рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ОСНОВНІ ПРИСТРОЇ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

ОСНОВНІ ПРИСТРОЇ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ - раздел Транспорт, До виконання самостійної роботи з дисципліни елементи і пристрої автоматики та систем управління 3.1 Фізичні Величини Та Вимірювання Фізична Величина, Чи Вели...

3.1 ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ ТА ВИМІРЮВАННЯ

Фізична величина, чи величина, – це кожна озна-чена якісно властивість фізичних об’єктів. Фізичні вели- чини існують в часі і просторі. Тому їх розміри і на- прямки є функціями часу та координат простору.

Вимірювальною інформацією називають інфор- мацію про значення вимірюваних фізичних величин. Матеріальними носіями вимірювальної інформації завжди є сигнали. Один із параметрів вимірювального сигналу, який містить вимірювальну інформацію, нази- вають інформативним параметром.

Для отримання вимірювальної інформації вимі- рювальні сигнали піддають відповідним перетво-ренням. Переносниками інформації можуть бути і пасивні величини, розміри яких модулюються активними величинами. Модуляція та кодування органічно пов’язані між собою і покладені в основу всіх перетворень вимірювальних сигналів вимірювальної ін- формації, яка в них міститься. Відображення інформації умовними знаками (символами), зокрема цифровими, називається цифровим кодуванням. Відповідно до цього розрізняють аналогові та цифрові вимірювальні сигнали та аналогову і цифрову форми вимірювальної інфор-мації. Аналоговий сигнал може бути неперервним або дискретним, а цифрові сигнали – завжди дискретні. Аналоговий сигнал стає цифровим після цифрового кодування.

 

3.2 ЗАСОБИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

Засобом вимірювальної техніки називають тех- нічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики. Засобами вимірювань є вимірювальні прилади, реєструвальні прилади, вимірювальні канали, вимірювальні установки, вимірювальні системи, кодові засоби вимірювань.

Цифрові засоби вимірювальної техніки виникли внаслідок потреби практики в суттєвому підвищенні точності, швидкодії та чутливості. У свою чергу, їх висока швидкодія та точність привели до нагромадження великих масивів даних про результати вимірювань, що стимулювало здійснення повної автоматизації складних процедур прямих, опосередкованих, сукупних і сумісних вимірювань на основі засобів обчислювальної техніки.

Сьогодні цифрові засоби охоплюють практично всі вимірювані в промисловості та наукових досліджен- нях фізичні величини. З метою уніфікації елементної бази та забезпечення зручності в користуванні фізичним носієм вимірювальної інформації у них вибрані електричні сигнали, найчастіше напруга постійного струму, які мають ряд незаперечних переваг порівняно з рештою сигналів, а саме: універсальність, дистанційність, наявність добре розроблених методів та засобів опрацювання, можливість реєстрації швидкоплинних процесів, простота узгодження із засобами цифрової обчислювальної техніки (комп’ютерами).

Структурною схемою вимірювального кола засо-бу вимірювань називається схема, що відображає його основні функціональні частини (структурні елементи), їх призначення та взаємозв’язки. Ступінь диференціації структурної схеми на структурні елементи, що зображу- ються переважно прямокутниками, визначається приз- наченням схеми. Краще за все вивчення та аналіз дії за- собу вимірювань слід проводити за структурними схемами. Структурні елементи вимірювального кола мо- жуть бути з’єднані послідовно, паралельно, зустрічно – паралельно, змішано.

Найбільш поширене пряме перетворення, харак- терне тим, що передача вимірювальної інформації здійснюється тільки в одному напрямку – від входу до виходу без зворотного зв’язку між ними. При цьому по- трібно виділяти первинний та вторинний перетворювачі на структурній схемі, яка зображена на рис.6, де:

1 – пристрій первинного перетворення вимірювальної величини Z в проміжний параметр Y; 2 – пристрій про- міжного (внутрішнього) перетворення параметра Y в переміщення Х; 3 – чутливий елемент, який перетворює переміщення Х в первинний електричний сигнал Uпер;

4 – функціональний перетворювач; 5 – вихідний прис- трій, який остаточно формує уніфікований вимірюваль-ний сигнал Uу.

Склад первинного перетворювача може бути різним залежно від методу вимірювальних перетворю-вань. Функціями вторинного перетворювача є: випрям- лення, лінеаризація, гальванічне розв’язування і таке інше та формування вихідного уніфікованого вимірю- вального сигналу необхідної потужності.

 

3.3 ЗНАЧЕННЯ ПЕРЕМІЩЕННЯ У

ВИМІРЮВАЛЬНІЙ ТЕХНІЦІ

Багато різноманітних фізичних величин достат-ньо легко перетворюються в лінійне чи кутове перемі- щени. Ці перетворення здійснюються механічними пружними пристроями чи вузлами. Вхідними величи-нами цих перетворювачів можуть бути такі механічні зусилля, як сила, тиск, перепад тисків, крутний момент, а за допомогою додаткових пристроїв – також витрата, температура і таке інше. Як чутливі елементи для перетворення переміщення в первинний електричний сигнал використовуються реостатні, ємнісні, а найчастіше – диференціальні індуктивні перетворювачі. Вони значно покращують лінійність перетворювання з одночасним збільшенням чутливості. Найпоширені-шими є мостові схеми, наведені на рис.7.

 

Рисунок 17 - Мостова схема індуктивного

перетворювача

 

Диференціальний індуктивний перетворювач має два ідентичні перетворювальні елементи 2 і 3, конструк- тивно об’єднані таким чином, що при переміщенні рухомого осердя 3 повітряний проміжок між осердям і полюсами одного з перетворювальних елементів збіль- шується, а між осердям і полюсами іншого перетворю- вального елемента настільки ж зменшується. Диференціальне увімкнення елементів такого перетво- рювача дає можливість значно розширити лінійну ділянку функції перетворення, збільшивши чутливість. На цій схемі два плеча моста становлять повні опори секцій диференціального перетворювача Z1 та Z2, а два інші плеча моста – активні опори R1 i R2 (R1=R2=R). Такі мости, як правило, спроектовані так, що за відсутності вхідної дії (значення вимірювального переміщення дорівнює нулю) якір диференціального перетворювача розміщений у середньому положенні, а вихідна напруга моста ~Uпер=0, при цьому Z1= Z2= Z0. Під час перемі-щення якоря в результаті появи вхідної дії опори секцій дорівнюватимуть відповідно Z1= Z1+ DZ та Z2= Z2- DZ . Ці зміни опорів секцій диференціального перетво-рювача, як правило, невеликі, і можна вважати, що напруга у вимірювальній діагоналі моста змінюється пропорційно DZ /Z.

Відносна зміна повітряного проміжку диферен- ціальних перетворювачів, у межах якої нелінійність функції перетворення не перевищує 1%, досягає 0,3-0,4. Тому на практиці застосовують, як правило, диференціальні перетворювачі.

 

3.4 ДАВАЧІ ТИСКУ

Тиск – це відношення сили F до площі S( p=F/S).

Основним приладом для вимірювання тиску є манометр. Будова манометра така.

Рисунок 18 – Схема будови манометра:

1 – кріплення; 2 – трубчаста пружина Бурдона; 3 – тяга;

4 – зубчастий сектор; 5 – зубчасте колесо; 6 – шкала зі стрілкою

При вимірюванні тиску газу чи рідини вони заповнюють внутрішній проріз трубки, та з однаковим тиском діють на її внутрішню поверхню. Внаслідок того що зовнішня поверхня має значну площу, в неї більша і сила. Тому при підвищенні тиску, вільний кінець трубки 2 деформується вправо, тобто трубка розгинається, і навпаки.

Манометр – прилад контролю, він показує тиск у трубопроводах, технічних ємностях і т.п.

Для побудови давача манометр слід оснастити низкою перетворень.

Рисунок 19 – Схема давача тиску на основі манометра:

М – манометр; х переміщення; Uпер – первинний електричний сигнал; У1, У2 – підсилювачі; ПП – показ- никовий прилад; АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; КОМ – керуюча обчислювальна машина; ДШ – дешифратор

Інший вигляд давача можливий в такому зображенні:

 

Рисунок 19 – Схема давача тиску на основі манометра:

Тр-р розв – трансформатор розв’язання; Uвих – вихідна напруга

 

Диференціальний манометр (ДМ)

Диференціальний манометр вимірює різницю двох тисків і відповідно має дві камери. Рисунок 20 – Схема диференціального манометра:

Р1 , Р2 – вхідні тиски; 1 корпус ДМ; 2 – плоска мембранна пружина; 3 – шток; С 12 , С 23 – ємності

 

Якщо один вхід ДМ з’єднати з атмосферою, то він буде реагувати на надмірний тиск відносно атмосферного. Якщо вимірюється невеликий тиск відносно атмосферного, то такий прилад називається – напоромір. Якщо вимірюється розрідження у зоні горіння чи внизу димової трубки – тягомір.

На практиці ці два прилади з’єднуються в один – тягонапоромір – вимірює невеликі відхилення відносно атмосфери. Одиницею вимірювання такого приладу є міліметр водного стовпчика.

 

Давачі тиску «САФІР»

Типовий устрій цих давачів наведений на рис.21. Вимірювальний тиск діє на роздільну мембрану, яка герметично запаяна. Спеціальна рідина 3 (поліефірові рідини) діє на стінки вимірювального корпуса, виникає деформація корпусу камери, по боках яких установлені резистивні тензодавачі – 2. Увесь прилад закріплюється на основі 1.

 

 

Рисунок 21 – Схема давача тиску типу «Сафір»

 

Тензодавач – дуже чутливі активні резистори, які змінюють свій опір під дією малих деформацій. Ця зміна опору перетворюється у первинний електричний сигнал в електричному модулі ЕМ.

Електричний модуль ЕМ – мікропроцесорний пристрій, він виконує інші перетворення і формує вихідний уніфікований електричний сигнал.

3.5 ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТ

Витрата – кількість, або обсяг речовини (газу та рідини, яка проходить через поперечний проріз труби за одиницю часу). Витрата пропорційна швидкості потоку.

Об’ємні витрати: л/с, м3/год, м/хв.

Масова, чи часова: гр/с, кг/ха, Т/год.

Якщо підсумувати (проінтегрувати), то одержимо загальну кількість речовин – це функція лічильників.

Вимірювання традиційними засобами:

1) Використання звужувальних пристроїв:

- Діафрагма

 

Рисунок 22 – Схема будови звужувального пристрою

 

Діафрагма створює перепад тисків, тобто витрата – швидкість перетворюється в перепад тисків. При V=0, p1=p2 .

Перепад тисків надходить по вимірювальних імпульсних трубках до диференціального манометра ДМ.

 

Рисунок 23 – Схема перепаду тисків

 

Рисунок 24 – Схема підключення дифманометра

до звужувального пристрою:

1, 2 – запірні крани; 3 – зрівнюючий кран.

 

Диференціальний манометр перетворює перепад тисків у переміщення Х.

 

Витратомір постійного перепаду тиску –поршневий пристрій, який встановлюється на горизонтальному відрізку труби.

 

Рисунок 25 – Схема будови витратоміра постійного

перепаду тиску:

1 – поршень; 2 – обхідний канал, h – положення (переміщення) поршня

Оскільки p2<p1, то на поршень діє піднімальна сила, яка дорівнює його вазі завжди, а перепад тисків знову пропорційний витратам, то стан рівноваги настає кожного разу при різних висотах h.

 

3.6 ВИМІРЮВАННЯ РІВНЯ

Рівень рідини та твердого сипкого тіла вимірюється на основі різних фізичних явищ.

Вимірювання рівня води у відкритому водоймищі.

 

Рисунок 26 – Схема вимірювання рівня води

Через дросель надходить дуже мало повітря. Тиск повітря у трубці після дроселя залежить від рівня води h. Трубка занурюється на достатню глибину – нижче мінімального рівня. До трубки під’єднаний манометр М, шкала якого градуйована у метрах.

 

Вимірювання рівня за тиском внизу.

Рисунок 27 – Схема вимірювання рівня за тиском

 

Поплавок вільно тримається на поверхні рідини.

Переміщення поплавка однозначно пов’язане с переміщенням рівня.

 

 

Рисунок 28 – Схема вимірювання рівня поплавком

 

– Вимірювання рідини при надмірному тиску.

Цій спосіб працює за законом Архімеда – при зміні рівня буйок трохи переміщується до встановлення стану рівноваги.

Переміщення Х важеля 3 за допомогою пружини 5 передається ззовні і далі перетворюється на переміщення Х.

Рисунок 29 – Схема вимірювання рівня буйком:

1-буйок – видовжене циліндричне, металеве тіло; 2 - заспокійливий кожух; 3 – важіль; 4 – зрівноважу-вальний вантаж; 5 – герметична пружина

 

Дискретне вимірювання рівня.

З одного боку ємності встановлюють фотодіоди, а з іншого – світлочутливі приймачі.

 

Рисунок 30 – Схема дискретного вимірювання рівня

 

– Вимірювання рівня по тиску на опори.

Одна чи всі опори технічної ємності виконуються, як здавачі сили.

 

Рисунок 31 – Схема вимірювання рівня за тиском на опору

 

3.7 ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Вимірювання температури термопарою

Термопара складається з двох провідників, які спаяні з одного боку – це називається гарячим спаєм, інші вільні кінці називають холодним спаєм. Залежно від різниці температур цих спаїв на вільних кінцях отримаємо терморушійну силу порядку декількох десятків мілівольт. Якщо до вільних кінців термопари підключити мілівольтметр з градуюванням шкали у С, то можна отримати показниковий прилад для контролю температури.

Для побудови давача температури термопару слід оснастити низкою перетворювальних елементів.

Рисунок 32 – Схема вимірювання температури термопарою: ПП – первинний перетворювач, П1, П2 – підсилювачі, КП – корегувальний пристрій

 

Вимірювання температури термоопором

Принцип дії термоопорів ґрунтується на зміні значення опору провідника від температури. Вони мають високі точність і часову стабільність.

Для вимірювання температури за допомогою термоопору використовують здебільшого зрівноважені мостові кола.

Рисунок 33 – Схема автоматичного моста для

вимірювання температури

Термоопір вмикається в плече моста, яке прилягає до реохорда. При такому ввімкненні рівновага для початкового і деякого проміжного значення вимірюваної температури буде без урахування опорів ліній за відсутності шунтувального опору Rш, який застосовують для розширення границь вимірювань.

Для зменшення впливу опорів ліній в схемі використовується трипровідне ввімкнення термоопору, опір окремих з’єднувальних проводів вмикається відповідно у сусідні плечі моста і діагональ живлення. При такому ввімкненні вплив опорів ліній і їх зміни будуть повністю вилучені.

 

3.8 ПЕРЕТВОРЮВАЧ ПЕРЕМІЩЕНЬ У КОД

Перетворювач переміщень у код (ППК) – це цифровий метод вимірювання переміщень. Весь діапазон переміщення xmax-xmin розбивається на дуже малі інтервали hx. Для цього використовується кодова маска, тобто непрозора металева пластина з прорізами. Вони розміщуються, створюючи розрядні цикли. По обидва боки від кодової маски розміщені фото– випромінювачі та світлоприймачі.

Проходження світла – проміння через проріз означає логічну одиницю. Відсутність у прорізі світла – логічний нуль. Природно було б використання кодової маски у вигляді двійкового натурального числа та одразу отримання уніфікованого сигналу у вигляді двійкового числа. Але двійкові числа мають таку особливість, що в них часто змінюються одразу багато цифр за розрядами.

Мікроскопічні неточності виготовлення прорізів, такі ж неточності встановлення світлочутливих елементів

 

 

Рисунок 34 - Схема розміщення основних елементів ППК

 

по прямій лінії, а також неоднаковість спрацьовування цих елементів приводить до неодночасної зміни стану фотоелементів.

Унаслідок цього можливі грубі помилки в 50, 25,…,%, тому на практиці кодова шкала у вигляді двійкового натурального числа практично не використовується, а використовується виключно лінійно циклічна кодова шкала за кодом Грея.

Код Грея –двійковий код (складається із

 

 

Рисунок 35- Кодова маска Грея

двох символів 0 та 1), у якому будь-які дві сусідні комбінації відрізняються зміною лише одного символу.

Під дією вимірювальної величини створюється переміщення Х, від якого рухається кодова маска, а світлочутливі елементи нерухомі. Отримаємо код Грея, у якому помилка при16 розрядах не може бути більше ніж:

→ 1/264=0,0016% - що є дуже гарною!

Код Грея чітко нормований, тобто кожному положенню кодової маски відповідає тільки одна кодова комбінація, і код Грея переводиться у двійкові, а також 10-ні числа за такими формулами.

Найстарші розряди коду Грея та двійкових чисел збігаються.

dnn; – dn – цифра двійкова; γn – символ кода Грея;

Взагалі код Грея переводиться в двійкові числа за такою формулою:

(mod2)

.

Взагалі за законом: .

Код Грея у вимірювальній техніці – це аналог первинного електричного сигналу, електричний носій інформації.

 

Способи перетворення кода Грея у двійкове число.

Код Грея – двійковий код, складений з символів 0 та 1, перетворюється у двійкове натуральне число з цифрами 0 та 1 за формулою dii+ di-1.

Схема для паралельного перетворення така:

 

Рисунок 36 – Схема паралельного перетворення коду

Грея

 

Приклади використання коду Грея у вимірюваль-них перетворювачах.

 

 

Рисунок 37 – Схема вимірювання різниці двох тисків

з ППК

Це вимірювальне перетворення суто цифрове, тобто в основному вимірювальному колі відсутній аналоговий сигнал.

 

3.9 ЦИФРОВІ ВИМІРЮВАЛЬНІ

ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Незважаючи на дуже широке застосування цифрової вимірювальної техніки, існує два засоби отримання безпосередньої цифрової інформації (без АЦП):

1) ППК;

2) вимірювання часу між двома технічними явищами, діями.

 

Рисунок 38 – Схема вимірювання часу між імпульсами

 

Час визначається числом високочастотних імпульсів: кварцові генератори з великою стабільністю видають високочастотні імпульси (десятки МГц) – імпульси підраховуються лічильником, на виході якого маємо значення часу у цифровому вигляді.

 

Вимірювання відстаней, глибин, висот

Найточнішими методами вимірювань відстаней між об’єктами є спектрометричні методи, зокрема локаційний метод, що ґрунтується на вимірюванні часу проходження вимірюваної відстані променем, швидкість якого відома і залишається незмінною під час вимірювання. Практично для реалізації локаційного методу можна використати всі види випромінювань, але найпоширенішими є методи та засоби радіолокації, оптичної та акустичної локації. Локаційний метод, що базується на використанні звукових та ультразвукових хвиль, називають ехо-звуковим.

Таким самим способом цей засіб можна використати для вимірювання рівня.

Ультразвукове вимірювання витрат

Рисунок 39 – Схема ультразвукового вимірювання витрати

На горизонтальному відрізку труби під кутом 300-450 встановлюються дві ультразвукові головки 1 та 2. Спочатку головка 1 випромінює імпульс ультразвуку, а 2 сприймає його і визначається час t12 по ходу течії, потім 2 випромінює, а 1 – сприймає імпульс проти течії та визначається час t21.

За різниці часів t1 i t2 визначається швидкість течії. Мікропроцесорний пристрій здійснює необхідне обчислення та запам’ятовує витрати протягом тривалого часу.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

До виконання самостійної роботи з дисципліни елементи і пристрої автоматики та систем управління

Молоді та спорту України.. сумський державний університет.. методичні вказівки..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ОСНОВНІ ПРИСТРОЇ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЕЛЕКТРИЧНІ АПАРАТИ
1.1 ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО ЕЛЕКТРИЧНІ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНІ АПАРАТИ УПРАВЛІННЯ Електричні апарати – це технічні засоби, призначені для керування електричним струмом і пов’язаними з ним величинам

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ
  2.1 ВИХІДНІ ВИЗНАЧЕННЯ Електричними машинами називають пристрої, принцип дії яких ґрунтується на поєднанні електромагнітних процесів і механічного руху. У

Варіанти задач з тестування
ЗАДАЧА 1 1 Будова вимірювального перетворювача: - поняття первинного та вторинного перетворювачів; - важлива роль чутливого елемента; - види уніфікованих сигналі

Варіанти завдань для контрольних робіт
  Контрольні завдання охоплюють весь навчальний матеріал курсу протягом двох семестрів. Варіанти завдань такі.   ЗАВДАННЯ 1 1 Вимірювання струму шунтом

Приклади вирішення контрольних завдань
Перш за все треба скласти схеми роботи електричних апаратів і електротехнічних пристроїв, вимірювання та проходження сигналу за умовами завдання. Далі слід уточнювати окремі елементи, пристрої та п

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги