12-3. ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Общие понятия.

В различных областях науки и техники возникает необходимость осуществлять измерения на объектах, находящихся на значительном расстоянии от средств представления или последующей обработки (например, с помощью ЭВМ) информации. Такая необходимость возникает при измерениях параметров движущихся объектов, при измерениях параметров объектов, рассредоточенных по площади (большие промышленные предприятия, газо- и нефтепроводы), а также при измерениях параметров объектов, непосредственное нахождение человека около которых является невозможным (например, объекты атомной энергетики). Все эти, а также многие другие задачи решают телеизмерительные системы (ТИС).

Отличие ТИС от измерительных систем ближнего действия (см. § 12-2) заключается в наличии у ТИС специального канала связи. Под каналом связи понимают совокупность технических средств, необходимых для передачи информации от различных источников. Одной из основных частей канала связи является линия связи, под которой понимается физическая среда, по которой передается информация на значительное расстояние. Различают проводные линии связи, радиолинии и оптические линии связи. Основная характеристика канала связи — полоса пропускания частот, которая зависит от вида канала связи и наличия помех.

Для передачи информации от нескольких источников по одной линии связи применяют различные принципы разделения каналов. Наиболее часто используют временное и частотное разделение каналов.

При временном разделении происходит последовательная передача по линии связи значений отдельных измеряемых величин. В таких ТИС разделение измерительных каналов производится с помощью коммутаторов (см. § 12-2).

При частотном разделении возможна одновременная (параллельная) передача по линии связи значений нескольких измеряемых величин. Для передачи каждой величины используют определенную, для каждой величины свою, полосу частот.

Рис. 12-8. Структурная схема токовой ТИС

Рис. 12-9. Структурная схема частотной ТИС.

В зависимости от информативного параметра сигнала, которым передается значение измеряемой величины по линии связи, ТИС делят на токовые, частотные, время-импульсные и цифровые системы.

Токовые телеизмерительные системы.

В токовых ТИС, называемых еще системами интенсивности, размер измеряемой величины передается по проводным линиям связи постоянным током ( мА), вырабатываемым преобразователем П (рис. 12-8). На принимающей стороне такой ТИС обычно устанавливается магнитоэлектрический миллиамперметр. Токовые ТИС являются наиболее простыми, а потому дешевыми и надежными. В одноканальной ТИС (рис. 12-8) миллиамперметр на принимающей стороне не реагирует на помехи в линии связи, так как среднее значение помех обычно равно нулю.

В многоканальных ТИС применяют временное разделение каналов, т. е. на передающей и принимающей сторонах ТИС устанавливают измерительные коммутаторы, а принимающие приборы, кроме того, снабжают блоками памяти для хранения показания до очередного подключения коммутатора. При этом система значительно усложняется, а быстродействие ее ограничивается необходимостью усреднения помехи. Поэтому в многоканальных токовых ТИС применяют только спорадическую коммутацию измерительных каналов, т. е. коммутацию по вызову оператора.

Дальность действия токовых ТИС ограничивается погрешностью, вносимой непостоянством параметров линии связи (сопротивления проводов и изоляции между проводами). Практически по воздушным линиям связи дальность действия ТИС составляет 7—10 км, по кабельным каналам — 20—25 км.

Частотные телеизмерительные системы.

В частотных ТИС значения измеряемых величин передаются по линии связи частотой синусоидального тока или импульсов постоянного тока. Передача «частотных» сигналов может осуществляться как по проводным линиям связи, так и по другим линиям. Возможна параллельная передача нескольких значений измеряемых величин по одной линии связи путем частотного разделения измерительных каналов.

Обобщенная структурная схема одного канала частотной ТИС приведена на рис. 12-9. Частота переменного тока (или

импульсов постоянного тока) на выходе передающего устройства ПУ обычно зависит от измеряемой величины: или где и — минимальная и максимальная частоты сигнала; — коэффициенты преобразования. Переданный по линии связи частотный сигнал преобразуется приемником Пр либо в аналоговый сигнал (ток или напряжение) для получения значения измеряемой величины аналоговым прибором, либо в код для выдачи результата измерения в цифровой форме. Воспроизведение результатов измерения в той или иной форме осуществляется блоком выдачи результатов ВР.

В настоящее время частотные системы широко распространены как системы дальнего действия — сотни километров. Из-за перекрестных искажений и помех по соседнему частотному каналу число одновременно передаваемых сообщений в настоящее время не превышает 18.

Время-импульсные телеизмерительные системы.

В таких ТИС значение измеряемой величины передается по линии связи длительностью импульсов постоянного тока или интервалами между импульсами. Длительность импульсов обычно определяется следующей зависимостью:

где и — минимальная и максимальная длительности импульса; х — измеряемая величина с минимальным и максимальным значениями. Период повторения импульсов должен превышать ттах.

Структурная схема многоканальной время-импульсной системы с временным разделением каналов, представленная на рис. 12-10, содержит на передающей стороне измерительный коммутатор ИК и время-импульсный преобразователь т. е. преобразователь унифицированного напряжения (или тока) во временной интервал (см. § 8-3). На принимающей стороне система содержит преобразователь временного интервала в код кодовый переключатель регистры запоминающие коды каждого канала, узел выдачи результатов который может быть единым многоканальным блоком либо представлять собой набор индивидуальных средств представления информации (индикация, регистрация).

Время-импульсные ТИС относят к системам дальнего действия; с радиоканалом дальность действия такой системы составляет сотни и даже тысячи километров.

Цифровые телеизмерительные системы.

В цифровых ТИС, называемых еще кодово-импульсными системами, значение

Рис. 12-10. Структурная схема время-импульсной ТИС с временным разделением каналов

измеряемой величины передается по линии связи кодовой комбинацией в виде комбинации импульсов. Наиболее часто применяется двоичный код, который на принимающей стороне преобразуется в единично-десятичный код, более удобный для цифрового воспроизведения измеряемой величины (см. § 8-1).

Помехи в линии связи могут привести к искажению кода, а следовательно, и к погрешности измерения. Для повышения помехозащищенности ТИС применяют специальные коды — коды с обнаружением и исправлением ошибок, вызванных помехами. Принцип построения таких кодов базируется на создании избыточности кодовых комбинаций, и из всех возможных кодовых комбинаций выбирается та часть, которая подчиняется определенному закону. Остальные комбинации считаются запрещенными. Это позволяет исключать некоторые кодовые комбинации, подвергшиеся действию помех. При таком построении кодов может быть выявлена лишь часть ошибок, так как не исключена возможность перехода под действием помех одной разрешенной комбинации в другую разрешенную комбинацию.

На рис. 12-11 приведена одна из возможных структурных схем передающего устройства цифровой ТИС. Унифицированные сигналы, например напряжения от измерительных преобразователей (на схеме не показаны) поступают на входы измерительного коммутатора поочередно подключающего эти сигналы к аналого-цифровому преобразователю АЦП. Параллельный код с выхода АЦП подается на преобразователь ПК параллельного кода в последовательный, который управляет также формирователем контрольных символов ФКС для образования помехозащищенного кода и переводит ИК в следующее положение, а также формирует так называемую синхросерию — код, используемый для цикловой синхронизации приемника. Частота опроса измеряемых величин задается генератором тактовых импульсов ГТИ. Последовательный код от ПК и ФКС через выходное устройство ВУ поступает в линию связи.

Приемное устройство цифровой ТИС в качестве средств представления информации может содержать столько аналоговых приборов, сколько измеряемых величин, либо цифровые приборы

Рис. 12-11. Структурная схема передающего устройства цифровой ТИС

и регистраторы. При использовании аналоговых приборов устройство существенно проще. На рис. 12-12 приведена возможная структурная схема такого приемника. Код линии связи поступает во входное устройство ВУ, в котором восстанавливаются импульсы кода, искаженные в линии связи. Из устройства ВУ кодовые сигналы поступают в преобразователь ПК последовательного кода в параллельный и через запоминающие регистры — на цифро-аналоговые преобразователи — ЦАП. Выходные сигналы ЦАП поступают на приборы . Узел цикловой синхронизации выделяет синхроимпульсы и устанавливает распределитель каналов в исходное положение, который поочередно разрешает запись в регистры синхронно и синфазно с измерительным коммутатором передающего устройства, поскольку генератор ГТИ синхронизирован блоком внутрицикловой синхронизации с генератором передающего устройства. При поступлении из линии связи неискаженной кодовой комбинации устройство контроля выдает сигнал разрешения на все регистры но записывается код только в тот регистр, на который подан разрешающий сигнал с

Наиболее существенными достоинствами цифровых ТИС являются высокие метрологические характеристики, возможность работы по различным каналам связи, высокая помехозащищенность и возможность вывода информации в ЭВМ. Относительная сложность — недостаток цифровых ТИС.

Рис. 12-12. Структурная схема принимающего устройства цифровой ТИС