Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 34
Текст из файла (страница 34)
11аправление этой силы перпендикулярно оси враше. апя " и направле!Ппо движения массы, а ее величина пропорциональна скорое~и враюени "" Радиальной скорости массы. Массовые расходомеры, основанные на изме- "" силы Кориолиса, дают хорошие результаты, не требуя компенсации давления Рени и те емпературы В "Рямолинейном участке трубопровода с помощью электромагнита возбуждаются колебания, резонансные собственной частоте трубы или частоте какой-либо ее "армон спики. На входе и выходе трубопровода симметри по 1 шени10 к электромагн "ту Размещены приемники для опрелеления фазы колебаний трубы.
Когда трубоп о ровол пуст, фазы колебаний совпадают. На любой элемент жидкости, текущей по РУбе, " е булет действовать боковое ускорение. Из-за инерции этого элемента колебавчя на входе будут затухать. По мере прохождения элемента жидкости по трубе, оп 150 Глава 4. Вход и выход физических праце ванне н передача сигналов Д. 5 Согпзсов передает ей накопленную энергию, и ее колебания на выходном конце усилива!ОГ ГС! Фазы сигналов, измеренных на входе и выходе участка трубопровода, будут раз зл!!. чаться; разность фаз прямо пропорциональна массовому расходу. Датчики расхс 'ол» построенные в соответствии с принципом Кориолиса, очень мало влияют на пот . тер„ давления в трубопроводах. Расходомер Кориолиса можно также использовать для измерения плотно» ОСГ! жидкости. Для этого определяется собственная частота колебаний заполнена участка трубопровода, которая обратно пропорциональна плотности жидкости, Расходомеры Кориолиса — непростые устройства и требуют сложных согласл щих и обрабатывающих схем.
Одно и то же устройство может применяться для изиь рения и расхода, и плотности. Кроме того, массовые расходомеры Кориолиса не»р». буют сглаживающих участков труб и обладают высокой точностью (0.5 К ы измеряемой величины). Однако эти расходомеры чувствительны к вибрациям и вие ют ограничения по способам их установки. Кроме того, они довольно дороги, 4.4.6. Химические и биохимические измерения В химических и биохимических процессах очень важно измерять ряд физическ!п характеристик. Некоторые из них можно постоянно измерять в оперативном режи. ме, в частности: — концентраци!о; проводимость; содержание солей; окислительно-восстановительный потенциал (ге»1ох ротепт(а1 — Охи(ат!олге»1ист!Оп ротепт»а1); величину РЕ1; уровень растворенного кислорода (»Ызо1пес(охуьеп, Е»0); плотность взвешенных частиц.
Для всех указанных типов измерений в большинстве случаев существуют серва' ные промышленные датчики с приемлемыми характеристиками. Как уже указь'з" лось, точность и погрешность измерений зависят не только от самих датчиков, но в во» того, как они используются, т. е, от обслуживания, своевременных поверок и граду~ разок.
Это особенно существенно в отношении химических и биохимических пз зие. рений. !.Г! УГ Существует много типов датчиков для измерения концентрации органического У лерода, соединений азота, фосфора и т. д. Многие из них основаны на своего рода ла лабс' раторном химическом анализе, который выполняется автоматически с помощью све. циального оборудования.
Устройства этого типа обычно довольно сложны и, соот тве»- а»!а ственно, довольно дороги. Они работают в автономном режиме, поскольку ан может потребовать некоторого времени и специально отобранных образцов веще стал; результаты могут передаваться компьютеру по специа»!ьному информационному ка н хл алу. Регулярное обслуживание — важнейшая часть эксплуатации такого оборудовз ор ния, и тем не менее его надежность нельзя считать полностью удовлетворительно Гласование и передачасигналов 4Я. СОГЛ а информации между различными частями системы управления являетВередача и' ° неотьемлемых и критически важных элементов. Сигналы, вырабатыва„.„одним Нз НЕО ' каин, обычно имеют весьма низкий уровень, поэтому для дальнейшей ые датч!»каин х необходимо обработать и усилить.
Уровни сигнала и импедансы выхопередачи их нео а кабеля и входа компьютера должны соответствовать друг другу. Обрададатчвка, ка нала для достижения указанного соответствия называется согласованием ОотКа сиГНала сигнала. д той очень в 'но»» практиче-Ой роблемой являются наводки Любое электДругой Очен Ровное устро» е устройство способствует возникновению электрических возмущений. Если две элект и »ектрические цепи по тем или иным причинам расположены рядом друг с другом, то из менение тока или напряжения в однои цепи вызывает также изменения тока и нап ка в напряжения в другой. В частности, соединительные провода и кабели выступают в качестве антенны для шумов и возму!цений.
Многие проблемы, связанные с электрическими наводками, можно решить с помощью зкранирования цепей и заземления; некоторые принципы экранирования рассмотрены в этом разделе. Выбор способа передачи сигнала (напряжение, ток или свет) зависит от нескольких факторов, главным из которых является устойчивость к наводкам и шумам. В этом разделе будут приведены различные методы решения этих проблем. 4,5.1. Согласование сигналов в цепях с операционными усилителями В Разделе 4.2 было показано, что для удовлетворительной передачи сигнала необходимо минимизировать влияние нагрузочных эффектов между компонентами системы. С одной стороны, уровень выходного сигнала датчика должен быть достаточно эь'сок, с другой — входной импеданс компьютера должен быть значительно больше до сравнению с выходным импедансом системы "датчик — измерительный преобразовател " е!!ь '.
Для согласования уровней сигналов и величин импедансов между выходом дат чи "вка и входом компьютера устанавливаются усилители. Филь вльтр согласования импедансов имеет высокий входной импеданс и низкий ЗЫХО но" аной при коэффициенте усиления, равном единице. 11оследний каскад в схеме — обы бычно стабилизирующий усилитель с большим коэффициентом усиления. Для соглас гласования импсдансов применяются операционные усилители в пепи с об- Р"Г!»Ой связью. Опе а Р ционный усилитель (Оу, орегапопа! атр1»1!ег — ор-атр) представляет сос"й устлойс Ройство, выполненное на интегральных схемах, с очень большим коэффицн- 'ТОМ уСИ.!Ен У ления по напряжению (порядка 10~ — 10~~), высоким входным импедансом несколько М О МОм) н низкил» выходным импедансом (как правило, менее 100 Ом).
Ыкоднай Г 'Гок обычно ограничен величиной 10 мА прн напряжении + 10 В. Опера'ОВВЫй СИЛИ Усилитель является распространенным составным элементом в аналоговых ЯХ ПОСКОЛ ~кольку его рабочие характеристики могут изменяться в широких пределах Поыоп!ы, !"!о небольшого набора дешевых электронных компонентов. Существуют твв Ра ра личных типов операционных Усилителей.
Схематическое изображение опе""Онно "Ого усилителя показано на рис. 4 18. Глава 4, Вход и выход физических пвоцй 152 153 С гпасование н передача сигналов 45 Согла (о -о) о11 о12 о А2 1 о, Я1 1 1е— Р 6 где Я1 сй2 Рис. 4.18. Схематическое изображение операционного усилителя (на схемах присос. двнсняе к источнику питания обычно нс показывается) Выходное напряжение о„пропорционально разности двух входных напряжсзвз оо ~'(о1 о1 ) где 6 — коэффициент усиления. Даже небольшая разность входных напряжений вв. зывает существенное изменение выходного напряжения. В таком виде операцисз.
ный усилитель является простейшей формой компаратора, поскольку даже очсн~ малая разность входных напряжений выводит усилитель в режим положнтельвсг, или отрицательного насыщения. Так как коэффициент усиления очень большой, но непредсказуемый, операционный усилитель никогда не используется без какой-либо отрицательной обратнст связи. На низких частотах (ниже 20 кГц) большинство схем обратной связи можнз выполнить из различных пассивных элементов — резисторов и конденсаторов. Ис. вертирующий усилитель, или инвертор (рис, 4.19 и), имеет простейшую структуР) цепи обратной связи. Коэффициент усиления по напряжению — отношение выхол.
ного напряжения к входному а С вЂ” коэффициент усиления самого операционного усилителя. Величина б падает с возрастанием частоты сигнала, но, поскольку Р о ,Сэ> „ллскоэффициент усиления по напряжению зависит только от величины сопротв , ффиии' ний в цепи обратной связи.
Для идеального операционного усилителя коэфф о вою ент усиления выражается как отношение импеданса обратной связи к вход нмпедансу. ем вз' Цепь обратной связи, изображенная на рис. 4.19 6, называется повторителем» ' пряжения (оо(габеуоПошег) илн преобразователем импедаиса (ппре~1апсс пипл)оплгг~ Коэффициент усиления повторителя напряжения приблизительно равен 1 Если л~ вт р оритель напряжения присоединен последовательно к измерительному прсобрззс вателю, имеющему высокий выходной нмпеданс, то новая система будет иметь тс ернстикн что н исходная, но выходной импеданс будет низким, В некоторы ~ характеР пгнал необходимо усилить до того, как он будет подвергнут дальнейшей лучаях с обработке. рвс. 4.10.
Схемы усилителя в Режиме инвсртора (а) и повторителя напряжения (6) Рвс 4 20. дифференциальный усилитель Другая важная схема с операционным чсилителсм — дифференциальный уеилитслы61 Щ~егсп1га1атр!ггтег) (рис. 4.20). Как видно из названия, усилитель оперирует Разностьюм тью между входными сигналами. Выражение для выходного напряжения имеет внд )'2 1 Рассмот ен Ренные выше схемы с операционным усилителем представляют собой осоввые элементы менты, на базе которых создаются схемы согласования сигналов. Дополстсльпые,ь „ - функ~1иональные возможности, например выделение нлн подавление '""Фнческих ч с сввп их частот, легко достигаются изменением структуры соединения пас"ек элементо яз нтов между выходом н входом усилителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
