Elementi di base dell'automazione

Qualsiasi dispositivo automatico è costituito da elementi interconnessi il cui compito è quello di trasformare qualitativamente o quantitativamente il segnale che ricevono.

Elemento di automazione — Fa parte del dispositivo di un sistema di controllo automatico in cui vengono effettuate trasformazioni qualitative o quantitative di grandezze fisiche. Oltre alla conversione di grandezze fisiche, l'elemento di automazione serve a trasmettere un segnale dall'elemento precedente al successivo.

Gli elementi inclusi nei sistemi automatici svolgono varie funzioni e, a seconda del loro scopo funzionale, sono suddivisi in organi di percezione, trasformazione, esecuzione, regolazione e correzione (elementi), nonché elementi per l'addizione e la sottrazione di segnali.

Organi percettivi (elementi sensoriali) sono progettati per misurare e convertire un valore controllato o controllato dell'oggetto di controllo in un segnale conveniente per la trasmissione e l'ulteriore elaborazione.

Esempi: sensori per la misurazione della temperatura (termocoppie, termistori), umidità, velocità, forza, ecc.

Amplificatori (elementi), amplificatori — dispositivi che, senza modificare la natura fisica del segnale, producono solo amplificazione, cioè aumentandolo al valore richiesto. I sistemi automatici utilizzano amplificatori meccanici, idraulici, elettronici, magnetici, elettromeccanici (relè elettromagnetici, avviatori magnetici), macchine elettriche, ecc.

Organi in trasformazione (elementi) convertire segnali di una natura fisica in segnali di un'altra natura fisica per comodità nell'ulteriore trasmissione ed elaborazione.

Esempi: convertitori da non elettrici a elettrici.

Organi esecutivi (elementi) hanno lo scopo di modificare il valore dell'azione di controllo sull'oggetto di controllo, se l'oggetto è un'unità con il corpo di controllo, o di modificare i valori di input (coordinate) del corpo di controllo, che dovrebbe essere considerato anche come un elemento di sistemi automatici. Secondo il principio di funzionamento e progettazione, gli elementi esecutivi e regolatori sono diversi.

Esempi: elementi riscaldanti in sistemi di controllo della temperatura, valvole ad azionamento elettrico e valvole in sistemi di controllo di liquidi e gas, ecc.

Organi direttivi (elementi) sono progettati per impostare il valore richiesto della variabile controllata.

Corpi correttivi (elementi) servono a correggere i sistemi automatici al fine di migliorarne il funzionamento.

A seconda delle funzioni svolte dagli elementi di automazione, possono essere suddivisi in sensori, amplificatori, stabilizzatori, relè, distributori, motori, ecc.

Sensore (corpo di misurazione, elemento sensore) — un elemento che converte una quantità fisica in un'altra, più conveniente per l'uso in un dispositivo automatico.

I sensori più comuni sono quelli che convertono grandezze non elettriche (temperatura, pressione, flusso, ecc.) in grandezze elettriche. Tra questi ci sono sensori parametrici e generatori.

I sensori parametrici sono quelli che convertono il valore misurato in un parametro del circuito elettrico: corrente, tensione, resistenza, ecc.

Ad esempio, un sensore di contatto della temperatura converte una variazione di temperatura in una variazione della resistenza del circuito elettrico da un minimo quando i contatti sono chiusi a un valore infinitamente elevato quando i contatti sono aperti. Questo articolo è un sensore di temperatura installato nei ferri da stiro domestici.

Riso. 1. Schema di regolazione della temperatura di riscaldamento per contatto termico

A ferro freddo, il contatto termico, sensibile alle variazioni di temperatura, si chiude e quando il ferro viene acceso, una corrente scorre attraverso l'elemento riscaldante, che lo riscalda.Quando la piastra del ferro raggiunge la temperatura di contatto, apre e disconnette l'elemento riscaldante dalla rete.

Un generatore è chiamato sensore che converte il valore misurato in EMF, ad esempio una termocoppia utilizzata insieme a un voltmetro per misurare la temperatura. La fem alle estremità di tale termocoppia è proporzionale alla differenza di temperatura tra le giunzioni fredde e calde.

Riso. 2. Dispositivo termocoppia

Il dispositivo e il principio di funzionamento della termocoppia. Il corpo di lavoro della termocoppia è un elemento sensibile costituito da due diversi termoelettrodi 9 saldati insieme all'estremità 11, che è un giunto a caldo.I termoelettrodi sono isolati per tutta la loro lunghezza mediante isolatori 1 e inseriti in raccordi di protezione 10. Le estremità libere dell'elemento sono collegate ai contatti 7 della termocoppia posta nella testa 4, la quale è chiusa con un coperchio 6 con guarnizione 5 Il termoelettrodo positivo è collegato ad un contatto con segno «+».

La sigillatura dei manicotti termoelettrodici 9 viene eseguita utilizzando un composto epossidico 8. L'estremità di lavoro della termocoppia è isolata dal rinforzo protettivo con una punta in ceramica, che può mancare in alcuni modelli per ridurre l'inerzia termica. Le termocoppie possono avere un nipplo 2 per il montaggio sul campo e un nipplo 3 per l'ingresso dei cavi di collegamento dei contatori.

Maggiori informazioni sulla classificazione, dispositivo e principio di funzionamento delle termocoppie in questo articolo: Convertitori termoelettrici

Differenze tra sensori parametrici e generatori

Nei sensori parametrici, il segnale di ingresso modifica ogni parametro del sensore (resistenza, capacità, induttanza) e il suo segnale di uscita di conseguenza. Per il loro funzionamento è necessaria una fonte di alimentazione esterna. I sensori del generatore generano campi elettromagnetici sotto l'azione del segnale di ingresso e non richiedono una fonte di alimentazione aggiuntiva.

Maggiori informazioni sui diversi tipi di sensori qui: sensori del potenziometro, sensori induttivi

Altri elementi di automazione

Amplificatore - un elemento in cui le quantità di input e output hanno la stessa natura fisica ma sono trasformate quantitativamente. L'effetto di amplificazione si ottiene utilizzando l'energia della fonte di alimentazione.Negli amplificatori elettrici si distinguono il guadagno di tensione ku = Uout /Uin, il guadagno di corrente ki=Iout/Azin e il guadagno di potenza kstr=ktics.

Qualsiasi generatore di macchine elettriche può fungere da amplificatore. Un piccolo cambiamento nell'eccitazione in esso porta a un cambiamento significativo nel segnale di uscita: corrente o tensione di carico. La fonte di alimentazione è un motore che aziona il generatore in rotazione.

Esempi di amplificatori precedentemente utilizzati attivamente nella propulsione elettrica: amplificatori per macchine elettriche, amplificatori magnetici… Attualmente, amplificatori e convertitori vengono utilizzati attivamente per questi scopi. tiristori E transistor ad alta frequenza di commutazione.

Stabilizzatore: un elemento di automazione che fornisce un valore quasi costante del valore di uscita quando il valore di ingresso cambia entro i limiti specificati. La caratteristica principale dello stabilizzatore è il coefficiente di stabilizzazione, che indica quante volte la variazione relativa del valore di ingresso è maggiore della variazione relativa del valore di uscita. Gli stabilizzatori di corrente e tensione sono utilizzati nei dispositivi elettrici.

Maggiori informazioni sugli stabilizzatori qui: Stabilizzatori di tensione ferrorisonanti E Stabilizzatori di tensione elettronici

Relè - un elemento in cui, quando viene raggiunto un certo valore di ingresso, il valore di uscita cambia bruscamente. I relè vengono utilizzati per fissare determinati valori del valore di ingresso, amplificare il segnale e trasmettere contemporaneamente il segnale a diversi circuiti elettricamente non correlati.I più comuni sono vari design relè di controllo elettromagnetico.

Distributore: un elemento di automazione che fornisce la commutazione alternativa dei circuiti di trasmissione del segnale. La distribuzione è più spesso utilizzata nei circuiti elettrici. Un esempio di un distributore è un cercatore di passi.

Motore — un meccanismo che converte parte dell'energia in energia meccanica. I motori elettrici sono spesso utilizzati nei dispositivi di automazione, ma vengono utilizzati anche quelli pneumatici. Nell'automazione, i dispositivi più comuni di questo tipo sono motori passo-passo.

Trasmettitore: un dispositivo progettato per convertire una quantità in un'altra, conveniente per la trasmissione su un canale di comunicazione. Oltre alla funzione principale, il trasmettitore esegue solitamente la codifica del valore convertito, che consente di utilizzare i canali di comunicazione in modo efficiente e ridurre l'influenza delle interferenze sul segnale trasmesso.

Ricevitore — un dispositivo che converte il segnale ricevuto sul canale di comunicazione in un valore conveniente per la percezione da parte degli elementi del sistema di automazione. Se il segnale è codificato durante la trasmissione, nel ricevitore è incluso un decodificatore. Ricevitori e trasmettitori sono attivamente utilizzati in sistemi di telecontrollo e telesegnalazione.