книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

284

ным элементом может быть от 1 до 3 мм, при этом биение ротора не сказывается на работе датчика.

Датчик устойчиво работает в диапазоне скоростей от 100 до

2000 об/мин (при скоростях более 2000 об/мин испытания не про­ водились) .

На рис. 9-7 представлена структурная схема такого цифрового прибора. Сигналы от датчиков 1 формируются усилителями 2 и поступают на ключи 3. При начале счета устройство управления 4

щего цилиндра.

Длительность измерения для каждого датчика задается неко­ торым числом Хі

где М — чувствительность датчика или масштаб, определяемый количеством импульсов, приходящихся на единицу ско­ рости;

di — диаметр цилиндра;

f — частота кварцевого генератора;

ki — коэффициент передачи (отношение числа оборотов ци­ линдра к числу оборотов ротора датчика);

z — число зубцов ротора датчика,

а единицы измерения соответствуют системе СИ.

Разность числа импульсов, поступивших с датчиков, равна разности линейных скоростей секций бумагоделательной машины. Эта разность выдается на проекционное табло 7.

Измерительный блок прибора построен на ферриттранзисторных логических элементах, а усилители — на полупроводниковых триодах.

Цифровой измеритель имеет два режима измерения: линейной скорости любой секции и разности скоростей любых двух секций с индикацией знака. Для этого на входе прибора перед ключами установлены коммутаторы (на схеме не показаны). Предел изме­ рения составляет 0—999,9 м/мин.

285

Достоинством описанного прибора является то, что счет им­ пульсов от датчиков идет одновременно и устройство счета выдает на индикацию результат без дешифраторов и преобразующих устройств. Это сокращает время измерения.

Более высокочастотные индукционные преобразователи для тахометрических датчиков можно построить используя технику магнитной записи (табл. 9-2, рис. 1.3).

Барабан с ферромагнитным покрытием, на который с помощью магнитной головки записаны синусоидальные колебания, эквива­ лентен ротору с числом зубцов, равным числу периодов записан­ ных синусоидальных колебаний на окружности барабана, т. е. заменяет собой зубчатый диск с 5—25 зубцами на миллиметр. Индукционный преобразователь состоит из магнитного барабана

сзаранее нанесенной записью и считывающей магнитной головки.

Кнедостаткам этого типа преобразователя относятся трудно­ сти, связанные с необходимостью выдерживать малый зазор между барабаном и считывающей головкой (до 30—50 мкм).

Вчастотных тахометрах индукционные преобразователи приме­ няются наиболее широко благодаря ряду преимуществ. Они про­ сты, надежны, обладают достаточной выходной мощностью, не требуют внешнего источника энергии.

Кнедостаткам их относятся: зависимость амплитуды выходного сигнала от измеряемой скорости вращения, затрудняющая изме­ рения малых скоростей, а также создаваемый ими тормозной мо­ мент, препятствующий использованию этих датчиков для измере­ ния в маломощных установках. Поэтому наряду с индукционными преобразователями в датчиках тахометров находят применение и другие системы преобразователей.

Электретные тахометры [16] имеют целый ряд достоинств перед другими электроимпульсными приборами (табл. 9-2, рис. 1.2). Они отличаются небольшими габаритными размерами и массой; простотой конструкции; отсутствием внешних источников питания; возможностью использовать в качестве ротора вал машины или любую вращающуюся деталь.

Принцип действия электретного тахометра (табл. 9-2, рис. 2) состоит в следующем. Э лектретнаклеенны й на вращающуюся деталь или ротор машины, проходя мимо неподвижного электрода, индуцирует на нем заряд. Этот заряд в виде импульса напряжения снимается с выхода датчика тахометра и подается на измеритель­ ное или регистрирующее устройство. Скорость вращения можно определять или по величине выходного напряжения или по ча­ стоте индуцируемых импульсов [16].

При измерении скорости вращения по частоте индуцируемых импульсов погрешности измерения сводятся до минимума. Ско­ рость вращения п определяется по формуле

1 Электретом называется диэлектрик, обладающий постоянной поляризацией.

286

где f — частота импульсов; k — число электретов.

Электретный тахометр может быть выполнен в виде отдель­ ного прибора или совмещен с механизмом, скорость которого не­ обходимо измерять.

Электретный тахометр может быть оформлен конструктивно так, как показано на рис. 9-8. На боковой (рис. 9-8, а) или торце­ вой (рис. 9-8, б) поверхности ро­ тора 1 прикрепляется электрет 2.

Потенциальный электрод 3 рас­ полагается вблизи электрета, он тщательно изолирован от корпу­ са 6 изоляционной прокладкой 4. Связь с измерительным устройст­ вом осуществляется выводом 5.

Кнедостаткам электретного

Часто в датчиках тахометров используются емкостные и ин­ дуктивные преобразователи (табл. 9-2, рис. 3.1, 3.2, 4.1, 4.2), не имеющие особых преимуществ перед индукционными, кроме неза­

активных потерь и происходит срыв колебаний генератора. При выходе зубца из зазора колебания восстанавливаются.

Таким образом, определенной скорости чередования зубцов и впадин диска соответствует определенная частота модуляции добротности контура и частота следования «пачек» высокочастот­

287

измеряются частотомером Ч. Разрешающаяся способность датчи­ ка — 480 импульсов на оборот. При максимальной скорости 20 об/с, принятой для электропривода бумажной машины К-15, он обеспе­ чивает частоту следования выходных импульсов 9600 Гщі(480х20).

Конструктивно катушки индуктивности контура .итератора выполнены на двух ферритовых П-образных сердечника^,.3, поме­ щенных в текстолитовую обойму с прорезью, через котирую при вращении проходит зубчатый венец диска 1. В корпусе’'импульс­ ного тахометра размещены также все элементы электрической схемы датчика, включая усилитель и формирователь Ф. (

Время цикла измерения и индикации скоростей составляет 0,5—0,7 с при относительной приведенной погрешности измерения 0,01—0,02%. Последняя определяется погрешностью квантования, которая составляет при отсчете ± 1 импульс последней декады. Кроме того, в погрешность входит нестабильность кварцевого ге­ нератора, задающего время измерения, равная ± (10~3-f-10-4) %.

В индуктивном датчике тахометра ИТ-500 предусмотрен ре­ жим работы с большим временем цикла измерения для получения усредненного отсчета скорости.

На основе датчиков типа ИТ-500 создан цифровой измеритель скорости типа ЦИС-3. Он предназначен для измерения скорости, а также абсолютного и относительного значения разности скоро­ стей вращения валов бумаго- и картоноделательных машин одно­ временно.

Измерительный блок — частотомер для измерения частот, их разницы и их отношения — выполнен на ферриттранзисторных ло­ гических элементах.

чаются отсутствием тормозного момента и предельной простотой. Для того чтобы построить фотоэлектрический преобразователь, достаточно разместить вблизи вала, скорость которого измеряется, осветитель и фотоэлемент, а на вал нанести (краской или другим способом) метку, коэффициент отражения которой отличался бы от коэффициента отражения вала.

Для промышленных измерений известно устройство для изме­ рения относительного значения разности скоростей секций бума-

288

положен^ по осветителю 3 и фотодиоду 4. Во время вращения

где «г— коэффициент передачи і редуктора, через который пере­ дается вращение от приводного двигателя к валу і секции.

Простейшие преобразования дают следующее выражение для отношения скоростей N2/Ni второй и первой секций:

289

тогда разность скоростей, отнесенная к скорости первой секции, соответствует AN и равна

Выражение (9.12) линейно связывает AN и — . Если посто-

Ѵ1

янному коэффициенту связи k придать удобное для пересчета значение (например, 10000), то AN определит отношение окруж­ ных скоростей в %.

Блок-схема прибора приведена на рис. 9-11. Сигналы от фото­ электрических датчиков тахометров ДТ\ и ДТ2 через формирова­ тели импульсов ФИ1 и ФИ2 поступают в измерительный блок. В положение переключателя И (измерение) каждый из сигналов проходит схему совпадений СС и направляется к опорному и из­ мерительному счетчикам. В опорном счетчике (программирующей пересчетной линейке), состоящем из 18 счетных тригеров, записы­

вается число N 1, равное 10 Мі£>1 ,t При этом обеспечивается зна-

чение /(=10 000. В измерительном счетчике того же объема счи­ тается большее число N2, которое успевает заполнить счетчик (т. е. вернуть его в начальное, нулевое состояние) и записать в него некоторое число импульсов. Это число импульсов, зависящее от времени счета N ь и будет искомым соотношением окружных ско­ ростей, выраженным в процентах от значения ѵі. Окончание вре­ мени счета определяется последним импульсом, заполняющим опорный счетчик N {. Блок управления отключает счетчики от дат­ чиков и выдает командные импульсы на дешифратор и другие узлы схемы. Через дешифратор число AN представляется в деся­ тичном коде на световом табло.

290

входы схем сравнений CCj и СС2 импульсов стандартной частоты от генератора контрольных импульсов ГКИ.

Описанное устройство предназначено для измерения соотноше­ ния окружных скоростей валов секций опытной микрокрепирующей установки в диапазоне 0—99,99%- Абсолютная погрешность изме­ рения ±0,01%. Допускаемая температура среды для работы изме­ рительного блока колеблется в пределах от 10 до 50° С при отно­ сительной влажности 80%„ для датчика — от 10 до 70°С при относительной влажности 90%. Предусмотрена возможность реги­ страции результатов измерения с помощью цифропечатающей ма­ шинки ЦПМ-1 (см. гл. 3).

В частотных датчиках тахометров находят применение также радиоактивные преобразователи (табл. 9-2, рис. 6), особым до­ стоинством которых являет­ ся возможность измерения скоростей совершенно недо­ ступных валов. Кроме того, иногда используются кон­ тактные модификации рас­ смотренных частотных дат­ чиков интересные крайней простотой измерительных цепей [1].

На измерении скорости вращения ведущих валов бу­ маге- и картоноделательных машин основаны специаль­ ные устройства для под­

счета площади изготовляемого полотна, широкоприменяемые в ЦБП и называемые счетчиками метража полотна. По принципу

действия, устройству и схемам измерительных цепей они анало­ гичны рассмотренным выше цифровым устройствам измерения ско­ рости.

Проблемой при создании подобных приборов является учет проскальзывания полотна относительно ведущих валов, которое зависит от скорости движения полотна, характеристик полотна и места установки датчиков (тахометров). Несмотря на недостатки (неоднозначность результатов отсчета) счетчиков указанного типа, последние довольно широко используются в ЦБП, поскольку другие принципы построения приборов для измерения скорости поступательного движения полотна (например, с помощью меток) пока не нашли применения в технических измерительных устрой­

ствах.

Примером счетчика метража полотна в ЦБП является счетчик площади (м2) для продольно-резальных станков, разработанный ЦКБ Министерства деревообрабатывающей промышленности Латвийской ССР.

Блок-схема счетчика метража приведена на рис. 9-12. От ве­ дущего вала 1 с помощью фрикционной муфты приводится во

291

вращение бесконтактный индуктивный датчик 2, аналогичный по устройству рассмотренному индуктивному датчику ИТ-500. Он пре­ образует обороты вала в электрические импульсы, которые посту­ пают через коммутационный блок 3 в счетное устройство 4. Со счетным устройством связаны цифровые индикаторы 5.

В счетчик метража входит датчик обрыва полотна, датчик среза полотна, переключающее устройство, а также пульт с бло­ ками измерения, управления и цифровой индикации. С помощью фотоэлектрического датчика обрыва обеспечивается автоматиче­ ское отключение счетчика метража при обрыве полотна и авто­ матическое его включение после заправки полотна. Датчик среза и электромеханическое усройство, входящее в счетчик, предназ­ начены для устранения повторного учета срезанного с рулона слоя дефектной бумаги.

Счетная схема построена на основе схем быстродействующих импульсных счетчиков БИС-62. Другие функциональные узлы счетчика выполнены с использованием полупроводниковых элемен­ тов.

При настройке счетчика учитывается только ширина рулонов, получаемых после резки, и не учитывается диаметр ведущих валов. С применением счетчика исключается операция вычисления пло­ щади полотна (метража) по пересчетным таблицам, в которых площадь определяется в зависимости от числа оборотов ведущего вала, его диаметра и ширины рулона.

Глава 10

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. СТРУКТУРА СИСТЕМ

Рассмотренные выше приборы предназначаются, как правило, для измерения одновременно только одной величины, и лишь от­ дельные виды благодаря встроенным в прибор или специальным переключателям позволяют измерять ряд однотипных величин. Быстродействие таких приборов обычно невелико. Вместе с тем при современном состоянии науки и техники управление различ­ ного рода технологическими процессами и объектами, энергети­ ческими комплексами, оценка технического состояния (диагно­ стика) различных механизмов и объектов предъявляют такие тре­ бования к измерительной аппаратуре, которые не могут быть выполнены с помощью приборов, рассмотренных выше.

При проведении научно-исследовательских работ и на про­ изводстве необходимо получать сведения о большом числе величин (сотни и тысячи), часто быстро меняющихся и различных как по своей физической природе, так и по диапазонам их значений. При этом результаты измерений должны быть сосредоточены

292

в одном центре, в то время как датчики (объекты измерения) мо­ гут быть рассредоточены в пространстве и удалены на значитель­ ное расстояние от центра.

Психофизиологические возможности человека при использова­ нии большого числа обычных измерительных приборов оказыва­ ются недостаточными даже для простого наблюдения за их пока­ зателями. Еще хуже обстоит дело, если по результатам измерения отдельных величин необходимо делать какие-либо обобщающие выводы или заключения, а для этого необходима сложная, иногда

исрочная обработка получаемой информации.

Вто же время не вся поступающая измерительная информа­ ция является одинаково важной. Например, в ряде случаев дос­ таточно иметь обобщенную, качественную информацию о поведе­ нии всего объекта в целом, а значения отдельных параметров, характеризующих исследуемый процесс, не важны. Иногда доста­ точно иметь информацию только о тех параметрах, которые вышли за допустимые или нежелательные пределы. Кроме того, различ­ ные параметры можно измерять с разной частотой. Например,

температуру, как величину более инерционную, можно измерять (а следовательно, и предъявлять результаты измерения темпера­ туры оператору) реже, чем вибрацию.

Перечисленные меры, которые можно рассматривать как фор­ мирование потока информации, позволяют в ряде случаев резко сократить объем информации, поступающей к оператору. Для по­ лучения большого объема информации, ее обработки и представ­ ления необходимо не множество измерительных приборов, а до­ статочно сложные устройства, которые могли бы [22]:

получать информацию непосредственно от измерительных дат­ чиков;

выполнять измерительные операции, т. е. сопоставлять изме­ ряемую величину ХИЗуі с известной Хизв;

производить математические или логические операции при вы­ полнении косвенных или совокупных измерений;

хранить полученную информацию и выдавать ее потребителю. Устройства, отвечающие перечисленным требованиям, называ­ ются информационными измерительными системами (ИИС).

В ИИС функции отдельных измерительных приборов выполня­ ются единым централизованным автоматическим устройством, связанным с датчиками, воспринимающими измерительную ин­ формацию о множестве величин, и осуществляющим измерение этих величин и обработку полученных результатов по определен­ ной программе с последующей выдачей индивидуальных или ком­ плексных данных, общих выводов или команд человеку или управ­ ляющему устройству.

В соответствии с изложенным структурная схема системы мо­

293