Технические средства автоматики и телемеханики, служащие для получения контрольной информации, передачи, преобразования и хранения ее, сравнения контрольной и программной информации, формирования командной информации, передачи и использования командной информации для воздействия на управляемый процесс, состоят из сочетаний простейших функциональных ячеек — элементов, производящих одну или иногда несколько операций с сигналами.
Элементы, выполняющие одни и те же функции, т. е. одни и те же операции с сигналами, могут быть построены на самых различных принципах действия. Это дает широкие возможности для поиска наилучших решений в каждой из конкретных задач по созданию технических средств автоматики.
Одним из основных и важнейших видов элементов являются электромеханические элементы, использующие электрические, магнитные или тепловые явления и процессы для установления связей между входными и выходными сигналами. Задача расчета и проектирования элемента автоматики и телемеханики состоит как в определении функциональных характеристик элемента, так и в определении его точности и надежности. Поэтому в книге уделено значительное место вопросам надежности. Рассмотрены общие зависимости, определяющие надежность, и основные физические и физико-химические процессы, вызывающие появление отказов. На примере электромагнитного реле в целом и его составных частей (обмотки и контактов) показано применение общих зависимостей для расчета надежности конкретного вида элемента.
з
Современное представление об элементах как функциональных ячейках, производящих различные операции с сигналами, способствует развитию работ по изысканию новых физических принципов построения элементов автоматических и телемеханических устройств. За последние годы появились новые виды электромеханических элементов, использующих изменение электрических или магнитных параметров под влиянием механических, тепловых, электрических или магнитных воздействий. Это заставило ввести в книгу описание принципов устройства и действия, рассмотрение основных характеристик и начала расчетов важнейших из новых элементов.
В книге различные виды элементов расположены по физическому принципу их действия, так как это позволяет наиболее логично и просто изложить физические основы, характеристики, методы расчета и основные конструктивные формы элементов, использующих данный принцип действия. Функциональное использование элементов определяется их характеристиками.
Книга предназначена для студентов как учебное пособие при изучении курса и выполнении проектов по электромеханическим элементам автоматики и телемеханики. Она может быть также использована инженерами и конструкторами при проектировании устройств автоматики и телемеханики.
Автор приносит свою благодарность рецензентам: профессору, доктору техн. наук Б. И. Доманскому и профессору, доктору техн. наук С. П. Колосову, давшим много ценных замечаний и полезных советов.
Особую благодарность автор выражает доценту, канд. техн. наук В. И. Нефедовой, проведшей большую работу по подготовке книги к изданию.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Задачей автоматических устройств является получение, передача, преобразование, обработка, хранение и сравнение информации; формирование новой информации; использование информации для воздействия на управляемый процесс.
Информацию выражают в виде сигналов. Под сигналом подразумевают условное изменение вещественного (длина, цвет, форма и т. д.) или энергетического параметра (тока, напряжения, давления и т. п.), однозначно связанное с воспринимаемой или передаваемой информацией. В автоматических устройствах в качестве сигналов используют энергетические параметры, так как их легко генерировать, формировать, передавать, преобразовывать.
В качестве сигналов применяются следующие параметры:
1. При использовании электрической энергии — величина постоянного тока и напряжения; амплитуда, длительность импульсов, промежуток между импульсами, частота, число или код из импульсов постоянного тока; амплитуда напряжения, амплитуда тока, частота и фаза переменного тока; амплитуда, длительность, промежуток между импульсами и частота импульсов, число импульсов или код из импульсов переменного тока.
2. При использовании энергии сжатого воздуха (пневматической) или газа —• величина давления; величина потока воздуха (газа).
3. При использовании энергии жидкости под давлением — величина давления; величина потока рабочей жидкости.
5
4. При использовании механической энергии — величина усилия (момента), величина перемещения (линейного или углового), величина скорости (угловой).
В процессе работы автоматических устройств с сигналами приходится производить следующие основные операции:
1 — получение сигнала, однозначно связанного с информацией о контролируемом параметре;
2 — преобразование сигнала по роду энергии;
3 — преобразование сигнала по виду (например, непрерывного в импульсный и т. д.);
4 — преобразование сигнала по величине (усиление);
5 — преобразование сигнала по функциональной зависимости (между входным и выходным сигналами);
6 — сравнение сигналов;
7 — логические операции с сигналами;
8 — распределение сигналов по различным путям;
9 — хранение сигналов;
10 — использование сигналов для воздействия на управляемый процесс.
Простейшие автоматические устройства, предназначенные для выполнения одной из указанных основных операций, называются элементами. В ряде случаев элементы строятся так, что одновременно выполняют две и более операции с сигналами. Из элементов совместно с источниками питания и другими вспомогательными частями образуются основные функциональные автоматические устройства. Функциональные автоматические устройства в необходимых сочетаниях образуют системы автоматического контроля, регулирования и управления.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие......................... 3
Введение .......................... 5
Глава первая. Основные понятия............. 7
1-1. Функциональная связь................ 7
1-2. Элементы с непосредственным преобразованием ... 10
1-3. Элементы с промежуточными преобразованиями ... 15 1-4. Согласование характеристик и основные параметры
элементов с промежуточными преобразованиями ... 16
Глава вторая. Схемы формирования сигналов...... 19
2-1. Схемы формирования электрических сигналов при наличии элементов—генераторов............ 19
2-2. Схемы формирования электрических сигналов при наличии элементов—модуляторов............ 21
2-3. Схемы формирования пневматических и гидравлических сигналов.................... 34
Глава третья. Основные характеристики и параметры
элементов....................... 43
3-1. Основные характеристики и параметры элементов с непрерывным преобразованием (датчиков, усилителей и
т. п.)........................ 43
3-2. Параметры и характеристики элементов с релейным
преобразованием (реле)............... 48
3-3. Надежность элементов............... 52
3-4. Граничные характеристики............. 58
3-5. Физика отказов; надежность изоляционных материалов 60 3-6. Надежность частей, определяемых свойством проводниковых материалов................. 64
3-7. Надежность, определяемая свойствами и условиями работ конструкционных материалов (надежность механических деталей).................. 69
Глава четвертая. Элементы, воспринимающие изменение механических величин.............. 74
4-1. Контакты...................... 74
4-2. Датчики перемещения................ 127
4-3. Датчики величины усилия.............. 160
4-4i Датчики скорости.................. 171
4-5. Динамические характеристики механических датчиков 174
К7Л
Глава пятая. Термические элементы.......... l8l
5-1. Расчет теплопередачи................ 181
5-2. Динамические характеристики тепловых элементов . . 188
5-3. Элементы с изменяющимся удельным сопротивлением 196
5-4. Датчики с изменяющейся емкостью......... 217
5-5. Датчики с изменяющейся индуктивностью...... 218
5-6. Датчики с термо-э. д. с............... 221
5-7. Элементы с промежуточными преобразованиями . . . 227
Глава шестая. Магнитные элементы........... 250
6-1. Общие сведения о магнитных системах....... 250
. А. Электромагнитные элементы............ 277
- 6-2. Типы электромагнитных систем............ 277
6-3. Характеристики противодействующих усилий (механические характеристики)............... 279
6-4. Выбор параметров механической характеристики . . 290
6-5. Расчет магнитной системы............ . 296
6-6. Расчет обмотки................. . 316
6-7. Нагрев обмотки.................. 329
6-8. Надежность работы обмотки............ 333
6-9. Определение н. с. срабатывания и отпускания и расчет обмоточных данных стандартных типов электромагнитных реле.................. 336
6-10. Включение и отключение реле при Е = const .... 342 6-11. Динамика работы реле при его срабатывании и отпускании ....................... 353
6-12. Электромагнитные системы переменного тока .... 360 6-13. Электрические и механические методы изменения
временных параметров реле............ 372
6-14. Вопросы выбора габаритов магнитной системы . . . 387 6-15. Надежность срабатывания и отпускания реле .... 391 6-16. Влияние внешних факторов на срабатывание и отпускание реле.................... 393
6-17. Поляризованные электромагнитные системы..... 396
6-18. Электромагнитные датчики............. 403
6-19. Электромагниты и электромагнитные клапаны .... 409
6-20. Электромагнитные муфты.............. 415
Б. Магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные элементы................. 434
6-21. Магнитоэлектрические элементы.......... 434
6-22. Электродинамические системы............ 446
6-23. Индукционные системы............... 449
6-24. Муфты скольжения................. 458
В. Резонансные системы реле и датчиков........ 461
6-25. Электромеханические резонансные элементы..... 461
6-26. Электрические резонансные элементы........ 470
6-27. Магнитострикционные исполнительные элементы . . . 473
6-28. Магнитоуправляемые контакты........... 477
Глава седьмая. Электромагнитные и магнитные элементы с прямым преобразованием............ 483
А. Элементы с изменяющимся сопротивлением..... 483
7-1. Гальваномагнитные элементы............ 483
7-2. Элементы, использующие явление сверхпроводимости
(криотроны)..................... 484
575
Б. Элементы с изменяющейся индуктивностью и взаимной
индуктивностью................... 492
7-3. Элементы с замкнутой магнитной цепью....... 492
7-4. Элементы с разомкнутой магнитной цепью (зонды) . . 528 7-5. Магнитные элементы с прямоугольной петлей гистерезиса ........................ 532
7-6. Элементы с тонкими магнитными пленками...... 547
В. Элементы с изменяющейся э. д. с.......... 551
7-7* Элементы, использующие эффект Холла....... 551
Глава восьмая. Электрические элементы......... 560
8-1. Электростатические элементы............ 560
8-2. Эффект Ионсона—Рабека.............. 561
8-3. Электростатические элементы с полужидким диэлектриком ....................... 563
8-4. Биморфные элементы................ 563
8-5. Элементы с нелинейными сопротивлениями...... 565
8-6. Элементы с нелинейными емкостями......... 567
Литература......................... 573
Цена: 300руб.
