Оиит ответы. ОИИТ, ответы. Основы информационноизмерительных технологий Что такое информационные технологии
 Скачать 433.65 Kb.
|
|
Метрологические характеристики измерительных каналов. Метрологические характеристики измерительных каналов составляют основу метрологического описания аппаратной части ИИС, так как измерительный канал (как составная часть ИИС) является единым функциональным целым. Метрологические характеристики измерительных каналов: . 1. Номинальная функция преобразования ИК: С = fик(х). На практике стараются обеспечить высокую линейность данной функции. . 2. Вид выходного входа, число разрядов и цена младшего разряда кода. Данная характеристика учитывается при выборе интерфейса и при определении требований к вычислительным устройствам. 3. Показатели точности измерения. Систематическая, случайная, полная погрешности, предел допускаемых значений показаний измерительных каналов. . 4. Допускаемое отклонение функции преобразования измерительного канала от номинальной. . 5. Показатели взаимодействия измерительного канала с исследуемым объектом. Примерами такого взаимодействия являются потребление мощности из измеряемой электрической цепи, измерительное усилие при измерении размеров деталей. . 6. Динамические характеристики, описывающие измерительный канал как линейное инерционное устройство. Такими характеристиками могут быть импульсная реакция hик(τ), АЧХ и ФЧХ. Надежность систем управления. Способность выполнять заданные функции в производственно-хозяйственных условиях, сохраняя при этом свои основные характеристики (параметры) в установленных пределах. НСУ является вероятностной категорией и оценивается вероятностью выработки и принятия своевременных и рациональных управленческих решений. Она зависит от сложности решаемых управленческих задач, потенциальных управленческих возможностей аппарата управления и времени, в течение которого требуется принятие решений по соответствующим проблемам. Цифровые частотомеры. Принцип действия цифрового (электронно-счетного) частотомера построен по схеме, в которой подсчитывается число импульсов N, соответствующее числу периодов неизвестной частоты fx за известный высокоточный интервал времени, называемый временем измерения Ти. Если за время Ти подсчитано N импульсов, то среднее значение измеряемой частоты вычисляют по формуле:  , (43.5)При времени измерения Ти = 1 с количество подсчитанных импульсов (периодов) N и есть значение измеряемой частоты (Гц), т.е. f x = N.  Структурная схема цифрового частотомера приведена на рис. 3.21, а, а временная диаграмма его работы — на рис. 3.21, б. Цифровой частотомер включает в себя генератор образцового интервала Т0 времени (ГОИВ), который состоит из генератора импульсов ГИ и формирователя временного интервала (ФВИ). ГОИВ вырабатывает прямоугольный импульс СЛГ0 длительностью Т0, в течение которого открыт ключ (К), и импульсы иЦб) с измеряемой частотой /„ сформированные из входного напряжения Ux(t) усилителем-формирователем (УФ), поступают в счетчик (Сч). Количество импульсов пропорционально измеряемой частоте/ Результат измерения индицируется ЦСОИ. На рисунке 3.21, б показано несовпадение импульсов U^t) измеряемой частоты/, с началом и концом образцового интервала времени,  Рис. 3.21. Схема цифрового частотомера: а — структурная схема; б — временная диаграмма работы что приводит к появлению погрешности квантования, максимальное значение которой  Абсолютная погрешность квантования будет состоять из двух слагаемых: Д t и At2, первую из которых можно устранить, запустив ГОИВ от фронта входного сигнала (интервал времени Т'). Тогда максимальная относительная погрешность квантования будет  Цифровые фазометры. В настоящее время известно много схемных вариантов построения цифровых фазометров, использующих различные методы преобразования измеряемой величины в дискретную форму. Всё разнообразие известных методов можно разделить на две основные группы: • цифровые фазометры, основанные на использовании метода компенсации, в которых осуществляется непрерывное уравновешивание измеряемого фазового сдвига до некоторого заранее определённого значения с отсчётом измеренного фазового сдвига с цифрового устройства фазовращателя; • цифровые фазометры с прямым преобразованием измеряемого фазового сдвига в величину, удобную для преобразования в код. Эти приборы построены по методу циклического действия, так как они работают по жёсткой программе, выдавая значения измеряемой величины не непрерывно, а через определённые интервалы. Фазометры с прямым преобразованием делятся в свою очередь на несколько групп в зависимости от метода преобразования, числа периодов измеряемого напряжения и т. д. Информационно-измерительные системы. Измерительные информационные системы (ИИС) – это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю, в том числе ввода в АСУТП, АСНИ и КИ в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностики, идентификации и тому подобных. Назначение любой измерительной информационной системы, необходимые функциональные возможности, технические характеристики и другие в решающей степени определяются объектом исследования или управления, для которого данная система создается. В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуется в виде: - измерительных систем (ИС); - систем автоматического контроля (САК); - систем технической диагностики (СТД); - систем распознавания образов (идентификации) (СРО); - телеизмерительных систем (ТИС). В СТД, САК, СРО измерительная система входит как подсистема. Индукционные и цифровые счетчики энергии. Индукционным (электромеханическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек. Количество оборотов диска в этом случае прямо пропорционально потребленной электроэнергии. Индукционные (механические) счётчики электроэнергии постоянно вытесняются с рынка электронными счетчиками из-за отдельных недостатков: отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учёта, плохая защита от краж электроэнергии, а также низкой функциональности, неудобства в установке и эксплуатации по сравнению с современными электронными приборами. Индукционные счетчики хорошо подходят для квартир с низким энергопотреблением. Электронным (статическим электросчетчиком) называется электросчетчик, в котором переменный ток и напряжение воздействуют на твердотельные (электронные) элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. То есть измерения активной энергии такими электросчетчиками основаны на преобразовании аналоговых входных сигналов тока и напряжения в счетный импульс. Измерительный элемент электронного электросчетчика служит для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой активной энергии. Счетный механизм представляет собой электромеханическое (имеет преимущество в областях с холодным климатом, при условии установки прибора на улице) или электронное устройство, содержащее как запоминающее устройство, так и дисплей. Электронные счетчики хорошо подходят для квартир с высоким энергопотреблением и для предприятий. Основными достоинствами электронных электросчетчиков является возможность учёта электроэнергии по дифференцированным тарифам (одно-, двух- и более тарифный), то есть возможность запоминать и показывать количество использованной электроэнергии в зависимости от запрограммированных периодов времени, многотарифный учёт достигается за счет набора счетных механизмов, каждый из которых работает в установленные интервалы времени, соответствующие различным тарифам. Электронные электросчетчики имеют больший межповерочный период (4-16 лет). Измерения с помощью шунтов и добавочных сопротивлений. ( https://helpiks.org/7-80518.html) Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока. Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) RШ сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра (рис. 2.8).  Рис. 2.8. Схема включения амперметра с шунтом для измерения больших токов В том случае, когда сопротивление шунта RШ меньше сопротивления измерительной катушки амперметра RA, сравнительно большая часть измеряемого тока IН проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть IA, определяемая соотношением сопротивлений амперметра RA и шунта RШ:  . (2.10)Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток IН, протекающий через нагрузку. Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи. Для расширения пределов измерения вольтметра используют добавочное активное сопротивление RД, включаемое последовательно с измерительной катушкой вольтметра.  Рис. 2.11. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением для расширения пределов измерения напряжения Величина добавочного сопротивления RД рассчитывается, исходя из требуемой кратности расширения предела измерения nu nu = UН/UB(2.12) по формуле: RД = RB (n-1), (2.13) где UН – измеряемое напряжение на нагрузке, UB – напряжение на вольтметре, RB – активное сопротивление измерительной катушки вольтметра. С помощью разных добавочных сопротивлений можно получить многопредельный вольтметр с разной ценой деления шкалы. Измерения с помощью трансформаторов тока и напряжения. Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для уменьшения первичных токов и напряжений до значений, наиболее удобных для подключения измерительных приборов, реле защиты, устройств автоматики. Применение измерительных трансформаторов обеспечивает безопасность работающих, так как цепи высшего и низшего напряжения разделены, а также позволяет унифицировать конструкцию приборов и реле. Трансформатор тока используется для расширения пределов измерения в цепях переменного тока и включается по схеме, представленной на рис. 2.9. Первичная обмотка W1 трансформатора тока зажимами Л1 и Л2 включается в линию переменного тока последовательно с электроприемником (нагрузкой RH). Ко вторичной обмотке трансформатора тока через зажимы И1 и И2 подключается амперметр и, в случае необходимости, катушки других измерительных приборов (ваттметра, счетчика электроэнергии и др.), которые соединяются между собой последовательно.  Рис. 2.9. Схема включения трансформатора тока в измерительную цепь Трансформатор тока работает в условиях, близких к условиям короткого замыкания. Поэтому можно считать что:  ,  (2.11)то есть, первичный ток I1 определяется умножением вторичного тока I2, измеряемого амперметром, на постоянный коэффициент трансформации КI, который больше единицы, поскольку у трансформатора тока W2 > W1. Номинальный ток вторичной обмотки у трансформаторов тока принимается равным 5А, независимо от коэффициента трансформации. Шкала амперметра, использующего трансформатор тока, градуируется на первичный ток. На ней указывается с каким трансформатором тока должен быть включен амперметр (например, 100/5 А, 200/5 А и т.д.). Вторичная цепь трансформатора тока должна быть всегда замкнута. В целях электробезопасности один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора заземляются. Помимо расширения пределов измерения, трансформаторы тока электрически отделяют цепи низкого напряжения измерительных приборов от главных цепей, которые могут находиться под высоким напряжением. Трансформатор напряжения работает в условиях, близких к режиму холостого хода. Поэтому можно считать, что , (2.14) то есть первичное высокое напряжение U1 может быть определено умножением вторичного напряжения U2 на постоянный коэффициент трансформации KU = W1/W2 больше единицы, поскольку в трансформаторе напряжения W1 >W2. Вторичное номинальное напряжение у трансформатора напряжения принимается равным U2 = 100 В, независимо от коэффициента трансформации. Шкала вольтметра градуируется на первичное напряжение. На ней указывается, с каким трансформатором напряжения должен включаться вольтметр (например, 6000/100 В, 10000/100 В и т.д.). Обмотки трансформатора напряжения защищены плавкими предохранителями F1 и F2 (см. рис. 2.12). Помимо расширения пределов измерения приборов переменного тока, трансформаторы напряжения отделяют цепи низкого напряжения измерительных приборов от главных цепей высокого напряжения. В целях электробезопасности один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения заземляются, как показано на рисунке Логометрические схемы измерения сопротивлений. Это прибор, в котором последовательно с измеряемым сопротивлением Rx включается образцовое сопротивление R0. С помощью электронного вольтметра измеряют падение напряжения на Rx (при условии, что R0»Rx), которое пропорционально измеряемому сопротивлению. Шкала при этом будет линейной. При R0< < Rx измеряют падение напряжения на R0. При этом шкала выходного прибора обратно пропорциональна измеряемому сопротивлению и носит гиперболический характер. Обычно это многопредельные приборы с неравномерной шкалой. Классы точности: 1,5; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0. Диапазон измерения: 10 Ом... 10 ПОм. Цифровые омметры имеют классы точности 0,005...2,0. Диапазон измерения: 100 Ом... 1 ТОм. Магнитоэлектрические логометры применяют наиболее часто в качестве приборов для непосредственного измерения сопротивлений в виде омметров и мегомметров. Магнитоэлектрические логометры с подвижными рамками выполняются двух типов: логометры связанного типа, в которых рамки, сдвинутые на определенный угол, вращаются в одном и том же магнитном поле, и логометры несвязанного типа, в которых рамки действуют в различных зонах одного магнитного зазора или каждая в своем воздушном зазоре. Магнитоэлектрические логометры могут работать только на постоянном токе, а измерение сопротивления заземлителей во избежание явления поляризации должно производиться на переменном токе. Магнитоэлектрический логометр является одним из средств измерения, часто применяемых в комплекте с техническими термометрами сопротивления для измерения температуры. Принцип действия логометра ( логос - отношение) основан на измерении отношения токов в двух электрических цепях. В одну из них включен термометр сопротивления, а в другую-постоянное сопротивление. Электронные омметры. Он представляет собой электронный вольтметр постоянного тока, имеющий измерительную схему, преобразующую измеряемое сопротивление в пропорциональное ему постоянное напряжение. Шкалу такого вольтметра градуируют в единицах измеряемого сопротивления и применяют его в качестве омметра. Расширение пределов измерения осуществляется с помощью образцовых резисторов. Технические характеристики: большое входное сопротивление; диапазон измерения от 10 Ом до 1000 МОм; погрешность измерения — 2...4%; возможно измерение очень больших сопротивлений (тераомметры) с погрешностью до 10% Цифровые вольтметры. Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых физических величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра (рис. 3.10) состоит из входного устройства, АЦП, цифрового отсчетного устройства ЦОУ и управляющего устройства. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра Рис. 3.10. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный. Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровом кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в АЦП цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством. Цифровое отсчетное устройство регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет все узлы вольтметра. По типу АЦП цифровые вольтметры делят на две основные группы: • кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием); • времяимпульсные. Аналого-цифровой преобразователь вольтметров преобразуют сигнал постоянного тока в цифровой код, поэтому и цифровые вольтметры также считают приборами постоянного тока. Для измерения напряжения переменного тока на входе вольтметра ставится преобразователь в постоянное напряжение, чаще всего средневыпрямленного значения. Проанализируем основные технические характеристики среднестатистического цифрового вольтметра постоянного тока: • диапазон измерения: 100 мВ, 1 В, 10 В, 100 В, 1000 В; • входное сопротивление — высокое, обычно более 100 МОм; • порог чувствительности (другие названия — квант или единица дискретности) на диапазоне 100 мВ может быть 1 мВ, 100 мкВ, 10 мкВ; • количество знаков (длина цифровой шкалы) — отношение максимальной измеряемой величины на этом диапазоне к минимальной; например: диапазону измерения 100 мВ при уровне квантования 10 мкВ соответствует (100* 10 6)/(10 • 10 9) = 10 4 знаков; • помехозащищенность. Точность цифровых вольтметров. Распределение погрешности по диапазону измерения определяется пределом допускаемой относительной основной погрешности (2.28), характеризующей класс точности СИ: где и — измеряемое напряжение; UK — конечное значение диапазона измерений. Быстродействие. Современные схемы АЦП, применяемые в цифровых вольтметрах, могут обеспечить очень большое быстродействие, однако из соображений точной регистрации полученного результата у цифровых вольтметров оно уменьшается примерно до 20-50 измерений в 1 с. |