Elementos básicos de automação

Qualquer dispositivo automático consiste em elementos interconectados cuja tarefa é transformar qualitativa ou quantitativamente o sinal que recebem.

elemento de automação — Faz parte do dispositivo de um sistema de controle automático no qual são realizadas transformações qualitativas ou quantitativas de quantidades físicas. Além da conversão de grandezas físicas, o elemento de automação serve para transmitir um sinal do elemento anterior ao seguinte.

Os elementos incluídos nos sistemas automáticos desempenham várias funções e, dependendo de sua finalidade funcional, são subdivididos em órgãos (elementos) de percepção, transformação, execução, ajuste e correção, bem como elementos para adicionar e subtrair sinais.

Órgãos perceptivos (elementos sensoriais) são projetados para medir e converter um valor controlado ou controlado do objeto de controle em um sinal conveniente para transmissão e processamento posterior.

Exemplos: sensores para medição de temperatura (termopares, termistores), umidade, velocidade, força, etc.

Amplificadores (elementos), amplificadores — dispositivos que, sem alterar a natureza física do sinal, produzem apenas amplificação, ou seja, aumentando-o para o valor necessário. Os sistemas automáticos usam amplificadores de máquinas mecânicas, hidráulicas, eletrônicas, magnéticas, eletromecânicas (relés eletromagnéticos, acionadores magnéticos), etc.

Órgãos transformadores (elementos) converter sinais de uma natureza física em sinais de outra natureza física para conveniência em transmissão e processamento posteriores.

Exemplos: Conversores não elétricos para elétricos.

Órgãos executivos (elementos) destinam-se a alterar o valor da ação de controle no objeto de controle, se o objeto for uma unidade com o corpo de controle, ou alterar os valores de entrada (coordenadas) do corpo de controle, que também devem ser considerados como um elemento de sistemas automáticos. De acordo com o princípio de operação e design, os elementos executivos e reguladores são diversos.

Exemplos: elementos de aquecimento em sistemas de controle de temperatura, válvulas acionadas eletricamente e válvulas em sistemas de controle de líquidos e gases, etc.

Órgãos Diretivos (Elementos) são projetados para definir o valor necessário da variável controlada.

Corpos corretivos (elementos) servem para corrigir sistemas automáticos a fim de melhorar o seu funcionamento.

Dependendo das funções desempenhadas pelos elementos de automação, eles podem ser divididos em sensores, amplificadores, estabilizadores, relés, distribuidores, motores, etc.

Sensor (corpo de medição, elemento sensor) — um elemento que converte uma quantidade física em outra, mais conveniente para uso em um dispositivo automático.

Os sensores mais comuns são aqueles que convertem grandezas não elétricas (temperatura, pressão, vazão, etc.) em elétricas. Entre eles estão sensores paramétricos e geradores.

Os sensores paramétricos são aqueles que convertem o valor medido em um parâmetro do circuito elétrico — corrente, tensão, resistência, etc.

Por exemplo, um sensor de contato de temperatura converte uma mudança na temperatura em uma mudança na resistência do circuito elétrico de um mínimo quando os contatos estão fechados para infinitamente alto quando os contatos estão abertos. Este item é um sensor de temperatura instalado em ferros domésticos.

Arroz. 1. Esquema de regulação da temperatura de aquecimento por contato térmico

Em um ferro frio, o contato térmico, sensível às mudanças de temperatura, fecha e, quando o ferro é ligado, uma corrente passa pelo elemento de aquecimento, que o aquece. Quando a placa do ferro atinge a temperatura de contato, ele abre e desconecta o elemento de aquecimento da rede.

Um gerador é chamado de sensor que converte o valor medido em EMF, por exemplo, um termopar usado em conjunto com um voltímetro para medir a temperatura. A fem nas extremidades de tal termopar é proporcional à diferença de temperatura entre as junções frias e quentes.

Arroz. 2. Dispositivo de termopar

O dispositivo e o princípio de funcionamento do termopar. O corpo de trabalho do termopar é um elemento sensível que consiste em dois diferentes termoeletrodos 9 soldados entre si na extremidade 11, que é uma junta quente.Os termoeletrodos são isolados em todo o seu comprimento por meio de isoladores 1 e colocados em encaixes de proteção 10. As pontas livres do elemento são conectadas aos contatos 7 do termopar localizado no cabeçote 4, que é fechado com tampa 6 com gaxeta 5 .O termoeletrodo positivo é conectado a um contato com sinal «+».

A vedação das mangas do termoeletrodo 9 é realizada com um composto epóxi 8. A extremidade de trabalho do termopar é isolada do reforço de proteção com uma ponta de cerâmica, que pode faltar em alguns projetos para reduzir a inércia térmica. Os termopares podem ter um niple 2 para montagem em campo e um niple 3 para entrada nos fios de conexão dos medidores.

Leia mais sobre a classificação, dispositivo e princípio de funcionamento dos termopares neste artigo: conversores termoelétricos

Diferenças entre sensores paramétricos e geradores

Em sensores paramétricos, o sinal de entrada altera cada parâmetro do sensor (resistência, capacitância, indutância) e seu sinal de saída de acordo. É necessária uma fonte de alimentação externa para o seu funcionamento. Os sensores do gerador geram EMF sob a ação do sinal de entrada e não requerem uma fonte de energia adicional.

Leia mais sobre os diferentes tipos de sensores aqui: sensores de potenciômetro, sensores indutivos

Outros elementos de automação

Amplificador — um elemento no qual as quantidades de entrada e saída têm a mesma natureza física, mas são transformadas quantitativamente. O efeito de amplificação é obtido usando a energia da fonte de alimentação.Em amplificadores elétricos, o ganho de tensão ku = Uout /Uin, o ganho de corrente ki=Iout/Azin e o ganho de potência kstr=ktics são diferenciados.

Qualquer gerador de máquina elétrica pode servir como um amplificador. Uma pequena mudança na excitação leva a uma mudança significativa no sinal de saída - corrente ou tensão de carga. A fonte de energia é um motor que aciona o gerador em rotação.

Exemplos de amplificadores previamente usados ​​ativamente na propulsão elétrica: amplificadores de máquinas elétricas, amplificadores magnéticos… Atualmente, amplificadores e conversores são usados ​​​​ativamente para esses fins. tiristores e transistores de alta frequência de comutação.

Estabilizador - um elemento de automação que fornece um valor quase constante do valor de saída quando o valor de entrada muda dentro dos limites especificados. A principal característica do estabilizador é o coeficiente de estabilização, que indica quantas vezes a variação relativa do valor de entrada é maior que a variação relativa do valor de saída. Os estabilizadores de corrente e tensão são usados ​​em dispositivos elétricos.

Leia mais sobre estabilizadores aqui: Estabilizadores de tensão ferrorressonantes e Estabilizadores eletrônicos de tensão

Relé - um elemento no qual, ao atingir um determinado valor de entrada, o valor de saída muda abruptamente. Os relés são usados ​​​​para fixar certos valores do valor de entrada, amplificar o sinal e transmitir simultaneamente o sinal para vários circuitos não relacionados eletricamente. Os mais comuns são vários designs relé de controle eletromagnético.

Distribuidor — um elemento de automação que fornece comutação alternativa de circuitos de transmissão de sinal. A distribuição é mais usada em circuitos elétricos. Um exemplo de um distribuidor é um localizador de passos.

Motor — um mecanismo que converte parte da energia em energia mecânica. Os motores elétricos são mais usados ​​em dispositivos de automação, mas os pneumáticos também são usados. Na automação, os dispositivos mais comuns deste tipo são motores de passo.

Transmissor — um dispositivo projetado para converter uma quantidade em outra, conveniente para transmissão em um canal de comunicação. Além da função principal, o transmissor geralmente realiza a codificação do valor convertido, o que possibilita o uso eficiente dos canais de comunicação e reduz a influência de interferências no sinal transmitido.

Receptor - dispositivo que converte o sinal recebido no canal de comunicação em um valor conveniente para a percepção dos elementos do sistema de automação. Se o sinal for codificado durante a transmissão, um decodificador é incluído no receptor. Receptores e transmissores são usados ​​ativamente em sistemas de telecontrole e telesinalização.