Типовые структуры измерительных устройств

Измерительное устройство можно рассматривать как функциональный преоб-разователь измеряемой физической величины, принимаемой за входной сигнал, в другую физическую величину – выходной сигнал, пригодную для отсчета человеком-оператором или удобную для дальнейшего преобразования и обработки автоматизированной системой управления.

Схема прохождения сигналов через ИУ представлена на рис. 1.1

Рис.1.1. Схема прохождения сигналов через ИУ

X и Y - соответственно входной и выходной сигналы;

q1,q2,  qn - внутренние параметры ИУ, определяющие его свойства;

z1, z2,  zn - внешние параметры, отображающие условия эксплуатации ИУ.

К внутренним параметрам относятся характеристики элементов, входящих в структуру ИУ, а также внутренние дестабилизирующие факторы. К характеристикам элементов относят физические параметры материалов, из которых они выполнены, массово-геометрические, упругие и другие их свойства.

Под дестабилизирующими факторами понимают факторы, которые являются источниками дополнительных погрешностей ИУ. К таким факторам относятся силы трения в опорах подвижных узлов ИУ; дисбаланс, т.е. смещение центра масс отдельных элементов ИУ от центра подвеса или пересечения осей симметрии; возникновение сил и моментов из-за натяжения проводников подвода питающих напряжений и т.д. например самолета, на которых установлено ИУ и т.д.

В большинстве случаев структура ИУ такова, что преобразование сигналов отвхода до выхода проходит несколько фаз, т.е. измеряемая величина X, прежде чем она преобразуется в выходной сигнал Y, претерпевает промежуточные преобразования. В данной структуре выходной сигнал Y представляет собой сумму выходных сигналов отдельных измерительных звеньев:

Замкнутые структурные схемы ИУ образуются при встречно-параллельном соединении звеньев с положительной или отрицательной обратной связью. Положительная обратная связь обычно применяется при создании ИУ, работающих в автогенераторном режиме. Выходной сигнал таких ИУ, например, может представлять высокочастотные незатухающие колебания различной формы, частота которых зависит от входного сигнала.

При создании датчиков первичной навигационной информации чаще всего используют отрицательную обратную связь. Введение отрицательной обратной связи (О.С.) встречно-параллельные соединения могут содержать не по одному, а по несколько последовательных звеньев компенионного типа одной чертой измерителей компенсационного типа является то, что при установившемся режиме измеряемая величина X полностью уравновешивается выходным сигналом X2 или сигналом X3 при помощи звеньев, включенных в цепь обратной отрицательной связи. (рис.1.2)

Рис.1.2 Схема датчиков первичной навигационной информации

Измерительные устройства компенсационного типа относятся к классу высо-коточных или так называемых, прецизионных. Высокая точность измерения достигается за счет компенсации изменений параметров звеньев, включенных в прямую цепь, изменением параметров звеньев, включенных в обратную связь. Так изменение выходного сигнала звена, включенного в обратную связь,

(например, звена будет происходить до тех пор, пока его величина (X2) не станет равной величине входного сигнала (X). При достижении равенства X = X2 суммарное действие на звено 1 полностью сводиться к 0 что и обеспечивает компенсацию погрешности измерения, обусловленной изменением параметров звеньев, включенных в прямую цепь

1.1.2 Методы и средства измерений технологических параметров.

Использование в измерительной и испытательной технике, в частности для измерения и отображения технологических параметров или показателей процесса, в том числе давления, температуры, объема и расхода. Сущность изобретения устройств - это отображения технологических параметров, содержащих схему настроек технологического параметра от устройства измерения технологических параметров. Особенность устройств состоит в том, что в нем каждый из аналого-цифровых преобразователей выполнен способным работать при потребляемом токе питания меньше одного миллиампера. Использование связано с областью устройств измерения и отображения технологических параметров и может использоваться для измерения средств и методов технологических параметров1 или показателей, включая давление, температуру, объем и расход. Конкретно, изобретение связано с электронным устройством измерения технологических параметров, электронно-соединенным с устройством отображения технологических параметров, которое отображает и гистограммную индикацию тенденции технологического параметра, и цифровое показание самого технологического параметра.

Измерение технологических параметров или переменных, включая расход, объем, температуру и давление, но не ограничиваясь этим, долго было важным фактором для промышленных установок, где хранились, перекачивались, нагревались и/или подвергались давлению жидкость или газ. Такие отрасли промышленности включают нефтехимию, производство энергии, геофизические исследования и производство пищевых продуктов.

Во многих промышленных приложениях желательно отображать измеряемый технологический параметр в месте, удаленном от места его измерения. Соответственно тенденция развития измерительной аппаратуры процесса была направлена на устройства измерения и отображения процесса, в которых устройство отображения удалено от измерительного устройства.

Известная измерительная аппаратура процесса по своей природе была механической. Примеры методов и средств измерений технологии параметрии механической измерительной аппаратуры процесса включали в себя поплавки для измерения уровня, трубки Пито для измерения расхода и гидравлические устройства для измерения давления. Такие механические устройства имели ограниченную точность и подвергались воздействию таких явлений, как гистерезис и температурные воздействия, которые дополнительно ограничивали их надежность.

Другим недостатком механических устройств измерения технологических параметров является ограничение их удаленности от датчика. Например, в случае манометра с трубкой Бурдона для измерения давления внутренний объем жидкости или газа в трубке Бурдона накладывает практическое ограничение на расстояние между трубкой Бурдона и связанным с ней датчиком. Забота о безопасности тоже может ограничивать степень, до которой механические устройства измерения технологических параметров, такие как манометр с трубкой Бурдона, могут отделяться от устройства отображения технологических параметров.

Для обеспечения более точной индикации величины измеряемого технологического параметра устройства измерения технологических параметров использовали цифровые дисплеи. При соединении с механическими устройствами измерения технологических параметров такие цифровые дисплеи неточны и неустойчивы, особенно во время измерения динамических процессов на рис 1.3.

Рис.1.3 Цифровые дисплеи во время измерения динамических процессов