Elementos básicos de la automatización.

Cualquier dispositivo automático consta de elementos interconectados cuya tarea es transformar cualitativa o cuantitativamente la señal que reciben.

Elemento de automatización — Forma parte del dispositivo de un sistema de control automático en el que se realizan transformaciones cualitativas o cuantitativas de magnitudes físicas. Además de la conversión de cantidades físicas, el elemento de automatización sirve para transmitir una señal del elemento anterior al siguiente.

Los elementos que integran los automatismos cumplen diversas funciones y, según su finalidad funcional, se subdividen en órganos (elementos) de percepción, transformación, ejecución, ajuste y corrección, así como elementos de suma y sustracción de señales.

Órganos perceptivos (elementos sensoriales) están diseñados para medir y convertir un valor controlado o controlado del objeto de control en una señal conveniente para la transmisión y el procesamiento posterior.

Ejemplos: sensores para medir temperatura (termopares, termistores), humedad, velocidad, fuerza, etc.

Amplificadores (elementos), amplificadores — dispositivos que, sin cambiar la naturaleza física de la señal, producen únicamente amplificación, es decir, aumentándolo al valor requerido. Los sistemas automáticos utilizan amplificadores mecánicos, hidráulicos, electrónicos, magnéticos, electromecánicos (relés electromagnéticos, arrancadores magnéticos), eléctricos, etc.

Órganos transformadores (elementos) convertir señales de una naturaleza física en señales de otra naturaleza física para facilitar la transmisión y el procesamiento posteriores.

Ejemplos: convertidores no eléctricos a eléctricos.

Órganos ejecutivos (elementos) están destinados a cambiar el valor de la acción de control en el objeto de control, si el objeto es una unidad con el cuerpo de control, o para cambiar los valores de entrada (coordenadas) del cuerpo de control, que también debe considerarse como un elemento de sistemas automáticos. Según el principio de funcionamiento y diseño, los elementos ejecutivos y reguladores son diversos.

Ejemplos: elementos calefactores en sistemas de control de temperatura, válvulas accionadas eléctricamente y válvulas en sistemas de control de líquidos y gases, etc.

Órganos de Gobierno (Elementos) están diseñados para establecer el valor requerido de la variable controlada.

Cuerpos correctores (elementos) sirven para corregir sistemas automáticos con el fin de mejorar su funcionamiento.

Según las funciones que realizan los elementos de automatización, se pueden dividir en sensores, amplificadores, estabilizadores, relés, distribuidores, motores, etc.

Sensor (cuerpo de medición, elemento sensor): un elemento que convierte una cantidad física en otra, más conveniente para usar en un dispositivo automático.

Los sensores más comunes son aquellos que convierten magnitudes no eléctricas (temperatura, presión, caudal, etc.) en eléctricas. Entre ellos hay sensores paramétricos y generadores.

Los sensores paramétricos son aquellos que convierten el valor medido en un parámetro del circuito eléctrico: corriente, voltaje, resistencia, etc.

Por ejemplo, un sensor de contacto de temperatura convierte un cambio de temperatura en un cambio en la resistencia del circuito eléctrico desde un mínimo cuando los contactos están cerrados hasta un valor infinitamente alto cuando los contactos están abiertos. Este artículo es un sensor de temperatura instalado en planchas domésticas.

Arroz. 1. Esquema de regulación de la temperatura de calentamiento por contacto térmico.

En una plancha fría, el contacto térmico, que es sensible a los cambios de temperatura, se cierra, y cuando se enciende la plancha, fluye una corriente a través del elemento calefactor, que lo calienta.Cuando la placa de la plancha alcanza la temperatura de contacto, abre y desconecta el elemento calefactor de la red.

Un generador se denomina sensor que convierte el valor medido en EMF, por ejemplo, un termopar que se usa junto con un voltímetro para medir la temperatura. La fem en los extremos de un termopar de este tipo es proporcional a la diferencia de temperatura entre las uniones frías y calientes.

Arroz. 2. Dispositivo termopar

El dispositivo y principio de funcionamiento del termopar. El cuerpo de trabajo del termopar es un elemento sensible que consta de dos termoelectrodos diferentes 9 soldados entre sí en el extremo 11, que es una junta caliente.Los termoelectrodos están aislados en toda su longitud mediante aisladores 1 y colocados en accesorios de protección 10. Los extremos libres del elemento están conectados a los contactos 7 del termopar ubicado en la cabeza 4, que está cerrado con una tapa 6 con una junta 5 El termoelectrodo positivo se conecta a un contacto con signo «+».

El sellado de los manguitos del termoelectrodo 9 se realiza con un compuesto epoxi 8. El extremo de trabajo del termopar está aislado del refuerzo protector con una punta de cerámica, que puede faltar en algunos diseños para reducir la inercia térmica. Los termopares pueden tener un niple 2 para montaje en campo y un niple 3 para introducir los cables de conexión de los medidores.

Lea más sobre la clasificación, el dispositivo y el principio de funcionamiento de los termopares en este artículo: Convertidores termoeléctricos

Diferencias entre sensores paramétricos y generadores

En los sensores paramétricos, la señal de entrada cambia cada parámetro del sensor (resistencia, capacitancia, inductancia) y su señal de salida en consecuencia. Se requiere una fuente de alimentación externa para su funcionamiento. Los sensores del generador generan EMF bajo la acción de la señal de entrada y no requieren una fuente de alimentación adicional.

Lea más sobre los diferentes tipos de sensores aquí: sensores de potenciometro, sensores inductivos

Otros elementos de automatización

Amplificador: un elemento en el que las cantidades de entrada y salida tienen la misma naturaleza física pero se transforman cuantitativamente. El efecto de amplificación se logra utilizando la energía de la fuente de alimentación.En los amplificadores eléctricos se distinguen la ganancia de tensión ku = Uout/Uin, la ganancia de corriente ki=Iout/Azin y la ganancia de potencia kstr=ktics.

Cualquier generador de máquina eléctrica puede servir como amplificador. Un pequeño cambio en la excitación conduce a un cambio significativo en la señal de salida: corriente de carga o voltaje. La fuente de energía es un motor que hace girar el generador.

Ejemplos de amplificadores previamente utilizados activamente en propulsión eléctrica: amplificadores de maquina electrica, amplificadores magnéticos… Actualmente, los amplificadores y convertidores se utilizan activamente para estos fines. tiristores y transistores de alta frecuencia de conmutación.

Estabilizador: un elemento de automatización que proporciona un valor casi constante del valor de salida cuando el valor de entrada cambia dentro de los límites especificados. La característica principal del estabilizador es el coeficiente de estabilización, que indica cuántas veces el cambio relativo del valor de entrada es mayor que el cambio relativo del valor de salida. Los estabilizadores de corriente y voltaje se utilizan en dispositivos eléctricos.

Lea más sobre los estabilizadores aquí: Estabilizadores de voltaje ferroresonantes y Estabilizadores electrónicos de voltaje

Relé: un elemento en el que, cuando se alcanza un cierto valor de entrada, el valor de salida cambia abruptamente. Los relés se utilizan para fijar ciertos valores del valor de entrada, amplificar la señal y transmitir simultáneamente la señal a varios circuitos no relacionados eléctricamente. Los más comunes son varios diseños. relé de control electromagnético.

Distribuidor: un elemento de automatización que proporciona conmutación alternativa de circuitos de transmisión de señales. La distribución se usa con mayor frecuencia en circuitos eléctricos. Un ejemplo de un distribuidor es un buscador de pasos.

Motor: un mecanismo que convierte parte de la energía en energía mecánica. Los motores eléctricos se usan con mayor frecuencia en dispositivos de automatización, pero también se usan neumáticos. En automatización, los dispositivos más comunes de este tipo son motores paso a paso.

Transmisor: un dispositivo diseñado para convertir una cantidad en otra, conveniente para la transmisión a través de un canal de comunicación. Además de la función principal, el transmisor suele realizar la codificación del valor convertido, lo que permite utilizar los canales de comunicación de manera eficiente y reducir la influencia de la interferencia en la señal transmitida.

Receptor: un dispositivo que convierte la señal recibida en el canal de comunicación en un valor conveniente para la percepción de los elementos del sistema de automatización. Si la señal se codifica durante la transmisión, se incluye un decodificador en el receptor. Los receptores y transmisores se utilizan activamente en sistemas de telecontrol y teleseñalización.