Основные понятия и определения 10 страница



.

Диапазон преобразования это область изменения измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности преобразователя (абсолютная и относительная).

По назначению ИП делятся на преобразователи механических, тепловых, химических, магнитных, биологических и других физических величин.

По принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

Краткая классификация измерительных преобразователей по принципу действия.

Генераторные Параметрические

Электромагнитные

Тахогенераторы Индуктивные и магнитоупругие

Тепловые

Термопары Терморезисторы

Оптические

Фотоэлемент Фоторезистор, фотодиод, и.д.

И т.д.

В качестве примера рассмотрим электромагнитные ИП, а именно тахогенераторы.

Тахогенераторы применяются для измерения скорости вращения объекта. Используются в устройствах электропривода, в транспортных средствах, станкостроении и пр. Тахогенераторы бывают с подвижными и неподвижными катушками. Общее устройство показано на рисунке.

В соответствии с ГОСТ 18303-72 выходное напряжение тахогенераторов определяется как:

.

К- статический коэффициент тахогенератора.

Однако значение выходного напряжения должно быть скорректировано с учетом падения напряжения в цепи якоря и на щеточном контакте ТГ.

;

где Uщ- падение напряжения на щетках,

Rя- сопротивление цепи якоря,

Rц- сопротивление измерительной цепи.

График, иллюстрирующий функцию (реальную и идеальную) показан ниже.

В тахогенераторах переменного тока, которые в лекциях не рассматриваются, выходная ЭДС равна:

;

где Ф- основной поток,

p- число пар полюсов,

n- частота вращения машины.

Погрешность измерительных тахогенераторов составляет 0.2….0.5%

Оптические преобразователи.

Оптические преобразователи, как правило, построены на использовании явления фотоэффекта.

По физической сущности различают два типа фотоэффекта – внутренний и внешний.

Внутренний фотоэффект – явление, происходящее внутри кристаллической решетки твердого тела при воздействии светового потока. При этом происходит изменение энергетического состояния носителей зарядов, приводящее к их концентрации и перераспределению внутри кристалла. Этот тип фотоэффекта характерен только для полупроводников и диэлектриков.

Внешний фотоэффект состоит в эмиссии электронов под действием светового потока.

Рассмотрим основные характеристики фотоэлектрических преобразователей – световую, спектральную и вольтамперную. На рисунке представлены зависимости, характерные для фоторезистора (Фр), фототранзистора (Фт), фотодиода (Фд) и фотоэлемента (Фэ).

Iф- фототок, Фс- световой поток, S- чувствительность полупроводникового прибора, - длина волны падающего светового потока.

К измерительным преобразователям относятся также математические устройства. Например, устройство сложения и вычитания сигналов. Структурные схемы этих устройств показаны на рисунке.

D- датчик, УС- устройство сложения, УВ- устройство вычитания.

Преобразователь реализует следующее уравнение:

.

Апроксимирующий преобразователь.

Преобразователь заменяет нелинейную функцию изменения входного сигнала Uвх рядом линейных функций. Принцип действия и схема апроксимирующего преобразователя показаны на рисунке.

В преобразователе используется свойство вольт-амперной характеристики стабилитрона. Если стабилитроны VD1…VD3 подобрать таким образом, чтобы их напряжения пробоя соответствовали значениям соответственно U1…U3, тогда получится характеристика вход – выход показанная на рисунке.

Датчики не электричесих величин.

Для электрических измерений не электрических величин применяются специальные датчики. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Основной квалификационной характеристикой является заложенный физический принцип измерения и построения датчиков.

Резистивные датчики – преобразуют измеряемую величину в омическое сопротивление. Наиболее часто такие датчики применяются для измерения перемещений, для измерения уровня жидкости и пр. На первом этапе измеряемая величина преобразуется в перемещение движка переменного резистора. Общий вид и рабочие характеристики резистивного датчика показаны на рисунке.

При этом R1+R2=R0.

Если обозначить Х- угловое или линейное перемещение движка тогда: .

Резистивные преобразователи применяются в системах, где прилагаемое усилие 10-2 Н. Величина перемещения 2 мм. Частота питания 5 Гц.

Тензодатчики – используют для исследования механических напряжений.

Простейший тензодатчикпредставляет из себя пленку с наклеенной на нее проволокой очень маленького диаметра 0.02…0.03 мм. Ширина наклейки – а; Длина проволоки – l. Датчик крепится к исследуемой поверхности. При деформациях изменяется длина провода и, следовательно его сопротивление. По этим изменениям судят о деформациях объекта. Рисунок датчика приведен ниже.

Пьезо резистивные преобразователи сил давления и деформации.

Устройство датчика следующее: между металлизированными обкладками находится пьезо чувствительный элемент. Если приложить силу к обкладкам, сопротивление элемента будет изменяться (на практике это изменения бывают в несколько раз). По изменению сопротивления судят о приложенной силе или деформации. Устройство датчика показано на рисунке.

Размеры датчика: высота <5мм, площадь до 10 см2.

Статическое сопротивление Rстат=10…108 Ом.

Электромагнитные датчики перемещения и деформаций.

Принцип действия этих датчиков основан на взаимодействии магнитных потоков. О величине перемещения или деформации судят по изменению тока в катушке индуктора. Различные схемы электромагнитных датчиков приведены на рисунке.

На рисунке а показан датчик линейных перемещений. На рисунке б – угловых перемещений. Для повышения точности измерений применяют трансформаторную схему подключения (рис. в) и дифференциальную схему (рис. Г).

Магнитоупругие датчики – применяют для измерения больших сил (F=105…106 Н). Датчик устроен следующим образом: В диэлектрическом материале большой твердости залиты две взаимно перпендикулярные катушки. Если на первую катушку подать переменное напряжение, на второй катушке будет индуцироваться ЭДС равная нулю. В случае приложения к датчику силы, происходит деформация материала, в следствие чего изменяется пространственное положение катушек и на второй катушке появляется ЭДС отличная от нуля. Устройство датчика показано на рисунке.

Иформационно-измерительные системы

Иформационно-измерительные системы (ИИС) можно разделить на следующие группы:

  1. Измерительные.
  2. Автоматического контроля.
  3. Технической диагностики.
  4. Идентификации (распознавания образов).

Любая ИИС имеет сложную структуру и включает в себя много устройств различного назначения – датчики, контроллеры, измерительные преобразователи и т.д. Для того чтобы эти устройства могли функционировать совместно они должны иметь общий стандартный интерфейс. Чаще других применяют приборные стандартные интерфейсы IEEE-448 и HP-IP (ГОСТ 26.003-80). Эти интерфейсы ориентированы на сопряжение устройств, располагаемых на расстоянии 20 м, и позволяют иметь в системе до 15 приборов.

Все приборы, входящие в состав ИИС можно разделить на 4 группы:

Группа А- осуществляет функции приема, передачи данных и управления объектом.

Группа В- осуществляет функции приема и передачи данных.

Группа С- осуществляет функции только передачи данных.

Группа D- осуществляет функции только приема данных.

Структура, включающая в себя приборы всех групп, объединенных общей шиной показана на рисунке.

Расшифровка сигналов:

Шина данных DIO- предназначена для передачи информации.

Шина согласования.

DAV- линия сопряжения данных.

NRED- линия готовности к приему.

NDAC- сигнал данные приняты.

Шина общего управления.

Линия ATN- управления для команды посланной контроллером).

Линия IFC- очистка интерфейса.

Линия SRQ- запрос на обслуживание.

Линия REN- разрешено дистанционное управление. (Приводит все схемы в нормальное состояние).

Линия EOT- конец обработки, конец идентификации. (Посылка команды указывающий на окончание передачи сообщений по шине данных).

Одна из работающих в области физических исследований информационно-измерительных систем получила название KAMAC (КАМАК).

Система КАМАК.

Основные структуры системы

Основой системы КАМАК является крейт с 25 ячейками (станциями), в которые по направляющим вставляются модули, включая контроллер. Модуль может занимать одну или несколько ячеек. Обмен данными между модулями происходит по внутренним шинам крейта - горизонтальной магистрали и организуется контроллером. Существует несколько конфигураций системы, обусловленных выбранным способом управления крейтом и организацией его связи с управляющей ЭВМ.

Возможны два основных варианта ее реализации системы. Первый - на основе программируемого управления крейтом с использованием простого ориентированного на пользователя языка для организации часто проводимых операций, таких как, например периодический опрос содержимого счетчиков импульсов и передача результатов счета в память. Второй вариант автономной системы базируется на управлении крейтом программируемым компьютером, который встраивают в контроллер крейта (микропроцессорный контроллер) или в качестве вспомогательного контроллера размещают в одной из ячеек крейта и связывают со стандартным контроллером крейта дополнительной магистралью.

Непосредственное управление от компьютера в этом случае не предусмотрено, однако допускается обмен с внешней ЭВМ - передача ей сжатых данных измерений и прием системной информации для управления.

Система с вертикальной магистралью.

Обмен информацией между несколькими крейтами (максимально до семи) и компьютером может осуществляться через так называемую вертикальную магистраль с параллельной передачей данных. Подобная структура из-за больших затрат на организацию кабельной магистрали с параллельными линиями оказывается целесообразной для средних и больших пространственно ограниченных систем. Скорость передачи данных в магистрали может превышать 107 бит/с. При определенных условиях к компьютеру может быть присоединено несколько вертикальных магистралей.

Основные схемы реализации таких систем показаны на рисунках.

КК- контроллер крейта.

Схема радиальной структуры системы. Позволяет объединить до 4-х крейтов.

КВ- контроллер ветви.

Магистральный тип системы. Подключение крейтов осуществляется через контроллеры А к единственному контроллеру ветви КВ.

СК- системный крейт.

Радиально-магистральный тип системы. Специальные системные контроллеры СК подключаются радиально. Они позволяют подсоединить реализованные в виде КАМАК контроллеры ветви КВ.

Пространственно-распеделенная система.

Для систем, элементы которых удалены друг от друга на значительные расстояния, используется канал с последовательной передачей данных между компьютером и крейтами. Канал представляет собой однонаправленную замкнутую цепь (кольцевую магистраль), в которую последовательно друг за другом включают до 62 крейтов. Двоичные данные передаются поразрядно или пословно (побайтно) со скоростью, обусловленной характеристиками каналов связи. Так, например, при использовании телефонных линий связи скорость передачи оказывается существенно меньше в сравнении с параллельной передачей данных в вертикальной магистрали.

Структура системы с последовательной организацией связей показана на рисунке.

Обозначения:

ПКВ- последовательный контроллер ветви.

ПКК- последовательный контроллер крейта.

Структура команд КАМАК.

Командное слово согласно ГОСТу 26.201-80 выглядит следующим образом.

Модульный принцип построения обеспечивает возможность создания агрегатных комплексов.

Конструктивная однородность системы достигается путем унификации.

Магистральная структура информационных связей между функциональными блоками достигается за счет использования машинно-независимой магистрали крейта.

Широкое применение программного управления обеспечивает гибкость реализуемых системой алгоритмов.

В настоящее время разработано более 200 блоков различного назначения.

Технические характеристики системы:

Число каналов – 32.

Максимальный уровень коммутируемого сигнала – 10 В.

Минимальная частота переключений – 50*103перекл/сек.

Рабочая частота – более 15 МГц.

Интерфейс телетайпа предназначен для передачи данных в двух направлениях и работает по коду ASC-II.

Число разрядов слова телетайпа – 8 (DOS).

ОРГАНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ.

Основные составляющие: контроллер крейта, модули, интерфейсные платы.

Управление работой крейта и, как правило, организация связи крейта с компьютером возлагается на контроллер крейта, который должен занимать управляющую и одну нормальную станцию. В этом случае он выполняет роль основного контроллера крейта. Возможна ситуация когда контроллер будет установлен в любую другую станцию крейта. В этом случае он будет выполнять функции вспомогательного контроллера. Такое соединение применяется, когда необходимо соединить несколько крейтов. Основной контроллер связан с компьютером, а остальные крейты связаны между собой с помощью вспомогательных контроллеров. Оставшиеся станции занимают исполнительные модули. Они связываются с контролером крейта через магистраль.

Контроллер крейта играет роль управляющего модуля, в большинстве случаев он играет роль пассивного приемника команд КАМАК, которые ему передает компьютер. После получения команды контроллер дешифрует адрес модуля и генерирует сигнал на индивидуальной шине N.

Интерфейсные платы служат для подключения крейта КАМАК к компьютеру через контроллер крейта. Применяя различные интерфейсные платы можно подключать разные компьютеры к одной и той же установке, при этом необходимо лишь модифицировать программное обеспечение управляющее процессом измерений.

Данные в контроллер крейта передаются параллельно или последовательно, соответственно передача осуществляется по нескольким проводам или по одному проводу.

ОРГАНИЗАЦИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ МАГИСТРАЛИ

Горизонтальная магистраль состоит из 86 шин, каждый провод которой соединен с контактом приемной части разъема. Все шины можно разделить на магистральные, соединяющие между собой все соответствующие контакты разъемов станции, и индивидуальные, которые соединяют контакты разъемов нормальной станции с контактами разъемов управляющей станции. К индивидуальным относятся 24 шины адреса или N-шины, по которым сигнал от управляющей станции инициирует работу модуля, и шины запроса L по которым сигнал от модуля выставляет требование на обработку данных, например по завершении какой-либо операции в модуле.

Остальные шины являются магистральными. Из них 14 шин питания и 17 управляющих проходят через контакты всех 25 станций, 24 шины записи и 24 шины чтения и две дополнительные шины соединяют контакты разъемов только нормальной станции. По управляющим шинам команды и синхронизирующие импульсы поступают на нормальную станцию, от станции выставляется сигнал о состоянии модуля, о ходе и завершении операции.

По шинам записи данные поступают на разъемы нормальной станции, по шинам чтения данные передаются к месту назначения.

Шины питания обеспечивают различные диапазоны напряжений. В качестве обязательного набора в стандарте приняты напряжения питания +5В при максимальном токе 25А на крейт и 2А на станцию, и +24В при максимальном токе 6А на крейт и 1А на станцию. В качестве дополнительного набора приняты напряжения +12В, +200В и переменное напряжение 117В. Рассеиваемая мощность не должна превышать 200Вт в крейте и 8Вт в станции.

СИГНАЛЫ СОСТОЯНИЯ B, X, Q

Сигнал занятости B=1 указывает на выполнение в данное время модулем операции (адресной или безадресной).

Сигнал X=1 о восприятии команды выдает модуль, оповещая тем самым о возможности самостоятельного выполнения этой команды или о ее выполнении совместно со связанным внешним прибором. Сигнал X должен быть установлен до появления строб сигнала S1. Во время действия сигнала S1 выполняется анализ значения X, которое должно сохранятся неизменным до завершения строб сигнала S2. Нулевое значение сигнала X=0 указывает на наличие серьезной ошибки, например, на отсутствие самого модуля в ячейке или питания модуля или на отсутствие требуемого внешнего прибора и др. Если в интерфейсной части системы используется процессор, то с получением сигнала X=0 он показывает выполнение текущей программы и начинает реализацию программы диагностики ошибок.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 142; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!