border=0


border=0

Metódy a prostriedky merania elektrických veličín. úvod

| nasledujúci článok ==>

Vývoj moderných meracích technológií zameraných na poskytovanie riešenia problému automatizácie riadenia rôznych procesov (technologických, testovacích, výskumných, diagnostických atď.) Je sprevádzaný zvýšením množstva druhov meraní, rozšírením rozsahu meraných veličín a prevádzkových podmienok meracích prístrojov, zvýšením rýchlosti a presnosti meraní.

Základným znakom a základným predpokladom rozšírenia funkčnosti použitých meracích prístrojov (SI) je zavedenie programovateľných počítačov do meracích obvodov. K prechodu z najjednoduchších meracích prístrojov na moderné inteligentné meracie systémy došlo chronologicky v tomto poradí:

· Elektromechanické meracie mechanizmy (MI);

· Meracie mechanizmy s prídavnými zariadeniami;

· Elektronické meracie prístroje (EIT);

· Digitálne meracie prístroje (DSP);

· Systémy na meranie informácií (IMS);

· Meracie a výpočtové komplexy (IVK);

· Prostriedky na meranie procesora (PRIS);

· Zmyslové samoorganizujúce sa systémy (CCC).

Zdokonaľovanie moderných meracích prístrojov je sprevádzané kombináciou softvéru a hardvéru meracích prístrojov s rastúcou úlohou softvéru. Rozšírenie schopností SI, zlepšenie ich metrologických charakteristík, je založené na zlepšení metód a prostriedkov merania, kanálov prenosu údajov, softvéru a hardvéru systémov na spracovanie informácií o meraní.

V tejto súvislosti by štúdium tejto disciplíny malo zahŕňať nielen štúdium základných princípov konštrukcie a charakteristík fungovania hardvéru moderných SI, ale aj rozvoj zásad algoritmizácie procesu merania, čo vedie k zvýšeniu úrovne formalizovaného opisu postupov merania, posudzovania vplyvu metód merania na metrologickú úroveň výsledkov merania. , porozumenie vyhliadkam na zlepšenie metód merania, korekcia chýb, zabezpečenie odolnosti meraní proti šumu d.

Tieto vlastnosti moderného stupňa vývoja meracieho zariadenia vyžadujú objasnenie použitej terminológie. Napríklad metódou merania je potrebné pochopiť logiku postupov porovnávania meranej veličiny s hodnotou opatrenia a organizáciu postupov získavania výsledkov merania.

Počas merania sa vykonávajú základné a ďalšie transformácie.

Základné transformácie - priamo súvisia s postupmi primárnej premeny, prenosu a porovnania nameranej veličiny s mierkou.

Medzi ďalšie transformácie meraných fyzikálnych veličín patria:

· Normalizácia, t. uvedenie hodnoty do meracieho rozsahu;

· Zmena typu meracieho signálu;

· Funkčné transformácie pri vykonávaní nepriamych, štatistických a iných typov meraní;

· Prepínanie vstupných signálov;

· Oprava výsledkov merania;

· Koordinácia rozsiahlych sietí, stredných transformácií atď.

Na rozdiel od základných transformácií vykonávaných hlavne hardvérom, ďalšie konverzie sa môžu vykonávať aj hardvérom, ale hlavne softvérom.

Medzi fázami transformácie merania je funkčný rozdiel, ktorý spočíva v nasledujúcom. Ak je vo fáze primárnej konverzie hlavnou požiadavkou zabezpečiť primeranosť procesu prevodu jednej fyzickej veličiny na inú a vo fázach dodatočnej konverzie na zabezpečenie linearity konverzie, potom je pri spracovaní informácií o meraní potrebné poskytnúť kvalitatívne porovnanie s mierou reprodukovanou meracím zariadením.

Celkový počet fyzických množstiev je: 7 základných jednotiek; 2 ďalšie; 113 derivátov. vrátane:

· Mechanické - 14;

· Elektrické a magnetické - 40;

· Thermal - 11;

· Akustika - 14;

· Svetlo - 15;

· Ionizujúce žiarenie - 2;

· Chemické látky - 11.

Všetky sa líšia svojou fyzickou podstatou, preto sa líšia aj metódy implementované príslušnými meracími zariadeniami. Vo väčšine prípadov sa prevádza premena akýchkoľvek meraných fyzikálnych veličín na elektrické signály av budúcnosti sa uskutoční ich sekundárna (dodatočná) premena. Okrem toho sa približne 85% všetkých typov meraní týka merania fyzikálnych veličín neelektrickej povahy:

· Teplota - 50%;

· Spotreba - 15%;

· Tlak, úsilie - 10%;

· Úroveň - 5%;

· Vlastnosti materiálov - 4%;

· Elektrické a magnetické množstvá - 5%.

Charakteristickým znakom moderných metód merania je prevod nameranej hodnoty na elektrické signály a ich spracovanie s rozšíreným využitím mikroprocesorovej výpočtovej techniky. Na tento účel sa získavanie informácií o meraní poskytuje kombináciou technických prostriedkov zhromažďovania a primárneho spracovania informácií, ktoré zahŕňajú primárne a sekundárne meracie prevodníky (IP). Primárne prevodníky ( senzory ) zároveň do značnej miery určujú kvalitu meraní a najčastejšie pracujú v náročnejších podmienkach v porovnaní s inými prvkami meracieho obvodu.

Kvôli širokému spektru meraných fyzikálnych veličín a prevádzkových podmienok je park senzorov charakterizovaný výrazne väčším počtom typov a prevedení ako sekundárne prevodníky. Preto sa pri štúdiu tohto kurzu kladie dôraz na štúdium metód a prostriedkov primárnej konverzie informácií o meraní.

Hlavné vlastnosti primárnych PI sú určené ich statickými a dynamickými charakteristikami - zotrvačnosť, prah citlivosti, chyba, výstupný výkon atď. Najčastejšie sa signál z primárnej IP privádza do sekundárneho meracieho zariadenia a potom do informačného zobrazovacieho zariadenia .

Zariadenia, ktoré vykonávajú funkcie distribúcie signálu, nazývané meracie spínače , môžu byť kontaktné a bezkontaktné. Kontaktné spínače sú najlepšie na presnosť, ale majú slabý výkon.

Merací kanál je kombináciou technických prostriedkov a vedení na diaľkový prenos informácií. Rozhranie takýchto systémov obsahuje zariadenia a algoritmy, ktoré určujú poradie prenosu informácií.

Na koordináciu primárnej IP so zariadeniami meracích systémov sú ich výstupné signály zjednotené podľa úrovne, výkonu atď. Napríklad hladiny DC by mali byť medzi: 0 - 5 mA; 0 - 20 mA; 4 - 20 mA, atď. A úrovne jednosmerného napätia: 0 - 10 mV; 0 - 1 V; 0 - 5 V; 0 - 10 V. Záťažové odpory sú zároveň obmedzené: 2,5 kΩ pre vedenia s prúdom 0 - 5 mA a 1 kΩ pre prúdy 0 - 20 mA. V súčasnosti sa však digitálny bezdrôtový systém na prenos informácií o meraní rozširuje.

Pri navrhovaní priemyselných meracích systémov je dôležité zvoliť správne typy snímačov a sekundárnych meracích zariadení. Hlavné problémy, ktoré sa vyskytujú pri navrhovaní meracích prístrojov (SI):

  • spoľahlivosť
  • diagnostika porúch
  • odolnosť proti hluku
  • frekvenčné vlastnosti meracieho kanála (počet meraní za sekundu),
  • maximálna povolená dĺžka kábla medzi DV a VP,
  • zameniteľnosť prvkov od rôznych výrobcov,
  • synchronizácia oddelených meracích kanálov (simultánnosť meraní),
  • prvotné náklady (spravidla integrálne - celkové náklady na produkt aj náklady na jeho prevádzku).

Špecifiká používania SI v reálnych podmienkach prirodzene robia niektoré z vyššie uvedených a niečo menej dôležité.

Napríklad porovnávame výhody a nevýhody vážiacich kanálov pomocou analógových a digitálnych váhových senzorov.

Tenzometrický snímač s analógovým výstupom je kovové telo s lepenými tenzometrom. Deformácia tela pôsobením gravitácie vedie k zmene odporov R1, R2, R3, R4. Nerovnováha ramien nápravy mení výstupné napätie Uc, ktoré je úmerné deformácii / zaťaženiu podľa vzorca uvedeného na obrázku 1.

Senzor je napájaný jednosmerným alebo striedavým napätím. Úroveň chýb merania pri napájaní striedavým prúdom je mierne nižšia ako pri napájaní jednosmerným prúdom. Avšak jednosmerný prúd sa používa najčastejšie, pretože je jednoduchší a lacnejší. V priebehu času sa táto situácia môže zmeniť, pretože vývoj mikroelektroniky spôsobuje, že použitie špecializovaných mikroobvodov, vrátane analógovo-digitálnych prevodníkov so zabudovanými zdrojmi striedavého prúdu, je lacné a cenovo dostupné.

V priemyselných mierkach sa zvyčajne používa niekoľko snímačov (od troch alebo viacerých). Ak sa použijú analógové snímače, signály snímačov sa spočítajú do prepojovacej skrinky (SC). Popri sčítaní analógového signálu sa používa aj multiplexovanie signálu, zatiaľ čo snímače hmotnosti sú pripojené k váhovému zariadeniu (VP) striedavo cez multiplexor. Toto poskytuje určité pohodlie pri nastavovaní, kalibrácii, diagnostikovaní zaťaženia každého snímača, ale súčasne je narušená simultánnosť meraní, čo nie je vždy prijateľné pri meraní rýchlo sa meniacich zaťažení (napríklad dávkovanie alebo váženie v pohybe).

Prípustný počet snímačov pripojených k zariadeniu závisí od celkového odporu snímačov pripojených k SC a od zaťažovacích charakteristík zariadenia. Napríklad, ak je k zariadeniu možné pripojiť až 8 senzorov s odporom 350 ohmov, potom minimálny povolený odpor zaťaženia na VP je 350/8 = 43,75 ohmov. Ak je k tomuto VI pripojených 700 ohmových snímačov, ich počet by nemal prekročiť 16, ak je 1000 Ohm, potom 22 atď. Zvyčajne je toto množstvo dostatočné pri budovaní akéhokoľvek priemyselného rozsahu.

Maximálna povolená dĺžka kábla od SK do VP závisí od jeho prierezu. Pri priereze vodiča 2 mm² môže byť dĺžka kábla medzi SK a VP až 1 000 m. Pri dĺžke kábla medzi SK a VP je viac ako 30 m, aby sa kompenzoval pokles napätia na pripojovacom kábli, odporúča sa použiť schému zapojenia s 6 vodičmi.

Senzor tenzometra s digitálnym výstupom obsahuje, okrem tenzometrov, elektronický obvod na zosilnenie, filtrovanie a digitalizáciu analógového signálu, po ktorom nasleduje jeho prenos do prijímacieho zariadenia.

Digitálny signál sa vysiela cez sériové rozhranie, obvykle na fyzickej úrovni, je to RS-485 (krútená dvojlinka). Často používané regulátory pre dátové zbernice CAN, ProfiBUS, BitBUS atď.

Hlavnými výhodami digitálnych senzorov sú priama diagnostika a zjednodušenie postupu kalibrácie.

Digitálne senzory sú pripojené na spoločnú zbernicu indikátora hmotnosti, čo je „master zbernice“ a zariadenie na vizualizáciu výsledkov merania. Počet digitálnych snímačov pripojených k jednej hlavnej jednotke nesmie prekročiť jej adresný priestor.

Dĺžka kábla medzi SC a indikátorom závisí od rýchlosti prenosu dát na zbernici. Pri prenosovej rýchlosti 300 Kbps by dĺžka kábla nemala prekročiť 300 m.

Vzhľadom na skutočné obmedzenia rýchlosti prenosu údajov na zbernici nesmie rýchlosť ADC prekročiť 20 Hz, čo nestačí pri meraní rýchlo sa meniacich zaťažení. To obmedzuje použitie digitálnych snímačov v meracích zariadeniach a v váhach na váženie za pohybu.

Samostatným problémom použitia digitálnych snímačov je problém súčasného merania zaťaženia snímačov (synchronizácia). Použité synchronizačné mechanizmy značne znižujú frekvenčné vlastnosti meracieho kanála.

Vysoká odolnosť proti šumu inzerovaná v prospektoch výrobcov digitálnych senzorov hmotnosti nie je tak dobrá. Rušenie zhoršuje prevádzku zbernice, pretože vedie k strate „informačných paketov“ odosielaných zariadeniami, opakovaná požiadavka a odoslanie trvá určitý čas a môže viesť k zlyhaniu synchronizačného mechanizmu.

Preto sa odporúča používať v váhe digitálne snímače na statické váženie alebo na meranie pomaly sa meniaceho zaťaženia.

Porovnávacia tabuľka pre analógové a digitálne snímače hmotnosti.

Porovnávacia tabuľka pre analógové a digitálne snímače hmotnosti.

parameter

Analógový snímač

Digitálny snímač

spoľahlivosť

Závisí od priemyselnej triedy ochrany snímača. Spoľahlivosť je o niečo vyššia ako spoľahlivosť digitálnych snímačov.

Závisí od priemyselnej triedy ochrany snímača. spoľahlivosť
nižšie, kvôli prítomnosti ďalšej elektronickej jednotky.

Diagnostika každého senzora

Diagnostika je možná pomocou multiplexných signálov snímačov.

Prirodzený mechanizmus diagnostiky senzorov

odolnosť proti rušeniu

Porovnateľné s digitálnymi snímačmi pomocou tieneného kábla

Porovnateľné s analógovými snímačmi

Maximálna dĺžka kábla

Až do 1000 m

Až do 300 m

Skutočná rýchlosť vzorkovania signálu

Až do 1 000 Hz

Až do 20 Hz

zameniteľnosť

Vysoká. Senzory a sekundárne zariadenia od rôznych výrobcov sú štandardizované.

Chýba. Výmena za iného výrobcu nie je možná.

Synchronizácia signálu senzora

Prirodzená synchronizácia

Nízka. V prípade rušenia môže dôjsť k synchronizácii.

náklady

nízky

vysoký

Preto je možné v tomto konkrétnom prípade vyvodiť tento záver: je vhodné používať digitálne snímače hmotnosti na statické merania a analógové snímače nemajú prakticky žiadne obmedzenia týkajúce sa ich použitia.

| nasledujúci článok ==>





Prečítajte si tiež:

Klasifikácia elektronických meracích prístrojov

Organizácia meraní

Charakteristika IIS

Zariadenia elektrodynamického systému

Elektromechanické zariadenia s prevodníkmi

Metódy merania

Meranie krokov transformácie

Všeobecné charakteristiky elektromechanických meracích prístrojov

Digitálne jitter meranie

Rezonančná metóda na meranie parametrov prvkov obvodu

Meranie magnetického toku

Indukčné meracie prístroje

Symboly použité na stupnici zariadenia elektromechanického systému

Elektronické voltmetre

Štatistické štatistické systémy

Späť na obsah: Metódy a prostriedky merania elektrických veličín

2019 @ edudocs.pro