ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ, СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ

7.1. Измерительные схемы

В большинстве случаев датчики состоят из двух частей: 1 - чувствительного элемента, воспринимающего величину измеряемого па­раметра и 2 -преобразователя величины измеряемого параметра в дру­гую величину, например, электрическую (электрическое сопротивление, силу тока, напряже­ние, емкость и самоиндукцию). Поэтому схемы включения датчиков в измерительные устройства также немногочисленны.

В простых схемах датчик непосредственно включается в усилитель. В других случаях могут применяться три измерительных схемы; мостовая, дифференциальная и компенсационная.

Мостовые схемы применяются на постоянном или на переменном токе. Схема на постоянном токе (рис. 13 ) включает постоянные соп­ротивления плеч моста R₁, R₂ ,R₄, выходное сопротивление датчика R₃, а также установочное сопротивление R_Y, включенное в диагональ мос­та вместе с источником постоянного тока с напряжением Uо. В данном случае в схему включен гальванометр с выходным током моста 1 и выходным напряже­нием U_вых. На схеме: I - ток от батареи, i₁ и i₂ - ток в ветвях мос­та. По этой схеме измерение сопротивления одного плеча (в данном случае R₃) компенсируется изменением сопротивления другого плеча (Rу).

Мостовая схема, работающая на переменном токе вместо источни­ка постоянного тока с установочным сопротивлением Н_у содержит трансформатор.

Дифференциальная схема (рис.14) представляет собой электри­ческую цепь, состоящую из двух смежных контуров, в каждом из которых действует отдельное напряжение.

Рис. 13 . Мостовая измерительная схема на постоянном токе

Рис.14 . Дифференциальная измерительная схема

Схема включает выходное сопротивление датчика Z, полное соп­ротивление плеча Zо, трансформатор с вторичным напряжением Uо, гальванометр с сопротивлением Z_Т и выходным напряжением U_вых. На схеме: i - ток в гальванометре, i₁ и _.i₂ - токи в сопротивлениях.

Дифференциальные схемы широко используют на переменном токе в измерительных устройствах с индуктивными датчиками.

Компенсационная схема приведена на рис. 15.

Принцип компенсации заключается в том, что измеряемое напря­жение какого-либо датчика уравновешивают равным и противоположным по знаку падением напряжения, величина которого может быть опреде­лена с высокой точностью. Схема состоит из образцовых резисторов Ко и К₁ реостата К₂ переключателя S нормального элемента G_h и источника питания U. Для контроля в схему включен нормальный эле­мент Р1 с неизменным напряжением и сопротивлением. Схема позво­ляет измерять сопротивление r, не меняя общего сопротивления R₁.

Рис. 15 . Компенсационная измерительная схема

7.2.Структуры измерительных систем, их классификация

Измерительные системы предназначены для получения и выдачи измерительной информации о состоянии контролируемого объекта. Это состояние характеризуется набором измеряемых величин.

Упрощенная структурная схема измерительной системы (рис.16) состоит из трех блоков: ИK- измерительный канал; УОИ - устройство обработки информации; УВИ - устройство выдачи информации (которое выдает измерительную информацию ИИ).

Рис. 16. Упрощенная структурная схема измерительной системы

Измерительный канал предназначен для восприятия и измерения множества контролируемых величин X от датчиков и измерительных схем. Он состоит из совокупности датчиков, аналоговых преобразова­телей и аналого-цифровых преобразователей.

Структурная схема измерительного канала представлена на рис.17.

Рис. 17 . Структурная схема измерительного прибора

На этой схеме Д_1……...Д_п - датчики; АП₁ ………АПn - аналоговые пре­образователи; СУ₁..СУ_П - сравнивающие устройства; М₁..М_П - меры;
Р₁..Р_П - результаты измерений.

В задачи устройства обработки информации (УОИ) входит получение цифрового кода результатов измерений, объединение кодовых сиг­налов, полученных на выходе измерительного канала, цифровая обра­ботка косвенных измерений и другие операции.

В качестве таких уст­ройств могут быть использованы микропроцессоры или микроЭВМ

Вывод информации из измерительной системы производится с по­мощью УВИ в виде графика или алфавитно-цифрового текста (для опе­ратора), либо в виде последовательности байтов для исполнительно­го механизма.

В зависимости от выполняемых функций измерительных систем их разделяют на четыре вида:

СИ - система измерений;

САК - система автоматического контроля;

СТД - система технической диагностики;

СРО - система распознавания (идентификации) образов.

По характеру взаимодействия системы с объектом исследования измерительные системы разделяют на пассивные и активные. Пассивные системы только воспринимают информацию, а активные, действуя на объект че­рез устройство внешних воздействий (УВВ), позволяют автоматически управлять этим объектом.

Схема классификации измерительных систем по функциональному назначению представлена на рис. 18.

Системы делятся на три класса:

Класс А - для независимых измерений дискретных значений неп­рерывных величин.

Класс Б - статистические ИС, предназначенные для измерения статистических характеристик измеряемых величин.

Класс В - системы, предназначенные для раздельного измерения зависимых величин.

Рис. 18 Схема классификации измерительных систем

7.3. Измерительные комплексы

Измерительные комплексы - это новая разновидность средств из­мерения. Они предназначены для решения задач контроля, автоматиза­ции и управления. Широкое распространение полу­чили измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) на базе микропро­цессоров. Эти комплексы стандартизированы [20]. Измерительно-вы­числительный комплекс представляет собой автоматизированное средс­тво измерения на базе измерительной системы. ИВК осуществляет сле­дующие операции: восприятие, преобразование и обработку электрических сигналов от первичных преобразователей или объекта измере­ния; выработку электрических сигналов для воздействия на объект исследования; оценку погрешности измерений и представление резуль­тата в измерений в установленной форме.

Характерными признаками ИВК являются: наличие в их составе ЭВМ; программное управление от ЭВМ техническими средствами, входящими в ИВК; использование типовых интерфейсов для обеспечения взаимодействия между входящими в ИВК устройствами. Обобщенная структура ИВК представлена на рис. 19 .

Рис.19. Обобщенная структура ИВК.

По этой схеме вся система объединена программой функциониро­вания и обработки измерительной информации на ЭВМ. Измерительная информация сообщается оператору, например, в числовом виде на циф­ровом табло и вводится в ЭВМ для вычисления различных характерис­тик.

В настоящее время приборостроительная промышленность выпускает более 50 видов ИВК. Их разделяют на простые и сложные.

Простые ИВК решают задачи небольшой сложности. Они строятся на базе миниЭВМ.

Сложные ИВК строятся на базе малых ЭВМ высокой производительности. Они способны решать сложные задачи изменения и обработки ин­формации. Основные характеристики промышленных ИВК приведены в [17].

Дата добавления: 2014-10-02; просмотров: 878; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!