ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

57. Методы измерения скоростей вращения- конический и кольцевой тахометры: область применения, принцип действия и т.д.

Методы измерений:

1.     центробежные методы- чувствительный элемент реагирует на центробежную силу, развиваемую центробежными массами вращающимися на валу

·        конические

·        кольцевые

2.     магнитоиндукционные методы . Основаны на вихревых токах.

3.     Электрические.

·        Постоянного тока

·        Переменного тока

·        Импульсного тока

4.     Фотоэлектрические. Основаны на модуляции свойств потока вращающих перемещений.

5.     Стробоскопические. Основаны на свойстве глаза сохранения объекта на секунды после исчезновения.

a) На шарнирах вращающихся вместе с осью установлены грузы, которые под действием центробежной силы расходятся , перемещают муфту и сжимают пружину. Если обозначить у –перемещение муфты и у₀- начальную длину пружины , то зависимость у=Sw²

S=mny₀(1+2r/ )/4l₁

б) При вращении оси плоскость кольца наклонена на угол ά₀. При вращении концов чиремитель занимает положение перпендикулярно оси вращения.

Противоразворачивающая сила вырабатывается пружиной ά₀=Sw²

S=mr²sin2ά₀/2l₁

Центробежные тахометры:

+ Развивают большое перестановочное усилие и поэтому применяется в качестве преобразователя в регуляторах частотного вращения

- Недистанционность, значительные погрешности, трудности регулирования и изготовления

Наиболее распространены методы:

1.     аэрометрический,

2.     компенсационные,

Основан на автоматическом уравновешивании полного давления

Р_полн=Р_ст+ρυ²/2

3.     термодинамические,

Основан на измерении температуры замороженного потока

Т_п=(1+М²/S)*Т₁

4.     турбинные,

5.     корреляционные

6.     доплеровские,

lg(1+3)+lg(2+4)=kw

w-нулевая скорость

7.     инерциальные,

Основан на измерении ускорений и однократном интегрировании пол. витков и позволяет определить абсолютную скорость

υ=n_iΔS(n/z)^-1

Приборы с электроконтактными преобразователями применяются в системах активного контроля размеров.

С измерительным штоком 2, непосредственно или через рычажную систему того или иного вида, либо зубчатую передачу, соединяется подвижный контакт 3, который взаимодействует с неподвижным контактом 4. Он (4) устанавливается на расстоянии, соответствующем полю допуска измеряемого размера.

Контакты включаются в электронную релейную схему, обеспечивающую индикацию или управление сортировкой.

Преобразователи разделяют на предельные и амплитудные. Первые предназначены для контроля размера детали и разделения деталей на группы по отклонению от заданных размеров, вторые – для контроля формы детали.

Достоинства:

относительная простота

низкая стоимость преобразователей

Недостатки:

_{невысокая надежность (из-за наличия открытых контактов})

Измерение геометрических величин: длины, углы, площади и объём. Атак же: кривизна линии разных поверхностей, шероховатость, моменты плоских и объёмных тел.

Измерение геометрической величины – самый распространённый вид измерений, особенно, в машиностроении и приборостроении. Широко используется для определения пространственного положения разнообразных объектов.

Единицы геометрических величин:

Метр, Радиан (угол, угловое перемещение). В технике часто используются мм, мкм, нм.

Внесистемные: оборот = 2π, градус. Для измерения углов так же используется конусность.

Малые значения углов указывают в мкм на 100 мм.

Приборы для измерения геометрических величин:

1. По видам измеряемых величин.

2. По назначению.

3. По используемому измерительному преобразователю.

При выборе схемы, метода измерения и конструкции прибора исходят из ряда факторов:

а) Из диапазона измерений.

б) Из требуемого предела погрешности.

в) Из условий измерений

На выбор метода и СИ сильно влияет характер изменения объекта: Допускает ли объект измерения контакт с измерительным элементом, Возможно ли установка на нём вспомогательных элементов или не допускаются такие элементы.

Учёт этих факторов позволяет разделить измерительную аппаратуру на 2-е основные группы:

1. Контактные методы измерения. 2. Бесконтактные методы измерения.

1. Широкий диапазон организационной структуры в соответствии с конкретными условиями применения.

2. Наличие магистральной системы с аппаратной реализацией ввода/вывода.

3. Простая реализация много процессорной системы.

4. Высокая скорость обработки информации.

5. Наличие дополнительных устройств расширения.

Программное обеспечение ЭВМ строится на базе систем разделения времени, диалоговой системы. Большой набор процедурно ориентировочных программ. Типовая структура ИВК:

УПТ – усилитель постоянного тока. КБР – калибратор напряжения. ЦВ – цифровой вольтметр. Ki – коммутаторы аналоговых сигналов. ГП – графопостроитель. УВВДШ – устройство ввода/вывода информации. РОШ – шина расширения. ПАУ – панель автоматического управления. УС – устройство сопряжения. Состав базового комплекта ЭВМ: CPU, ОЗУ, Устройства ввода/вывода информации, Клавиатура, Устройство внешней памяти, Устройства ввода/вывода интерфейса, Общая шина. Производительность и функции могут быть легко расширены, так как система построена по принципу открытого системного интерфейса – совокупность цепей, которые связывают различные устройства и алгоритм, который определяет порядок передачи информации. Цепи интерфейса: 1. Информационная; 2. Управляющая; 3. Адресная. Для инициализации, синхронизации и завершения операции служат сигналы квитирования. Одно из устройств ведущее, другое – ведомое (может быть несколько). На скорость передачи информации по интерфейсу оказывают влияние: алгоритм передачи, технические характеристики аппаратных средств, тип линии связи. Для модульного принципа используются только стандартные интерфейсы. Они обеспечивают совместимость: Информационную, Электрическую, Конструктивную. ИВК представляет собой совокупность программно управляемых измерительных и вспомогательных средств. Они функционируют на основе единого метрологического обеспечения.

Комплексы обеспечивают: 1. Первичную обработку результатов измерения. 2. Получение результатов косвенных, совокупных и совместных измерений. 3. Обеспечивает управление отдельными узлами в ходе экспериментальных исследований. А так же включает обработку запросов очередей, устанавливает приоритет, диалоговый режим с оператором. 4. Контроль работоспособности, включая контроль метрологических характеристик. 5. Сервисную обработку измерительной информации (таблицы, графики). 6. Хранение полученной информации. 7. Выработку управляющего воздействия.

В ИВК измерительно-вычислительные средства взаимодействуют по единому алгоритму, который обеспечивает получение, обработку и использование информации. ИВК строится на основе технических средств имеющих блочно-модульный принцип исполнения. Это обеспечивает возможность создавать ИВК с перестраиваемой структурой. Такие ИВК предназначены для автоматизированных систем управления, для автоматических систем проведения научных исследований.

Типы ИВК: 1. Универсальные. Наличие перестраиваемой структуры и развитого ПО.

2. Проблемно-ориентировочные. Для ограниченного набора однотипных задач.

3. Уникальные. Для единичных специфических задач.

Программное управление осуществляется программируемым процессором, он обеспечивает работу по алгоритму в соответствии с измерительной информацией.

Работоспособность ИВК определяется: Техническим, Математическим и Метрологическим обеспечением. В составе технологического обеспечения: Измерительные, Вычислительные и вспомогательные к измерительным средствам цифровые и цифро-аналоговые приборы. Коммутаторы, калибраторы и источники питания. Основным содержимым является алгоритм и соответствующие программы. Алгоритм предусматривает выполнение процедур обработки результатов и выполнения измерений. Программа обеспечивает функционирование ИВК. Содержит инструменты по самодиагностики комплекса и самоконтроля. Подпрограммы используются для выполнения типовых задач. В метрологическое обеспечение входит теоретическая метрология: расчёт, поверка и контроль метрологических характеристик, а так же проведение испытаний средств измерений. Образцовые средства предназначены для отраслевых стандартов – руководство метрологических указаний, которые определяются законодательными процедурами расчета, поверки и контроля метрологических характеристик, обеспечение единства измерений. Основными категории информации является информация.

1. Совместимость путём унификации и нормализации видов сигналов.

2. Метрологическая совместимость, которая предусматривает метрологическую совместимость всех средств измерения, которые используются в комплексе и обеспечивают получение количественной оценки.

3. Программная совместимость – программы и подпрограммные средства различных языков программирования. За счёт нормирования правил нормирования обмена информацией.

4. Конструктивная совместимость. Унификация используемых модулей, которая часто выполняется на единых или близких физических уровнях. Нормализация конструктивных параметров, нормализация условий их кинематического сопряжения.

5. За счёт унификации и нормализации источников питания, условий окружающей среды и т.д.

Информационная и конструктивная совместимость достигается за счёт использования стандартных интерфейсов.

Два способа реализации совместимости ИВК:

1) Для всего комплекса используется единый интерфейс той ЭВМ, которая входит в состав ИВК.

2) Для согласования измерительных и вычислительных структур используют специальный интерфейс со своим блоком управления.

Структурная организация. _{Выпускающиеся промышленностью ИВК имеют близкие принципы построения, основанные на использовании управляющих вычислительных машин. АССЕТ и интерфейсная общая шина объединяют все периферийные устройства комплекса по средством единой системы сигналов и общего канала связи. В составе периферийных устройств: Коммутаторы аналогового сигнала, ЦАП, АЦП, Графопостроитель, Устройства ввода/вывода дискретной информации, УПТ, Цифровые вольтметры. Их сопряжение осуществляется с помощью устройства сопряжения расширителя общей шины, позволяет разделить ОШ на части с одинаковыми техническими возможностями, которые реализуются при помощи наращивания периферийного оборудования. В состав комплекса входит ПАУ для проверки функционирования комплекса в статическом режиме. Построение многоуровневых ИВК может быть выполнено за счёт наращивания приборных, внутриприборных и машинных интерфейсов. Основными функциями ИВК являются: 1. Первичная обработка результатов. 2. Сервисная обработка измерительной информации. 3. Управление функционированием отдельных блоков и узлов.}

Обычно под микропроцессором представляют функционально законченное программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации.

Микропроцессор может быть реализован в виде одного, либо нескольких кристаллов.

В зависимости от технологии, области применения он может содержать от сотен, до десятков миллионов элементов, которые выполнены в едином элементе.

Микропроцессор является дешёвым и надёжным средством обработки информации.

При реализации микропроцессора используют:

1. Модульные принципы конструирования.

2. Программные принципы организации и обработки информации.

Для более серьёзной задачи вместе с микропроцессором используются совокупность совместимых БИС для построения микропроцессорных систем. В них входят: микропроцессор, устройство ОЗУ, ПЗУ, другие перепрограммируемые памяти.

БИС для ввода/вывода информации из различных источников.

Виды вычислительных средств на основе микропроцессоров:

1. Микропроцессор – обеспечивает функции, например, арифметико-логическое устройство, внутренние регистры, регистры управления, внутренний интерфейс, который обеспечивает связь устройств между собой, наличие внутренней шины данных.

2. Микропроцессор модуль – функционально заключаются в виде платы. Содержит БИС, микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, интерфейс внешних устройств, генератор тактовых импульсов. Такой микропроцессорный модуль без внешних источников питания, корпуса, пульта управления может выполнять функции контроллера или микро-ЭВМ при встраивании его в микропроцессорную систему.

3. Микро-ЭВМ, в отличии от модуля это конструктивно завершённое цифровое вычислительное устройство (микропроцессорный модуль, источник питания, всё это в одном корпусе, устройства ввода/вывода).

Основой программного обеспечения для ЭВМ для измерений является:

1. Формализация измерительных задач, которая предусматривает перечень измерительных величин, формы представления результата измерения, критерии обработки информации, которые представляются в виде математических выражений.

_{2. Алгоритмизация измерительной задачи, предусматривает последовательность действий функционирующего устройства средства измерения с учётом характера измерительной информации, специфики обработки, темпы её поступления.}

ИВС – это совокупность технических средств, которые обеспечивают измерение, сбор, вычислительную обработку, распределение измерительной информации в системах управления при проведении научных исследований и комплексных испытаний.

К ИВС относятся как измерительные приборы, так и измерительные комплексы, которые содержат аналоговые, цифровые или гибридные процессорные средства. Различают ИВП – измерительно-вычислительные приборы; ИВК – измерительно-вычислительные комплексы.

На основе ИВС создают информационно-измерительные приборы, информационно-измерительные системы, которые отличаются следующими признаками:

1) Они имеют расширенные функциональные возможности, которые функцией перепрограммирования.

2) обладают улучшенными метрологическими характеристиками за счет применения статистических методов обработки измеренной информации с учетом внешних влияющих факторов.

К вычислительным средствам, которые используются в СИ, возлагают функции:

I группа. фильтрация помех, внесение поправок, учет внешних факторов, вычисление косвенных измерений, определение статистических величин, адаптация к условиям измерения;

II группа. накопление, хранение и сервисная обработка измеренной информации, представление информации в виде, удобном для восприятия.

III группа. управление СИ, а также его узлами и функциями; организация очередности запросов, диалоговое общение с оператором, работа с памятью, контроль работоспособности узлов.

В общем случае вычислительные средства обеспечивают автоматизацию измерительных процедур от начала измерения до получения окончательных результатов.

Особое место в ИВС занимают процессорные средства, которые используются почти во всех измерительных устройствах. Современные ИИС на основе ИВС входят в состав автоматических систем управления, автоматических систем научно исследовательских комплексных испытаний АСНИКИ, САПР, гибких автоматических производств, автоматических обучающих систем.

Основные компоненты: аналоговые измерительные преобразователи, АЦП, ЦАП, средства сопряжения. Сочетание перечисленных преобразователей и их различная структурная организация позволяет обеспечить требуемые функции и требуемую погрешность измерительного канала.

В токовых ТИС (системы интенсивности) размер измерительной величины передаётся по проводящим линиям

Помехи имеют равномерный спектр. Чем больше пост. времени миллиамперметра, тем более точно производится усреднение и результат тем ближе к 0. В многоканальных ТИС применяют временное разделение канала и на передающей стороне устанавливают коммуникатор. Прим. приборы обеспечивают блоками памяти, которые предназначены для хранения информации показаний для очередного переключения коммутатора. Это приводит к усложнению системы. Быстродействие системы ограничено необходимостью усреднение помех. Применяют коммутацию по вызову оператора.