Датчики в системах автоматики на горных предприятиях : лаб. практикум

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 
 
СИБИРСКИЙ  ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ДАТЧИКИ  В  СИСТЕМАХ  АВТОМАТИКИ 
НА  ГОРНЫХ  ПРЕДПРИЯТИЯХ 
 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской 
Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного 
пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 
(специальности) «Горное дело» (специализация «Электрификация и автоматизация горного производства»), рег. № 51-16/382 от 25.12.2013 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2014 

 

УДК 681.586:622.012(07) 
ББК  32.965-044.3я73 
Д209 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Д209 
 
Датчики в системах автоматики на горных предприятиях : 
лаб. практикум / Б. С. Заварыкин, Е. В. Гаврилова, О. А. Ковалёва, 
О. А. Кручек. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 132 с.  
ISBN 978-5-7638-2996-9 
 
 
Рассмотрены принципы действия и конструкции датчиков давления 
и температуры, углового положения и скорости, линейного положения, напряжения и тока. Даны методики проведения опытов и обработки полученных результатов. 
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки (специальности) «Горное дело» (специализация «Электрификация 
и автоматизация горного производства»). 
 
Электронный вариант издания см.: 
УДК 681.586:622.012(07) 
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК  32.965-044.3я73 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-2996-9 
© Сибирский федеральный  
университет, 2014 

Оглавление 

3 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
Введение  ..........................................................................................................  
4 
 
1. Техника безопасности при выполнении  
лабораторных работ ...................................................................................  
6 
 
2. Датчики температуры ...............................................................................  11 
2.1. Приборы для измерения температуры..............................................  12 
2.2. Бесконтактные методы измерения температуры ............................  19 
Задания для самопроверки и контроля ....................................................  27 
 
3. Датчики давления .......................................................................................  28 
Задания для самопроверки и контроля ....................................................  38 
 
4. Датчики скорости .......................................................................................  39 
Задания для самопроверки и контроля ....................................................  52 
 
5. Датчики углового положения ..................................................................  54 
Задания для самопроверки и контроля ....................................................  62 
 
6. Датчики линейного положения ...............................................................  63 
Задания для самопроверки и контроля ....................................................  102 
 
7. Датчики электрических величин ...........................................................  104 
Задания для самопроверки и контроля ....................................................  115 
 
Библиографический список .........................................................................  117 
 
Приложение 1. Блок электронагревателя .....................................................  118 
 
Приложение 2. Блок счетчиков импульсов ..................................................  120 
 
Приложение 3. Источник питания ................................................................  127 
 
Приложение 4. Схема электропитания блоков комплекта ........................  130 
 
 
 

Введение 

4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Автоматика как наука возникла на базе теории автоматического 
регулирования, основы которой были изложены в работах Дж. К. Максвелла (1868), П.Л. Чебышева (1871), И.А. Вышеградского (1872–1878), 
А. Рауса (1877), А.М. Ляпунова (1892), А. Гуранца (1893), А. Стодолы 
(1899), Н.Е. Жуковского (1909) и других. 
Как самостоятельная область техники автоматика получила 
признание на II Мировой энергетической конференции (Берлин, 
1930), где была создана секция по вопросам автоматического и телемеханического управления. В 1932 г. в СССР был создан Научноисследовательский институт телемеханики, а в 1938 г. – Комитет по 
автоматизации при Президиуме АН СССР, который затем был преобразован в Институт автоматики и телемеханики (ИАТ) АН СССР. 
В научно-техническую дисциплину автоматика окончательно оформилась в 1940 г. 
Внедрение автоматических устройств и систем в горную промышленность началось в 1930-е гг. Широкое применение они получили в послевоенные годы. В 1953 г. был создан институт Гипроуглеавтоматика, возглавивший все работы по автоматизации производственных процессов на предприятиях угольной промышленности. 
Впоследствии 
были 
организованы 
институты 
Автоматгормаш, 
ВНИИцветмет, Цветметавтоматика, а также Институт горной механики и технической киберненетики им. М.М. Федорова, Центральный 
научно-исследовательский институт комплексной автоматизации 
(ЦНИИКА). Начали свою работу по выпуску устройств и систем 
шахтной автоматики заводы «Красный металлист» (Конотоп), «Северокавказэлектроприбор» (Нальчик) и другие. 
В горной промышленности ведутся большие работы по повышению уровня автоматизации производства, причем наблюдается переход от автоматизации отдельных установок к комплексной автоматизации производственных процессов. 
Комплексная механизация и автоматизация технологических 
процессов, автоматизированные системы управления на базе управляющих вычислительных машин и промышленных контроллеров являются важной составляющей научно-технического прогресса. На 
предприятиях горнодобывающей промышленности осуществляется 
программа комплексной механизации и автоматизации основных 

Введение 

5 

и вспомогательных производственных процессов, совершенствуются 
горные машины и комплексы в целях увеличения производительности 
и надежности. Повышается эффективность автоматизированных систем управления и вычислительных центров, постепенно объединяемых 
в общегосударственную систему сбора и обработки информации. 
 
 
 

Датчики в системах автоматики на горных предприятиях 

6 

1. 
ТЕХНИКА  БЕЗОПАСНОСТИ  
ПРИ  ВЫПОЛНЕНИИ  ЛАБОРАТОРНЫХ  РАБОТ 
 
 
Безопасность проведения и выполнения лабораторных работ является важнейшим условием учебного процесса. Несоблюдение правил техники безопасности и неосторожное обращение с электрическими аппаратами, схемами стендов могут привести к тяжелым несчастным случаям. 
Для предупреждения несчастных случаев во время проведения лабораторных работ, практических занятий или научно-исследовательских 
экспериментов в лаборатории и мастерской все студенты должны 
строго выполнять все требования по технике безопасности для каждого вида и рода работ. 
Инструкции по проведению лабораторных работ. В лабораториях кафедры используется напряжение 380, 220 и 127 В переменного тока, 220 и 110 В – постоянного тока. При несоблюдении правил 
техники безопасности данные величины напряжений представляют 
собой серьезную опасность. 
В соответствии с этим студенты допускаются к занятиям только 
после ознакомления с правилами техники безопасности при работе 
с электрическими устройствами и установками. 
Правила выполнения лабораторных работ. Допуск к проведению намеченной по графику лабораторной работы осуществляется 
после предварительного ознакомления студентов с содержанием инструкции по проведению работы и последующего опроса преподавателем, в результате чего определяется степень готовности студентов 
к проведению работы. 
Получив разрешение на проведение работы, студент должен 
сначала вычертить схему соединений в соответствии с заданием, заготовить необходимые таблицы и показать все подготовленные материалы преподавателю. Только после утверждения схемы и дополнительного опроса о порядке проведения работы студент может приступить к сборке схемы, которую полезно производить по памяти, лишь 
изредка проверяя себя по чертежу. 
При выполнении работы запрещается вносить какие-либо изменения в работу схемы без согласования с преподавателем. 
Схемы и оборудование подключаются к электрической сети после проверки преподавателем правильности сборки схемы работы. 

1. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ 

7 

Работы следует выполнять в последовательности, указанной 
в руководстве к каждой лабораторной работе. 
Перед выполнением лабораторной работы необходимо распределить обязанности между членами бригады. После начала работы 
не разрешается переходить из одной бригады в другую. 
Рекомендуется сначала проделать в порядке тренировки все 
операции, предусмотренные программой, без точных измерений и записей и лишь после этого провести опыты, обратив особое внимание 
на точность измерений. 
Записи показаний приборов ведутся каждым студентом в отдельности и по окончании работы предъявляются преподавателю на 
подпись. 
После окончания испытаний опытная установка отключается от 
сети и результаты измерений показываются преподавателю. 
Работа считается оконченной только в случае признания ее результатов удовлетворительными. 
По окончании работы необходимо получить разрешение преподавателя на разборку схемы, после чего все соединения должны быть 
разобраны, соединительные провода в полном порядке сданы лаборанту, а рабочее место приведено в порядок. 
Если испытания завершены до окончания занятия, студенты 
приступают к составлению отчета в соответствии с указаниями, приведенными в руководстве к лабораторной работе. 
Отчет о выполненной лабораторной работе в обязательном порядке должен быть предъявлен преподавателю перед началом очередного занятия. В противном случае студенты не допускаются к занятиям. 
Лабораторные работы защищают в порядке очередности, установленной преподавателем. Студент при этом обязан знать краткие 
теоретические сведения по данной работе, методику определения тех 
или иных зависимостей и уметь объяснить их характер. 
Если студент по какой-либо причине не выполнит работу в намеченный срок, он должен выполнить ее во внеурочное время по согласованию с преподавателем. Произвольные изменения графика работ не допускаются во избежание срыва работы других бригад. 
Правила безопасности при сборке схем. Проверить наличие 
предохранителей на всех щитах. 
Проверить наличие защитных кожухов на аппаратах, подлежащих закрытию, и на вращающихся частях электроустановок. 

Датчики в системах автоматики на горных предприятиях 

8 

Во время сборки схемы аппараты (реле, реостаты, тумблеры и др.), 
которые подключаются к сети, должны быть отключены или выведены в нулевое исходное положение. 
Верхние губки рубильников на распределительных щитах всегда 
находятся под напряжением, поэтому прикосновение к ним категорически запрещается. 
Измерительные приборы и аппараты необходимо размещать таким 
образом, чтобы в процессе выполнения работ была исключена возможность случайного прикосновения к оголенным токоведущим частям. 
Перед сборкой схемы необходимо еще раз убедиться в том, что 
на лабораторном стенде напряжение отсутствует. 
Сборка схемы производится при помощи проводников соответствующей длины и сечения со специальными наконечниками, предназначенными для выполнения данной работы. Запрещается сращивать 
или разрезать проводники. Неиспользованные соединительные провода не должны оставаться на рабочем месте. 
Сборку схемы необходимо выполнять по возможности без пересечения проводов, их натянутого состояния, не допускать их скрещивания. Запрещается пересекать проводами проходы между рабочими 
местами. 
Работая в лаборатории, студенты должны пользоваться теми 
приборами, которые находятся на рабочих местах. Использование 
других приборов без разрешения преподавателя запрещается. 
При проверке схемы следует обратить особое внимание на исправность проводов и на положение рукояток реостатов, измерительных приборов и других аппаратов (согласно руководству и инструкции к каждой лабораторной работе). 
Предварительно студент должен проверить соответствие выполненных соединений по утверждённой преподавателем схеме, затем для проверки пригласить преподавателя или лаборанта и только 
с их разрешения включить напряжение. 
Правила безопасности при выполнении работы. Включение 
схемы под напряжение производится только с разрешения преподавателя или лаборанта и только после предупреждения об этом всех студентов, работающих на данном рабочем месте. 
В случае короткого замыкания или повреждения прибора в собранной схеме студент должен немедленно отключить рубильник (пакетный 
выключатель) на щитке рабочего места и, не сделав попыток к исправлению, сообщить о повреждении преподавателю или лаборанту. 

1. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ 

9 

При отсутствии напряжения в цепи рубильник (пакетный выключатель) должен быть в отключенном состоянии. 
В случае прекращения опыта или перерыва в работе схему надо 
обязательно отключить от сети. 
Все изменения в соединениях (согласно программе проведения 
каждой лабораторной работы) должны производиться только при отключенном рабочем щите. После каждого изменения соединений – до 
включения напряжения – схема должна быть вновь проверена преподавателем или лаборантом. 
Во время выполнения работы запрещается: 
• производить переключения в рабочей схеме, находящейся под 
напряжением; 
• прикасаться к оголенным токоведущим частям установок; 
• оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением; 
• включать не имеющие отношения к данной работе аппараты, 
приборы и рубильники. 
Студенты должны бережно и аккуратно обращаться с аппаратурой, приборами и инструментами. 
Во всех случаях обнаружения неисправного состояния оборудования, измерительных приборов и проводов необходимо немедленно 
поставить в известность преподавателя. 
Нужно тщательно следить за своей прической во избежание 
прикосновения к токоведущим частям установки. 
Общие указания по оформлению отчётов. Конкретные указания по содержанию отчетов приводятся в конце руководств к каждой 
лабораторной работе. 
Титульные листы лабораторных работ выполняются согласно 
ГОСТу. Схемы и графики можно вычерчивать в карандаше, но обязательно с применением чертежных принадлежностей. Элементы схемы 
должны быть изображены по ГОСТу. 
Графики выполняют на клетчатой или миллиметровой бумаге. 
Значения аргумента следует откладывать по горизонтальной оси, 
а значения функции – по вертикальной. Вдоль осей наносят масштабные шкалы, деления которых должны быть равномерными. Числовые 
значения следует указывать против соответствующих делений. 
После нанесения экспериментально полученных точек на график, использовав линейку и лекало, следует провести плавную линию, проходящую по возможности ближе к этим точкам.