37. Автоматические мосты.

Схема по существу представляет собой обычный одинарный мост, уравновешивание которого достигается перемещением ползунка реохорда. Перемещение осуществляется при помощи реверсивного двигателя РД, ротор которого вращается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие моста.

Одновременно с перемещением ползуна происходит движение указателя и пера регистрирующего устройства, если таковое имеется. Питание моста обычно производится переменным током, поскольку в этом случае схема оказывается проще, чем при использовании постоянного тока. Приведенная погрешность автоматических мостов равна 0,25 - 0,5%, быстродействие - около 1 с. Схемы и конструкции автоматических мостов переменного тока для измерения емкости и индуктивности значительно сложнее и обеспечивают меньшую точность.

38. Цифровые измерительные приборы (ЦИП) – это средства измерения, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измеряемой информации.Показания ЦИП представлены в цифровой форме.

В процессе измерения ЦИП обязательно автоматически выполняет следующие операции:

1. Квантование измеряемой величины по уровню.

2. Дискретизация измеряемой величины по времени.

3. Кодирование информации.

Основные преимущества ЦИП:

1. Удобство и объективность отсчета.

2. Высокая точность результатов измерения.

3. Широкий динамический диапазон.

4. Возможность автоматизировать процесс измерения.

5. Высокая устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям.

6. Возможность использования новейших достижений электроники.

Сигнал x(t) любой физической природы подается на вход аналогового преобразователя АП, в котором преобразуется в электрический сигнал (ток, напряжение) y(t). Сигнал y(t) в свою очередь поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя АЦП, в котором после сравнения с сигналом, воспроизводимым мерой М, преобразуется в дискретный сигнал ДС (код).

Код (ДС) отображается цифровым средством отображения информации ЦСОИ в виде числа N. С АЦП код может передаваться на другой ЦИП, в ПЭВМ или в информационно-измерительную систему. Управляющее устройство УУ осуществляет синхронизацию и общее управление работой всего ЦИП. Внешнее управление ВУ осуществляется оператором через входные органы управления ЦИП, от другого ЦИП, от ПЭВМ или от информационно-измерительной системы.

39. Осциллографом называется прибор, предназначенный для наблюдения, регистрации и измерения параметров исследуемого сигнала, как правило, напряжения, зависящего от времени.

Осциллограф может также использоваться для исследования неэлектрических процессов при условии, что последние преобразуются в электрические сигналы.Электронно-лучевые осциллографы строятся на основе электроннолучевых трубок. Отклонение электронного луча осуществляется непосредственно электрическим сигналом и является практически безынерционным. Исследуемый процесс отображается на люминесцентном экране и может быть зарегистрирован фотографическими средствами. Основным узлом электроннолучевого осциллографа является ЭЛТ, представляющая собой стеклянную вакуумированную колбу, внутри которой имеются источник электронов, система формирования узкого электронного луча, отклоняющие пластины и люминесцентный экран

При изменении напряжения меняется интенсивность электронного пучка.

Полученное изображение называется осциллограммой. Имея осциллограмму, можно определить : амплитуду, частоту, период и др. Генератор развертки работает в двух основных режимах: непрерывном и ждущем. хар-ки и виды электронных осциллографов:

калиброванные значения коэффициента отклонения;

полоса пропускания, т.е. диапазон частот, в пределах которого коэффициент усиления канала У уменьшается на 3 дБ по отношению к некоторой опорной частоте;

диапазон изменения длительности развертки;

входное сопротивление и входная емкость канала Y;

точностные параметры, характеризующие погрешности измерения напряжения и интервалов времени.При выборе осциллографа следует исходить из характера измеряемого сигнала (гармонический или импульсный) и его вероятных параметров (ширина спектра, граничные частоты, частота следования, скважность, амплитуда напряжения и т.д.),

Осциллографы подразделяются на универсальные, скоростные, стробоскопические, запоминающие, специальные.

универсальные осциллографы позволяют проводить исследования электрических сигналов в широком диапазоне частот, амплитуд и длительностей сигналов. Полоса пропускания достигает 200-350 МГц, диапазон амплитуд от единиц милливольт до сотен вольт. Возможно измерение длительностей импульсов от нескольких наносекунд до секунд.

Скоростные осциллографы (обозначение С7) служат для исследования гармонических и импульсных сигналов (включая однократные импульсы) с характерными временами, составляющими доли и единицы наносекунд в реальном масштабе времени. Быстродействие достигается благодаря использованию ЭЛТ с бегущей волной. Полоса пропускания скоростных осциллографов достигает 5 ГГц.

Стробоскопические осциллографы (обозначение С7) используют стробоскопическое преобразование масштаба времени. Их полоса пропускания достигает 10 ГГц. При помощи осциллографов этого вида можно исследовать повторяющиеся сигналы с амплитудой несколько милливольт и длительностью несколько пикосекунд.

Запоминающие осциллографы (обозначение С8), применяются для исследования медленных процессов и однократных импульсов. Запоминание осуществляется при помощи специальных ЭЛТ. Длительность измеряемых интервалов времени достигает десятков секунд. Время сохранения — от нескольких часов до нескольких суток.

40. В электронных аналоговых частотомерах применяются два способа измерения частоты. Первый, используемый в области звуковых частот, основан на формировании импульсов, имеющих постоянную площадь, ограниченную кривой импульса тока и осью времени на диаграмме. Частота этих импульсов должна быть равна частоте измеряемого сигнала. Среднее значение напряжения этих импульсов пропорционально измеряемой частоте.

В основе второго, резонансного, способа измерения лежит сравнение частоты колебаний исследуемого источника с собственной частотой колебаний резонансного контура

Источник напряжения и неизвестной частоты fx может быть непосредственно включен в колебательный контур или связан с ним через элемент связи М. Источник напряжения измеряемой частоты является источником ЭДС в контуре. Изменяя емкость конденсатор C, можно по показаниям индикатора резонанса ИР настроить контур в резонанс, при котором f_рез=1/(2π√LC). При известной индуктивности L контура шкала конденсатора С градуируется в единицах частоты. Резонансные частотомеры используют, как правило, для измерений в области высоких частот.

41. Измерительные преобразователи фазы в напряжение могут быть построены по принципу формирования прямоугольных импульсов, длительность которых пропорциональна измеряемой фазе. На рис. 11.3 показана упрощенная схема и диаграмма, поясняющая работу такого преобразователя. Схема содержит два формирователя импульсов ФИ1 и ФИ2, вырабатывающих короткие импульсы в моменты перехода напряжений и1 и и2 через нуль от отрицательных значении к положительным. Сформированные импульсы управляют электронным ключом В, который замыкается при поступлении импульса от ФИ1 и размыкается при поступлении импульса от ФИ2. В результате этого на нагрузке выделяются импульсы длительностью т и амплитудой U0. Среднее значение напряжения этих импульсов

U_cp=U_(0^τ )/T= φ_x U_0/360 .

42. электронные ваттметры могут быть построены на основе измерительного преобразователя мощности в напряжение, на выходе которого устанавливается магнитоэлектрический измерительный механизм со шкалой, градуированной в единицах мощности. выпускаются измерительные преобразователи активной, реактивной и полной мощности переменного тока, которые предназначены для работы как в однофазных, так и трехфазных цепях.

В основе работы преобразователей активной мощности лежит реализация зависимости P= 1/T*∫uidt,

где Р - измеряемая мощность;Т - период тока i и напряжения и на нагрузке.

необходимым элементом преобразователя является устройство перемножения величин u и i

Параметрические множительные устройства могут быть с прямым и косвенным перемножением. При прямом перемножении используется четырехполюсник, на вход которого подается одна величина, а вторая величина управляет коэффициентом его передачи. В этом случае выходной сигнал четырехполюсника пропорционален произведению ui.

Устройство усреднения, например фильтр нижних частот или электромеханический измерительный механизм, должно иметь большую постоянную времени.

Параметрические множительные устройства могут быть построены с использованием косвенных способов умножения. Наиболее точными являются модуляционные множительные устройства, основанные на двойной модуляции импульсных сигналов. Используются различные виды модуляции, среди которых наибольшее распространение получила широтно-импульсная и амплитудно-импульсная модуляция (ШИМ — АИМ). На рис. 12.1., в показана структурная схема преобразователя с ШИМ—АИМ, а на рис. 12.1., г — временная диаграмма, поясняющая принцип его работы. Генератор Г вырабатывает прямоугольные двухполярные импульсы с постоянными амплитудой А, периодом T0 и длительностями положительной (t1) и отрицательной (t2 = t1) полуволн. Среднее значение напряжения на выходе генератора равно нулю. В широтном модуляторе ШМ длительность импульсов под действием тока i изменяется по зависимости (t1 — t2)/T0 = ∆t/To = kшi, где ∆t = t1 — t2, kш — коэффициент преобразования ШМ. Среднее за период T0 значение напряжения импульса на выходе ШМ будет u_(〖шТ〗_0 )=∆t/(T_0 A)= k_ш iA . В амплитудном модуляторе AM амплитуда А этих импульсов модулируется пропорционально входному напряжению A = kau, где ka — коэффициент преобразования AM. Тогда u_(〖aT〗_0 )= k_a k_ш ui, т. е. среднее за период То значение напряжения на выходе AM пропорционально мгновенному значению измеряемой мощности.

Напряжение на выходе устройства усреднения

U_вых= 1/T ∫_0^T▒〖u_(aT_0 ) dt= 〗 1/T ∫_0^T▒〖k_a k_ш 〗 uidt= k_a k_ш P,

где Т — период изменения тока i и напряжения и.

Электронные счетчики активной энергии строятся на основе преобразователя мощности с последующим интегрированием его выходной величины в соответствии с зависимостью

W= ∫_(t_1)^(t_2)▒Pdt.

Одна из возможных структурных схем такого счетчика показана на рис. 12.2, где ПМН — преобразователь мощности в напряжение, представленный на рис. 12.1.,в; ПНЧ — преобразователь напряжения в частоту; СИ — счетчик импульсов. Как было показано, Uвых пропорционально активной мощности Р. С помощью ПНЧ напряжение Uвых преобразуется в частоту f импульсов, которая, таким образом, пропорциональна мощности Р. Выходные импульсы ПНЧ подсчитываются (интегрируются) счетчиком импульсов СИ. Следовательно, показания СИ пропорциональны активной энергии W.

Рис. 12.2. Структурная схема электронного счетчика активной энерги

Серийно выпускаемые в настоящее время электронные счетчики активной энергии переменного тока имеют класс точности 0,2 — 2,5. Так счетчик САЗУ-И670Д, рассчитанный на номинальные токи 5 и 10 А и напряжения 220 и 380 В, имеет класс точности 2,0.

Применяют электронные счетчики постоянного тока: счетчики киловатт-часов, счетчики ампер-часов и счетчики вольт-часов. Счетчики ампер-часов и вольт-часов строятся на основе преобразователей тока в частоту или напряжения в частоту с последующим счетом импульсов.

Промышленностью выпускаются счетчики ампер-часов типа СА-Ф603П класса 1,0 на номинальные токи от 6 до 7500А и счетчики вольт-часов типа СВ-Ф605 класса точности 0,2 на номинальные напряжения 6, 24, 100, 400 В.

43. Наиболее точными являются модуляционные множительные устройства, основанные на двойной модуляции импульсных сигналов. Используются различные виды модуляции, среди которых наибольшее распространение получила широтно-импульсная и амплитудно-импульсная модуляция. Генератор вырабатывает прямоугольные двухполярные импульсы с постоянными амплитудой А, периодом T0 и длительностями положительной (t1) и отрицательной (t2 = t1) полуволн. Среднее значение напряжения на выходе генератора равно нулю. В широтном модуляторе ШМ длительность импульсов под действием тока i изменяется по зависимости (t1 — t2)/T0 = ∆t/To = kшi, где ∆t = t1 — t2, kш — коэффициент преобразования ШМ. Среднее за период T0 значение напряжения импульса на выходе ШМ будет u_(〖шТ〗_0 )=∆t/(T_0 A)= k_ш iA . В амплитудном модуляторе AM амплитуда А этих импульсов модулируется пропорционально входному напряжению A = kau, где ka — коэффициент преобразования AM. Тогда u_(〖aT〗_0 )= k_a k_ш ui, т. е. среднее за период То значение напряжения на выходе AM пропорционально мгновенному значению измеряемой мощности.

Напряжение на выходе устройства усреднения

U_вых= 1/T ∫_0^T▒〖u_(aT_0 ) dt= 〗 1/T ∫_0^T▒〖k_a k_ш 〗 uidt= k_a k_ш P, где Т — период изменения тока i и напряжения и.

Электронные счетчики активной энергии строятся на основе преобразователя мощности с последующим интегрированием его выходной величины в соответствии с зависимостью

W= ∫_(t_1)^(t_2)▒Pdt.

Серийно выпускаемыеэл ектронные счетчики активной энергии переменного тока имеют класс точности 0,2 — 2,5. Счетчик САЗУ-И670Д, рассчитанный на номинальные токи 5 и 10 А и напряжения 220 и 380 В, имеет класс точности 2,0. Применяют электронные счетчики постоянного тока: счетчики киловатт-часов, счетчики ампер-часов и счетчики вольт-часов. Счетчики ампер-часов и вольт-часов строятся на основе преобразователей тока в частоту или напряжения в частоту с последующим счетом импульсов.Промышленностью выпускаются счетчики ампер-часов типа СА-Ф603П класса 1,0 на номинальные токи от 6 до 7500А и счетчики вольт-часов типа СВ-Ф605 класса точности 0,2 на номинальные напряжения 6, 24, 100, 400 В.

44. Разновидности и структура ИИС

По функциональному назначению:

1) измерительные системы (ИС);

2) системы автоматизированного контроля (САК);

3) системы технической диагностики (СТД).

Отдельным классом выделяют измерительные вычислительные комплексы (ИВК).

ИВК – это вид ИИС, в состав которых входят свободно программируемые ЭВМ. Эти ЭВМ используются не только для обработки результатов измерения, но и для управления самим процессом измерения, а также для формирования управляющих воздействий на объект исследования.

По организации алгоритмов функционирования ИИС разделяются на три основных вида:

1) системы с жёстким заранее заданным алгоритмом;

2) программируемые ИИС;

3) адаптивные ИИС.

ОБИ – объект исследования; УИЗ – устройство измерения;

УОИ – устройство обработки информации; УХИ – устройство хранения информации; УПИ – устройство представления информации; УУС – устройство управления системой; УВО – устройство воздействия на объект;

ОПР – оператор; ЭВМ – электронная вычислительная машина

В зависимости от специфики ИИС часть блоков может отсутствовать.

45. ИС – это разновидность ИИС, в которых преобладают функции измерения, а функции обработки или хранения незначительны или отсутствуют. Для всех ИС характерным является присутствие в их структурных схемах следующих элементов: Д – датчик (первичный измерительный преобразователь); С – элемент сравнения (сравнение с мерой); М – мера; ВР – элемент выдачи результатов.

По архитектуре структуры организации ИС разделяются на четыре основных вида:

1) многоканальные ИС;

2) сканирующие ИС;

3) мультиплицированные ИС;

4) многоточечные ИС.

Многоканальная ИС является наиболее распространённой и содержит в каждом канале полный набор элементов структуры.

Сканирующая ИС последовательно во времени выполняет измерения множества величин с помощью одного канала измерения и содержит один набор элементов и одно сканирующее устройство (СкУ).

СкУ перемещает датчик в пространстве для осуществления замеров. Если датчик перемещается по заданной траектории, то сканирование называется пассивным. Если же траектория перемещения датчика изменяется в зависимости от полученной информации, сканирование называется активным (интеллектуальным).

Мультиплицированная ИС в течении одного цикла измерений (развёртки) выполняет сравнение с мерой значений всех измеряемых величин без использования коммутирующих узлов.

В многоточечной ИС преобразователи Д1, …, Дn подключаются к системе через измерительный коммутатор аналогового типа (блок ИК), который должен обладать заданными метрологическими характеристиками (погрешность коэффициента передачи, быстродействие) и работать синхронно с остальными блоками ИС.

В отличии от обычных измерительных систем ТИС используют на объектах, находящихся на значительном расстоянии от средств представления информации. Поэтому ТИС обладают специальными каналами связи (КС), т.е. совокупность технических средств, необходимых для передачи измеряемой информации от различных источников. Основным звеном каналов связи являются линии связи (ЛС). Различают проводные ЛС, радио ЛС и оптические ЛС.

Для передачи информации от нескольких источников по одной ЛС используют два основных принципа разделения КС:

1) временной принцип, когда передача информации от различных источников разнесена во времени;

2) частотный принцип, когда передача информации от различных источников ведется на различных частотах.

46. САК делятся на две основные группы:

1) САК непрерывного контроля;

2) САК дискретного последовательного контроля параметров.

Хk – измеряемый параметр k-го канала; СУ1,…,СУn – сравнивающее устройство; ИО1,…,ИОn – устройство индикации отклонения; n – количество границ (норм) отклонения параметров; УХН – устройство хранения норм контролируемых параметров

Сигнал Хk , соответствующий контролируемому параметру k-го канала подаётся на n сравнивающих устройств (СУ1,…,СУn) количество СУ соответствует числу границ (норм) отклонения параметров, по которым следует разделять уровень входного сигнала Хk.

После сравнения значения сигнала Хk со значением сигнала, поступающего с УХН включается соответствующее устройство индикации отклонения ИО.

Наиболее распространённое количество норм отклонения параметров, не превышает 4-х:

1) предупредительные «меньше» – соответствует норме N2

2) предупредительные «больше» – соответствует норме N3

3) аварийные «меньше» – соответствует норме N1

4) аварийные «больше» – соответствует норме N4.

Если принять, что номинальное значение сигнала Хk равно Nном то справедливо неравенство:

N1<N2<Nном<N3<N4

При ХkN2 или ХkN3 устройства ИО2 или ИО3 выдают предупредительный сигнал «меньше» или «больше», при ХkN1 или ХkN4 устройства ИО1 или ИО4 выдают аварийный сигнал «меньше» или «больше».

47. САК дискретного последовательного контроля:

X1,…,Xn –контролируемые сигналы в унифицированной форме; ИК - измерительный коммутатор; СУ - сравнивающее устройство; СПИ - средство представления информации; УФВ - устройство формирования сигнала времени; УУ - устройство управления;

УХН - устройство хранения норм контролируемых параметров

ИК подключает поочередно к СУ каждый из измерительных каналов от 1 до n. Результат сравнения с сигналом УХН поступает на СПИ, куда также поступает значение времени наступления события. СПИ показывает сведения о номере контролируемого канала, величине параметра и времени контроля

48. В отличие от САК СТД не только выдает сведения об исправности или неисправности контролируемого объекта, но указывает место и характер неисправности, а также методы борьбы с неисправностями.

ОД - объект диагностики; Д1 - Дn - датчики с унифицированным сигналом на выходе; ИК1 - входной измерительный коммутатор; ИК2 - выходной измерительный коммутатор;

П1-Пn - выходные преобразователи унифицированных сигналов управления ОД;

УПК - устройство первичного контроля параметров; УО - устройство обработки;

ОЗУ - оперативно запоминающее устройство; ОП – оператор; УУ - устройство управления; СПИ - средство представления информации; УВП - устройство ввода программы; УРИ - устройство распределения информации; ГСС - генератор стимулирующих сигналов

Информация о ОД с Д1 - Дn подается в виде унифицированного сигнала на вход ИК1 который распределяет сигналы во времени для подачи на УПК. УПК проводит первичный контроль сигнала информации на соответствие их нормам.

Результаты контроля параметров ОД поступают в УО, где обрабатываются с учетом данных ОЗУ, а также с учетом сведений, получаемых с УРИ о предыдущем состоянии параметров ОД. По результатам, полученных от СПИ, ОП с помощью УУ может контролировать и влиять на процесс работы СТД через УВП. УРИ через ГСС и ИК2 с помощью П1-Пn влияет на состояние ОД, охваченного СТД.