X класс

В разделе "Колебания и волны" учащиеся знакомятся с работой автоколебательных устройств - часов и лампового генератора. В этих устройствах пополнение энергии происходит по каналу прямой связи. Однако, чтобы пополнение происходило в такт с собственными колебаниями маятника и колебательного контура, в этих устройствах введена обратная связь. В часах с маятником она осуществляется с помощью анкерного механизма. В ламповом генераторе в цепь сетки включена катушка, индуктивно связанная с катушкой колебательного контура в цепи анода. Благодаря явлению электромагнитной индукции колебания тока в контуре вызывают согласованные колебания потенциале сетки, и пополнение энергии колебательного контура происходит в такт с его собственными колебаниями.

Рассматривая вопросы о емкостном и индуктивном сопротивлении в цепи переменного тока, можно решить, например, такие задачи:

1. Емкостный датчик перемещения выполнен в виде плоского конденсатора с раздвигающимися пластинами. Каково контролируемое перемещение, если амплитудное значение силы тока в цепи датчика при измерении уменьшилось в четыре раза, а расстояние между пластинами перед измерением было 0,5 мм?

Решение.

или

Откуда

и

2. Индуктивный датчик включен в колебательный контур лампового генератора. В каких пределах может меняться частота генератора, если предельные значения индуктивности датчика равны 0,002 и 0,008 Гн? Емкость конденсатора колебательного контура 2 мкФ.

Решение.

После подстановки данных задачи получаем:

При изучении вопросов, связанных с модулированием и детектированием, следует отметить, что область применения названных выше преобразований электрических сигналов не ограничивается только радиотехникой.

В автоматических устройствах часто для усиления медленно меняющихся сигналов, даваемых датчиками, предварительно модулируют ими сигналы более высокой частоты, после усиления с помощью детектирующего устройства получают уже усиленный сигнал.

Широко применяется в автоматических устройствах электронное реле, которое представляет собой обычный усилитель на лампе, в анодную цепь которого включено электромагнитное реле. Важно подчеркнуть, что поскольку триод обладает способностью усиливать сигнал, то для срабатывания реле достаточно сравнительно слабого сигнала. В качестве упражнения можно предложить учащимся начертить схему электронного термореле на терморезисторе или фотореле на фоторезисторе.

С важными вопросами фотоэлектроники школьники знакомятся в теме "Квантовые свойства света".

После рассмотрения устройства и принципа действия фотоэлемента можно предложить учащимся ряд заданий на конструирование релейных устройств, в которых используется фотоэлемент. Задания могут быть следующими: "Предложите конструкцию устройства, осуществляющего автоматический контроль и отключающего двигатель станка при приближении рабочего к опасной зоне. Сконструируйте устройство автоматического контроля качества шлифовки изделий. Объясните его работу. Можно ли такое устройство применить для контроля плотности пыли, тумана?"

Показывая программные демонстрации, необходимо шире привлекать учащихся к самостоятельному объяснению работы демонстрируемой технической установки, отысканию возможных вариантов ее использования.

Целесообразно после выяснения работы фотоэлектронного реле более детально остановиться на фотоэлектрическом способе считывания программы управления.

Чтобы осуществить программное управление, перед фотоэлементом фотореле устанавливают приставку для воспроизведения звука с кинопленки. На диск приставки надевают кольцо, склеенное из очищенной от эмульсии кинопленки. На кинопленку предварительно наносят различной длины зачерненные участки. При включении электродвигателя пленка приходит в движение. Фотореле включает и выключает лампочку в исполнительной цепи в соответствии с записанной программой.

Обращают внимание учащихся на то, что в данной установке осуществляется только прямое воздействие автоматического устройства на объект управления. Автоматическое устройство выполняет действия строго по заданной программе, не контролируя результаты своего действия и не корректируя свою работу.

Рис. 33

Схематично устройство с программным управлением можно представить в виде блок-схемы (рис. 33). В данном случае преобразователем оптического сигнала в электрический является фотоэлемент, электронное реле служит одновременно и усилителем и исполнительным устройством, которое включает и выключает исполнительную цепь. В последние годы широкое распространение получили методы автоматического контроля, основанные на использовании источников радиоактивных излучений. В разделе "Физика атомного ядра" учащиеся получают достаточный багаж знаний для их понимания. Этому способствует знакомство с различными видами радиоактивного излучения, проникающей способностью этих излучений, методами их регистрации, изотопами.

Важным моментом в изучении автоматизации является обобщающая лекция "Физика и научно-техническая революция", которая позволяет обобщить, в некоторой степени систематизировать и расширить знания учащихся в этой области, показать успехи, раскрыть направления развития автоматизации^*.

^* (Некоторые данные о развитии средств автоматизации приведены в приложении (табл. 17).)

Роль физики как теоретической основы автоматизации понятна учащимся. Этому способствовало изучение основных видов автоматизации, принципов действия элементов, из которых состоят автоматические устройства: датчиков, преобразователей информации, реле, исполнительных устройств.

Поэтому здесь основное внимание следует обратить на успехи и перспективы автоматизации. Это удобнее всего сделать, придерживаясь той структуры, которая была положена в основу изучения данного направления научно-технического прогресса: автоматический контроль; программное управление; управление с обратной связью.

В обобщающей лекции, необходимо подчеркнуть, что современные устройства автоматического контроля позволяют фиксировать более 300 различных параметров технологических процессов, делая это надежнее, быстрее и качественнее человека. Так, например, лучшие образцы контрольно-сортировочных автоматов для подшипниковой промышленности имеют производительность до 10 000 деталей в час и размерность сортировки в пределах 0,00025 мм.

Среди станков с программным управлением наибольшее распространение в ближайшем будущем получат переналаживаемые автоматы, которые позволят в случае необходимости быстро перестроить их на выпуск новой продукции. Такой подход позволит осуществить автоматизацию не только крупносерийного производства, но и мелкосерийного.

Большим достижением технической мысли на сегодня являются станки с числовым программным управлением, в которых программа работы задается как система цифр, кодируемых на перфоленте, перфокартах или магнитной ленте, а также может быть задана непосредственно на панели управления.

Например, система числового программного управления в станке 24-3ВФ4 обеспечивает координатные перемещения стола, шпиндельной головки и гильзы, регулирование скорости этих перемещений, скорости вращения шпинделя, смену инструмента из магазина на 30 позиций, коррекцию инструмента и цикла обработки. Такой станок позволяет производить фрезерование плоскостей, сверление, зенкерование, растачивание и нарезание резьб по заданной программе.

Автоматизация только на основе программного управления в чистом виде, несмотря на большие успехи в этой области, невозможна, так как для широкого круга технологических процессов составление программы управления является весьма сложной и очень часто неразрешимой задачей. В таких случаях используется управление с обратной связью.

Принципиально новый этап в развитии такого управления связан с появлением электронно-вычислительных машин. Благодаря ЭВМ стала возможной автоматизация практически любого технологического процесса.

Данные о технологическом процессе от объекта управления посредством системы датчиков поступают в ЭВМ, где обрабатываются, анализируются, хранятся и на основе обработки и анализа поступившей информации вырабатываются управляющие сигналы. Далее управляющие сигналы посылаются исполнительным органам, которые, выполняя команды, осуществляют технологический процесс.

Отличительной чертой сегодняшней автоматизации является ее комплексный характер. Автоматизируются не только отдельные стороны технологического процесса, но и весь процесс в целом. Это достигается объединением групп автоматов в автоматический комплекс - автоматическую линию.

Количество автоматических линий, используемых в производстве, растет из года в год.

В десятой пятилетке взят курс на дальнейшее расширение выпуска и внедрения систем машин, полностью охватывающих весь технологический процесс, дальнейшее развитие получает создание автоматизированных систем управления (АСУ). Некоторые данные о развитии АСУ учитель найдет в приложении (табл. 18).