АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

Тобы построить дом, нужны кирпичи, лес, гвозди и другой строительный материал.

При постройке любой машины, в том числе машины- управителя, применяются свои «строительные» материа­лы,— свои элементы. Разбирая самые различные машины, мы часто можем в них найти одинаковые составные части, отдельные элементы, из которых они составлены.

Для того чтобы понять, как работают самые разнооб­разные автоматические устройства в целом, нам полезно будет разобраться сначала в работе некоторых отдельных элементов, составных частей машины-управителя.

Часто автоматическое устройство имеет, как говорят, «чувствительный элемент», который без участия человека замечает все изменения, происходящие в контролируемом объекте.

Контролируемым объектом может быть, например, печь, в которой автомат должен или поддерживать постоянной или изменять определённым образом температуру; бак, в котором автомат должен поддерживать определённый уровень воды; самолёт, который должен лететь по заранее намеченному курсу вне зависимости от силы ветра, об­лачности, тумана.

Замеченные чувствительным элементом изменения в состоянии контролируемого объекта заставляют либо от­клоняться стрелку прибора (зажигаться сигнальную лам­пу, звонить звонок), либо без участия человека приводят в действие мотор, передвигают руль самолёта или за­движку трубопровода. Познакомимся с такими автоматами.

Посмотрим на рис. 6. Изображённая здесь кольцеоб­разная трубка может быть связана, например, с поплав­ком, отмечающим уровень жидкости в баке. Изменение уровня жидкости в баке вызывает поворот трубки, внутри ко+орой налита ртуть и укреплена проволока. При по­вороте трубки большая или меньшая часть проволоки будет погружаться в ртуть, а следовательно, будет изме­няться электрическое сопротивление этого участка цепи.

На рис. 6 слева показано положение кольцеобразной трубки, когда электрическое сопротивление трубки яв­ляется самым большим, а на рис. 6 справа — когда оно является самым малым. При этом трубка поворачивается на 180°. Всякий поворот трубки, приводящий к изменению электрического сопротивления, отмечается электроизме­рительным прибором.

В качестве другого примера чувствительного элемента возьмём проволоку из специального материала, наклеен­ную, как показано на рис. 7, на испытуемый материал, например, на крыло самолёта. Крыло самолёта может под­вергаться изгибу, растяжению или сжатию. При этом растяжении или изгибе крыла будет изменяться также и длина наклеенной на крыло проволоки (см. рис. 7). Изменение длины проволоки приводит к изменению её электрического сопротивления. Длина образца испытуе­мого материала изменяется, как видно из ркс. 7, в за­висимости и от Ееличины растягивающего груза.

Электрическое сопротивление проволоки изменяется также и при изменении её температуры. Этим свойством проволоки часто пользуются при измерения температуры.

Чтобы «почувствовать» изменения в величине электри­ческого сопротивления, последнее обычно включается в особые электрические схемы. Тогда изменение сопротив­ления проволоки приведёт к изменению тока, протекаю­щего по соответствующему проводнику.

Д—

'материал-

Злектроизмери*

• твльный прибор

Рис. 7. Чувствительный элемент с сопротивлением, изменяющимся в зависимости от степени растяжения проволочки.

Это изменение тока может отклонить стрелки электри­ческого прибора или заставит работать специальное уст­ройство, называемое реле.

Контакты

Реле бывают различных видов. На рис. 8 показан наиболее распространённый вид так называемого элек­тромагнитного реле. Оно работает следующим образом. Если к катушке реле подводить ток, то железный

Сердечник, проходящий внутри катушки, становится магнитом, причём сила его притяжения будет тем боль­шей, чем больше ток, протекающий через катушку. При определённой силе тока железный сердечник, преодоле­вая силу пружины, притянет подвижную часть (якорь) реле и тем самым разорвёт (или соединит) электрическую цепь. Таким образом, можно остановить или включить электрический мотор, электрический обогреватель или что-либо иное. Кроме электромагнитных реле, на практике встречаются также реле других видов.

Очень часто роль чувствительного элемента играет так называемый фотоэлемент. На рис. 9 изобра­жено два различных фотоэлемента. Слева нарисовано
ник тока, как указано на рисунке, то величина тока в цепи будет зависеть от освещения фотоэлемента[1]).

Различные чувствительные элементы подают нам сигна­лы о том, как идёт, например, химическая реакция, плавка стали, обработка какой-либо детали. Но ведь нам нужно построить такую машину, которая бы «самостоятельно» вела процесс и исправляла все ошибки в своей работе.

Чувствительный элемент должен не только контроли­ровать работу машины, но и регулировать её действие. Но как же может, например, стрелка контрольного при­бора изменять ход реакции, перемещать резец станка?

Для этого сигнал чувствительного элемента, обладаю­щий лишь малой мощностью, должен быть специально усилен и передан другим механизмам, которые и произве­дут необходимую работу.

В таких случаях применяются разнообразные усили­тели, составляющие промежуточную часть автомата, В роли усилителя часто используются «реле», устройство которых нам уже знакомо из рис. 8.

Здесь мы расскажем ещё об одном усилителе, который называется «падающая дужка». Посмотрите на рис. 10.

Представим себе, что мы строим аппарат, который дол­жен автоматически управлять работой крупной печи. За работой печи можно следить при помощи электроизме­рительных приборов. Можно сделать так, что измене­ние, например, температуры в печи будет вызывать от­клонение стрелки электроизмерительного прибора. Вспом­ним об изменении сопротивления проволоки в зависимо­сти от температуры. Предположим, что температура в печи отклонилась от нормы. Чтобы сделать температуру в печи нормальной, нужно изменить соответствующим образом количество подводимого к ней тепла, например, увеличить или уменьшить количество сжигаемого в печи топлива. Для того чтобы это сделать, нужно приложить значительное усилие, которое нельзя получить от стрелка прибора. На помощь стрелке в этом случае приходит уси­литель. Работает он так. Пусть при нормальной темпера­туре стрелка прибора стоит посредине дужки. Как только стрелка прибора отклонится от нормального положения, что произойдёт при изменении температуры, «падающая дужка» (которая благодаря работе особого маленького моторчика всё время качается, то-есть перемещается вверх и вниз) прижмёт стрелку к одному из двух электрических выключателей — контактов (в качестве таких выключа­телей применяются обычно так называемые «ртутные выключатели», о которых мы расскажем ниже). Если тем­пература в печи увеличится, то стрелка отклонится к правому выключателю, если уменьшится — к левому выключателю. Дужка, прижимая стрелку к выключателю, пускает в ход большой мотор (на рис. 10 он не показан). Этот электрический мотор произведёт нужную работу и изменит надлежащим образом количество тепла, подводи­мого к печи. Температура в печи снова станет нормаль­ной. При этом стрелка прибора вновь возвратится в сред­нее положение. Мотор остановится и останется непод­вижным до тех пор, пока температура печи снова по каким-либо причинам не изменится. Тогда действие уси­лителя повторится.

В автоматических устройствах, как мы уже сказали, часто применяются ртутные выключатели. Один такой выключатель показан на рис. 11.

«Ртутный выключатель» представляет собой стеклян­ный баллончик, имеющий два углубления. Баллончик заполнен ртутью. В каждом из углублений баллончика укреплены металлические проволочки, называемые кон­тактами. Эти проволочки со­единяют электрическую цепь, например так, как показано на рис. 11. Баллончик может легко поворачиваться вокруг оси (хотя бы под действием стрелки прибора и «падаю­щей дужки»).

При горизонтальном по­ложении ртутного выключа­теля цепь батареи оказывает­ся замкнутой, и по цепи течёт ток. При наклонном положе­нии включателя цепь размы­кается. Поворачивая такой выключатель, мы тем самым будем включать и выключать ток в нужной нам цепи. А если использовать при этом ещё и реле (как усилитель), то мож­но заставить работать или, наоборот, остановиться боль­шие электрические моторы.

Таким образом чувстви­тельный элемент, следящий за работой машины, может не только подавать нам сигналы о её состоянии (светом, зву­ком, автоматической за­писью), но и (обычно с по­мощью усилителя) может «сам» остановить такую ма­шину или исправить неточности в её работе. Чтобы автоматически изменять работу машины, служат испол­нительные механизмы, которые исполняют «приказания» чувствительных элементов. Такими меха­низмами могут служить всевозможные выключатели, вспо­могательные моторы, реостаты, вентили, задвижки и т. д.

Часто бывает необходимо на производстве считать или число изготовленных деталей, или количество сырья, или что-либо подобное. Для примера расскажем, как про­изводится автоматический подсчёт числа каких-либо дета­лей. Проходя по конвейеру мимо электрических контак­тов, деталь замыкает их на короткое время. При этом включается ток, идущий в электромагнитное реле, которое при помощи специальной тяги, связанной с якорем реле, поворачивает на один зубец храповое колесо (рис. 12).

Храповое же колесо соединено с механическим счёт­чиком. В счётчике десять оборотов первого диска вызы­вают один оборот второго диска, а десять оборотов второ­го — один оборот третьего диска и так далее. Таким обра­зом, по цифрам, нанесённым на эти диски, можно судить о числе деталей, прошедших мимо прибора.

Мы познакомились лишь с некоторыми из типовых элементов, которые входят в состав современных авто­матов. Вообще же различных элементов, применяемых в автоматических устройствах, очень много. Поэтому о мно­гих из них мы не можем здесь рассказать.

Применение тех или иных элементов в автоматических устройствах и их различных сочетаний открывает большие возможности для творческой фантазии конструкторов, работающих в этой увлекательной области.

Некоторые «типовые постройки», то-есть конструкции различных автоматов из такого рода элементов, мы и рас­смотрим в следующих разделах этой книги.