Первичные преобразователи и их классификация

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 и управляющие устройства.

В зависимости от принципа действия первичные преобразователи можно разделить на две группы: параметрические и генераторные. К параметрическим относятся следующие типы преобразователей: потенциометрические, индуктивные, емкостные, тензометрические и др.

К генераторным – термоэлектрические (термопары), фотоэлектрические, пьезоэлектрические и тахометрические преобразователи. Они работают автономно, т.е. не нуждаются в подводе внешней энергии.

По виду входного сигнала первичные преобразователи делятся на следующие группы: температуры, давления, разряжения, 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.

Исполнительные устройства

а) Электрические исполнительные механизмы.

Электрические исполнительные механизмы в зависимости от типа и принципа действия делятся на электромагнитные и электродвигательные.

Электромагнитные исполнительные механизмы являются наиболее простыми, надежными и быстродействующими. По виду движения исполнительного (регулирующего) органа (шток, выходной вал) электромагнитные механизмы подразделяются на электромагниты с прямолинейным движением и электромагнитные муфты с вращательным движением.

По характеру движения сердечника и связного с ним регулирующего органа электромагнитные механизмы подразделяют на тянущие, толкающие, поворотные, удерживающие, реверсивные.

По количеству позиций выходного силового элемента (регулирующего органа) различают одно-, двух- и трехпозиционные электромагнитные механизмы.

В зависимости от вида питающего напряжения электромагнитные механизмы могут быть переменного и постоянного тока, а также со смешанными катушками переменного и постоянного токов с унифицированным магнитопроводом.

Электромагнитные муфты являются связующим звеном между приводом и регулирующим органом. Электромагнитные муфты обладают высоким быстродействием, плавным пуском, регулированием скорости, просты в управлении и имеют мощность от нескольких ватт до сотен киловатт.

По принципу действия электромагнитные муфты разделяют на фрикционные, порошковые и муфты скольжения.

Типы электродвигателей, их устройство и схемы включения изучаются в курсе «Общая электротехника» и поэтому здесь не рассматриваются.

б) Гидравлические исполнительные механизмы

Гидравлические исполнительные механизмы преобразуют энергию рабочей среды, находящуюся под давлением в механическую энергию поступательного или вращательного движения.

В качестве рабочей среды в гидродвигателях чаще всего используется минеральное масло, сохраняющее свои свойства при воздействии на него высокого давления.

Различают две основных разновидности гидродвигателей: с поступательным движением (плунжерные, мембранные и поршневые) и с вращательным движением (шестеренчатые, лопастные, турбинные).

Гидродвигатели способны развивать очень большие усилия (0,03 - 0,3 МН) при малых габаритных размерах. По этим параметрам они превосходят все остальные двигатели. Они просты по конструкции, надежно работают и не нуждаются в редукторах для согласования с регулирующим органом. Гидравлические двигатели имеют одинаковый принцип действия с пневматическими исполнительными механизмами, их различие лишь в быстродействии.

в) Пневматические исполнительные механизмы

Пневматические исполнительные механизмы бывают мембранные, сильфонные и поршневые. В качестве рабочей среды в пневматических исполнительных механизмах служит сжатый воздух.

Пневматические исполнительные механизмы имеют одинаковый принцип действия с гидравлическими исполнительными механизмами, их различие в быстродействии, т.е. жидкости несжимаемы, а газы сжимаемы.

Регулирующие органы

Для непрерывного регулирования в запорно-регулирующих устройствах применяют дросселирующие регулирующие органы следующих типов: заслонки, клапаны, краны, шиберы и направляющие аппараты.

В заслонках изменение пропускной способности достигается поворотом заслонки (диска) в седле. Они просты по конструкции и имеют удовлетворительные регулировочные свойства. Заслонки можно устанавливать на вертикальных и горизонтальных участках трубопроводов.

Клапаны применяют для регулирования расходов газа, воздуха или пара при давлении до 20 МПа. В зависимости от числа положений их подразделяют на двух- и трехпозиционные. В зависимости от положения запирающего элемента при обесточенной катушке двухходовые клапаны делят на нормально закрытые и нормально открытые. В соответствии с типом дроссельного органа клапаны делят на золотниковые, диафрагмовые и шланговые.

Краны являются простейшими регулирующими органами, которые применяются для регулирования расхода потока в трубопроводах небольшого сечения.

Шиберы устанавливают в дымоходах котельных установок. Они предназначены для регулирования давления в рабочем пространстве парогенератора.

При изменении входной скорости газа или воздуха дымососов и вентиляторов изменяются их производительность и напор. На этом свойстве основано устройство регулирующего органа на базе направляющего аппарата. Регулирующий орган, выполненный в виде направляющего аппарата, практически безинерционен и более экономичен, чем регулирующий орган, использующий дросселирование потока.