Βασικά στοιχεία του αυτοματισμού
Οποιαδήποτε αυτόματη συσκευή αποτελείται από διασυνδεδεμένα στοιχεία των οποίων η αποστολή είναι να μετασχηματίσουν ποιοτικά ή ποσοτικά το σήμα που λαμβάνουν.
Στοιχείο αυτοματισμού — Αποτελεί μέρος της διάταξης ενός συστήματος αυτόματου ελέγχου στο οποίο πραγματοποιούνται ποιοτικοί ή ποσοτικοί μετασχηματισμοί φυσικών μεγεθών. Εκτός από τη μετατροπή φυσικών μεγεθών, το στοιχείο αυτοματισμού χρησιμεύει για τη μετάδοση ενός σήματος από το προηγούμενο στοιχείο στο επόμενο.
Τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στα αυτόματα συστήματα εκτελούν διάφορες λειτουργίες και, ανάλογα με τον λειτουργικό τους σκοπό, υποδιαιρούνται σε όργανα αντίληψης, μετατροπής, εκτέλεσης, ρύθμισης και διόρθωσης οργάνων (στοιχείων), καθώς και σε στοιχεία για προσθήκη και αφαίρεση σημάτων.
Αντιληπτικά όργανα (αισθητηριακά στοιχεία) έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν και να μετατρέπουν μια ελεγχόμενη ή ελεγχόμενη τιμή του αντικειμένου ελέγχου σε σήμα κατάλληλο για μετάδοση και περαιτέρω επεξεργασία.
Παραδείγματα: αισθητήρες για τη μέτρηση θερμοκρασίας (θερμοζεύγη, θερμίστορ), υγρασίας, ταχύτητας, δύναμης κ.λπ.
Ενισχυτές (στοιχεία), ενισχυτές — συσκευές οι οποίες, χωρίς να αλλάζουν τη φυσική φύση του σήματος, παράγουν μόνο ενίσχυση, δηλ. αυξάνοντάς το στην απαιτούμενη τιμή. Τα αυτόματα συστήματα χρησιμοποιούν μηχανικούς, υδραυλικούς, ηλεκτρονικούς, μαγνητικούς, ηλεκτρομηχανικούς (ηλεκτρομαγνητικούς ηλεκτρονόμους, μαγνητικούς εκκινητές), ηλεκτρικούς ενισχυτές μηχανών κ.λπ.
Μετασχηματιστικά όργανα (στοιχεία) μετατροπή σημάτων μιας φυσικής φύσης σε σήματα άλλης φυσικής φύσης για ευκολία στην περαιτέρω μετάδοση και επεξεργασία.
Παραδείγματα: Μη ηλεκτρικοί σε ηλεκτρικοί μετατροπείς.
Εκτελεστικά όργανα (στοιχεία) προορίζονται για την αλλαγή της τιμής της ενέργειας ελέγχου στο αντικείμενο ελέγχου, εάν το αντικείμενο είναι μία μονάδα με το σώμα ελέγχου ή για την αλλαγή των τιμών εισόδου (συντεταγμένες) του σώματος ελέγχου, οι οποίες θα πρέπει επίσης να θεωρούνται ως στοιχείο των αυτόματων συστημάτων. Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας και του σχεδιασμού, τα εκτελεστικά και ρυθμιστικά στοιχεία είναι διαφορετικά.
Παραδείγματα: θερμαντικά στοιχεία σε συστήματα ελέγχου θερμοκρασίας, ηλεκτρικά ενεργοποιούμενες βαλβίδες και βαλβίδες σε συστήματα ελέγχου υγρών και αερίων κ.λπ.
Κυβερνητικά Όργανα (Στοιχεία) έχουν σχεδιαστεί για να ορίζουν την απαιτούμενη τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής.
Διορθωτικά σώματα (στοιχεία) χρησιμεύουν για τη διόρθωση των αυτόματων συστημάτων με σκοπό τη βελτίωση της λειτουργίας τους.
Ανάλογα με τις λειτουργίες που εκτελούνται από τα στοιχεία αυτοματισμού, μπορούν να χωριστούν σε αισθητήρες, ενισχυτές, σταθεροποιητές, ρελέ, διανομείς, κινητήρες κ.λπ.
Αισθητήρας (σώμα μέτρησης, στοιχείο αισθητήρα) — ένα στοιχείο που μετατρέπει μια φυσική ποσότητα σε μια άλλη, πιο βολικό για χρήση σε μια αυτόματη συσκευή.
Οι πιο συνηθισμένοι αισθητήρες είναι αυτοί που μετατρέπουν μη ηλεκτρικά μεγέθη (θερμοκρασία, πίεση, ροή κ.λπ.) σε ηλεκτρικά. Μεταξύ αυτών υπάρχουν παραμετρικοί αισθητήρες και αισθητήρες γεννήτριας.
Παραμετρικοί αισθητήρες είναι αυτοί που μετατρέπουν τη μετρούμενη τιμή σε παράμετρο του ηλεκτρικού κυκλώματος — ρεύμα, τάση, αντίσταση κ.λπ.
Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας επαφής θερμοκρασίας μετατρέπει μια αλλαγή θερμοκρασίας σε αλλαγή στην αντίσταση ηλεκτρικού κυκλώματος από το ελάχιστο όταν οι επαφές είναι κλειστές σε απείρως υψηλό όταν οι επαφές είναι ανοιχτές. Αυτό το είδος είναι ένας αισθητήρας θερμοκρασίας εγκατεστημένος σε σίδερα οικιακής χρήσης.
Ρύζι. 1. Σχέδιο ρύθμισης της θερμοκρασίας θέρμανσης με θερμική επαφή
Σε ένα κρύο σίδερο, η θερμική επαφή, η οποία είναι ευαίσθητη στις αλλαγές θερμοκρασίας, κλείνει και όταν το σίδερο είναι ενεργοποιημένο, ένα ρεύμα ρέει μέσα από το θερμαντικό στοιχείο που το θερμαίνει. Όταν η πλάκα του σιδήρου φτάσει στη θερμοκρασία επαφής, ανοίγει και αποσυνδέει το θερμαντικό στοιχείο από το δίκτυο.
Μια γεννήτρια ονομάζεται αισθητήρας που μετατρέπει τη μετρούμενη τιμή σε EMF, για παράδειγμα ένα θερμοστοιχείο που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με ένα βολτόμετρο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Το emf στα άκρα ενός τέτοιου θερμοστοιχείου είναι ανάλογο με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ψυχρών και θερμών συνδέσεων.
Ρύζι. 2. Συσκευή θερμοστοιχείου
Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του θερμοστοιχείου. Το σώμα εργασίας του θερμοστοιχείου είναι ένα ευαίσθητο στοιχείο που αποτελείται από δύο διαφορετικά θερμοηλεκτρόδια 9 συγκολλημένα μεταξύ τους στο άκρο 11, το οποίο είναι ένας θερμός σύνδεσμος.Τα θερμοηλεκτρόδια απομονώνονται σε όλο τους το μήκος χρησιμοποιώντας μονωτήρες 1 και τοποθετούνται σε προστατευτικά εξαρτήματα 10. Τα ελεύθερα άκρα του στοιχείου συνδέονται με τις επαφές 7 του θερμοστοιχείου που βρίσκονται στην κεφαλή 4, η οποία είναι κλειστή με ένα κάλυμμα 6 με ένα παρέμβυσμα 5 Το θετικό θερμοηλεκτρόδιο συνδέεται σε επαφή με το σύμβολο «+».
Η σφράγιση των χιτωνίων θερμοηλεκτροδίου 9 πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια εποξειδική ένωση 8. Το άκρο εργασίας του θερμοστοιχείου απομονώνεται από την προστατευτική ενίσχυση με κεραμικό άκρο, το οποίο μπορεί να λείπει σε ορισμένα σχέδια για μείωση της θερμικής αδράνειας. Τα θερμοστοιχεία μπορεί να έχουν μια θηλή 2 για τοποθέτηση στο πεδίο και μια θηλή 3 για την είσοδο στα καλώδια σύνδεσης των μετρητών.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την ταξινόμηση, τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας των θερμοστοιχείων σε αυτό το άρθρο: Θερμοηλεκτρικοί μετατροπείς
Διαφορές μεταξύ παραμετρικών και αισθητήρων γεννήτριας
Στους παραμετρικούς αισθητήρες, το σήμα εισόδου αλλάζει ανάλογα κάθε παράμετρο του αισθητήρα (αντίσταση, χωρητικότητα, επαγωγή) και το σήμα εξόδου του. Για τη λειτουργία τους απαιτείται εξωτερική πηγή ρεύματος. Οι αισθητήρες γεννήτριας παράγουν EMF υπό τη δράση του σήματος εισόδου και δεν απαιτούν πρόσθετη πηγή ενέργειας.
Διαβάστε περισσότερα για τους διαφορετικούς τύπους αισθητήρων εδώ: αισθητήρες ποτενσιόμετρου, επαγωγικοί αισθητήρες
Άλλα στοιχεία αυτοματισμού
Ενισχυτής — ένα στοιχείο στο οποίο τα μεγέθη εισόδου και εξόδου έχουν την ίδια φυσική φύση αλλά μετασχηματίζονται ποσοτικά. Το αποτέλεσμα ενίσχυσης επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας την ενέργεια της πηγής ισχύος.Στους ηλεκτρικούς ενισχυτές διακρίνονται το κέρδος τάσης ku = Uout /Uin, το κέρδος ρεύματος ki=Iout/Azin και το κέρδος ισχύος kstr=ktics.
Οποιαδήποτε γεννήτρια ηλεκτρικής μηχανής μπορεί να χρησιμεύσει ως ενισχυτής. Μια μικρή αλλαγή στη διέγερση σε αυτό οδηγεί σε σημαντική αλλαγή στο σήμα εξόδου - ρεύμα ή τάση φορτίου. Η πηγή ισχύος είναι ένας κινητήρας που οδηγεί τη γεννήτρια σε περιστροφή.
Παραδείγματα ενισχυτών που χρησιμοποιήθηκαν ενεργά στο παρελθόν στην ηλεκτρική πρόωση: ενισχυτές ηλεκτρικών μηχανών, μαγνητικούς ενισχυτές… Επί του παρόντος, ενισχυτές και μετατροπείς χρησιμοποιούνται ενεργά για αυτούς τους σκοπούς. θυρίστορ και τρανζίστορ υψηλής συχνότητας μεταγωγής.
Σταθεροποιητής - ένα στοιχείο αυτοματισμού που παρέχει μια σχεδόν σταθερή τιμή της τιμής εξόδου όταν η τιμή εισόδου αλλάζει εντός των καθορισμένων ορίων. Το κύριο χαρακτηριστικό του σταθεροποιητή είναι ο συντελεστής σταθεροποίησης, ο οποίος υποδεικνύει πόσες φορές η σχετική μεταβολή της τιμής εισόδου είναι μεγαλύτερη από τη σχετική μεταβολή της τιμής εξόδου. Σταθεροποιητές ρεύματος και τάσης χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές συσκευές.
Διαβάστε περισσότερα για τους σταθεροποιητές εδώ: Σταθεροποιητές σιδηροσυντονιστικής τάσης και Ηλεκτρονικοί σταθεροποιητές τάσης
Ρελέ - ένα στοιχείο στο οποίο, όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη τιμή εισόδου, η τιμή εξόδου αλλάζει απότομα. Τα ρελέ χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό ορισμένων τιμών της τιμής εισόδου, την ενίσχυση του σήματος και την ταυτόχρονη μετάδοση του σήματος σε πολλά ηλεκτρικά άσχετα κυκλώματα. Τα πιο συνηθισμένα είναι διάφορα σχέδια ηλεκτρομαγνητικό ρελέ ελέγχου.
Διανομέας — στοιχείο αυτοματισμού που παρέχει εναλλακτική μεταγωγή κυκλωμάτων μετάδοσης σήματος. Η διανομή χρησιμοποιείται συχνότερα σε ηλεκτρικά κυκλώματα. Ένα παράδειγμα διανομέα είναι το step finder.
Κινητήρας — ένας μηχανισμός που μετατρέπει κάποια ενέργεια σε μηχανική ενέργεια. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται συχνότερα σε συσκευές αυτοματισμού, αλλά χρησιμοποιούνται και πνευματικοί. Στον αυτοματισμό, οι πιο κοινές συσκευές αυτού του τύπου είναι βηματικούς κινητήρες.
Πομπός — μια συσκευή σχεδιασμένη να μετατρέπει μια ποσότητα σε άλλη, κατάλληλη για μετάδοση μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας. Εκτός από την κύρια λειτουργία, ο πομπός συνήθως εκτελεί κωδικοποίηση της μετατρεπόμενης τιμής, η οποία καθιστά δυνατή την αποτελεσματική χρήση των καναλιών επικοινωνίας και τη μείωση της επίδρασης παρεμβολών στο μεταδιδόμενο σήμα.
Δέκτης — μια συσκευή που μετατρέπει το λαμβανόμενο σήμα στο κανάλι επικοινωνίας σε τιμή κατάλληλη για αντίληψη από τα στοιχεία του συστήματος αυτοματισμού. Εάν το σήμα κωδικοποιείται κατά τη μετάδοση, ο αποκωδικοποιητής περιλαμβάνεται στον δέκτη. Οι δέκτες και οι πομποί χρησιμοποιούνται ενεργά σε συστήματα τηλεχειρισμού και τηλεσήμασης.