1.4.1 Зміст понять інформаційної, енергетичної та конструктивної сумісності функціональних елементів інформаційно-вимірювальних систем

Інформаційна сумісність визначається інформаційними параметрами електричних сигналів, які передають інформацію. Ці сигнали діляться на два класи: аналогові (неперервні), які можуть набувати будь-яких значень в заданому інтервалі, та імпульсні (дискретні), що мають скінченну множину значень.

За характером інформації, що міститься в інтерфейсі, розрізняють такі види електричних сигналів:

• вимірювальної інформації (І – сигнали);

• керуючі (S_t – сигнали);

• програмні (Р – сигнали);

• адресні (А – сигнали).

Наявність і дія керуючих сигналів обумовлює передачу інформаційних програмних і адресних сигналів.

Інформаційна сумісність забезпечується при таких умовах:

• функціонування, які визначають клас, вид і кількість сигналів, систему їх кодування та просторово-часову діаграму, назву і дію сигналів;

• електричних, для яких при імпульсному характері сигналів вказуються значення напруг для сигналів 0 та 1, їх просторово-часова діаграма і максимальна відстань передачі, а при аналоговому характері – діапазон напруг, повні опори ланцюгів та допустимий час установлення сигналів;

• конструктивних, що визначають тип з’єднувального елемента, розташування з’єднувальних елементів у відповідності з видами сигналів та самими сигналами, будову з'єднань у функціональному блоці та вид електричних провідних з'єднань між функціональними блоками.

Енергетична сумісність визначається системами живлення функціональних блоків, якими можуть бути лінії промислової мережі, лінії батарейних джерел та (або) лінії робочої напруги.

Умови, які забезпечують енергетичну сумісність, діляться на енергетичні і конструктивні:

енергетичні – вказують на спосіб живлення електроенергією, значення напруг та їх допустимі відхилення від номіналів і допустиме навантаження за силою струму;

конструктивні – забезпечують інформаційну сумісність.

Конструктивна сумісність – це умови, які необхідні для з’єднання функціональних блоків один з одним та (або) з системою таким чином, щоб система або її частина були б єдиним конструктивним цілим.

Література

1. Лабораторный практикум по термодинамике и теплопередаче. Учеб. пособие для знергомашиностроит. спец, вузов /В.Н.Афанасьев, А.А.Афонин, С.И.Исаев и др.; Под ред. В.И.Крутова, Б.В.Шитова. - М.; Высш. шк., 1988. - 216 с.

2. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. Учеб. пособие для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1986. -448 с.

3. Коваленко И.Н., Филиппова А.А. Теория вероятностей и матеиатическая статистика. Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1982. -256 с.

4. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - М.: Наука, 1978. -832 с.

Лабораторна робота №1 вивчення конструкцій та принципу дії приладів для вимірювання температури

Мета роботи: Вивчення принципу дії та конструктивних схем приладів для вимірювання температури твердих, рідких та газоподібних тіл.

Вступ

Визначення джерел тепловиділення, дослідження температурних полів, які виникають в тих чи інших технічних об’єктах (наприклад, в металорізальних верстатах), є важливим завданням при установлені теплового режиму цих об’єктів. Ці дослідження тісно пов’язані з вимірюванням температури на різних ділянках технічних об’єктів (металорізальні верстати, інструменти, паротурбінні установки, гідравлічні системи технологічних машин тощо).

Для вимірювання температури використовуються різні способи та прилади. Всю різноманітність способів вимірювання температури можна в загальному випадку привести до двох: контактний та безконтактний.

При контактному способі вимірювання температури термочутливий елемент безпосередньо знаходиться в кондуктивному та (або) конвективному зіткненні з об’єктом вимірювання, а при безконтактному способі температура об’єкта визначається за інтенсивністю його випромінювання в суцільному спектрі або в окремому діапазоні довжини хвиль електромагнітного поля.

Область застосування контактних приладів для вимірювання температури (термометрів) обмежена температурним діапазоном від -200°С до +2500°С. За допомогою термометрів важко, а то і неможливо, вимірювати температуру дуже великих або малих об’єктів, а також таких, які швидко рухаються. Ці обмеження можливостей термометрів обумовлені їх інерційністю та жаротривкістю матеріалів, з яких виготовлені деталі термометрів. В цих випадках використовують безконтактні прилади для вимірювання температури (пірометри). Пірометри реєструють температуру об’єктів дистанційно, вони швидкодійні і можуть вимірювати температуру в діапазоні від -100°С до +8000°С.

Принцип дії контактних термометрів ґрунтується на двох різних фізичних ефектах: термомеханічному та термоелектричному.

Термомеханічним ефектом називається залежність розширення твердих тіл, рідин та газів від температури. Процес теплового розширення речовин підкоряється закону Гей-Люсака [1] і описується рівнянням:

(Л1.1)

або

,

(Л1.2)

де L₁ та L₂ - розміри тіла, яке нагрівається, відповідно, при температурах t₁ та t₂ (∆=t₁-t₂); α- коефіцієнт теплового розширення.

Чутливість термометра розширення установлюється залежністю [3]

,

(Л1.3)

де L₀ - розмір двох тіл, з яких складається термометр при деякій початковій температурі t₀; α₁ та α₂ - відповідно, коефіцієнти теплового розширення складових частин термометра.

Термоелектричний ефект має дві різновидності: залежність електричного опору провідника або напівпровідника від температури та виникнення електрорушійної сили (термо-ерс) в мережі, складеної з двох різнорідних провідників або напівпровідників, при нерівності температур спаїв мережі - робочого (або гарячого) та холодного. Таке з’єднання провідників називається термопарою. Термо-ерс, яка виникає при нагріванні або охолодженні одного із спаїв термопари, змінюється пропорційно різниці температур гарячого і холодного спаїв. При відносно невеликому діапазоні зміни температури справедлива залежність [2]

,

(Л1.4)

де R_t - електричний опір провідника при температурі t°С; R₀- електричний опір провідника при температурі t₀ =0°С; α - температурний коефіцієнт опору, 1/°С. Вимірюючи R_t, можна визначити температуру

.

(Л1.5)

Принцип дії пірометрів ґрунтується на вимірюванні сумарної енергії або складу випромінювання нагрітих тіл. Пірометри, які вимірюють сумарну (інтегральну) енергію випромінювання називаються радіаційними або пірометрами повного випромінювання. Ці прилади міряють не дійсну, а радіаційну температуру тіла. Дійсна температура Т(К) знаходиться за формулою [2]

,

(Л1.6)

де Т_Р – радіаційна температура, К; ε<1 - інтегральний коефіцієнт випромінювання (чорноти). Градуювання пірометрів виконують за абсолютно чорним тілом, для якого ε=1.

Пірометри, принцип дії яких ґрунтується на вимірювані складу випромінювання, діляться на яскравісні (оптичні) та колірні (спектрального випромінювання). Яскравісні пірометри вимірюють яскравісну монохроматичну температуру Т_я. Дійсна температура Т(К) визначається співвідношенням [2]

,

(Л1.7)

де Т_я - яскравісна температура, К; λ - довжина хвилі випромінювання, яка реєструється, м; ε_λ<1 - монохроматичний (спектральний) коефіцієнт випромінювання, C₂=hс_о/k=1.438·10^-2 мК – стала випромінювання (h=6,626·ІО^-34 Джс - стала Планка; с_о=2.997·10⁸ м/с - швидкість світла в вакуумі; k=1,380·10 ^-23 Дж/К - стала Больцмана).

В колірних пірометрах інтенсивність монохроматичного випромінювання тіла вимірюють при будь-якій температурі для двох ділянок довжин хвиль, наприклад, червоної та синьої ділянок видимої частини спектру. Відношення інтенсивностей цих ділянок залежить від температури (закон зміщення Віна [3]). Дійсну температуру Т(К) знаходять за формулою

(Л1.8)

де Т_к - колірна температура, К; λ₁ та λ₂ - довжини хвиль різних монохроматичних випромінювань, які відповідають двом яскравісним температурам, м; ε_λ1 та ε_λ2 монохроматичні коефіцієнти випромінювання двох ділянок тіла.