КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА И ОБОРУДОВАНИЕ
КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА И ОБОРУДОВАНИЕ
Устройства и оборудование включения — отключения, управления электрических цепей называются коммутационными. Применяются они повсеместно, в бытовой или промышленной электросети — это выключатели, рубильники, УЗО, дифавтоматы, предохранители.
Системы распределения и преобразования энергии — реле, контакторы. Управление электрическими машинами — пускатели.
Аппараты должны отвечать требованиям руководящих документов по электробезопасности, стандартов — ГОСТ IEC/TR 61912-12013 (до 1000 В), ГОСТ Р 55716-2013 (высоковольтные — свыше 1000 В), ГОСТ 50345-99.
- предотвращать сваривание (залипание) контактов;
- гасить электрическую дугу возникающую при размыкании;
- выдерживать колебания вольт-амперной характеристики переходного процесса;
- защищать от сверх токов короткого замыкания.
- механические — коммутация осуществляется замыканием — размыканием контактов;
- бесконтактные — управление цепью производится полупроводниковыми элементами.
- с ручным управлением — выключатели, рубильники, пускатели;
- дистанционным управлением — реле, контакторы. Переключение режима работы происходит в результате воздействия электрического сигнала.
Устройство и принцип работы емкостных датчиков
Конструкция данных приборов сравнительно проста. Стандартный емкостный датчик — это конденсатор, который имеет плоскую или цилиндрическую форму. Одна из его пластин все время перемещается в пространстве. В ходе такого движения происходит изменение расстояния между пластинами, деформация диэлектрика, смена его положения, проницаемости и проч.
Емкость для плоского конденсатора выражается формулой:
, где
— относительная диэлектрическая проницаемость среды, заключенной между обкладками,
и
— площадь поверхности рассматриваемых обкладок и расстояние между ними соответственно.
Емкостные датчики функционируют следующим образом:
- Генератор формирует электрополе взаимодействия с объектом.
- Демодулятор способствует преобразованию изменения амплитуды высокочастотных колебаний генератора, а также изменению постоянного напряжения.
- Триггер позволяет создать нужный уровень фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.
- Усилитель обеспечивает увеличение выходного сигнала до оптимального уровня.
- Светодиодный индикатор отражает положение выключателя и позволяет оперативно настроить устройство.
- Компаунд обеспечивает требуемый уровень защиты от воздействия твердых тел и жидкости.
- Прочный корпус исключает вероятность повреждения конструкции в результате механических воздействий. Как правило, при его изготовлении используется латунь или полиамид.
Активная поверхность емкостных датчиков образуется металлическими электродами. Последние являются частью цепи обратной связи высокочастотного генератора. Приближаясь к активной поверхности емкостного датчика, объект оказывается под воздействием электрического поля. В этот момент генератор формирует колебания. Их амплитуда увеличивается в зависимости от того, насколько близко находится объект.
Приборы для измерения давлений ниже атмосферного называются вакуумметрами. Вакуумная техника охватывает весьма широкий диапазон давлений, при которых эксплуатируются оборудование и приборы, — от атмосферного до 10 -12 Па. Измерение давлений каким-либо одним вакуумметром в таком огромном диапазоне невозможно. Поэтому разработано и эксплуатируется большое количество вакуумметров, различающихся по принципу действия: жидкостные, компрессионные, деформационные, тепловые (термопарные и сопротивления), ионизационные (электронные и магнитные электроразрядные).
Жидкостные U-образные вакуумметры. Диапазон давлений, измеряемых U-образными вакуумметрами, лежит в пределах 10 . 10 4 Па. Конструктивно вакуумметр выполнен в виде изогнутой стеклянной трубки U-образной формы. В трубку заливают рабочую жидкость (ртуть или вакуумное масло) так, чтобы уровень в обоих коленах доходил до начального уровня измерительной части, нанесенной на корпус вакуумметра. Через открытый кран, смонтированный на входе, откачиваются оба колена вакуумметра, после чего они изолируются одно от другого. При изменении давления в системе уровни жидкости смещаются. Разность уровней жидкости в коленах характеризует измеряемое давление:
Жидкостные, компрессионные и деформационные вакуумметры относятся к приборам прямого действия. Их показания не зависят от рода газа, т.е. они измеряют непосредственно давление газа, поэтому их часто называют абсолютными. Остальные типы вакуумметров относительные, так как в их работе используется зависимость параметров физических процессов от давления в вакуумной системе. Неабсолютные вакуумметры обычно состоят из вакуумметрического преобразователя и измерительного блока. Они подвергаются периодической градуировке по компрессионному вакуумметру или на специальной градуировочной установке.
p=A-B=∆Hg
где А и В — отсчеты в коленах трубок; ∆Нg — разность уровней.
При заполнении трубки ртутью результат измерения давления выражается в мм рт.ст. При заполнении трубок маслом для выражения давления в мм рт.ст. разность уровней необходимо умножить на отношение удельного веса масла (0,8 г/см3) к удельному весу ртути (13,6 г/см3), т.е.
Рис. 4.2. Деформационный вакуумметр
Деформационные вакуумметры
Принцип действия деформационных (механических) вакуумметров (рис. 4.2) основан на деформации гибких элементов под действием разности давлений. В качестве деформационных элементов используются изогнутая полая и закрытая с одного конца пружина (трубка Бурдона), мембраны, сильфоны и т.п. Вакуумметр через трубку 4 подсоединяется к вакуумной системе. Наружная поверхность трубки Бурдона 2 всегда подвергается действию атмосферного давления. Если внутри трубки также атмосферное давление, то стрелка манометра 1, прикрепленная через механизм поворота 3 к трубке, стоит на нуле шкалы. При понижении давления в вакуумной системе с подсоединенным вакуумметром под действием разности давлений, действующих на наружную и внутреннюю поверхности, трубка сжимается и подвижной конец пружины перемещается, заставляя перемещаться стрелку. Показание шкалы n, против которого остановилась стрелка, определяет разность давлений атмосферного ра и внутри трубки р. Следовательно, давление в вакуумной системе.
Аналогично работают вакуумметры с другими деформационными элементами с разницей лишь в механическом устройстве перемещения стрелки.
Деформационные вакуумметры менее точны по сравнению с жидкостными, но они находят большее применение в производстве благодаря своей прочности, малым габаритным размерам и удобству в эксплуатации. Выпускаются такие вакуумметры как для измерения вакуума, так и для измерения избыточных давлений.
Компрессионный вакуумметр
Принцип работы компрессионного вакуумметра основан на применении закона Бойля-Мариотта. Вакуумметр относится к числу абсолютных, но из-за неудобства в эксплуатации его применение ограничено чтением лабораторных задач, в частности градуировкой относительных вакуумметров.
Вакуумметр (рис. 4.3) состоит из стеклянного баллона 3 с измерительным капилляром 2, верхний конец которого запаян. К нижней части баллона припаяна трубка, через которую вакуумметр подсоединяется к вакуумной системе. Трубка имеет ответвление — сравнительный капилляр 1, внутренний диаметр которого одинаков с измерительным.
К нижнему концу трубки присоединяется приспособление 4, содержащее ртуть и обеспечивающее ее поднятие в процессе измерения давления.
При измерении давления осуществляется подъем ртути в измерительном капилляре до определенного уровня. Зная объем измерительной полости (градуируется при изготовлении манометра) и, измеряя объем сжатого газа, по закону Бойля-Мариотта определяется давление в вакуумной системе:
pV1=(h1-h2)V2 или p= V2/ V1(h1-h2)
При градуировке выбирают метку 1 на измерительном капилляре, до которой поднимают ртуть, и определяют постоянную вакуумметра
с=V2/ V1=(d4/4)l/V1 тогда р = с (h1-h2).
Тепловые вакуумметры
Тепловые вакуумметры состоят из измерительного блока и преобразователя.
Принцип действия тепловых преобразователей основан на зависимости теплопередачи через разреженный газ от давления. Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, в котором расположена электродная система преобразователя. Металлическая нить нагревается в вакууме путем пропускания тока.
К тепловым относятся термопарный преобразователь и преобразователь сопротивления. Схемы их включения показаны на рис. 4.4.
Термопарный преобразователь представляет собой стеклянный или металлический баллон, в котором на вводах смонтированы подогреватель и приваренная к нему термопара. Подогреватель нагревается током, регулируемым переменным сопротивлением и измеряемым миллиамперметром.
Температура нагреваемой нити измеряется термопарой 3. При неизменном токе накала нити вследствие изменения давления в баллоне 1 преобразователя, присоединенном к вакуумной системе, изменяется температура нити и, соответственно, термо-ЭДС, по величине которой определяют давление.
Преобразователь сопротивления выполнен в виде стальной трубки, внутри которой натянута нить накала. Пропускаемый через нить ток регулируется переменным сопротивлением и измеряется миллиамперметром.
Рис. 4.4. Электрические схемы питания
термопарного (а) и терморезисторного (б) преобразователей:
1, 4 — термопарный и терморезисторный преобразователи
В преобразователе сопротивления используется зависимость сопротивления нити от температуры, а, следовательно, от давления. Ток накала нити измеряется миллиамперметром, включенным последовательно с ней в мостовую схему измерения. При неизменном токе накала нити вследствие изменения давления в баллоне преобразователя изменяется ее температура и, соответственно, сопротивление, вызывающее разбаланс моста, по величине которого определяют давление.
Тепловые преобразователи градуируют по компрессионному вакуумметру или на специальной градуировочной установке по сухому воздуху или азоту. Тепловые преобразователи могут работать в режиме как постоянного тока, так и постоянной температуры нити.
Показания тепловых преобразователей зависят от рода газа. Для регистрации давлений чистых газов, отличных от воздуха, можно пользоваться типовой градуировочной кривой (приводится в паспорте преобразователя) для сухого воздуха, умножая полученные по этой кривой величины давления на соответствующие коэффициенты, приведенные в табл. 4.1.