Mehaanika KT 1 D (0)

Kontrolltöö nr.1D
1.Põhimõisted (defineeri): Andur . Tajur. Reguleeriv organ. Võimendi. Täitur.
Andur on automaatsüsteemi osa, mis muundab kontrollitava füüsikalise suuruse (parameetri) teiseks suuruseks, mida on parem võimendada, mõõta või juhtimiseks kasutada.
Tajur on välistoimele tundlik ning sellele vahetult reageeriv anduri osa Reguleeriv organ – element, mis vahetult mõjub reguleerimisobjektile reguleeritava suuruse hoidmiseks nõutud tasemel. Võimendi on seade milles teostatakse sisendsignaali võimsuse suurendamine välise energiaallika abil.
Täitur on regulaatori element, mis läbi anduri ja võimendi tulevale signaalile (korraldusele) reageeri. Selleks võib olla elektri-, hüdro-, või pneumomootor, solenoidventiil, kraan , siiber jne.
2. Automaatsüsteemide klassifikatsioon (defineeri): Automaatsignalisatsioonisüsteemid (ASS).
Laeva automaatikaseadmed klassifitseeritakse:
A. Otstarbe järgi:
1. Juhtimisseadmed
2.Signalisatsiooniseadmed
3.Kaitseseadmed
4.Mitmesuguste parameetrite mõõteseadmed
B. Kasutatava energia järgi:
1. Elektrilised
2.Hüdraulilised
3. Pneumaatilised
4. Kombineeritud
C. Toimiva mõjujõu järgi:
1.Lülitusseadmed
2.Väljalülitusseadmed
3.Ümberlülitusseadmed
5.Ümberjärjestusseadmed
D. Laeval kuuluvuse järgi:
1.Laevajõuseadmete automaatikaseadmed
2.Laeva üldsüsteemide automaatikaseadmed
3.Laeva tekimehhanismide automaatikaseadmed
4.Raadio- ja navigatsiooniseadmete automaatikaseadmed
Automaatsignalisatsioonisüsteemid, mis teavitavad heli või valgussignaaliga teenindavat personali, kui mõni kontrollitavatest parameetritest läheneb piirväärtusele.
3.Automaatsüsteemide funktsionaalsed skeemid ( koosta skeem, kirjelda, võimalik kasutusala laevas ): Automaatjuhtimine ja automatiseeritud juhtimine.
Sellie skeemi saaks kasutada katlavee taseme reguleerimisel ....näiteks andur mõõdab kui palju on vett katlas ja saadud signaal võimendatakse ja saadetakse edasi näiteks katlavee toite pumbale mis kas annab vett katlasse juurde või siis pump seiskub.
Automaatjuhtimine on protsess, mille puhul operatsioonid teostatakse süsteemi abil, mis funktsioneerib ilma inimese osavõtuta vastavuses etteantud algoritmile.(nt tuletõrje automaatne signalisatsioon + sprinklersüsteem)
Automatiseeritud juhtimine.
Osaline seadme automatiseerimine on selline, kus reguleerimisobjekt mõni üksik protsess on automatiseeritud. Seadme kompleksne (ka poolautomaatne) automatiseerimine on selline, kus ainult käivitamine ja seiskamine ja režiimide muutmine toimub käsitsi, kõik ülejäänud protsessid on automatiseeritud.
4.Automaatsüsteemide elementide karakteristikud . Staatiline karakteristik. Lineaarne ja mittelineaarne karakteristik. Elemendi ülekandetegur või võimendustegur. Anduri tundlikkus.
Väljundsignaali sõltuvuse graafiline kujutamine sisendsignaalist püsiväärtusel nimetatakse staatiliseks karakteristikuks.

Lineaarne karakteristik

Mitte lineaarne karakteristik

Elemendi ebatundlikuse piirkonnd
Tegurit k nimetatakse elemendi ülekandeteguriks või võimendusteguriks
k = XV1/XS1 = XV2/XS2 = tan α.
Andurite puhul nim. tegurit k anduri tundlikkuseks.

5.Automaatreguleerimissüsteemid (ARS). Klassifitseerimine.
Automaatreguleerimissüsteemid (ARS) liigitatakse:

•  stabiliseerivad ARS;
  
•  programm ARS;
  
•  järgivad ARS.
  

6. Andurid ja nende mõõteprintsiibid. Andurite definitsioon ja liigitus. Anduritele esitatavad nõuded, ideaalkarakteristikud.
Andur on automaatsüsteemi osa, mis muundab kontrollitava suuruse mõõtmiseks, edastamiseks, säilitamiseks, registreerimiseks, võimendamiseks või juhitavasse seadmesse suunamiseks sobivasse vormi. Andur koosneb tavaliselt tajurist (esmamuundurist) ja ühest või mitmest vahemuundurist
Andurid liigitatakse füüsikalise tööpõhimõtte järgi:
1.elektrisuuruste muutusel põhinevad andurid: induktiivandurid , mahtuvusandurid, takistusandurid;
2.optilised, kasutavad elektrimagnetilisi protsesse lainepikkustel üle 10¹² Hz.;
3.mehaanilised, kasutavad tahkete kehade liikumist;
4. hüdraulilised, kasutavad vedelike mehaanilisi omadusi;
5. pneumaatilised, kasutavad gaaside mehaanilisi omadusi;
6. kombineeritud nt. elektrimehaanilised, elektripneumaatilised, elektrihüdraulilised;
Liigitatakse kasutusala järgi:
1. asendi ja nihkeandurid;
2. rõhu ja jõuandurid;
3. nivooandurid;
4. kuluandurid;
5. temperatuuriandurid;
6. vibroandurid
7. pöörlemissageduse andurid;
Anduritele esitatavad nõuded:
1. kõrge loomutruudus , see tähendab, et anduri väljundvorm peab kajastama täpselt mõõdetavat suurust, peab olema minimaalselt moonutatud;
2. anduri mõõtmed peavad olema sellised, et oleks võimalik paigaldada vajalikku kohta;
3. peab olema lineaarne sõltuvus mõõdetud suuruse ja väljundsignaali vahel, st. lineaarne sõltuvus sisendsignaali Xs ja väljundsignaali Xv vahel
Xv = kXs;
4. kõrge selektiivsus;
5. tundlikkus;
6. ajaline stabiilsus;
7. head dünaamilised omadused; Δo – tundlikkuse lävi (minimaalne suurus, millele andur reageerib; Xmax – suur skaala ulatus; D = Xmax/Δo – suur dünaamiline diapasoon . (nt.10/01 = 100);
8. suur ülekoormatavus;
9. suunatoime puudumine
7.Elektrilised andurid. Magnetoelastsed andurid; drosselandurid; transformaatorandurid. Induktsioon impulssandurid. Piesoelektrilised andurid.
Elektrilised andurid
Elektrilised andurid on enim kasutatavad ja levinuimad, kuna elektrienergiat on võimalik kergesti ja lihtsalt ja ilma moonutusteta üle kanda pika vahemaa taha, on kergesti transformeeritav, võimendatav ja küllalt kõrge kasuteguriga, on võimalik muundada teisteks energialiikideks.
Elektrilised andurid, mis muundavad mitteelektrilised suurused ekvivalentseks EMJ või pinge väärtuseks nimetatakse generaatoranduriteks.
Magnetoelastsed andurid
Magnetoelastsete andurite tööprintsiip põhineb ferromagnetiliste materjalide omadusel muuta magnetilist läbitavust μ sõltuvalt nende deformatsioonist või mehaanilistest pingetest. Nende andurite tundlikkuse tegur võib olla 200 – 300.
Magnetoelastsed andurid jaotatakse:
Drosselanduriteks
Transformaatoranduriteks
Magnetoelastsete andurite eeliseks on kõrge tundlikkus ja suurte koormuste ja jõudude mõõtmise võimalus (tuhanded tonnid).Puuduseks – jääkdeformatsioon ja magnetilise läbitavuse sõltuvus temperatuurist.
Transformaatorandurid ehk Trafoandur
Andur koosneb magnetjuhtmest – ergutusmähisega 1 (primaarmähis) raam 2 südamik 4 raamikujulise sekundaarmähisega 3. Primaarmähisesse 1 antakse vahelduvpinge U. Sõltuvalt südamiku pöördenurgast φ raamikujulises sekundaarmähises 3 transformeeritakse emj: e = f(φ). Kui sekundaarmähise raam paikneb magnetvoo tasandis, on emj null.


Trafoandureid nimetatakse ka ferrodünaamilisteks anduriteks. Ferrodünaamilisi andureid kasutatakse ka pöördenurga edastamiseks kaugjuhtimissüsteemides ja neid nimetataks sünkroonseteks ferrodünaamilisteks sidesüsteemideks.
Induktsioon impulssandurid
Induktiivandurid on nihke või pöördenurga mõõtemuundurid. Induktiivanduri talitus põhineb induktiivsuse sõltuvusel süsteemi magnetilisest takistusest. Kasutatakse neid harilikult koos elektrilise mõõtesillaga.
Induktiivanduri tööpõhimõte on . Muutuva õhupiluga δ induktiivanduril on elektritehnilisest terasest (räniga legeeritud süsinikuvaene teras, mida kasutatakse pehmemagnetmaterjalina elektrimasinate ja elektriaparatuuri magnetahelates) südamikule keritud mähis 2. Magnetvoog südamikus sulgub läbi südamiku suhtes liikuva ankru 3. Ankur on mehaaniliselt seotud detailiga mille liikumist või pöördenurka mõõdetakse. Induktiivanduri väljundsignaaliks on voolutugevus mähises st. I = f(δ).
kus:
δ – õhupilu pikkus;
2 – Mähis
3 – liikuv ankur
Piesoelektrilised andurid.
Piesoelektrilised andurid töötavad piesoefekti põhimõttel – piesoelektrikute vastastahkudel, kui kristalle mehaaniliselt deformeeritakse (surutakse kokku, venitatakse välja), tekib vastasmärgiline elektrilaeng. (vastupidiselt toimub ka nende kristallide deformeerumine välise magnetvälja toimel).
Kuna genereeritava elektrilaengu suurus on proportsionaalne rakendatud deformeerivale jõule, annab see võimaluse anduri kasutamiseks rõhu, koormuse ja kiirenduse mõõtmiseks.
8.Elektrilised andurid. Parameetrilised andurid. Generaatorandurid.
Elektrilisi andureid, mis muudavad oma elektrilisi parameetreid (takistust, mahtuvust, induktiivsust ) vastavuses mõõdetavate mitteelektriliste suuruste muutusele nimetatakse parameetrilisteks anduriteks.
Elektrilised andurid, mis muundavad mitteelektrilised suurused ekvivalentseks EMJ või pinge väärtuseks nimetatakse generaatoranduriteks.

9.Elektrilised andurid. Selsüünid. Termoelektrilised andurid.
Selsüün on induktsioonelektrimasin mehaaniliselt sidestamata võllide sünkroonseks või sünfaasiliseks pööramiseks. Selsüüne kasutatakse automaatkontrolli- ja -juhtimissüsteemides, järgivsüsteemides ning distantsmõõtesüsteemides. Selsüünid võivad töötada indikaatori- või transformaatorirežiimis.
Termoelektrilisi andureid kasutatakse suhteliselt kõrgete temperatuuride mõõtmiseks. Termoelektrilises anduris on tajuriks termopaar , mis kujutab endast kaht erinevast metallist või sulamist isoleeritud ja otsapidi kokkujoodetud elektrijuhti. Seda jootekohta, mis paigutatakse mõõdetava temperatuuri tsooni nim. Kuumjooteks.
Elektrijuhtide vabade otste (nim. külmjooteks) ühendatakse millivoltmeeter (indicator).
Kuumjoote ja külmjoote vahelise temperatuuride erinevusel tekib emj, mida mõõdetakse millivoltmeetriga ja mis on anduri väljundsignaaliks
Termoelektrilised andurid on kõrge tundlikkusega, on võimalik mõõta temperatuure laias diapasoonis, on võimalik anda väljundsignaali kauge maa taha.
Puuduseks võib lugeda termopaaride korrosiooni või oksüdeerumist, samuti termopaari poolt toodetud signaali väikest võimsust, mis eeldab võimendi rakendamist automaatsüsteemides kasutamisel .

10.Termohüdraulilised nivooandurid. Termomanomeetrilised andurid.
Termohüdraulilised andurid (joonis 0.2.25c) koosneb terastorust 8, mis kinnitatud ribidega katte 9 sisse. Sisemise toru ülemine ots on seotud katla trumli 1 aurupoolega alumine veepoolega, seetõttu on nii trumlis kui ka torus vee nivoo kogu aeg ühesugune. Toru 8 ja katte 9 vaheline kondensaadiga täidetud ruum on toru 10 kaudu ühendatud rõhu signalisatsiooniseadme või täiturseadmega, mis juhib katla toiteklappi. Andur paigaldatakse selliselt , et ta oleks katla trumli horisontaaltasapinna suhtes 30 kraadise nurga all, ja tema keskkoht vastaks normaalsele nivoole katlas. Nivoo muutumisel katlas muutub torus 8 veega ja auruga uhutavate pindade suhe


Selliseid andureid kasutatakse väikese koormusega katelde puhul kuna siin on soojusinerts suur ja andur reageerib aeglaselt. Peale selle väljundsignaal sõltub suurel määral ümbritseva keskkonna temperatuurist
11.Elektrilised täiturseadmed. Elektromagnetid. Elektromagnetilised täiturseadmed. Solenoidseadmed.
Elektrilised täiturseadmed jaguneva Alalisvoolumootorid ja Vahelduvvoolumootor.
Alalisvoolumootorid on automaatsüsteemides küllalt levinud täiturid. Alalisvoolumootori väljundsignaaliks on kas pöörlemissagedus või väljundvõlli pöördenurk. Alalisvoolumootori pöörlemissagedust saab reguleerida ankrupinge Ua muutmisega (ankurreguleerimine) või mootori pooluste magnetvoo Φ muutmisega. Alalisvoolumootorites magnetvoog moodustatakse mootori staatori poolustes paiknevates ergutusmähistes. Väikese võimsusega mootorites kasutatakse ergutusmähiste asemel ka püsimagneteid.
Puuduseks on keeruline ehitus, suured mõõtmed ja suur käivitusvool.
Vahelduvvoolumootor.
Automaatsüsteemides kasutatakse täiturmootoritena kolme või kahefaasilisi asünkroonmootoreid. Kolmefaasilisi vahelduvvoolumootoreid kasutatakse seal, kus on vajalik suurema võimsuse (jõu) rakendamine. Süsteemides, kus on nõutav täiturmehhanismi kiiruse reguleerimine kasutatakse faasirootoriga kolmefaasilisi vahelduvvoolumootoreid, kui kiiruse reguleerimine pole vajalik, kasutatakse lühisrootoriga kolmefaasilisi asünkroonmasinaid.
Vahelduvvoolumootorite eeliseks on lihtne ehitus, väikesed gabariidid, suhteliselt väikene käivitusmoment (vool). Puuduseks on keerukus pöörlemissageduse reguleerimise, väikene pöördemoment käivitusel ja suur pöörlemissageduse sõltuvus koormusest
Elektromagnetid
Elektromagnetite ülesandeks on muuta elektriline juhtsignaal reguleeriva organi edasi-tagasi liikumiseks või pöördumiseks mingi nurga alla . Elektriliste täiturseadmete seas on elektromagnetid kõige lihtsamad ja töökindlamad ja on väga kiire toimeajaga (millisekundid). Eristatakse alalisvoolu ja vahelduvvoolu elektromagneteid. Vahelduvvooluelektromagnetite karakteristikud jäävad alalisvoolu omadele alla: neil on samade gabariitide juures väiksem tõmbejõud, on väiksema tundlikkusega ja nad maksavad rohkem. Elektromagnetite poolt käivitatavad reguleerivaid organeid nimetatakse solenoidideks.
Elektromagnetilised täiturseadmed
Elektromagnetiliste täiturmehhanismide hulka kuuluvad solenoidseadmed ja elektro magnetilised sidurid .
Solenoidseade
koosneb mähisega poolist 1, mille sees liigub solenoid 2. Voolu puudumisel mähises vedru 3 surub solenoidi alumisse asendisse, voolu läbimisel mähisest solenoid tõmmatakse pooli sisse. Solenoidmehhanismi sisendsignaaliks on pinge Us ja väljundsignaaliks solenoidi liikumine lv. Solenoidi liikumine kasutatakse mingi reguleeriva organi ümberpaigutamiseks.
Reeglina valmistatakse solenoidseade reguleeriva organiga (klapiga ) ühes korpuses, ühtse detailina.


12.Elektrilised täiturseadmed. Rööpergutusega ehk šunteeritud alalisvoolumootori staatilised ja dünaamilised omadused.
Staatilised ja dünaamilised omadused mõlema variandi puhul on samased
Alalisvoolumootori dünaamiline omadus, võttes arvesse, et elektrimootori inerts on alati palju väiksem, kui reguleeriva objekti inerts võib lugeda tinglikult , et elektrimootori inerts puudub ja tema rakendustoime on hetkeline.