4. Классификация измерительных систем. Структурные схемы каждого вида иис ближнего действия. Достоинства и недостатки каждого вида ис.
Это ИИС, в которых преобладает функция измерения, а функции вторичной обработки и хранения незначительны или отсутствуют.
Рис.
Системы ближнего действия:
Составные части измерительных систем ближнего действия:
первичные измерительные преобразователи – датчики (Д);
элементы сравнения (СС);
меры (М);
элементы выдачи результата (ВР);
В зависимости от вида и числа различных элементов измерительные системы делятся на:
многоканальные ИС (с параллельной структурой);
сканирующие ИС (с последовательной структурой);
мультиплицированные ИС (с общей мерой);
м
ноготочечные
ИС (с параллельно-последовательной
структурой).
Многоканальные ис
Рис.
Особенности: в каждом канале – полный набор элементов.
Достоинства: высокая надёжность, быстродействие. Одновременность получения результатов.
Недостаток: сложность и высокая стоимость.
Сканирующие ИС:
Рис.
Особенности: один канал измерений, которые выполняются последовательно во времени. Содержат сканирующее устройство (СкУ), которое перемещает датчик в пространстве.
Ограниченность применения: только когда измеряемая величина распределена в пространстве (температурные поля, давление, механическое напряжение и др.).
Недостаток: малое быстродействие из-за последовательного измерения.
Мультиплицированные ИС:
Рис.
Особенности: общий для всех каналов элемент меры (М), что упрощает ИС.
Недостаток: много элементов сравнения СС, равное числу измеряемых величин, что усложняет ИС.
Многоточечные ИИС:
Рис.
Количество датчиков “n” – до нескольких тысяч. Принцип действия – параллельно-последовательный: многократное последовательное использование одних и тех же узлов измерительного тракта. (отсюда минимальная сложность).
Здесь введён измерительный коммутатор аналоговых сигналов датчиков (ИК) (чаще используется электронные ИК, состоящие из ключей и устройства управления).
Достоинства многоточечных ИИС:
уменьшение элементов по сравнению с многоканальными ИС;
возможность наращивания каналов за счёт ИК.
Недостатки:
понижение быстродействия с увеличением числа опрашиваемых датчиков;
снижение точности из-за падения напряжения на ключах ИК, конечных значениях сопротивления замкнутого и разомкнутого ключей.
ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ (ИС дальнего действия).
Области применения: когда объекты измерения находятся на значительном расстоянии от средств представления и обработки информации (движущиеся объекты, большие предприятия, нефтепроводы и др., объекты атомной энергетики – около них нахождение человека невозможно!).
5.Отличие ТИС от BC ближнего действия: наличие специального канала связи, обеспечивающего передачу информации от различных источников.
Основа канала связи – это линия связи (проводные, радиолинии, оптические линии). Кроме ЛС в канал входят устройства формирования сигнала (передатчики) и приёмники сигнала (по обоим концам ЛС).
Основной параметр канала связи – полоса пропускания частот.
Для передачи информации от многих источников по одно(!) линии связи применяют:
временное разделение каналов;
частотное разделение каналов.
При временном разделении – последовательная передача по лини связи значений отдельных измеряемых величин; разделение каналов – с помощью коммутаторов, как в многоточечных ИС.
При частотном разделении – для каждой величины используют свою полосу частот, поэтому можно одновременно (параллельно) передавать информацию от всех источников.
В зависимости от информативного параметра сигнала различают:
Рис.
Токовые ТИС (другое название – системы интенсивности).
Рис.
Измеряемый параметр передаётся по линии связи постоянным током (0-5мА), вырабатываемым преобразователем Пр.
Токовые ТИС – просты, дешевы, надёжны, помехозащищены (т.к. среднее значение помех в линии связи примерно равно нулю, а миллиамперметр реагирует именно на среднее (!) значение тока).
Это были – одноканальные токовые ТИС.
В многоканальных токовых ТИС, как уже говорилось, применяют временное разделение каналов, т.е. на передающей и принимающей сторонах ТИС устанавливают измерительные коммутаторы (ИК), причем на приемной стороне имеются блоки памяти для хранения показания до очередного подключения коммутатора. Это усложняет систему и ограничивает быстродействие. Чтобы повысить используют спорадическую (нерегулярную) коммутацию каналов, т.е. по вызову оператора. Дальность действия токовых ТИС обычно:
- 20-25 км (кабельные каналы);
- 7-10 км (воздушные линии связи).
Ограничения по дальности определяются погрешностью из-за колебаний значения проводов и изоляции между проводами.
б) Частотные ТИС
Здесь используются для передачи значений излучаемых величин: частота sin-ого тока или импульсов постоянного тока. Возможна параллельная передача нескольких значений измеряемых величин по одной ЛС путем частотного разделения измерительных каналов.
Рис.
ЛС – линия связи;
Пр – приемник;
ВР – выдача результатов.
ПУ – передающее устройство, на выходе которого частота fx пропорциональна измеряемой величине x, например, в виде:
.
Приемник преобразует переданный по ЛС частотный сигнал в аналоговый сигнал (ток или напряжение) или в цифровой сигнал (код) для выдачи результата соответственно в аналоговой или цифровой форме.
Область применения частотных ТИС: дальность сотни километров, число каналов до нескольких тысяч.
в) Времяимпульсные ТИС.
В них значение измеряемой величины передается по ЛС длительностью импульсов постоянного тока или интервалами между импульсами.
Рис.
Здесь – временное разделение каналов
Передающая сторона:
ИК – измерительный коммутатор;
ВИП – время-импульсный преобразователь напряжения (тока) во временной интервал.
Принимающая сторона:
ПВК – преобразователь временного интервала в код;
КП – кодовый переключатель (дешифратор);
Pг1-Ргn – регистры памяти кода значения величины каждого канала;
ВР – блок выдачи результата (индикация, регистрация)
Область применения: ЛС сотни ( кабельные) и тысячи (радиоканал) километров.
г) Цифровые телеизмерительные системы
Р
ис.
В них значение измеряемой величины передаётся по ЛС кодовой комбинацией в виде комбинации импульсов.
Наиболее часто применяется двоичный код (последовательность “1” и ”0”). Для повышения помехозащищенности ТИС применяют специальные коды – коды с обнаружением и исправлением ошибок, вызванных помехами (например коды Хемминга).
Для формирования кодовых комбинаций на входе ЛС устанавливается аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), к которому с помощью измерительного коммутатора (ИК) поочерёдно подключаются входные аналоговые дифференцированные сигналы. Выходной сигнал АЦП (цифровой сигнал в параллельном коде) подаётся на преобразователь параллельного кода в последовательный код. Этот код через выходное устройство (Вых.У - другое название ЛУ – линейный узел) поступает в линию связи. На выходе линии связи передаваемый код поступает на входное устройство (ЛУ – Линейный узел), в котором восстанавливаются импульсы кода, искаженные в линии связи. Далее, из ЛУ кодовые сигналы поступают в преобразователь (ПК) последовательного кода в параллельный, а затем на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и декоммутатор. Количество ключей декоммутатора соответствует количеству измеряемых величин. Выходные сигналы (аналоговые) с декоммутатора поступают на соответствующее количество приборов.
Описанная структура цифровой кодоимпульсной системы намеренно упрощена. В реальных телеизмерительных системах введены дополнительные блоки, осуществляющие хранение (регистры), синхронизацию, контроль искажения кодовой комбинации, преобразование двоичного кода в десятичный на приёмной стороне для удобства цифрового воспроизведения измеряемой величины и т.д.
Достоинства цифровых телеизмерительных систем :
высокая помехозащищённость;
возможность вывода информации в ЭВМ;
возможность работы по различным каналам связи.
Недостаток: сложность.