68403

Промежуточные (вторичные, нормирующие) преобразователи

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Метод уравновешивающего преобразования характеризуется тем что в приборах используется две цепи преобразования: прямая и обратная роли которых резко отличаются. Цепь прямого преобразования служит для обнаружения степени неравновесия.

Русский

2014-09-22

145.5 KB

9 чел.

Лекции 14

Лекция № 14

промежуточные (вторичные, нормирующие) преобразователи

Большинство датчиков (первичных преобразователей) имеют на выходе сигнал, неудобный для передачи на расстояние или формируют неунифицированный сигнал.

При разработке измерительных схем следует придерживаться следующих правил:

  •  вне зависимости от природы сигнала датчика (Д) с помощью промежуточных преобразователей (ПП) переводят сигнал в унифицированный, особенно если исходный сигнал – механическое перемещение;

Д ПП «унифицированный сигнал»

  •  если сигнал с датчика неунифицированный электрический, то системой ГСП допускается его использование (например, от термосопротивлений, термопар) во избежании усложнения структуры измерительной цепи; в этом случае используются специализированные измерительные приборы;

ТП, ТС «неунифицированный сигнал»  специальный ИП

  •  В случае ограничений, накладываемых категорийностью  предприятия (взрыво- и пожароопасность) передача сигнала в цепи ДПП (в пределах зоны) рекомендуется осуществлять по пневматической линии связи, далее передачу можно вести любым унифицированным сигналом.

Д ПП1 «пневмат. сигнал» ПП2 «электрич сигнал»

 Для повышения точности измерения ПП строятся по схеме нулевого метода измерения с автоматическим уравновешиванием. Такие схемы действуют по принципу автоматических следящих систем (автоматические компенсаторы).

Метод уравновешивающего преобразования характеризуется тем, что в приборах используется две цепи преобразования: прямая и обратная, роли которых резко отличаются.

Цепь прямого преобразования служит для обнаружения степени неравновесия.

Назначение цепи обратного преобразования заключается в том, чтобы, используя энергию прямого преобразования, создать уравновешивающую величину (меру) ХМ, однородную с измеряемой величиной ХИЗМ.

В результате этого уравновешивания на вход прямой цепи преобразования поступает только часть входной величины Х. Погрешность такого метода определяется погрешностью в обратной цепи.

Примеры схем преобразователей, построенных на компенсационной схеме

1. Пневмосиловой преобразователь

1 – рычаг;

2 – дроссель сопло-заслонка;

3 – постоянный дроссель;

4 – пневмоусилитель;

5 – сильфон обратной связи;

6 – корректор нуля.

На входе преобразователя – сила, приложенная к левому плечу рычага (а).

На выходе – давление сжатого воздуха (РВЫХ) на выходе усилителя мощности.

За счет подбора постоянного дросселя обеспечивается равенство давления питания унифицированному значению 0,14 МПа.

Принцип работы.

Вращающий момент М=f(FВХ) на входе преобразователя создается входным усилием. Противоположно направленный момент меры ММ=f(FM) создается на правом плече рычага (в) сильфоном обратной связи. Результирующий момент М=М-ММ вызывает поворот рычага (1) и перемещение l, расположенной не его правом плече заслонки преобразователя сопло-заслонка (2-3).  Изменение давление на выходе элементарного преобразователя, пропорциональное перемещению заслонки после усилителя мощности (4) становится выходным сигналом всего преобразователя.  Одновременно давление с выхода усилителя подается с цепь обратной связи (5).

Окончанием преобразования является достижение величиной М нулевого значения.

Корректор нуля применяется для настройки схемы. А именно, изменяя натяжение пружины можно создавать дополнительный вращающий момент на рычаге и тем самым изменять величину выходного сигнала. При наладке схемы корректором устанавливается начальное значение выходного сигнала 0,02 МПа при нулевом значении силы.

 Статическая характеристика преобразователя линейная.

В промышленности часто выпускается в едином корпусе с первичным преобразователем.

2. Преобразователь электрического сопротивления в ток

1 – усилитель прямого преобразования;

2 – усилитель обратного преобразования;

3 – переменное сопротивление (термо- или тензосопротивление);

4 – неуравновешенный мост;

5 – преобразователь напряжения в ток.

На входе преобразователя – изменение электрического сопротивления (Rt).

На выходе – изменение тока.

Принцип работы.

Напряжение в измерительной диагонали неуравновешенного моста (4) подается на вход преобразователя UI (5), далее - на вход усилителя цепи прямого преобразователя (1). На выходе усилителя формируется токовый сигнал (унифицированный 0..5мА), который является выходным сигналом всего преобразователя. Далее токовый сигнал поступает на вход усилителя (2)  цепи обратного преобразования, на выходе которого вырабатывается напряжение меры.

Завершение процесса преобразования наступает после достижения величиной разности измеряемого напряжения и напряжения меры нулевого значения U = UUM = 0.

Характеристика блока линеаризации выбирается такой, чтобы скомпенсировать нелинейность статической характеристики неуравновешенного моста.

измерительыне приборы

Предназначены для преобразования измеряемых сигналов в перемещение стрелки или пера относительно шкалы.

Классификация измерительных приборов:

  1.  По метрологическому признаку

Технические

Лабораторные

Образцовые

Для работы в производственных помещениях, поэтому должны быть недорогими и надежными в эксплуатации. У них нет поправки на погрешность изменения.

Класс точности: 0,25…2,5

Для точных измерений в лабораторных условиях.

Для повышения точности измерения в них вводится поправка на внешние условия.

Класс точности:

0,05; 0,1; 0,2

Для поверки технических и лабораторных приборов.

Класс точности:

0,005; 0,02; 0,05

  1.  По способу измерения

Измерительные приборы непосредственной оценки

Измерительные приборы следящего уравновешивания

  1.  По виду выходного сигнала

1. Давление сжатого воздуха

Системы СТАРТ, ЦЕНТР

2. Напряжение постоянного тока

Милливольтметры, потенциометрические компенсаторы (КСП)

3. Токовые сигналы и унифицированные сигналы напряжения

Компенсаторы с унифицированным токовым сигналом и сигналом напряжения на входе (КСУ)

4. Электрическое сопротивление

Логометры, компенсаторы с мостовой схемой (КСМ)

5. Напряжение переменного тока

Компенсаторы с дифференциально-трансформаторным преобразователем на входе (КСД)

  1.  По числу точек измерения

Одноточечные

3-х точечные

6-ти и 12-ти точечные

В многоточечных приборах осуществляется отображение мгновенного значения всех параметров. В приборах регистрирующих значения во времени на бумажном носителе запись ведется только по одному параметру с возможностью переключения на запись поочередно

  1.  По виду выходного сигнала

1. Показывающие

Величина измеряемого параметра указывается отчетным устройством (шкала, стрелка).

Достоинства: простота конструкции.

Недостатки: индикация только в текущий момент времени.

Конструктивное оформление:

  •  с неподвижной шкалой и подвижной стрелкой;
  •  с подвижной шкалой и неподвижной стрелкой (уменьшенный фронтальный размер).

2. Самопишущие

Снабжены устройством для автоматической записи результатов измерения во времени.

Запись ведется на бумажной ленточной диаграмме, которая движется с постоянной скоростью или на дисплее с записью информации на жесткий носитель.

3. Интегрирующие

Использование дополнительного устройства с функцией непрерывного суммирования мгновенных значений измеряемого параметра (счетчик).

4. Комбинированные

Возможность одновременной записи и индикации значений измеряемого параметра, а также дополнительно: сигнализации отклонений параметра, преобразования сигнала, регулирования, интегрирования и т.д.

Для повышения точности измерения строятся, как и промежуточные преобразователи по нулевому методу измерения.

Примеры схем вторичных показывающих и регистрирующих приборов, построенных на компенсационной схеме

  1.  Прибор для записи пневматического сигнала

1 – рычаг;

2 – элементарный преобразователь сопло-заслонка;

3 – постоянный дроссель;

4 – мембрана;

5 – рычаг;

6 – леска;

7 – отсчетное устройство;

8 – корректирующий винт;

9 – пружина обратной связи;

10 – сильфон.

Прибор типа ПВ (пневматический вторичный прибор) применяется для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха.

 Измерительная цепь состоит из четырех преобразователей:

1 . Преобразование давление Р в силу FВХ, приложенную к рычагу сильфон 10.

2 . Преобразование силы FВХ в момент МВХ – большее плечо рычага 1- а  рычаг 1.

3. Следящая цепь – преобразование момента МВХ в перемещение стрелки l1  1 – 7.

4 . Цепь обратной связи FМ  пружина 9 и меньшее плечо рычага 1- в.

Принцип работы -

близок к принципу работы преобразователя силы в давление.

Рабочее давление Р, преобразованное через момент МВХ(FВХ) в перемещение l преобразователем сопло-заслонка 2-3, вызывает прогиб мембраны 4, связанной с левым плечом рычага 5. При этом правый конец рычага 5 тянет, связанную с ним леску 6, вызывая тем самым перемещение l1 (растяжение) пружины обратной связи 9 и стрелки отсчетного устройства 7. Это перемещение l1 является одновременно  выходным сигналом следящей системы и сигналом цепи обратной связи.

Растяжение пружины 9 вызывает силу FМ, которая через меньшее плечо рычага 1–в, создает на нем момент ММ(FМ).

Окончание преобразования -  МВХ(FВХ) = ММ(FМ)МКОР(поз.8).

Изменение начального натяжения пружины 9 осуществляется корректором 8.

Пневматические приборы имеют линейную шкалу и могут применяться для отображения 1, 2 или 3 параметров одновременно.

  1.  Прибора для записи электрического сигнала – напряжения постоянного тока и токовых сигналов

1 – неуравновешенный мост;

2 – реохорд (реостат с линейной характеристикой);

3 – усилитель;

4 – отсчетное устройство;

5 – реверсивный электродвигатель.

По такой схеме собирается, например, компенсатор потенциометрический (измерение нулевым методом).

Измерительная цепь состоит из двух преобразователей:

1. Цепь прямого преобразования – преобразование измеряемого напряжения U в поворот вала электродвигателя 5 (f(UД)) и перемещение механически связанной с ним стрелки 4 показывающего прибора мост 1, усилитель 3, э/двигатель 5, отсчетное устройство 4.

2 . Цепь обратной связи – компенсация U измеренного сигнала U напряжением меры UM, создаваемым за счет перемещения механически связанного с э/двигателем 5 движка реохорда 2.

Принцип работы

основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения U.

Во входную цепь усилителя 3 последовательно с измеряемым напряжением включен неуравновешенный мост 1. Его выходное напряжение UM  действует встречно с измеряемым и поэтому к входу усилителя 3 прилагается их разность  U = UUM.

Эта разность усиливается UД и приводит в действие реверсивный э/двигаетль 5. Вал э/двигателя 5 перемещает движок реохорда 2 и стрелку отсчетного устройства 4. Это перемещение l является одновременно выходным сигналом следящей системы и входным сигналом преобразователя в цепи обратной связи, функцию которого неуравновешенный мост 1.

Для устранения помех (обеспечения постоянства рабочего тока) питание мостовой схемы осуществляется от  стабилизированного источника питания.

Т.к. 2 – реохорд, то статическая характеристика неуравновешенной мостовой схемы 1, как обратного преобразователя перемещения l в напряжение UM также линейная. Таким образом, шкала автоматического компенсатора оказывается равномерной.

Промышленностью выпускаются потенциометры, отличающиеся в основном конструктивным оформлением (габаритные размеры, вид и форма шкалы, способ регистрации и т.д.).

 

Компенсатор для измерения унифицированных токовых сигналов – автоматический миллиамперметр с нулевым методом измерения.

Принципиальная схема такого преобразователя полностью совпадает с аналогичной схемой автоматического потенциометра за исключением линии подвода токового сигнала.

Входной токовый сигнал  i преобразуется в напряжение U за счет прохождения через резистор, включенный во входную цепь прибора.

 Таким облразом, промышленный компенсатор для измерения токовых сигналов практически представляет собой автоматический потенциометр, снабженный входным резистором.

 

PAGE  89

U = 0 ..10 В

i = 0..5 мА

8

1

9

l1

Р

6

5

4

3

2

10

Y

P1

PПИТ

l

FМ

в

а

FВХ

EMBED PBrush  

5

4

R = 2 кОм

M

5

4

3

2

1

UM

UД

U

U

U

l

l1

5

7

3

2

1

i

UM

U

U

U

Rt

6

5

4

3

2

1

PВЫХ

P1

PПИТ

l

FМ

в

а

FВХ

EMBED PBrush  

УВЫХ

ХМ

ХИЗМ

Х

EMBED PBrush  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28546. О возможности реализации абсолютной секретности в постановке Шеннона 58.5 KB
  А это в свою очередь может повлиять на выбор противником своих действий и таким образом совершенной секретности не получится. Следовательно приведенное определение неизбежным образом следует из нашего интуитивного представления о совершенной секретности. Для совершенной секретности системы величины PEM и PM должны быть равны для всех E и M.
28548. Режим ECB 31 KB
  ECBрежим идеален для небольшого количества данных например для шифрования ключа сессии. Режим шифрования Электронная Кодовая Книга ECB Под режимом шифрования здесь понимается такой алгоритм применения блочного шифра который при отправке сообщения позволяет преобразовывать открытый текст в шифротекст а после передачи этого шифротекста по открытому каналу позволяет однозначно восстановить первоначальный открытый текст. Как видно из определения сам блочный шифр теперь является лишь частью другого алгоритма – алгоритма режима шифрования....
28549. Режим CBC 39 KB
  Дешифрование в режиме СВС Для получения первого блока зашифрованного сообщения используется инициализационный вектор IV для которого выполняется операция XOR с первым блоком незашифрованного сообщения. В режиме CBC при зашифровании каждая итерация алгоритма зависит от результата предыдущей итерации поэтому зашифрование сообщения не поддаётся расспараллеливанию. Однако расшифрование когда весь шифротекст уже получен можно выполнять параллельно и независимо для всех блоков сообщения см. Это дает значительный выигрыш во времени при...
28550. Режим CFB 66.5 KB
  Как и в режиме CBC здесь используется операция XOR для предыдущего блока зашифрованного текста и следующего блока незашифрованного текста. Таким образом любой блок зашифрованного текста является функцией от всего предыдущего незашифрованного текста. Для левых J битов выхода алгоритма выполняется операция XOR с первыми J битами незашифрованного текста Р1 для получения первого блока зашифрованного текста С1. При дешифровании используется аналогичная схема за исключением того что для блока получаемого зашифрованного текста выполняется...
28551. Режим шифрования с обратной связью по выходу (OFB) 52.55 KB
  Разница заключается в том что выход алгоритма в режиме OFB подается обратно в регистр тогда как в режиме CFB в регистр подается результат применения операции XOR к незашифрованному блоку и результату алгоритма см. Шифрование в режиме OFB Основное преимущество режима OFB состоит в том что если при передаче произошла ошибка то она не распространяется на следующие зашифрованные блоки и тем самым сохраняется возможность дешифрования последующих блоков. Дешифрование в режиме OFB Недостаток режима OFB заключается в том что он более уязвим к...
28552. Симметричные методы шифрования DES 63.46 KB
  Функция перестановки одна и та же для каждого раунда но подключи Ki для каждого раунда получаются разные вследствие повторяющегося сдвига битов ключа. Последовательность преобразований отдельного раунда Теперь рассмотрим последовательность преобразований используемую на каждом раунде. Создание подключей Ключ для отдельного раунда Ki состоит из 48 битов. На каждом раунде Ci и Di независимо циклически сдвигаются влево на 1 или 2 бита в зависимости от номера раунда.
28553. Примеры современных шифров проблема последнего блока DES 26.44 KB
  Альтернативой DES можно считать тройной DES IDEA а также алгоритм Rijndael принятый в качестве нового стандарта на алгоритмы симметричного шифрования. Также без ответа пока остается вопрос возможен ли криптоанализ с использованием существующих характеристик алгоритма DES. Алгоритм тройной DES В настоящее время основным недостатком DES считается маленькая длина ключа поэтому уже давно начали разрабатываться различные альтернативы этому алгоритму шифрования.