13. Устройство связи с объектом управления

Для согласования датчиков с микроЭВМ необходимы разнообразные периферийные схемы (рис. 13.1). Сначала температура, давление и другие физические величины, являющиеся объектом контроля в системе, преобразуются с помощью датчиков в электрические сигналы.

Выходные сигналы датчиков обычно представляют собой аналоговую величину, которую обработать непосредственно в ЭВМ невозможно. Предварительно выходные сигналы датчиков необходимо подвергнуть аналого-цифровому преобразованию и представить их с высокой точностью в цифровом виде. Часто выходной сигнал датчика весьма незначителен, а полное сопротивление самого датчика велико. В таких случаях ещё до аналого-цифрового преобразователя (АЦП) требуется предварительная обработка: усиление сигнала и преобразование выходного сопротивления. Когда в системе много датчиков, то может потребоваться мультиплексор, позволяющий одному АЦП эффективно обслуживать несколько датчиков сразу. Для правильного преобразования в цифровую форму быстро изменяющихся аналоговых сигналов необходимы также схемы выборки запоминания.

Аналоговый

выходной сигнал

Выбор канала

Рисунок 13.1. Структурная схема системы, содержащей датчики и микроЭВМ

Разумеется, для введения цифровых сигналов от аналого-цифровых преобразователей в ЭВМ необходимы также схемы согласования. В качестве таких согласующих устройств часто используются большие интегральные схемы (БИС), называемые программируемым периферийным интерфейсом. Правда, сейчас уже выпускаются АЦП, которые можно подсоединять к микроЭВМ непосредственно через её информационную шину, а в некоторых однокристальных микроЭВМ имеются даже свои встроенные АЦП со всеми согласующими схемами.

14. Измерительные устройства

В системах автоматического регулирования для получения необходимой информации о процессах регулирования используют различные измерительные устройства. Если для обеспечения процесса регулирования требуется высокая точность измерений или нужно измерить несколько различных параметров, то применяют измерительные системы, состоящие их нескольких измерительных устройств.

Измерительные устройства содержат чувствительные элементы, реагирующие на перемещение, угловую скорость, давление, температуру, частоту, расход жидкости или газа и т. п. Как правило, чувствительный элемент не только реагирует на отклонение регулируемой величины от установленного значения, но и преобразует её к виду, удобному для дальнейшего использования в системе регулирования.

Чувствительный элемент, в котором одновременно с изменением физическая величина преобразуется в другую форму, более удобную для её передачи, называют датчиком.

Основным показателем, характеризующим качество датчика, является его чувствительность. Под чувствительностью понимают отношение изменения выходной величины у или его приращения у к изменению входной величины x или x, т. е.

или (14.1)

Измерительные устройства классифицируют по типу измеряемых и по типу измерительных величин. На рис. 14.1 показана схема классификации по типу измеряемых сигналов.

В устройствах для измерения электрических величин измеряются напряжения, токи, активные сопротивления, индуктивности, ёмкости, частоты, фазы и различные параметры диэлектрических и ферромагнитных материалов. В ряде случаев вместо токов и напряжений определяются величины зарядов и магнитных потоков.

Рисунок 14.1

Устройства для измерения тепловых величин применяются при определении температур. При этом низкие температуры измеряют с помощью термометров сопротивлений или парамагнитным методом; средние - термометрами сопротивления, термисторами, термопарами; высокие - специальными термометрами, оптическими радиолокационными и цветовыми пирометрами.

Устройства для измерения параметров излучений определяют токи пучков заряженных частиц, плотности нейтронного потока и -излучений, магнитные поля.

Устройства для измерения перемещений, скоростей и ускорений предназначены для нахождения линейных или угловых размеров при изготовлении или разбраковке деталей, а также для определения различного рода перемещений, скоростей и ускорений (линейных и угловых), уровней жидкостей.

В качестве измерителей давлений применяют мембраны, сильфоны, тензометры, магнитоупругие элементы, разрядные и радиоактивные устройства.

Устройства для измерения расходов жидкостей, газов и сыпучих веществ можно разделить на два вида: объёмные и массовые. К объёмным относятся тахометрические, ультразвуковые, индукционные тепловые и оптические устройства. Массовые расходометры являются такими приборами, в которых измеряемому веществу сообщается дополнительное движение. В зависимости от характера дополнительного движения, которое сообщается потоку (вращательное или колебательное), в этих приборах применяют чувствительные элементы, измеряющие усилие от действия Кориолисова ускорения, гироскопический эффект и т. п.

В устройствах ориентации применяют гироскопические приборы, измеряющие углы и угловые скорости объектов в пространстве. Чувствительными элементами в таких приборах являются различного рода гироскопы (с вращающимся ротором) с камертоном и электрическими вибраторами.

В качестве измерителя для определения угловых координат и дальности движущихся объектов применяют радиолокационные, лазерные и оптико- электронные устройства.

В измерительных устройствах для регистрации звуковых колебаний используют механические, электродинамические, магнитострикционные и пьезорезисторные чувствительные элементы.

Фильтрация - разделение электрических колебаний различных частот, различной формы либо отличающихся каким-либо определённым образом.

Интерполяция - это восстановление функции f на отрезке [a, b] по известным значениям этой функции в точках x_i, i  =  0, 1, ..., n.

Экстраполяция - это построение такого многочлена P_n(x), чтобы он мог быть использован для приближённого вычисления функции f(x) на отрезке [a, b].