Глава 2. Первичные преобразователи

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Первичным преобразователем (датчиком) называют эле­мент, который устанавливают в технологическое оборудование и который первым воспринимает контролируемый параметр. Он преобразует измеряемые физические величины в сигналы, удобные для дальнейшей передачи в измерительные или управляющие устройства. В литейном и термическом цехах применяют те же первичные преобразователи, что и в других отраслях промышлен­ности, поскольку измеряемыми параметрами являются темпера­тура, давление, расход, уровень, загазованность, запыленность и др.

К числу основных признаков, позволяющих классифицировать первичные преобразователи, относятся принцип действия и вид входного и выходного сигналов (рис. 3).

В зависимости от принципа действия первичные преобразова­тели можно разделить на две группы: параметрические и гене­раторные.

Параметрические преобразователи преобразуют контролируе­мую величину в один из параметров электрической цепи: прово­димость (сопротивление), индуктивность, емкость. Следовательно, для их работы необходимо подводить от внешнего источника элек­трическую энергию. К параметрическим относят следующие типы преобразователей: потенциометрические, индуктивные, емкост­ные, тензометрические и др.

Рис. 3. Классификация первичных преобразователей 16

В генераторных преобразователях непосредственно преобра­зуется неэлектрическая энергия входного сигнала в электриче­скую энергию, значение которой пропорционально значению кон­тролируемого параметра. К генераторным относятся термоэлек­трические (термопары), фотоэлектрические, пьезоэлектрические и тахометрические преобразователи. Они работают автономно, т. е. не нуждаются в подводе внешней электроэнергии.

По виду входного сигнала первичные преобразователи делятся на следующие группы: температуры, давления, разрежения, рас­хода, уровня, состава и влажности веществ, плотности, переме­щения, скорости, ускорения и т. д.

По виду выходного сигнала первичные преобразователи под­разделяют на несколько групп. Одна группа преобразует контро­лируемую величину в изменение активного сопротивления, дру­гая — в изменение емкости, третья — в изменение индуктивно­сти и т. д.

Любой первичный преобразователь состоит из отдельных ча­стей. Основной частью является чувствительный элемент, а сред­ства защиты и крепления его относятся к вспомогательным эле­ментам.

В 1960 г. в Советском Союзе начали разрабатывать и внедрять новую систему приборов, названную «Государственной системой приборов (ГСП)». Основными принципами этой системы являются применение унифицированных сигналов и модульное построение преобразователей, приборов и регуляторов. В соответствии с тре­бованиями ГСП первичные преобразователи, применяемые для автоматизации технологических процессов на промышленных предприятиях, должны выдавать стандартные сигналы. Так, на­пример, первичные преобразователи, выходным сигналом кото­рых является напряжение или сила электрического тока, должны отвечать рядам напряжения: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 5; 10; 20 В и силе тока: 1; 2; 5; 10; 20 мА. Такая унификация необходима при ис­пользовании преобразователей в автоматизированных системах управления технологическим процессом (АСУ ТП) с управ­ляющими цифровыми ЭВМ. В этой главе будет описана кон­струкция и показана область применения потенциометрических, индуктивных, электромагнитных, емкостных, тензометрических и фотоэлектрических преобразователей, имеющих наибольшее рас­пространение в системах автоматики. Другие типы первичных преобразователей (температуры, давления, расхода, количества, уровня, состава и влажности газа, влажности сыпучих материалов и плотности жидкости) будут рассмотрены в разделе II.