Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯПри решении различных задач, связанных с автоматическим регулированием или управлением некоторым объектом или процессом, возникает необходимость получения определенной информации как о параметрах объекта (регулируемых переменных), так и о возможных внешних воздействиях, оказывающих на него влияние. Для получения указанной информации служат различные измерительные устройства, в общем случае состоящие из чувствительных элементов, воспринимающих изменения параметров, по которым производится регулирование или управление процессом, а также дополнительных преобразователей, выполняющих нередко и функции усиления сигналов. Вместе с чувствительными элементами эти преобразователи предназначены для преобразования сигналов одной физической природы в другую, соответствующую виду энергии, используемой в системе регулирования или управления. 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯПри изложении вопросов теории измерительных устройств и основ их проектирования, а также при описаниях типовых конструкций измеряемые параметры будут называться измеряемыми величинами, а выходные сигналы измерительных устройств — измерительными сигналами. В соответствии с этим допустима классификация измерительных устройств как по измеряемым величинам, так и по измерительным сигналам. В настоящей книге для измерительных устройств принята классификация по измеряемым величинам, а для их преобразователей, формирующих выходной сигнал — измерительный сигнал, классификация производится по видам процесса преобразования промежуточных величин в измерительный сигнал. В табл. 1.1 приведены наиболее распространенные измеряемые величины и соответствующие им измерительные сигналы. Таблица I.1 (см. скан) Основные измеряемые величины и измерительные сигналы Число типов этих сигналов ограничено. В целях унификации измерительные устройства, в состав которых входит несколько преобразователей, иногда совершенно различных. В простых измерительных устройствах один и тот же преобразователь служит как для восприятия изменений измеряемой величины, так и для формирования измерительного сигнала. В сложных измерительных устройствах функции различных преобразователей разграничены. Как правило, один из них используется в качестве чувствительного элемента, обеспечивая тем самым восприятие измеряемой величины. Ряд других служит, в зависимости от полной функции преобразования, как для осуществления промежуточных преобразований, так и для формирования измерительного сигнала.
Рис. 1.1. Схемы измерительных устройств: а — структурная схема простого измерительного устройства. Применяются также и комплексные измерительные устройства, состоящие из ряда различных измерительных устройств, объединяемых в единый комплекс. Комплексные измерительные устройства реализуют обычно методы косвенных измерений и используются при регулировании и управлении сложными объектами. В таких измерительных устройствах измерительный сигнал формируется на базе измерений нескольких величин, каждая из которых, рассматриваемая отдельно, не содержит необходимой для осуществления регулирования или управления информации. На рис. 1.1, а приведена структурная схема простого измерительного устройства с двухкаскадным внутренним преобразованием (звенья 1 и 2). В таком устройстве изменение измеряемой величины х приводит к процессу ее преобразования в некоторый промежуточный внутренний параметр внутренним параметром может быть та или иная физически определенная величина. Такой величиной, например, для упругих преобразователей будет внутреннее напряжение. На рис. 1.1, б показано возможное осуществление этого принципа. Измеряемое давление
При этих условиях, согласно известным положениям механики, для рассматриваемой схемы измерительного устройства можно записать обобщенное уравнение движения без учета сил трения в виде
Предполагая возможным разложение измеряемого давления как функции времени на периодические составляющие
и полагая
получим систему неоднородных уравнений для определения
где
где Решение этого уравнения будет
Интегральный член в формуле (1.7) представляет собой динамическую погрешность измерительного устройства. Простые измерительные устройства, подобные только что рассмотренному, не обеспечивают дистанционной передачи измерительного сигнала и поэтому применяются главным образом в регуляторах, допускающих только непосредственное соединение измерительного устройства с звеном регулятора, управляющим потоком его рабочей энергии, используемой для воздействия на регулирующий орган. При значительном уровне измерительного сигнала и относительно малом значении возникающих шумов, последние не учитываются при проектировании простых измерительных устройств.
Рис. 1.2. Функциональная схема сложного измерительного устройства: Необходимость согласования выходных сигналов измерительного устройства с остальными элементами системы управления по виду используемой в них энергии, а также требования повышения точности измерений, особенно в сочетании с передачей измерительных сигналов на значительные расстояния, приводят к применению сложных измерительных устройств. В этих измерительных устройствах, кроме чувствительного элемента, осуществляющего первичное преобразование измеряемой величины в промежуточный сигнал, используются различные дополнительные преобразователи, а также и внешние обратные связи. Как пример такого сложного измерительного устройства на рис. 1.2 приведена структурная
где Угловому отклонению якоря индуктивного преобразователя 3, закрепленного на оси маятника
Далее этот промежуточный электрический сигнал подается на вход усилителя
где Подставляя в это уравнение значения
Передаточная функция измерительного устройства будет иметь вид
где Применением вспомогательных преобразователей 3 в прямой цепи и 5 в цепи обратной связи, а также усилителя 4 достигается значительное повышение точности измерения при требуемом уровне измерительного сигнала, заданном условиями дальнейшего его преобразования в управляющей системе. На рис. 1.3 показана схема комплексного измерительного устройства, предназначенного для одновременного измерения статического давления воздуха на высоте Н полета, динамического напора и температуры торможения, являющихся функциями скорости полета (кликните для просмотра скана) наружного воздуха и его относительной плотности, служащие для введения корректирующих воздействий в упомянутые системы регулирования и управления, а также для визуального контроля. Системы управления сложными многомерными объектами, используемые в больших автоматизированных системах, отличаются наличием значительного числа различных измерительных устройств, выходные сигналы которых поступают в системы обработки информации, состоящие из вспомогательных (фильтры, компараторы, программные блоки, промежуточные усилители и др.). и логических устройств. В этом случае применяются сложные измерительные устройства с типовыми измерительными сигналами, допускающими их масштабирование и фильтрацию, а также дополнительные преобразования, связанные с последующим формированием и кодированием сигналов, передаваемых в системы обработки информации с помощью специальных линий передач. Эффективное использование таких измерительных устройств требует помимо обеспечения выбираемыми конструкциями заданных динамических характеристик также строгого согласования их с различными коммутационными устройствами и, обычно по полосе частот, с передающими эти сигналы линиями. В целом указанные совокупности (рис. 1.4) измерительных устройств с устройствами обработки информации образуют измерительно-информационные системы.
|
1 |
Оглавление
|