При автоматизации производственных процессов широко применяют такие аппараты, как датчики, реле, бесконтактные элементы в сочетании с контакторами и автоматами.
Датчики предназначены для контроля параметров или положения механизма в системах автоматического управления. Датчик автоматически срабатывает при достижении контролируемым параметром заданной величины и подает импульс в схему управления, воздействуя на изменение технологического процесса или положение управляемого механизма. В промышленности применяются в основном индукционные датчики и датчики температуры.
Индукционный датчик может выполнять роль путевого выключателя, срабатывающего без механического воздействия производстве иного механизма (рис. 50, г). Когда якорь 1 занимает положение, показанное сплошной линией, магнитопровод 2 разомкнут. Индуктивность катушки LK незначительна, и через нее проходит ток, обеспечивающий притяжение якоря реле РП. При передвижении якоря в положение, показанное пунктирной линией, магнитопровод замыкается, что приводит к резкому возрастанию индуктивности (индуктивного сопротивления), и ток в цепи резко падает. Реле РП срабатывает, подавая сигнал в схему управления.
Рис. 51. Реле максимального тока
Датчики температуры — термопары и терморезисторы — преобразуют тепловое воздействие в электрический импульс. Термопара состоит из двух различных проводников, например хромеля и алюмеля. Концы их спаивают и помещают в исследуемую среду; вторые концы подсоединяют в схему. Возникающая в спае термо-ЭДС зависит от разности температур нагретых и холодных концов и используется для подачи импульсов в схему управления процессом. Изменение сопротивления преобразуется в импульс и подается в цепь управления.
В промышленности широко используются следующие реле: времени, максимального тока, тепловое, поляризованное, скорости.
Обычно эти реле выполняются с контактами (подвижными и неподвижными) и бесконтактными.
Реле времени служит для обеспечения работы схем управления и автоматики с соблюдением требуемой последовательности и продолжительности включения и отключения аппаратов. Оно отличается от обычного реле мгновенного действия наличием устройства, обеспечивающего замедленное срабатывание контактной системы и построенного на электронной, пневматической, механической и других системах. В электромагнитном реле с магнитным демпфированием происходит замедленное спадание магнитного потока при отключении втягивающей (рабочей) катушки. Замедление (магнитное демпфирование) может осуществляться с помощью короткозамкнутой катушки или медной гильзы, насаженной на сердечник В некоторых случаях применяют алюминиевое основание, которое служит одновременна каркасом рабочей катушки и демпфирующим устройством. Применяют также электромагнитные реле времени, у которых время срабатывания обеспечивается замыканием накоротко цепи втягивающей катушки при отключении реле от сети.
Выдержка времени реле регулируется изменением натяжения отключающей пружины, толщины немагнитной прокладки между якорем и сердечником и толщины гильзы. С увеличением толщины прокладки и сечения гильзы время срабатывания увеличивается. Время отпускания реле может быть получено порядка 10 —15 с. В цепях .переменного тока реле с магнитным демпфированием могут применяться только с выпрямителями. На переменном токе не обеспечивается нужная выдержка времени из-за изменения тока во времени.
Реле максимального тока (рис. 51, а) срабатывает, если величина тока в цепи катушки 1, включенной в первичную цепь, больше заданной. Якорь 2 притягивается к сердечнику 3 и замыкает контакты 4, которые включены в цепь управления. Электромагнитные реле могут выполняться с поворотным якорем (рис. 51, б). Магнитопровод 1 имеет выступающие полюса, на которых располагают обмотки 2.
Стальной якорь 3 может вращаться вокруг оси, расположенной в центре, вместе с подвижным контактом 4. При протекании по катушкам 2 тока срабатывания момент, действующий на якорь, преодолевает противодействующий момент пружины 5 и поворачивается, замыкая контакты 6 в цепи управления (ЦУ).
Принцип действия теплового реле поясняется рис. 52, а. Ток контролируемой установки проходит по нагревательному элементу 1, рядом с которым находится биметаллический элемент 2, удерживаемый рычагом 3. При прохождении тока выше предельного нижняя пластина, имеющая больший коэффициент линейного расширения, прогибается вверх. Освобождающийся рычаг 3 под действием пружины 4 размыкает контакты 5 в цепи управления. Реле может выполняться и на замыкание контактов.
Рис. 52. Принципы действия реле:
а — теплового; б — поляризованного; в — реле скорости
Поляризованное реле реагирует как на значение тока (или напряжения), проходящего по его катушке, так и на его направление (полярность). При обесточенной цепи катушки 1 (рис. 52, б) магнитный поток постоянного магнита проходит по подвижному якорю 2, воздушному зазору δ и разветвляется равномерно на обе стороны по магнитопроводу. Подвижный якорь 2 не испытывает никаких усилий и находится в среднем положении.
При прохождении тока по катушке I в магнитопроводе образуется поток, который в одном плече магнитопровода складывается с потоком постоянного магнита, образуя поток в другом плече потоки вычитаются, так как поток, создаваемый катушкой, направлен встречно потоку постоянного магнита:результирующий поток Ф2 получается меньше потока Ф1. При определенном токе срабатывания Iср в катушке поток Ф1 оказывается настолько больше потока Ф2, что подвижный якорь притягивается вправо, замыкая контакты К1. Изменив направление тока в катушке (изменение полярности), можно добиться замыкания контактов К2. Контакты К1 и К2 находятся в цепи управления. При включении одного из них замыкается соответствующая цепь и подается импульс (сигнал) на изменение режима работы электроустановки.
Реле скорости относится к неэлектрическим реле управления. Оно может быть механическим, построенным по принципу работы центробежного регулятора. На рис. 52,в показано реле контроля скорости С постоянным магнитом 1, который соединен с валом двигателя и вращается внутри цилиндра 2 имеющего внутри короткозамкнутую обмотку. При увеличении скорости двигателя увеличивается и момент, действующий на цилиндр 2. По достижении определенной скорости цилиндр поворачивается и замыкает один из контактов 3, находящихся в цепи управления. Замыкание левого или правого контакта 3 зависит от направления вращения двигателя.
Бесконтактные реле широко применяют в схемах управления и автоматики. Это — реле на магнитных усилителях, полупроводниковые. Весьма перспективно применение кремниевых управляемых вентилей в схемах бесконтактного автоматического управления. При высоком КПД они имеют малую мощность управления и практически неограниченный срок службы.
Введение положительной обратной связи в сочетании с бесконтактными полупроводниковыми реле позволило расширить границы применения их в различных схемах автоматики. Реле с положительной обратной связью (триггеры) широко применяют как логические элементы в схемах счетно-решающих устройств.
