varža paprastai būna nuo 50 iki 400Ω.
Vielinis tenzo daviklis.
a-konstrukcija; b-charekteristika
Pjezoelektrinis daviklis:pjezoelektriniu daviklių veikimas pagrįstas pjezoelektriniu efektu. Jis būna tiesioginis ir atbulinis. Tiesioginiu vadinamas reiškinys, kai veikiant mechaninėms apkrovoms, medžiagų paviršiuje susidaro elektriniai krūviai. Atbuliniu pjezoefektu vadinamas reiškinys, kai medžiaga elektriniame lauke mechaniškai deformuojasi.
Kiekybiškai pjezoefektas vertinamas pjezoelektriniu moduliu d; tai- atsirandančio krūvio Q ir veikiančios jėgos P proporcingumo koeficientas:
Q=dP
Svarbiausios gamtinės medžiagos pasižyminčios pjezoelektriniu efektu yra kvarcas ir turmalinas. Dvikliai dažniausiai gaminami iš kvarco, nes jo geros pjezoelektrinės ir izoliacinės savybės; didelė varža; be to ji menkai priklauso nuo temperatūros.
Pjezoelektrinius daviklius dažniausiai sudaro rinkinys skridinių, diskų arba plokštelių, kurios mechaniškai sujungiamos nuosekliai, o elektriškai lygegrečiai. Naudojant pjezoelektrinius daviklius ,paprastai matuojamas ne krūvis, o kondensatoriaus, kurį sudaro skridiniai, diskai arba plokštelės, įtampa.
Poslinkio
Mechaniškai apdirbant medžiagas, tenka nustatyti kūnų padėties pokyčius, matmenis, deformacijas, poslinkį, kelio ilgį. Kūno padėties pokyčių kontrolei naudojami elektrokontaktiniai, varžiniai, talpiniai induktyviniai matuokliai.
Varžiniai yra aktyvinės varžos davikliai ir reaktyvinės varžos davikliai.
Vienas iš parametrinių aktyvinės varžos daviklių yra kontaktinis daviklis.
Kontaktiniu vadinamas toks daviklis kuriame dėl mechaninio postūmio keičiasi kontaktų būsena- jie užsidaro arba atsidaro, o tie kontaktai valdo vieną arba kelta elektros grandinių. Užsidarant kontaktams aktyvinė varža tarp jų pakinta nuo begalybės iki nedidelės reikšmės, o jiems atsidarant pakinta priešingai.
Paveiksle parodytas paprasčiausias kontaktinis daviklis, kurio kontaktai užsidaro arba atsidaro, pasistūmus liestukui, tikrinančiam vyniojamos juostos storį.
Induktyvinių daviklių veikimas pagrįstas elektromagnetinio droselio induktyvinės varžos kitimu, pasislenkant vienai iš jo judamųjų detalių, paprastai inkarui. Jie plačiai taikomi mažiems kampiniams ir linijiniams mechaniniams poslinkaims, deformacijoms matuoti, detalių matmenims kontroliuoti. Induktyvinį daviklį sudaro elektromagnetinis droselis su kintamu oro tarpu, kurio apvija sujungta nuosekliai su apkrovos varža. Keičiantis oro tarpui, kinta droselio apvijos induktyvumas taip pat jo apvijos varža
Neraversinis induktyvinis daviklis su kintamu tarpu..
Bendru atveju talpinis daviklis yra kondensatorius, kurio talpinė varža kinta, kintant matuojamajam neelektriniam dydžiui. Juose kaip pirminis keitiklis naudojamas plokščiasis kondensatorius. Keitikliuose kontroliuojamas kūnas standžiai sujungiamas su kondensatoriaus viena plokštele. Kintant kūno padėčiai, kinta atstumas tarp plokštelių arba kondensatoriaus plokštelių aktyvusis plotas.
Talpinis daviklis su kintamu atstumu tarp plokšteliu.
Didesnės talpos yra daugialaipsniai talpiniai davikliai, sudaryti iš kelių daviklių, išdėstytu vienas po kitu, o judamosios plokštės pritvirtintos ant vienos ašies. Tokių daviklių talpa būna nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų pikofaradų žiūrint kokia konstrukcija.
Literatūra
1. "Automatika ir technologinių procesų automatizavimas" V.Aleksa "Mokslas" 1981
2. "Automatikos pagrindai" A.Čekvaskinas "Mokslas" 1980