Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

в том, что частотные характеристики цепей оказываются обратными. Эффект влияния массы и индуктивности (которые в этом случае не являются аналогами) возрастает с ростом частоты, а эффект податливости и емкости уменьшается. Таким образом, прямая аналогия нарушает конфигурацию цепей, а обратная — законо­ мерности поведения систем в колебательных режимах.

РЕГИСТРАЦИЯ СИГНАЛОВ

ВИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЯХ

1.Унификация выходных сигналов

Всвязи с развитием комплексной автоматизации и появлением систем централизованного контроля возникла потребность в унифи­ кации передаваемых по измерительным линиям сигналов, упорядо­ чивающая номенклатуру технических средств, а также облегчаю­ щая их разработку и использование.

Поскольку действие измерительных преобразователей основы­ вается на различных физических принципах, то и выходные сигналы

сних также могут иметь разную физическую природу, обладать боль­ шей или меньшей помехоустойчивостью, требовать более или менее сложных систем регистрации, расшифровки и обработки. Оценка различных видов сигналов показывает, что наилучшими свойствами обладают электрические сигналы следующих типов:

1)сигналы в виде постоянного тока или постоянного напряжения, отображающие уровень измеряемой величины; главными преимущест­ вами таких сигналов являются: простота конструкции преобразова­ телей, простота изменения коэффициента преобразования, отсутствие влияния реактивных параметров линии связи, возможность фильтра­ ции переменных помех и наводок, наложенных на измерительный сигнал;

2) в виде амплитудно-модулированного синусоидального напря­ жения или тока, которые допускают передачу информации на боль­ шие расстояния, легко усиливаются и регистрируются, но требуют согласования частотных характеристик элементов измерительной цепи;

3) в виде частотно-модулированного синусоидального напряжения или тока, которые легко преобразуются в цифровую форму, коммути­ руются без внесения дополнительных погрешностей, обеспечивают высокую помехоустойчивость, имеют лучшие информационные свой­ ства. Однако при реализации элементов цепей с частично-модулиро- ванными сигналами, возникают трудности, связанные с созданием линейных преобразователей;

136

4) в виде модулированных импульсных кодов, обладающие еще более высокими характеристиками. Однако они редко исполь­ зуются во входных цепях измерительных систем, так как не суще­ ствует измеряемых величин, которые были бы в природе представлены в кодо-импульсном виде. Поэтому импульсные сигналы исполь­ зуются лишь на отдельных участках измерительных цепей в основ­ ном на линиях связи телеметрических систем или для входа в ЭВМ.

Унификация измерительных сигналов не исчерпывается выбором ограниченного количества электрических сигналов; второй задачей унификации является обеспечение одного и того же диапазона изме­ нения измеряемых величин. Для этих целей служат специальные

унифицирующие преобразователи, которые включаются в измери­ тельную цепь непосредственно за элементами, осуществляющими ряд первичных преобразований сигнала.

Наиболее прост метод унификации сигналов, поступающих с преобразователей потенциометрического типа. В этом случае не требуется каких-либо специальных устройств или схем; достаточно подавать на крайние точки потенциометра напряжение, равное максимальному значению унифицированного напряжения Um. Сигнал, снимаемый со средней точки потенциометра относительно минуса источника, будет представлять собой напряжение постоян­ ного тока, изменяющееся в соответствии с изменением измеряемого параметра в диапазоне от 0 до Un .

Часто унифицирующие преобразователи совмещаются с усили­ телями. На рис. 31 показана упрощенная схема преобразователя на­ пряжений переменного тока, получаемых от трансформаторных или реостатных измерительных преобразователей. На выходе схемы сни­ мается унифицированный сигнал в виде постоянного тока с номиналь­

137

обеспечивается мостом R lf R 2, R 3. Основная погрешность этого преобразователя не превышает ±1%.

Унифицирующие преобразователи могут быть индивидуальными или групповыми (рис. 32), рассчитанными на поочередное подклю-

Рис. 32. Варианты применения унифицирующих преобразо­ вателей :

ВхПр — входные преобразователи; УП — унифицирующие пре­ образователи

чение нескольких первичных линий, обычно содержащих однотип­ ные первичные преобразователи, но с разными диапазонами измере­ ния. Использование унифицирующих преобразователей в сочетании с коммутаторами позволяет резко сократить число линий связи, что особенно важно при дистанционных измерениях большого количе­ ства разнородных величин. Очевидно, что в групповых преобразова­ телях должны быть устройства для изменения коэффициента преобра­ зования или смещения диапазона. В унифицирующих преобразова­ телях, содержащих усилители с обратной связью, в качестве устройств для изменения масштаба преобразования может быть использован набор сопротивлений в цепи обратной связи, как это показано на рис. 32; при этом коммутатор К6связывается с переключателем в цепи обратной связи.

Унификация выходных сигалов источников измерительной ин­ формации способствует развитию и внедрению Государственной системы приборов (ГСП), которая является совокупностью нормали­ зованных приборов, устройств и блоков, имеющих унифицирован-

138

ные параметры входных и выходных сигналов и построенных по блочно-модульному принципу. Диапазоны унифицированных электрических сигналов тока и напряжения регламентированы ГОСТ 9895—69.

В ГСП включаются нормальные ряды измерительных блоков, охватывающие широкий диапазон изменения параметров и сигналов. Создание нормального ряда приборов обычно связано с предвари­ тельной экспериментальной доводкой представителей ряда. Ис­ пользование обобщенных характеристик на стадиях планирования и обработки результатов экспериментов позволяет сократить объем работ и получить результаты в самом общем виде. Исследования, проводимые с целью нормализации, должны быть направлены на ре­ шение двух главных задач: типизации конструкций разрабатывае­ мых блоков приборов и оптимизации прототипов нормального ряда.

Смысл типизации заключается прежде всего в ограничении числа типоразмеров, включаемых в нормальный ряд. Эта задача подчинена ряду требований, из которых главное — назначение таких паспорт­ ных характеристик приборов, которые обеспечивают наилучшую воспроизводимость градуировок каждого преобразователя.

Оптимизация прототипа конструкции блока прибора заключается

вотыскании таких геометрических размеров, которые обеспечивали бы нормальному прибору определенные метрологические свойства. Например, можно потребовать максимальной или заданной точности

ввозможно более широком диапазоне условий применения, нечув­ ствительности к определенным уровням помех и т. д. Кроме обычных для измерительных преобразователей требований по точности, быстро­ действию и надежности к унифицирующим преобразователям предъ­ является ряд специфических требований, техническое обеспечение которых подробно рассмотрено В. Ю. Кончаловским [152].

2. Представление измерительных сигналов

Информация об измеряемых величинах, которую переносят си­ гналы в измерительных цепях, в конечном счете должна быть при­ нята человеком. В технических устройствах, служащих для отобра­ жения информации, осуществляются сигнализация, индикация или регистрация.

Сигнальные и индикаторные устройства служат для получения данных о текущих значениях измеряемых величин непосредственно во время проведения эксперимента.

Сигнализаторы позволяют оценить качественную сторону иссле­ дуемого процесса путем грубой оценки достигнутых уровней контро­ лируемых параметров или сопоставления состояний различных из­ меряемых величин. Сигнализация о достижении какого-либо уровня (в том числе и аварийного) может осуществляться визуальным воз­ действием (лампы, механические элементы) или с помощью звуковых сигналов (в том числе и голосом, записанным и воспроизводимым по сигналам измерительных приборов). Сопоставление уровней не­ скольких измеряемых величин возможно с помощью обзорных

139

средств, к которым относятся: мнемонические табло и схемы, электрон­ но-лучевые трубки и телевизоры. В мнемонических схемах, которые широко применяются в практике диспетчерского управления техно­ логическими процессами или сложными и длительными эксперимен­ тами, схематически изображается исследуемый объект, расположение и состояние его отдельных элементов, отклонения измеряемых пара­ метров от нормы или достижение недопустимых уровней. В обзорных устройствах на электронно-лучевых трубках информация представ­ ляется в виде светящихся точек, отрезков линий или графиков на экране трубки. Телевизионные обзорные устройства позволяют оценивать состояние контролируемого объекта путем его внешнего осмотра или осмотра индикаторных устройств измерительных систем.

Для количественной оценки текущих значений измеряемых вели­ чин служат средства индикации, которые могут представлять инфор­ мацию как в аналоговой, так и в цифровой форме. К аналоговым ин­ дикаторам относятся шкальные приборы с указателями различного рода и прежде всего стрелочные шкальные индикаторы. Цифровая индикация осуществляется путем представления значения измеряе­ мой величины некоторыми символами (буквами или цифрами). Ци­ фровые индикаторы можно классифицировать по способу воспроиз­ ведения цифр, основанию системы счисления, по функциональным, конструктивным и другим признакам [25].

Третья форма представления информации о результатах изме­ рения — регистрация есть автоматическая запись в символической форме количественных данных на некотором материальном носи­ теле. Зафиксированная на носителе информация может многократно использоваться как человеком-оператором, так и вычислительными машинами. Запись информации об исследуемом процессе разрывает цепь восприятия от объекта к оператору и позволяет осуществлять моделирование процесса при воспроизведении записи. При этом возможно выборочное воспроизведение по заданной программе, вос­ произведение по программе со слежением за особенностями изучае­ мого процесса, воспроизведение с изменением масштаба времени. В процессе регистрации или воспроизведения возможны функцио­ нальные сопоставления измерительных сигналов, т. е. построение графиков, диаграмм, таблиц.

Как и в случае индикации, символы, применяемые при регистра­ ции, разделяются на аналоговые и цифровые; аналоговые, в свою очередь, можно разделить на геометрические и физические. Геомет­ рические символы в виде точек, условных знаков, отрезков линий наносятся, как правило, на обычную бумагу с помощью печатаю­ щих или рисующих регистрирующих органов. При использовании различных магнитных, оптических, электрических и электронных регистрирующих органов информация фиксируется путем местного изменения физического состояния носителя. Регистрация физичес­ кими символами в настоящее время является одним из основных средств для ввода и хранения данных в ЭВМ.

Аналоговые регистрирующие устройства принято классифици­ ровать по принципу действия регистрирующих органов. Среди мно-.

140