Основные виды датчиков в устройствах промавтоматики

В устройствах автоматики широко применяются различные простейшие датчики:

1) датчики тока (измерители – преобразователи тока) (рис. 5.7).

а б

в г

Рис. 5.7. Схемы датчиков тока:

а – трансформатор тока; б – трансформатор тока с шунтом во вторичной обмотке;
в – шунтовой с включением в первичную цепь; г – датчик тока с цифровым выходом;
I ₁, I ₂ – токи первичной и вторичной обмоток трансформаторов тока; R – нагрузочный
резистор; АЦПН – аналого-цифровой преобразователь напряжения; U _вых – выходной
сигнал датчика тока

2) датчики напряжения (измерители-преобразователи напряжения) (рис. 5.8–5.10)

Рис. 5.8. Датчик напряжения для высоковольтных электроустановок

(трансформатор напряжения)

3) датчики температуры (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Резисторный датчик температуры:

1 – защитная колба датчика цилиндрической
формы, изготовленная из теплопроводящего
и коррозиостойкого материала; 2 – каркас
обмотки из изолирующего материала; 3 – чувстви­тельная обмотка; 4 – корпус (основание) датчика;
5 – контактный выход датчика

Принцип их действия основан на свойстве металлов изменять сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды
(см. раздел 4.2.1). Чувствительная обмотка 3 (рис. 5.11) представляет собой тонкую медную (тип датчика ТСМ) или платиновую (тип датчика ТСП) проволоку, намотанную на изолирующий каркас 2. Предельные значения измеряемой температуры от –200 до 600 ºС.

Конструкция дилатометрического датчика (рис. 5.12) основана на биметаллическом преобразователе (см. раздел 4.4.3). Такой датчик может выполнять функции регулятора температуры.

Рис. 5.12. Дилатометрический датчик температуры
с электроконтактным выходом:

1 – защитная колба датчика; 2 – биметаллическая пластина;
3 – контактная пара с выходом во внешние цепи

Принцип действия датчика температуры на основе термопары
(рис. 5.13) изложен в разделе (4.3.1).

Рис. 5.13. Датчик температуры на основе термопары:

1 – защитная колба датчика; 2 – термопара; 3 – контактный
выход датчика; 4 – усилитель

Рис. 5.14. Датчик температуры манометрический:

1 – трубчатая пружина; 2 – стрелка, указывающая температуру;
3 – механизм передачи; 4 – капилляр; 5 – термобаллон

Принцип действия манометрического датчика температуры основан на зависимости давления жидкости или газа в ограниченном объеме от температуры (рис. 5.14). Чувствительным элементом является термобаллон 5. Изменение давления в нем передается по капилляру 4
в трубчатую пружину 1, которая, деформируясь, передает через механизм передачи 3 движение на стрелку 2, указывая температуру и изменяя выходной сигнал, соответствующий ей. Выходной сигнал о величине температуры, соответствующей заданной уставке (максимум или минимум), формируется с помощью контактной пары 2, связанной со стрелкой (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Электроконтактный выход манометрического датчика температуры:

1 – стрелка, указывающая температуру; 2 – подвижные электрические контакты
с фиксированием их положения задающие предельные допустимые значения температуры; 3, 4, 5, 6, 7 – выходные контакты; 8 – обмотка потенциометра, связанная
со стрелкой 1 через подвижный контакт 9

Напряжение питания подается на зажимы 3 и 7. Выходной сигнал о текущем значении температуры снимается с 3 – 5 или 5 – 7.

4) датчики давления (вакуума).

В датчиках этого типа чаще всего используются мембранные преобразователи. В некоторых случаях они оснащаются электроконтактным выходом, аналогичным манометрическому датчику температуры (рис. 5.16).

а б

Рис. 5.16. Электроконтактный манометр:

а – конструкция; б – принцип действия; 1, 2, 3 – выходные электрические контакты;
4, 5 – стрелки для выставления уставок минимального P _min и максимального P _max
давлений; 6 – стрелка визуального контроля давления P; 7 –мембрана; 8 – червячная
пара; P – текущее значение давления

Стрелки 4 и 5 фиксируются на выбранных давлениях. При изме­нении давления деформируется мембрана и червячная пара 8 преобразует возвратно поступательное движение X, обозначенное стрелками, во вращательное. Вращательное движение передается стрелке 6, которая перемещается по шкале в диапазоне Р _min – Р _max. При достижении крайних значений стрелка 6 входит в соприкосновение со стрелками 4 или 5, соответственно обеспечивая электрический контакт с ними.

5) датчики уровня жидкости (рис. 5.17–5.19).

Уровни жидкости необходимо измерять в различных резервуарах, предназначенных для ее хранения или на уровне пола в помещениях с возможным затоплением.

а б

Рис. 5.17. Датчик уровня жидкости (реле заливки):

а – принцип действия реле; б – возможное место установки; 1, 2, 3 – замыкающиеся
и размыкающиеся электрические контакты; 4 – поршень; 5 – ось, обеспечивающая
жесткую связь контактов и поршня; 6 – корпус датчика; 7 – диафрагма металлическая;
8 – датчик уровня жидкости; 9 – защитная решетка

Подобные реле устанавливаются и на турбонасосах для фиксирования заполнения внутренней полости насоса перед его пуском.

Для измерения уровней жидкости в резервуарах различного назначения используются датчики других конструкций.

Полости резервуара 1 и корпуса реле 2 работают по принципу сообщающихся сосудов и уровень жидкости в реле соответствует ее уровню в резервуаре. Поплавок 3 перемещается вместе с уровнем жидкости в резервуаре и обеспечивает замыкание контактов 4 при достижении соответствующего уровня жидкости.

Электрод представляет собой изолированный от корпуса бака проводник. Оба электрода присоединены к клеммной колодке 3, которая с помощью проводников соединяется с устройством автоматического управления двигателем насоса. Общим проводником для обоих электродов является проводник, соединенный с корпусом резервуара. Касание воды электродом приводит к замыканию цепи между ним и корпусом резервуара. При срабатывании датчика 1 насос отключается, а 2 – включается.

Рис. 5.19. Электродный датчик уровня жидкости:

1 – электрод верхнего уровня; 2 – электрод нижнего уровня;
3 – клеммная колодка; 4 – труба аварийного слива жидкости;
5 – металлический корпус резервуара

Электродный датчик – самый простой и дешевый, но недостаточно надежный элемент. В случае ненадежного срабатывания датчика, сопровождающегося переполнением резервуара, лишняя вода сливается через трубу аварийного слива 4.

6) датчики расхода жидкости.

Основным элементом этого датчика (рис. 5.20) является преобразователь расхода жидкости в частоту вращения его вала. Вал преобразователя жестко соединен с тахогенератором. Тахогенератор на выходе выдает напряжение, пропорциональное расходу жидкости. Это напряжение подается на вольтметр, имеющий градуировку в метрах кубических за секунду, и указывает расход жидкости.

Рис. 5.20. Структурная схема расходомера жидкости:

ПРЖ – преобразователь расхода жидкости; Ж – жидкость; ТГ – тахогенератор;
pV – вольтметр

7) датчики расхода электроэнергии (рис. 5.21).

В качестве первичного преобразователя информации может использоваться индукционный счетчик электроэнергии, который оснащается специальным микроблоком, фиксирующим обороты диска счетчика и преобразующим их в кодовые импульсы, передаваемые в устройство автоматики.

Рис. 5.21. Структурная схема датчика расхода

электроэнергии:

W _h – счетчик электроэнергии

Датчики на базе электронных счетчиков кроме импульсного выхода могут иметь на выходе цифровую информацию.

Кроме описанных выше, существует большое количество других датчиков, имеющих различные принципы действия и назначение.