Файл: Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.06.2024

Просмотров: 121

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

П о с к о л ь ку здесь роль составляющей, определяемой погреш­ ностью чувствительности, значительно меньше, чем при измерении периода синусоидального н а п р я ж е н и я , то в ы р а ж е н и е (4-62) на начальном участке характеристики более точно описывает текущее

значение

погрешности,

чем

аналогичное

в ы р а ж е н и е (4-60),

и

с успехом

может

применяться

не только

д л я

качественного, но

и

количественного

анализа . Н а

рис. 4-7 точки,

рассчитанные

через

текущее

значение

погрешности, описываемое

в ы р а ж е н и е м

(4-62),

для / о =

Ю6 гц отмечены

X .

 

 

 

 

 

Ц е л и к о м применимы в данном случае все доводы о целесооб­ разности деления д и а п а з о н а измеряемых периодов на поддиапа ­ зоны, которые были приведены при анализе характеристик точно­

сти

измерения периода

синусоидального н а п р я ж е н и я .

Н а

рис. 4-7

сплошной линией построена л о г а р и ф м и ч е с к а я характеристика

точ­

ности

измерения периода следования

импульсов при делении

всего

д и а п а з о н а на поддиапазоны

таким

образом,

чтобы

в

поддиапа ­

зоне

 

периодов от

1 до 10 мсек

о б р а з ц о в а я

частота

составляла

/о =

= 106

гц. С р а в н и в а я

эту характеристику

с

аналогичной,

приведен­

ной

на рис. 4-6 д л я

измерения

периода

синусоидального

н а п р я ж е ­

ния,

замечаем, что, во-первых,

точность измерения периода следо­

вания

импульсов

значительно

больше,

чем периода

синусоидаль­

ного

 

н а п р я ж е н и я ,

а

во-вторых, л о г а р и ф м и ч е с к а я

характеристика

точности располагается в самом н а ч а л е соответствующих

харак ­

теристик, построенных

д л я однодиапазонных

измерений.

 

Послед ­

нее

обстоятельство

при

з а д а н н ы х д л я анализа

условиях,

которые

могут считаться типичными на практике, позволяет при расчете текущего значения погрешности не учитывать составляющую, обусловленную погрешностью чувствительности, и рассчитывать погрешность по простой формуле:

(4-63)

ГЛАВА ПЯТАЯ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ ЧАСТОТНЫХ

 

[ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ (ИИС)

 

 

5-1. Структурная схема ИИС

 

З а

последние годы

средства контроля технологических пара ­

метров

прошли сложный путь

развития — от индивидуальных

по­

к а з ы в а ю щ и х приборов

до

информационно - измерительных

си­

стем

( И И С Л

 

 

 

Недостатком использования индивидуальных приборов является необходимость иметь большой штат о б с л у ж и в а ю щ е г о персонала д л я наблюдения за ними и записи их показаний . Кроме того, на­ блюдающий за приборами получает информацию о состоянии не*

большого участка производства. Состояние ж е производства в це­ лом непосредственно не контролируется.

С ростом технического прогресса сложность технологических процессов и производства непрерывно повышалась, возрастала ин­ тенсивность протекания процессов, что выдвинуло требование по­ вышения точности контроля. В настоящее время количество инфор­ мации, которое необходимо переработать человеку в единицу вре­ мени д л я того, чтобы управлять процессом, оказывается столь большим, что воспринять ее и переработать в состоянии л и ш ь ав­

томатические

И И С .

 

 

 

т

 

 

 

УС

 

 

 

 

\пз\

Км

 

Un

 

 

 

 

 

 

 

 

ур

 

 

УУ

 

 

 

 

 

 

УП

Рис.

5-1. Упрощенная

структурная схема

информационно-

 

измерительной

системы

 

Упрощенная структурная

схема

И И С представлена на рис 5-1.

И н ф о р м а ц и я

о состоянии контролируемого объекта с помощью пер­

вичных измерительных преобразователей

( П И П ) преобразуется

в некоторый унифицированный сигнал и поступает на вход комму­

татора Км,

который

предназначен

д л я подключения выходов

П И П

(на рис. 5-1 обозначены П)

на

вход измерительного

устройства

(цифрового

преобразователя

ЦП)

по заданной программе . И н ф о р ­

мация с выхода

ЦП

поступает на выходные

устройства

(УС,

УР,

УП — устройства

сигнализации,

регистрации

и п р е д с т а в л е н и я ) .

Устройство сигнализации

УС

служит д л я

сравнения

текущего

значения контролируемого п а р а м е т р а с допустимыми значениями

(как сверху,

т а к и снизу)

и

у к а з а н и я ф а к т а отклонения

этого

п а р а м е т р а от

нормы.

УР

 

 

Устройство

регистрации

с л у ж а т д л я долговременного

запо ­

минания текущих значений контролируемых параметров . К числу таких устройств относятся: печатающее устройство, регистрирую­

щее и н ф о р м а ц и ю на б у м а ж н о й

ленте;

п

и ш у щ а я

машинка, реги­

с т р и р у ю щ а я

и н ф о р м а ц и ю в виде

таблиц;

ленточный

перфоратор;

карточный

перфоратор; з а п о м и н а ю щ е е

устройство

на

магнитной

ленте и т. п.

 

 

 

 

 

 

7,5*

115

 

 

 

 

Устройства представления УП обеспечивают

выдачу информа ­

ции оператору в форме, наиболее удобной д л я

восприятия челове­

ком. Такие устройства включают индикаторные табло, позволяю ­ щие отсчитывать значение контролируемых п а р а м е т р о в в аб­ солютных единицах, устройства визуализации, п р е д с т а в л я ю щ и е оператору некоторую совокупную информацию о состоянии кон­

тролируемого объекта в виде таблиц, различного рода

мнемо­

схемы, о т р а ж а ю щ и е

состояние контролируемого

объекта

в текущий

момент времени. К

этим устройствам можно

отнести

т а к ж е гра­

фопостроители, устройства

статистической

обработки,

в ы д а ю щ и е

оператору результат

в виде

кривых законов

распределения

некото­

рых параметров или их числовых характеристик .

Кроме того, всякая И И С позволяет вводить информацию непо­ средственно в цифровую вычислительную машину, осуществляю ­ щую необходимую обработку информации . Вычислительная ма­ шина может обеспечить автоматическое управление работой конт­

ролируемого объекта либо протеканием контролируемого

процесса.

Н а вход вычислительной

машины

и н ф о р м а ц и я может

поступать

т а к ж е от устройства регистрации.

 

 

Кроме перечисленных

устройств,

И И С включает устройство уп­

равления УУ, обеспечивающее необходимые программы и р е ж и м ы последней.

 

Весьма перспективными

для

использования в И И С являются

сигналы, модулированные не по

амплитуде, а по временным призна­

кам: по частоте и

длительности. Преимущества таких сигналов —

в

исключительной

простоте

преобразования их в цифровую форму,

в

малом влиянии

на точность измерения параметров измеритель­

ного тратка, в высокой помехоустойчивости сигнала. Точность из­

мерения частотных и временных сигналов

принципиально

может

быть

весьма

высокой

и обеспечена

очень

простыми

средствами .

В последние годы интерес к частотным

и

временным

 

сигналам

значительно

увеличился к а к в

С С С Р ,

т а к

и

за р у б е ж о м .

Т а к за

период с

1958

по

1965

г. из С Ш А , Англии,

Ф Р Г , Франции,

Швейца ­

рии,

Японии

и

Австралии

Всесоюзной

патентно-технической биб­

лиотекой

( В П Т Б )

было получено 738

патентов [40],

относящихся

к различным способам измерения частоты

электрических

 

колеба­

ний. И з

них

301

патент

выдан

в С Ш А , 212 — в Ф Р Г

и

 

90 — во

Франции .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

С С С Р за

период с 1958 по

1969

г. выдано около 700

авторских

свидетельств по средствам и методам измерения частоты и времен­ ных интервалов .

Частотные и время - импульсные П И П принципиально могут быть построены д л я любых физических величин [41] . В настоящее время серийно выпускается большая группа частотных и время-импульс­

ных П И П [ 1 ] , обеспечивающих контроль

самых различных пара ­

метров технологических процессов. Все

это позволяет говорить

о практической целесообразности разработки и внедрения частот­ ных И И С .

К а к отмечалось выше, важнейшей частью всякой И И С является

и з м е р и т е л ь н ый тракт. В зависимости от назначения

И И С

может

изменяться структурная схема измерительного тракта .

 

 

 

Н а рис. 5-2 представлена

простейшая структурная схема изме­

рительного тракта . В такой

схеме

 

измерительный

тракт

включает

централизованный

одноступенчатый

ком­

 

 

 

 

 

 

мутатор

ЦКм

и

 

цифровой

преобразо ­

 

1

 

 

 

 

ватель

Ц П .

Подключением

источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сигнала

или

П И П

у п р а в л я е т программи ­

 

 

 

 

 

 

рующее

устройство

ПУ.

П р и

этом

возмо­

 

 

 

 

ЦП

ж е н к а к

адресный опрос П И П по

опреде­

 

 

ЦКм

 

 

 

 

 

 

ленной

п р о г р а м м е ,

т а к

и

циклический.

 

 

 

 

 

 

По такой структурной

схеме

м о ж е т

стро­

 

I

 

 

 

ПУ

иться измерительный

тракт в И И С ,

пред­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

назначенных

д л я л а б о р а т о р н ы х

исследо­

1

J

 

 

 

 

ваний, или в тех случаях когда

количест­

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

во П И П

и з а н и м а е м о е ими

пространство

 

 

 

 

 

 

невелико.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5-2. Простейшая струк­

П р и

рассосредоточении П И П

на

боль­

турная

схема

измерительно­

 

го тракта

ИИС

шом пространстве

так,

что

линии

связи

 

 

 

 

 

 

 

м е ж д у

П И П

и

измерительным

 

устрой­

 

 

 

 

 

 

ством становятся

достаточно

п р о т я ж е н н ы м и

(как

п о к а з ы в а е т

прак ­

тика, линия длиной свыше 5 м может считаться достаточно длин­ ной), целесообразно использовать структурную схему измеритель -

 

 

 

 

 

I

' [і

І

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[ # і ] | Д ш |

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«

і

 

/7/

 

 

 

 

 

 

 

 

УП

 

 

пг

 

\вм\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

да

 

 

 

 

 

 

 

Пп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17/

 

 

ПУ\—

 

 

 

\ищ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П2

 

им

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5-3. Структурная схе­

Рис. 5-4. Структурная схема измеритель­

 

ма

измерительного

тракта

ного тракта ИИС с двумя цифровыми пре­

 

ИИС

с выносными

комму­

 

 

образователями

 

 

 

 

таторами

 

 

 

 

 

 

 

 

ного

тракта

с децентрализованными или выносными к о м м у т а т о р а м и

С т р у к т у р н а я

схема

такого

измерительного тракта

представлена

на

рис. 5-3, Все контролируемые

П И П в такой

схеме

р а з б и в а ю т с я

на

группы

по п

ПИП,

объединяемых

в одном

выносном

коммутаторе

ВКм1

— ВКмш. Выносные

коммутаторы р а с п о л а г а ю т с я непосред-

5 р. С. Е р м о л о в

117

ственно около объединяемых П И П . Выходы выносных коммутато ­ ров через индивидуальные линии связи поступают на вход цент­

рального коммутатора ЦКм,

исключающего взаимное влияние

ли ­

ний связи. К выходу центрального

к о м м у т а т о р а

подключается

цифровой преобразователь

ЦП.

Управление

подключением

П И П

осуществляет

пограммирующее

устройство.

Опрос

П И П ,

как

и

в схеме (рис. 5-2),

м о ж е т быть

к а к

адресным, т а к

и циклическим .

О б щ е е число

П И П ,

контролируемых

в такой

структурной

схеме,

составляет N = nm,

где т — число

выносных

коммутаторов

ВКм.

П р и большом количестве

П И П ,

п о д л е ж а щ и х контролю, в

зави ­

симости от - назначения системы может о к а з а т ь с я недопустимо

ма­

лой частота

опроса

П И П , если

к тому ж е учесть,

что быстродей­

ствие частотных измерительных систем не очень велико. В этом случае целесообразно использовать структурную схему измеритель ­ ного тракта, представленную на рис. 5-4.

В схеме на рис. 5-4 выходы выносных коммутаторов

поступают

на вход двух

центральных

коммутаторов ЦКм1

и ЦКм2.

Н а

вы­

ходе к а ж д о г о из центральных коммутаторов включены

ц и ф р о в ы е

преобразователи ЦП1 и ЦП2.

К а к и прежде, управление

подключе­

нием

П И П

осуществляет

п р о г р а м м и р у ю щ е е

устройство.

Т а к а я

схема

позволяет о п р а ш и в а т ь п а р а л л е л ь н о два П И П , причем,

в

за ­

висимости от конкретных требований один из цифровых преобразо ­

вателей

совместно со

своими

к о м м у т а т о р а м и может

р а б о т а т ь

в циклическом

р е ж и м е опроса,

а другой — в адресном.

Р а с с м а т р и ­

в а е м а я

схема

позволяет

увеличить частоту опроса П И П . К р о м е

того, надежность такой схемы может оказаться значительно боль ­ шей, если выходы центральных коммутаторов ЦКм1 и ЦКм2 пере­ крестно с помощью устройства переключения УП соединить со

входами цифровых

преобразователей ЦП1

и ЦП2.

В этом

с л у ч а е

при выходе из строя одного из цифровых преобразователей,

другой

полностью может его заменить .

 

 

 

О б щ е е число датчиков,

контролируемых схемой

(рис. 5-4) мо ­

ж е т составлять N =

2nm.

 

 

 

 

Во всех рассмотренных

структурных

схемах

измерительного

т р а к т а результат измерения может поступать на различные допол­ нительные устройства, такие, как устройства линеаризации, инди­

кации, регистрации, сигнализации, или

на вход цифровой вычисли­

тельной

машины .

Если

в

качестве

цифрового п р е о б р а з о в а т е л я

использовать цифровой

преобразователь, позволяющий

получать

отсчет в единицах

частоты

для инфранизких частот (рис. 1-10), т о

с его помощью очень легко может быть реализовано

устройство

сигнализации . Устройство сигнализации осуществляет

сравнение

текущего значения п а р а м е т р а с определенными предельными

зна­

чениями,

з а д а в а е м ы м и уставками . Сравнение производится в

коде,

в котором

работает

И И С . В

цифровом

преобразователе

(рис.

1-10)

имеются все необходимые узлы д л я осуществления сравнения те­ кущего значения п а р а м е т р а с уставками . При этом останется л и ш ь добавить з а п о м и н а ю щ е е устройство уставок и выходное устройства в виде индикации либо звуковой сигнализации .

Смотрите также файлы