Определение линейных и угловых перемещений параметрическими измерительными преобразователями
p>В емкостных преобразователях возникает усилие притяжения между пластинами, определяемое производной от энергии электрического поляи^ по пепемешению подвижной пластины.где U и С — соответственно напряжение и емкость между пластинами. Применяются дифферинциальные преобразователи (рис. 1. 9, б), у которых имеется одна подвижная и две неподвижные пластины, При воздействии измеряемой величиных у этих преобразователей одновременно изменяются емкости С1 и С2. На рис. 1. 9, впоказано устройство дифференциального емкостного преобразователя с переменной активной площадью пластин. Такой преобразователь целесообразно использовать для измерения сравнительно больших линейных (более 1 мм) и угловых перемещений. В этих преобразователях легко получить требуемый характер функции преобразования путем профилирования пластин.
Для измерения выходного параметра емкостных преобразователей применяются равновесные и неравновесные мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. Последние позволяют создавать приборы с высокой чувствительностью, способные реагировать на перемещения порядка 10"' мм.
Цепи с емкостными преобразователями обычно питаются током повышенной частоты (до десятков мегагерц), что вызвано желанием увеличить мощность, рассеиваемую в преобразователе: P=UІwC(а следовательно, и мощность, попадающую в измерительный прибор), и необходимостью уменьшить шунтирующее действие сопротивления изоляции. Достоинства емкостных преобразователей —простота устройства, высокая чувствительность и возможность получения малой инерционности преобразователя.
Недостатки —влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей, температуры, влажности, относительная сложность схем включения и необходимость в специальных источниках питания повышенной частоты.
IV. Применение измерительного преобразователя в системах
автоматического контроля или регулирования.
4. Общие сведения о САК или САР
ИИС- информационно - измерительная система. Позволяет измерять и обрабатывать ряд величин, кроме этого позволяет автоматизировать процесс измерения путем подключения ИИС к вычислительным комплексам.
Все метрологические характеристики присущие для измерительных устройств справедливы и для ИИС, кроме этого существуют дополнительные, присущие только ИИС:
1. Погрешность от взаимного влияния измерительных каналов
2. Погрешность аппроксимации, обусловленная неточным восстановлением непрерывного значения измеряемой величины по дискретным значениям при последовательной передаче измерительной информации
3. Погрешность обусловленная непостоянством параметров канала связи и помехами в канале связи (для телеизмерительных систем и систем телеконтроля)
ИИС делятся на ИИС с последовательной передачей измерительной информации (с временным разделением измерительных каналов) и ИИС с параллельной (одновременной) передачей измерительной информации. Системы с временным разделением каналов получили наибольшее распространение из-за возможности иметь большое число измерительных каналов. Системы с параллельной передачей измерительной информации применяются в телеизмерительных системах (частотное разделение каналов).
Одним из частных видов ИИС являются системы автоматического контроля и автоматического регулирования Эти системы обыкновенно не производят измерений, а реагируют лишь на отклонение величины от заданной.
CАК и САР очень похожи по своему строению. Различаются лишь реакцией на изменение измеряемой величины. САК выдает результат при изменившейся измеряемой величины, а САР самостоятельно регулирует величину до заданной.
5. Системы автоматического контроля
Системы автоматического контроля (САК) весьма разнообразны как по своему назначению, так и по принципу действия. САК могут быть разделены на две группы:
Системы для контроля параметров изделий, практически не изменяющихся во времени (например, сопротивлений резисторов и др. ).
Системы для контроля изменяющихся во времени физических величин (например, контроль температуры различных точек объекта и др. ).
Рис 2. 1. Структурная схема системы контроля
параметров однородных изделий с одновременным сравнением контролируемого параметра и уставки
Сравнение параметра контролируемого объекта и уставки может быть одновременным и разновременным,
На рис. 2. 1 показана структурная схема системы для контроля параметров однородных изделий с одновременным сравнением контролируемого параметра и уставки(Уст). Контролируемые детали поочередно поступают в устройство сравнения (УС); результат сравнения контролируемого параметра и уставки выдается в той или иной форме устройством выдачи результатаУВР. Иногда результаты сравнения поступают в блок вспомогательных математических операцийВМО, например вычисления отклонения параметра от нормы или других характеристик. На рис. 2. 2 приведена структурная схема, поясняющая разновременный контроль параметра х и уставкихn. Переключатель П устройством управления УУ подключает уставку к измерительному преобразователю ИП, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный Хп, регистрируемый У Р. Далее переключатель П включает контролируемый параметр л- и на выходе ИП получается сигнал, пропорциональный х. Устройство регистрации УР образует разность этих сигналов, пропорциональную отклонению параметрах x от Хп Выходным сигналом ИП может быть, например, число-импульсный код. В этом случае в качестве УР применяется реверсивный счетчик
Рис 2. 2 Структурная схема системы для разновременного контроля параметра и вставки
На рис. 2. 3 приведена упрощенная схема системы автоматического
контроля изменяющихся во времени параметров объекта или технологического процесса. Контролируемые величиных1(t) — хn(t) поступают в унифицирующие преобразователи УП1; — УПn, на выходе которых получаются унифицированные сигналы, чаще всего в виде напряжения постоянного тока, пропорционально! о входным сигналам. Эти сигналы в устройстве сравненияУС сравниваются с уставками для каждого сигнала, формируемыми блоком уставок БУ. Сигналы от УС поступают в устройство УПИ представления информации (“норма”, “меньше”, “больше”). Управление САК производится от устройства управления УУ. Кроме того, при регистрации отклонения параметров от уставок регистрируется время, для чего предназначен блок времениБВ.
Выбор отдельных блоков САК и режим ее работы определяются требованиями, предъявляемыми к САК. Вследствие разнообразия требовании, предъявляемых к САК в настоящее время, разработаны и выпускаются различные САК.
Рис 2. 3. Упрощенная схема системы автоматического контроля изменяющихся во времени параметров объекта
Некоторые САКявляются комбинированными, т. е. наряду с контролем параметров позволяют производить и измерения. Измерение отдельных величин производится по команде оператора.
V. Конкретная структурная схема САР
6. Характеристики САК
Построим систему автоматического управления самолетом с помощью гироскопа. Необходимые параметры
1. Малая погрешность
2. Большая чувствительность
3. Малая инерционность
4. Простота работы устройства.
Всем этим параметрам удовлетворяет система с применением емкостного датчика.
Структурная схема
Описание элементов структурной схемы
Г — гирокомпас
Д — емкостной дифференциальный датчик
УУ — устройство управления
И — индикатор работы
УО — установка оператором
ПР дв — правый двигатель самолета
Л дв — левый двигатель самолета
VI. Описание работы выбранной САР
1. Оператор (пилот) устанавливает начальные установки (наводит гирокомпас на необходимый курс и запускает его) через устройство УО
2. В полете при влиянии воздушных потоков на корпус самолета, самолет меняет направление полета, при этом гирокомпас Г оставляет свое положение постоянным то есть направление, указываемое гирокомпасом Г и корпусом самолета расходится, что влечет за собой поворот обкладки емкостного датчика Д. В следствии этого на датчике Д появляется напряжение, которое поступает на устройство управления УУ. При поступлении напряжения с датчика Д, устройство управления УУ выдает сигнал на один из двигателей самолета (ПР дв или Л дв), что влечет за собой разбалансировку работы двигателей (один из двигателей начинает работать быстрее а второй медленее) За счет разбалансировки работы двигателей самолет преобретает прежний курс.
Таким образом происходит регулировка направления полета самолета независимо от воздействия различных внешних фкторов.
В полете оператор (пилот) наблюдает за полетом по прибору индикации И и в случае неисправности с помощью УО отключает систему автоматического регулирования направления полетом
3. При удачной посадке пилот самолета выключает устройство управления УУ, гирокомпас Г через устройство УО.
VII. Характеристики выбранной САР
Данная система автоматизированного контроля является устойчивой к резким изменениям внешней среды. Чувствительна к малейшим изменениям направления полета, но обладает рядом недостатков, таких как Чувствительна к микроклимату (влажность в кабине, запыленность, высокая или низкая температура все что изменяет электрическую проницаемость воздуха между обкладками) кроме этого из-за высокой чувствительности повышается расход топлива (постоянные изменения в работе двигателей), повышается износ двигателей .
VIII. Выводы
Автоматизированные системы контроля и регулирования позволяют ускорить процесс измерения, имеют меньшую погрешность, чем система измерительный прибор человек и в таких отраслях науки и техники как исследование космоса, океана, производство микросхем, управление электростанциями и т. д.
1. Существующие датчики обладают малой погрешностью, высокой чувствительностью и широким спектром применения. Так например реостатные преобразователи применяются для измерения сравнительно больших перемещений, индуктивные - для более маленьких перемещений (но к преимуществам можно отнести возможность использования выходного сигнала без усилителя), емкостные преобразователи применяются для изготовления микромеров кроме этого эти датчики обладают малой инерционностью.
2. На сегодняшний день существует огромное количество информационно-измерительных систем. И выбор как самой ИИС так и отдельных блоков ИИС определяется в первую очередь требованиями к самой ИИС
3. В данной работе не были описаны другие виды датчиков и ИИС, так например не были описаны индукционные ПИЛ, тензочувствительные датчики, так как они не являются основными для измерения перемещения.
Литература
1. "Электрические измерения" Фремке АВ
2. "Электрические измерения" Шрамков ЕГ
3. "Датчики" Wigleb G.
4. "Электрические измерения неэлектрических величин" Методическое пособие Лукьянов ВГ
5. "Датчики измерительных систем" J Ash
6. "Параметрические ПИЛ" Горбов Евстигнеев
