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:

1. Генератор формирует электрополе взаимодействия с объектом.
2. Демодулятор способствует преобразованию изменения амплитуды высокочастотных колебаний генератора, а также изменению постоянного напряжения.
3. Триггер позволяет создать нужный уровень фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.
4. Усилитель обеспечивает увеличение выходного сигнала до оптимального уровня.
5. Светодиодный индикатор отражает положение выключателя и позволяет оперативно настроить устройство.
6. Компаунд обеспечивает требуемый уровень защиты от воздействия твердых тел и жидкости.
7. 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.