Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

Рис. 6.3. Процеси розгортаючого перетворення

Автономність і циклічність функцій S(t) надають методу розгортаючого перетворення можливості, недоступні для методів прямого та слідкуючого перетворень. На сьогодні існують численні різновиди цифрових, математичних, самонастроювальних та інших розгортаючих перетворень.

У розгортаючій системі в моменти миттєвої рівноваги S(tх) — X(t) = 0, що характеризуються точками перетинання кривих S(t) і

Х(t), формуються відмічаючи імпульси. Одні з них у циклі інтегру-

вання S(t) відображають значення вимірюваної величини відрізком часу Т, обмеженого моментами початку періоду розгортання й зрівноваження (компенсації). Інші використовують зворотне імпульсне відображення X(t), коли відрізок часу відраховують від моменту компенсації до закінчення розгортання S(t). Застосовують також пряме й зворотне імпульсне відображення при подвійному інтегруванні S(t), короткочасні імпульси відміток початку й кінця визначеного інтервалу часу, знакозмінні відмічаючі імпульси, імпульси стандартної частоти, тощо.

Цифрові ЗВТ розгортаючого зрівноважування представлені різними вимірювальними й регулюючими мікропроцесорними контролерами вітчизняних виробників: «ТЕРА» (м. Чернігів), «МІКРОЛ» (м. Івано-Франківськ), «Мікротерм» (м. Сєверодонецьк), «МікРА» (м. Київ) та інших, а також іноземних: Siemens і АВВ (Німеччина), «ОВЕН» (м. Москва), «МЕТРАН» (м. Челябінськ), тощо, нині стрімко завойовують український ринок засобів автоматизації.

Відзначимо при цьому, що сертифіковані в Україні ЗВТ іноземного виробництва також входять у ДСП.

Для керування технологічними процесами сучасні виробництва оснащують автоматизованими й автоматичними інформаційнокеруючими системами, до складу яких у вигляді підсистем входять інформаційно-вимірювальні системи.

На рис. 6.4 показана узагальнена багаторівнева структура такої інформаційної підсистеми автоматичної системи керування технологічними процесами галузі.

Рис. 6.4. Узагальнена структура інформаційно-вимірювальної системи

Вимірювальнийблок1 нижньогорівня, доскладуякоговходятьЗВТ першої, другої й частково третьої групи приладів ДСП, монтують на місці установки об’єкта. Це забезпечує одержання первинної інформації про стан об’єкта по каналах вимірювань технологічних та інших параметрівХ1…Хn. Результативимірюваньувиглядіпоточнихпоказань місцевих ЗВТ і світлової (звукової) сигналізації неприпустимих відхилень Хi використовуються технічним персоналом при обслуговуванні об’єкта. Тут же в блоці 2, утвореному, в основному, приладами третьої групи ДСП, ця інформація проходить первинну обробку. У результаті вимірювальнісигналиабонастроюванняЗВТзметоюпідвищенняточності можуть бути автоматично відкореговані алгоритмічним або програмнимшляхом. Прицьомувблоці2 виробляютькоригувальнітаінші сигнали, що направляються у відповідні ЗВТ.

Далі інформація про об’єкт у вигляді вимірювальних сигналів надходить у блок 3, реалізований за допомогою другої і третьої груп приладів ДСП у вигляді пульта (щита) оператора. Тут найважливішу інформацію архівують у вигляді результатів вимірювань Хi за певний період часу (хвилину, годину, зміну, добу, місяць, тощо), поточну інформацію представляють операторові показаннями ЗВТ, мнемосхемами, графіками й таблицями на екрані монітора. Світлова або звукова сигналізація повідомляє оператора про небезпечні або неприпустимі і аварійні режими роботи об’єкта.

Результати аналізу отриманої блоком 3 інформації у вигляді різних показників ефективності виробництва, рекомендацій з оптимізації настроювань різних систем і веденню технологічного процесу надають операторові за допомогою монітора ПК.

Інформаційно-вимірювальна система часто передбачає кілька рівнів обробки інформації.

На рівні, наприклад, начальника цеху, блок 4, представлений в основному третьою групою приладів ДСП і менше — другою, збирає й обробляє інформацію про різні технологічні процеси ділянок цеху. У результаті обробки й аналізу цієї інформації на моніторі представляють інформацію не тільки про технологічні процеси, але й про кількість, якість сировини й готової продукції, короткострокові прогнози, раціональну рецептуру, діагностику устаткування, собівартість продукції та інше. Блок 4 виробляє рекомендації з оптимального керування цехом.

На рівні головного енергетика заводу блок 5 (третя група приладів ДСП) збирає й аналізує інформацію про витрати й кількість спожитих видів палива, електроенергії, тепла, холоду, води й водяної пари, наявність і потреби у видаткових матеріалах і таке інше. Тут виробляють рекомендації з оптимізації поточного й прогнозного керування службою головного енергетика.

Основою одержання первинної інформації про об’єкт служать датчики (ПП) і датчики-реле (ДР) технологічних параметрів. При цьому одні з них виробляють вихідні сигнали безпосередньо за допомогою чутливих елементів, інші з цією метою використовують вбудовані аналогові або дискретні перетворювачі сигналу свого чутливого елемента.

7. ВИМІРЮВАННЯ ПЕРЕМІЩЕНЬ, ЗУСИЛЬ І ШВИДКОСТІ

У схемах вимірювання й сигналізації технологічних параметрів у якості первинних та проміжних вимірювальних перетворювачів часто застосовують перетворювачі переміщення, зусилля або швидкості. Такі перетворювачі розрізняються за принципом дії, призначенням і областями застосування. В харчової промисловості широко застосовуються дискретні й аналогові ПП з механічними, електричними та пневматичними чутливими елементами.

7.1. Релейні ПП

Релейні ПП складаються з чутливого елемента переміщення (важеля, штока або складнішого пристрою), пов’язаного з дискретним проміжним перетворювачем. Ці перетворювачі в залежності від типу можуть бути як простими електричними контактами, що приводяться в дію механічним шляхом, так і складними електронними схемами.

Електроконтактні ПП (рис. 7.1 а) є одними з найпростіших перетворювачів переміщення Х. Він складається з рухомого 1 і нерухомого 2 бронзових плоских пружних контактів, закріплених одним кінцем у діелектрику 3. Положення нерухомого контакту 2 встановлюють регулювальним гвинтом 4 (задатчиком), встановлюючи задане значення вимірюваного переміщення Х, при якому спрацьовує ПП. Вільний кінець контакту 1 переміщується за допомогою штока 5, положення якого встановлюється поточним значенням вимірювальної величини.

Переміщення Х штоку 5 приводить до зміни зазору між контактами. Коли поточне значення Х стає рівним заданому, відбувається замкнення (розімкнення) контактів ПП і, відповідно, кола світлової або звукової сигналізації. Наприклад, загорається (гасне) світлове табло HL.

Релейні ПП широко застосовують також для одержання числоімпульсних сигналів, які являють собою імпульси напруги або струму, кількість яких в одиницю часу пропорційна значенню вимірюваної величини. Такі сигнали широко застосовують для вводу резуль-

татів вимірювань різних параметрів без додаткових перетворень безпосередньо в цифрові вторинні прилади.

Рис. 7.1. Релейні ПП переміщення: а — електроконтактний; б — герконовий; в — герконовий числоімпульсний

Герметичні магнітокеровані контакти (геркони), що показані на рис. 7.1 б, часто використовують для створення число-імпульсних сигналів. Тут два електричні контакти 1 і 2 змонтовано в герметичній скляній капсулі 3. Феромагнітне напилювання вільних кінців цих контактів забезпечує їхню чутливість до зміни зовнішнього магнітного поля, наприклад, при переміщенні Х постійного магніту N-S або котушки електромагніту постійного струму або при зміні струму крізь цю котушку. Геркони, що замикають свої контакти, при збільшенні магнітної індукції В, називають нормально відкритими, а геркони, що розмикають контакти при збільшенні В — нормально закритими.

Вони широко застосовуються для вимірювання й сигналізації заданих значеннь Хзад лінійних та кутових переміщень.

При контролі лінійних переміщень геркон взагалі монтують на нерухомій станині, а постійний магніт — на рухомій основі, переміщення якої контролюють. Геркон вмикають в коло, наприклад, сигналізації.

При вимірюванні кутової швидкості ω, наприклад, обертання вала, його оснащують диском з немагнітного матеріалу. Як показано на

контакт вихідного реле ПП. При спрацюванні реле струм з напругою Uжив (логічна «1») проходить крізь цей контакт і по лінії зв’язку поступаєнавхідконтролюючоговторинногоприладу(абосигнальної лампи), що на схемі позначено опором навантаження RH. При зворотному спрацюванні контакт реле розриває електричне коло, і струм крізь RH припиняється (логічний «0»).

Безконтактні вихідні пристрої електронних дискретних

ППв кінцевих каскадах використовують вихідні транзистори, теристори або семистори. З цією метою часто використовують схеми на основі транзистора NPN або PNP — структури, як показано на рис. 7.2 б.

Тут для гальванічного розділення вхідних та вихідних ланцюгів

ППу вихідному каскаді дискретного перетворювача використовують оптрон VD, що керує роботою вихідного транзистора VT в клю-

човому режимі. Зовнішнє навантаження RH (вторинний прилад, сигнальний індикатор) в залежності від типу ПП включають в коло колектора або емітера. У відповідності до цього розрізняють схеми вихідного транзистора з «відкритим колектором» та «відкритим емітером». Електроживлення ПП здійснюють від зовнішнього дже-

рела = Uжив постійного струму.

Коли дискретна вимірювальна схема ПП спрацьовує, керуючий струм проходить крізь світлодіод оптрону VD, який при цьому виробляє потік світла. Цей потік відкриває фототранзистор оптрону, що призводить до подачі керуючої напруги на базу вихідного транзистора VT та його відкриття.

Відкриття вихідного транзистора ПП призводить до проходжен-

ня струму («логічна «1») крізь навантаження RH. Коли відбувається зворотнє спрацювання вимірювальної схеми ПП, струм крізь світлодіод оптрону припиняється і фототранзистор оптрону закривається. Відповідно до цього закривається і вихідний транзистор ПП. При цьому струм крізь RH припиняється («логічний «0»).

7.2. Резистивні ПП

Резистивні ПП переміщення (рис. 7.3) широко представлені змінними опорами (реостатами, реохордами, потенціометрами), які перетворюють лінійне або кутове переміщення Х у переміщення

свого повзунка й, відповідно, у вихідний опір RВИХ. Резистивні ПП мають широку гаму конструкцій і характеристик.

Рис. 7.3. Резистивні ПП переміщення

7.3 Індуктивні ПП

Індуктивні первинні вимірювальні перетворювачі переміщення широко застосовуються як у якості окремих ЗВТ, так і вбудованих проміжнихперетворювачів, наприкладППтемператури, тиску, витрат, рівня та ін. технологічних параметрів. Найбільше поширення знайшли перетворювачі переміщення Х із змінюваним повітряним зазором магнітопроводу (рис. 7.4 а), ПП плунжерного типу (рис. 7.4 б) і перетворювачі з допоміжними магнітопроводами (рис. 7.4 в).

Рис. 7.4. Індукційні ПП переміщення

На нерухомих магнітопроводах (якорях) 1, виготовлених із трансформаторної сталі (рис. 7.4 а, 7.4 в), або котушці 2 з немагнітного матеріалу розташовують первинну (I) і одну (II) або дві (IIа, IIб) вторинні обмотки. Під дією вимірюваного переміщення Х змінюється зазор між рухомою і нерухомою частинами магнітопроводу. При

UВИХ = UIIА — UIIБ, що забезпечує фазочутливість ПП до вимірюваного переміщення Х. Індукційні перетворювачі з диференційним включенням вторинних обмоток одержали назву диференційнотрансформаторних ПП або дифтрансформаторів.

У середньому положенні чутливого елемента ПП і, відповідно, осердя (або рухомої частини якоря) вихідний сигнал ПП UВИХ = 0. При зсуві Х осердя убік пропорційно зростає амплітуда UВИХ з одночасним зрушенням фази ϕ вихідної напруги щодо вхідного UЖИВ, при чому знак ϕ визначається напрямком переміщення Х чутливого елемента вимірювальної величини.

Індукційні ПП застосовують також для перетворення вимірюваного параметра в числоімпульсний сигнал, коли частота проходження вихідних імпульсів ПП пропорційна величині вимірюваного параметра.

Як приклад на рис. 7.6 показаний індукційний ПП швидкості ω обертання вала, який являє собою феритове кільце (якір) 1 із установленими на ньому первинною 2 і вторинною 3 обмотками.

Рис. 7.6. Індукційний ПП із числоімпульсним вихідним сигналом

На валу закріплений диск 4 з феромагнітного матеріалу (сталевий) із прорізами, який являє собою допоміжний магнітопровід. Коли при обертанні вала зуби диска входять у зазор феритового кільця, відбувається замикання магнітного потоку якоря й підвищення вихідної напруги вторинної котушки до максимального рівня (логічної «1»). При зміні зуба диска в зазорі кільця прорізом магнітний потік послаблюється й напруга вторинної обмотки знижується до мінімального рівня (логічного «0»). При цьому кількість імпульсів