Электродинамические и ферродинамические механизмы.

Принцип действия измерительных механизмов электродинамической системы основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами: неподвижной - , и подвижной - . Подвижная катушка, укрепленная на оси или растяжках, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов и возникают электромагнитный момент, стремящийся совместить вектора магнитных потоков подвижной и неподвижной частей.

Основными достоинствами электродинамических систем являются одинаковые показания на постоянном и переменном токе (при последовательном соединении катушек), что позволяет с большой точностью градуировать их на постоянном токе, а также стабильность показаний во времени. Указанные свойства позволяют на их базе производить лабораторные измерения с классами точности от .

К недостаткам электродинамических механизмов можно отнести низкую чувствительность, большую потребляемую мощность, низкую перегрузочную способность.

Ферродинамический измерительный механизм отличается от электродинамического прежде всего наличием ферромагнитного сердечника -магнитопровода. Благодаря наличию магнитопровода, магнитный поток и, следовательно, вращающий момент существенно возрастают, что благоприятно сказывается на чувствительности системы и собственном потреблении мощности измерительной системы. Однако, наличие сердечника может привести к нелинейности градировочной характеристики, вызванной гистерезисом кривой намагничивания магнитного материала. Отсюда точность этих систем ниже по сравнению с электродинамическими системами этим и определяется их преимущественное использование в качестве щитовых приборов.

Как и электродинамическая так и ферродинамическая система имеет вариант логометрического конструктивного исполнения.

Электростатические измерительные механизмы.

В электростатических измерительных механизмах перемещение подвижной части происходит под действием электрического поля системы двух и более электрически заряженных проводников. Отсюда, в данном механизме в отличие от ранее рассмотренных, перемещение возникает вследствие непосредственно приложенного напряжения. Поэтому областью применения электростатических измерительных механизмов являются вольтметры.

Выпрямительные приборы. Они представляют собой сочетание выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического ИП. В качестве преобразователей (выпрямителей) используются полупроводниковые выпрямители (диоды) на основе кремния или германия.

Измерительные мосты и компенсаторы

Измерение токов и напряжения приборами непосредственной оценки производится в лучшем случае с погрешностью 0,05 %• Более точное измерение этих величин возможно с помощью приборов сравнения — компенсаторов. В зависимости от вида измеряемого напряжения различают компенсаторы постоянного и переменного тока.

Компенсаторы постоянного тока. Компенсаторы постоянного тока (КПТ) используются для прямого измерения ЭДС и напряжений и косвенного измерения сопротивления, тока и мощности.

Компенсаторы переменного тока. Компенсационный метод измерения напряжения может быть применен и на переменном токе. В таких компенсаторах для полного уравновешивания двух напряжений необходимо выполнить четыре условия: равенство напряжений по модулю; противоположность их фаз; равенство частот; одинаковая форма кривой Ux и UK.

Контрольные задания для СРС [1, 2]

Принцип действия, свойства и область применения электрохимических. тепловых, оптоэлекгрических преобразователей.

Аналоговые электронные измерительные приборы

Все электронные приборы можно подразделить на две большие группы: аналоговые электронные приборы со стрелочным oтсчетом и приборы дискретного типа с цифровым отсчетом.

Электронные приборы по сравнению с электромеханическим обладают значительным быстродействием, широкими частотны) диапазоном (20 Гц... 1000 МГц) и диапазоном измеряемых вели чин, высокой чувствительностью, хорошей перегрузочной способностью.

Аналоговые электронные измерительные приборы состоят из электронной части, предназначенной для преобразования, выпрямления, усиления электрической величины, измерительного механизма магнитоэлектрической системы, а осциллографах — электронно-лучевой трубки.

Цифровые измерительные приборы

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) — многопредельные, универсальные приборы, предназначенные для измерения различных электрических величин: переменного и постоянного тока и напряжения, емкости, индуктивности, временных параметров сигнала (частоты, периода, длительности импульсов) и регистрации формы сигнала, его спектра и т.д.

В цифровых измерительных приборах осуществляется автоматическое преобразование входной измеряемой аналоговой (непрерывной) величины в соответствующую дискретную величину с последующим представлением результата измерения в цифровой форме (код). Для получения кода непрерывная величина в ЦИП дискретизируется во времени или квантуется по уровню. Цифровое кодирование – операция условного представления числового значения величины цифровым кодом, т.е. последовательность цифр подчиненному определенному закону. В основе кодов лежат различные системы счисления: двоичная, десятичная

К наиболее важными характеристикам ЦИП относятся: разрешающая способность, входное сопротивление, быстродействие, точность измерения, помехоустойчивость.

Достоинства: высокая чувствительность, высокая точность, возможность дистанционной передачи результатов в виде кодовых сигналов без потери точности, сочетание с вычислительными машинами высокая помехоустойчивость

Недостатки: сложность устройств, высокая стоимость, невысокая надежность

Рассмотреть микропроцессор

Измерение постоянного тока и напряжения

Измерения постоянного тока и напряжения производятся в основном с помощью магнитоэлектрических амперметров и вольтметров с пределами измерений 0,1 мкА...6 кА и 0,3 мВ... 1,5 кВ. Возможно применение также аналоговых электромагнитных, электродинамических, ферродинамических, электростатических, цифровых приборов, потенциометров (компенсаторов) постоянного тока. Для определения малых количеств электричества быстропротекающих импульсов тока используются баллистические гальванометры, для больших количеств электричества — кулонометры.

Выбор измерителя обусловлен мощностью объекта измерения и необходимой точностью. При включении прибора в измерительную цепь он изменяет ее параметры. Для уменьшения величины методической погрешности при измерении напряжения сопротивление используемого вольтметра должно быть как можно большим, а при измерении тока сопротивление амперметра как можно меньшим, тогда и потребление мощности от объекта измерения будет малым.

Измерение переменного тока и напряжения

Для измерения переменного тока и напряжения могут быть использованы измерительные механизмы всех систем.

В этом случае магнитоэлектрические приборы используются с преобразователями переменного тока в постоянный. Это выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы. Обычно они градуируются в действующих значениях тока или напряжения. В приборах, предназначенных для измерения среднего и амплитудного значений, делается соответствующая отметка на шкале.

Учет электрической энергии на базе многофункционального счетчика

Назначение счётчиков Альфа

Счётчик Альфа предназначен для учёта активной и реактивной энергий в цепях переменного тока, а также для использования в составе автоматизированных систем контроля и учёта электроэнергии (АСКУЭ) для передачи измеренных или вычисленных параметров на диспетчерский пункт по контролю, учёту и распределению электрической энергии.

Счетчики Альфа применяются в энергосистемах, крупными промышленными потребителями, предприятиями транспорта, а также промышленными и бытовыми потребителями в следующих целях:

Энергокомпаниями:

- определение выработки электроэнергии генераторами электростанций;

- учет перетоков энергии и мощности на межсистемных линиях;

- учёт отпуска электроэнергии потребителям энергосистемы;

- учёт расхода электроэнергии на собственные нужды предприятиями энергосистемы;

- контроль потерь электроэнергии и мощности;

- управление распределением электроэнергии;

- учет реактивной мощности;

- организация систем АСКУЭ для оперативно-диспетчерских служб Энергосбыта АО Энерго или предприятия.

2. Принцип работы счётчиков Альфа

В счётчике Альфа используется импульсный источник питания, который позволяет обеспечить широкий диапазон рабочего напряжения от 70 до 440 В.

Фазные напряжения подаются непосредственно на основную плату счетчика через резистивные делители, используемые для согласования уровней входных сигналов с измерительной СБИС. Все резисторы: высокоточные, металлопленочные с минимальным температурным коэффициентом.

Первичный ток измеряется с помощью трансформаторов тока, специально разработанных в соответствии с требованиями к счетчику Альфа.

Трансформаторы тока имеют незначительную линейную погрешность и жесткие требования к величине сдвига по фазе.

Средства измерения неэлектрических величин

Среди множества ФВ большая часть относится к неэлектрическим (температура, влажность, перемещение и т. д). Электрический метод измерения обеспечивает: возможность измерения сигналов очень малой величины, возможность передачи на расстояния, возможность дистанционного управления, высокая точность, высокая скорость измерения и т.д.

Перечень групп неэлектрических величин: тепловые, механические, промежутки времени, излучение, кпд, энергия и мощность неэлектрические, свойства вещества и их состав

Приборы для измерения температуры: термоэлектрические датчики температуры

Термоэлектрический промышленный датчик температуры, как правило, представляет собой два провода из различных металлов, одни концы которых соединены между собой (так называемые горячие концы), а вторые концы (холодные концы) подводят термоЭДС ко входу последующих приборов, измеряющих эту термоЭДС, либо ко входу вторичных электронных измерительных преобразователей. Эти два провода со спаянными концами называются термопарой. Для защиты горячих концов термопары от воздействия среды, в которую погружается датчик и которая может оказаться абразивной или агрессивной, эти концы обычно размещаются внутри оболочки, которая заполняется сыпучим электроизоляционным материалом, фиксирующим положение горячего конца термопары относительно защитного корпуса.

Поскольку термоЭДС зависит от разности температур горячих и холодных концов термопары:

,

D идеальном случае холодные концы термопары должны находиться при температуре тающего льда, то есть при , как это показано на рис. а. Однако, такая температура в промышленных условиях не может воспроизводиться постоянно. Поэтому в реальных ситуациях применяют один из двух приемов компенсации температуры холодных спаев термоэлектрического датчика температуры, показанных на рис.1 б, в.

Рисунок Схемы включения термопары

Первый из этих приемов заключается в следующем. Холодные концы приходят на зажимы, расположенные при одинаковой температуре. Отсутствие градиента температуры между зажимами обеспечивается благодаря заключению этих зажимов в закрытый ящик или за счет подкладывания массивной медной плиты под плату с зажимами. В ящик или на плиту устанавливается медный термометр сопротивления , включенный в мост. Этот мост уравновешивается при температуре термометра сопротивления, равной нулю. Если температура места подсоединения холодных спаев отличается от нуля, в измерительной диагонали моста возникает напряжение, которое компенсирует это отличие.

Объект измерения - механическая конструкция. Параметр, подлежащий измерению - деформация участка конструкции. Средство измерений (датчик) - проволочный тензорезистор. Принцип действия - изменение сопротивления проволоки, из которой изготовлен датчик, при его деформации в пределах упругости. Для передачи деформации от объекта к датчику он приклеивается к объекту специальным неэластичным клеем. Погрешность от взаимодействия будет вызвана следующими обстоятельствами:

- неудовлетворительным качеством приклеивания датчика,

- увеличением жесткости объекта за счет приклеивания к нему датчика,

- неточным позиционированием датчика в направлении измеряемой деформации.

Погрешность, возникающая при этом взаимодействии датчика с объектом, будет систематической, отрицательной.

Средства регистрации информации

В промышленности при контроле технологических процессов, в научных учреждениях при проведении исследовательских работ широкое применение находят разнообразные аналоговые регистрирующие приборы, позволяющие не только отсчитывать значение измеряемой величины, но и получать график изменения измеряемой величины Y в функции времени t, т. в. получать график Y=f(t). Некоторые регистрирующие приборы, так называемые двухкоординатные приборы, позволяют получать графики изменения одной измеряемой величины Y в функции другой измеряемой величины X, т. е. получать график зависимости Y=f(t).

Регистрирующие приборы, являющиеся одновременно и показывающими, так же как и все аналоговые приборы, принято разделять на две большие группы: регистрирующие приборы прямого действия и регистрирующие приборы сравнения. Как те, так и другие приборы во многих случаях применяются для регистрации изменения неэлектрических величин. В этих случаях перед регистрирующим прибором включают необходимый первичный преобразователь, преобразующий измеряемую неэлектрическую величину в электрическую, изменение которой непосредственно и регистрируется прибором.

Методы регистрации

Применяемые в настоящее время методы регистрации обеспечивают выполнение основных требований, предъявляемых к регистрирующим устройствам: наглядность, видимость результатов регистрации; возможно меньшая погрешность регистрации из-за толщины наносимых регистрирующим органом на носитель символов (линия, точка, тире, и т.д.); возможно большее быстродействие, а следовательно, и более широкий частотный диапазон; возможно большая длительность работы без подзарядки и наладки.

Существуют 2 метода регистрации: аналоговый (электромеханический) и цифровой (магнитный диск)

Все многообразие методов регистрации обычно делят на три группы: методы регистрации с нанесением слоя вещества на носитель; методы регистрации со снятием слоя вещества с носителя и методы регистрации с изменением состояния вещества носителя.

Регистрирующие устройства

Регистрирующее устройство любого регистрирующего прибора, как прямого действия, так и сравнения, может быть представлено структурной схемой, изображенной на рис.1. Поворот подвижной части измерительного механизма регистрирующего прибора прямого действия или. поворот на угол а выходного вала редуктора двигателя регистрирующего прибора сравнения преобразуется специальной механической передачей (на рис. 1 не показана) в перемещение регистрирующего

Рис. 1

органа РО. Регистрирующий орган непосредственно или с помощью посредника П размещает на носителе Н геометрические (точка, линия) или физические (изменение цвета, состояния вещества) символы. Посредник обычно используется в многоканальных приборах для получения на одной диаграммной ленте нескольких кривых разного цвета, что облегчает расшифровку результатов регистрации. Перемещение носителя в процессе регистрации осуществляется лентопротяжным механизмом ЛМ.

Измерительные информационные системы

Виды и структуры измерительных информационных систем

Измерительные информационные системы (ИИС) — это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях предоставления потребителю (в том числе ввода в АСУТП) в требуемом виде либо в целях автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностики, идентификации и т.д.

В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде систем: измерительных (ИС), автоматического контроля (САК), технической диагностики (СТД), распознавания образов (идентификации) (СРО), телеизмерительных (ТИС).

В зависимости от способа организации передачи информации между функциональными блоками (ФБ) различают цепочную, радиальную и магистральную структуру ИИС. В СТД. САК, СРО измерительная система входит как подсистема.

Назначение любой измерительной информационной системы, необходимые функциональные возможности, технические и другие характеристики в решающей степени определяются объектом исследования, для которого данная система создается.

ИС используется для рода комплексных исследований научного характера. ИС предназначены для работы с объектами характеризующимися до начала эксперимента минимумом информации. Цель этих систем получении максимального количества достоверной информации об объекте для составления алгоритмического описания его поведения.

САК – для контроля технологических процессов, при этом характер поведения и параметры их известны. Т.е. задачей САК является отнесение объекта к одному из качественных состояний. а не получение количественной информации об объекте, что характерно для ИС.

СТД - выполнение измерительных преобразований, совокупность которых составляет базу для логической процедуры диагноза. Цель диагностики – определение класса состояний, к которому принадлежит состояние обследуемого объекта.

Задача СТД – определение работоспособности элемента и локализация неисправности.

СРО для определения степени соответствия между исследуемым объектом и эталонным образом, который находиться в устройстве памяти.

ТИС отличается от остальных в основном длиной канала связи. ТИС может быть одно и многоканальным.

Элементы ИИС:

- унифицирующие измерительные преобразователи - датчики преобразующие входной сигнал в унифицированный

- измерительные коммутаторы – поочередное подключение измеряемых электрических сигналов к входу ИИС с наименьшими искажениями

- устройства обработки измерительной информации - осуществляется специализированными вычислительными устройствами, при этом алгоритм обработки определяется теми задачами, которые ставятся перед данной ИС (микропроцессор)

- устройства отображения измерительной информации – воспроизведение всей необходимой для работы оператора информации о характере, местоположении и состоянии управляемых объектов, состоянии среды и самой системы

- интерфейс – совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов ИИС

Основной структурной единицей ИИС является функциональный блок (ФБ), который представляет собой один или несколько объединенных и взаимодействующих между собой измерительных преобразователей

Основной характеристикой интерфейсов является: скорость передачи информации, которая зависит от алгоритма передачи и технических цепей связи

Основные интерфейсные функции: обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости между функциональными элементами системы

Интерфейсы классифицируются по следующим признакам:

- способу соединения комплектов системы (магистральный, радиальный, цепочный, комбинированный)

- способу передачи информации ( - -, //, //--)

- принципу обмена информации (асинхронный, синхронный)

- Режиму передачи информации (двухсторонняя одновременная, двусторонняя поочередная, односторонняя передача)

- функциональному назначению

- логической функциональной организации

- физической реализации

Состав и структура конкретной информационной измерительной системы определяется общими техническими требованиями, установленными ГОСТом, и частными требованиями, содержащимися в техническом задании на ее создание.

Измерительная информационная система должна управлять измерительным процессом или экспериментом в соответствии с принятым критерием функционирования; выполнять возложенные на нее функции в соответствии с назначением и целью; обладать требуемыми показателями и характеристиками точности, надеж­ности и быстродействия; отвечать экономическим требованиям, предъявляемым к способам и форме представления информации, размещения технических средств и т.д.; быть приспособленной к функционированию с измерительными информационными системами смежных уровней иерархии и другими ИИС и вычисли­тельными комплексами (ИВК), т.е. обладать свойствами технической, информационной и метрологической совместимости; до­пускать возможность дальнейшей модернизации и развития и т.д.