Михайлов_Автоматика и автоматизация измерений

Элементы 3-4-5 объеденены пунктиром выполнены в виде интегральных датчиков со встроенными преобразователями, выполненными по микроинтегральным технологиям и позволяющим их разместить непосредственно в испытательной среде.

Структурная схема преобразователя циклического действия

8

9

Анализаторы построены по схеме предназначенной для многократных измерений однородных величин. С этой целью сигнал с выхода измерительного преобразователя подается на устройство 8, обеспечивающего подачу новой порции анализируемого вещества. Устройство 9 задает цикличность измерений (генератор циклов).

Анализаторы циклического действия предназначены для набора статистических данных об измеряемой величине, если иметься значительный разброс (случайной погрешности), т.е. в тех случаях, когда требуется набор статистики.

45. Структурная схема автоматического СИ, реализующего метод замещения с однократным сравнением. Функции МПУ.

Метод однократного сравнения эталонного сигнала с измеряемой величиной используется при построении СИ. При наличии в измеряемой величине лишь только систематической погрешности. Для анализа работы таких СИ используются структурные схемы или блоксхемы (это схемы отражающие устройство СИ и объединяющие функциональные особенности работы всего СИ. Изображают в виде прямоугольников которые включают в себя однородновыполняемые функции (усилитель, измерительный преобразователь, вторичные приборы, аналого-цифровой преобразователь). В ряде случаев в структурных схемах изображают и усилители питания, если они носят важный характер (включены в измерительные цепи).

Вбольшинстве структурных схем аналоговые (непрерывные сигналы) преобразуют для связи с микропроцессорными усилителями (МПУ) с помощью отдельного выходных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), позволяющий непрерывный сигнал преобразовать в кодовый сигнал.

Вобобщенном виде такая схема отображается укрупнено

СИ УОИ

АЦП

МПУ

УЭВМ

УОИустройство отображения информации

В МПУ или УЭВМ программным образом задается число изменений и образуется измененная информация по заданному виду изменений (однородные, циклические). В большинстве современных СИ встроенные МПУ позволяют производить функции не только процессом измерения, но и вычислять метрологические характеристики, производить корреляцию элементарных параметров всего СИ; производить статистические вычисления (определение грубых погрешностей и промахов, МО, вида статистического распределения)

Изображение таких СИ:

МПУ

УЭВМ

(Информационная шина (комплект преобразователей, усилителей, связанных с каждым элементом СИ))

Такое изображение связей означает, что все сигналы от каждого элемента СИ, преобразуются в цифровую форму и связаны с МПУ, позволяющим запомнить все эти сигналы по мере их поступления, хранить их в памяти, сравнивать с эталонами и выдавать результаты сравнения в виде элементарных сигналов (команд).

Такие устройстваинформационные шины в автоматических СИ еще называются интерфейсными устройствами

Структурная схема СИ реализующего метода

КЛ З.У.

УУ

Км - коммутатор – переключающее устройство СБМсамобалансирующий мост

Ф- фильтр

Кл – ключ З.У.- запоминающее устройство

УУустройство управления КН- сравнивающее устройство (компаратор направления)

ГПНгенератор пилообразования напряжения ОРУ- отчетно-регистрирующее устройство

В основу работы ИУ с однократным измерением положен принцип, заключающийся в сравнении предварительно запомненного результата преобразования входного сигнала с результатом преобразования заменяющего сигнала. В виде мощности Рх передаваемой от резистора Rx в момент, когда разность между результатами преобразования будет равна 0 происходит измерение значения величины заменяющего сигнала и определяется значение входной величины. Работа такого СИ рассматривается с помощью точки зрения алгоритма (временной последовательности выполнения логической операции)

1.-в исходном состоянии входной сигнал Рх через коммутатор подается на терморезистор самостоятельного моста. После устранения равновесия СБМ и окончания переходных процессов (колебание токов и напряжения) сигнал подается через фильтр( устройство удаляющее из спектра сигнала ненужное составляющее), подается на З.У. через электронный ключ. С выхода ЗУ сигнал подается на один из входов компараторного устройства на второй вход который подается сигнал с Ф.

2.- в результате сравнения компаратором этих двух величин запускается генератор пилообразователь напряжения (ГПН). Это напряжение подается в диагональ питания СБМ.

3.- при плавном увеличении пилообразовании напряжения СБМ балансируется и компаратор отключен ГПН. Величина напряжения

изменение состояния объекта, т.е. величина напряжения ГПН является измеряемой величиной.

Описанному методу присущи следующие погрешности 1 Погрешность запоминающего устройства, обусловлено неточностью порога сравнения 2-х величин

2 Погрешность обусловленная условиям быстродействия СБМ

3 Погрешность обусловленная компораторного напряжения

4 Погрешность ОРУ Для устранения влияния этих параметров используется схема с

двухкратным сравнением (смотри вопрос № 46 ниже)

46. Структурная схема СИ с двукратным сравнением, СИ с периодическим сравнением.

Для устранения влияния этих параметров(((Описанному методу присущи следующие погрешности

1 Погрешность запоминающего устройства, обусловлено неточностью порога сравнения 2-х величин

2 Погрешность обусловленная условиям быстродействия СБМ

3 Погрешность обусловленная компораторного напряжения

4 Погрешность ОРУ))) (см вопрос № 45 выше) используется схема с двухкратным сравнением.

Км СБМ Ф1 КН ГПН ОРУ

УУ

Особенность схемы: за один цикл измерения компораторного напряжения срабатывает дважды. 1 раз в момент наступления равенства напряжения на компараторе. На выходе Ф1 формируется напряжение, поступающее на один из входов компаратора СБМ. Одновременно с СБМ поднимается на Ф2 с выхода которого сигнал поступает на один из входов интегратора (И). При этом (ГОН) генератор опорного напряженияна 2-х входных И формирует напряжение при котором на выходе И напряжение недостаточное для сравнения компаратора.

При измерении на вход сигнала Рх начинает расти напряжение с выхода СБМ. При этом растет напряжение на выходе Ф1 и сравнивается с напряжением И. Компаратор при этом срабатывает и запускает ГПН. Дальнейшая работа схемы Идентично предыдущей

(см вопрос № 45 выше).

Величина входного сигнала в этом случае и изменяющееся изменяются дважды с помощью задающего управляющего устройства(УУ), влияющего коммутатор напряжения и генератор пилообразующего напряжения.

В результате эти обе величины сравниваются ( вычитаються) от значения величины ГПН. Эта операция позволяет выполнить логическое устранение погрешности входящих в одно из измерений.

СИ с периодическим сравнением

При реализации метода многопрофильных измерений в это устройство ( схему) вводиться МП-программирующее управляющее устройство. Оно задает цикличность и режим сравнения. Число измерений определяеться программным устройством от 20 до 50 измерений.

47. Структурные схемы СИ случайных сигналов.

Изменение параметров случайных сигналов сводится к измерению:

1.Среднего значения измеряемой величины

2.Среднего квадратичного измерения

3.Дисперсии

1.Измерение среднего значения ( X ср):

X ср = 1/Т 0T/2 x(t)dt

Структурная схема среднего значения:

Т

ПНУ – преобразователь направления-частоты ГИ – генератор импульсов Сч – счетчик Т - триггер

В случае когда измеряемая величина является непрерывной операции интегрирования выполняются с помощью RC-цепочки

В случае когда изм. величина сложна, как функция времени в цифровом виде, измеряемое определяют как среднее

X ср = 1/N Σ Xi (T)

Определение ср. значения заключается в суммировании выборок отдельных измерений. Входной сигнал при этом преобразуется в частоту. Моменты времени для выборки задаются с помощью

генераторов импульсов. Вх. сигнал при этом преобразуется в пропорциональный, частотный, импульсный сигнал, который поступает через ключ, который открывает-закрывает вход импульсов на счетчик импульсов 1. Счетчик представляет из себя последовательный набор триггеров. В результате этого число импульсов, преобразуется в двоичный код. Т. о. за время генерирования импульсов на вход счетчика поступит определенное число импульсов. Одновременно импульсы подсчитываются счетчиком 2. Для вычисления ср. значения изм. величины производится операция деления показания счетчика. Цикличность работы устройства задается оператором путем включения триггера Т1.

Триггер-устройство переходящее скачком из одного состояния в другое и наоборот. Создается это устройство с помощью 2-х транзисторных усилителей сигнала с выхода, кот. подается на вход. При подаче на базу одного из транзистора полож. импульсный ток,

При очередной подаче импульсов на базу транз. устройства вновь перейдет в другое устойчивое состояние. Для превращения числа 10 в двоичную форму требуется 4 триггера, расположенных последовательно.

2. Схемы для вычислений дисперсий и СКО.

На практике используется выражение Дx = 1/Т 0T x2(t)dt

В случае использования непрерывных сигналов применяются схемы RC-цепочек. На выходе которых реализуются степенные функции

В случае, если исп. цифровые формы сигналов реализуется зависимость X ср = 1/N Σ X2

Устройство, осуществляющее эту операциювозведение степениназывается квадраторы и представляют из себя усилитель, имеющий нелинейную статическую характеристику. Выходной сигнал соответствует квадрату от входной величины.

48. Операционные усилители.

Функции такие как сравнение, сложение, вычитание измеренных величин, выполняются с помощью электронных усилителей на транзисторах, работающих в различных режимах. Усилители наз. операционными.

Ваналоговых устройствах

Вцифровых устройствах:

X1

f(x)

X2

Наиболее широко распространенная схема:

Операционный усилитель представляет из себя 2 идентичных усилителя с общим Э(эмиттер), работающих на единую нагрузку. Входы усилителей раздельные. Uвх подается между Б (база) и Э каждого транзистора. Выходной сигнал равен сумме или разности каждых токов обоих транзисторов и зависит от величины входного сигнала. Рабочие токи на нагрузке прямой каждого транзистора выбирается с помощью делителя напряжения.