Тема: Изучение измерительно-информационных систем подъемно-транспортных машин. Оценка точности измерения параметров эксперимента
1.ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
1.1. СТРУКТУРА ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Стремительное развитие электроники и вычислительной техники способствовало широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, быту и в научных исследованиях. Реализация широкой автоматизации в значительной степени определяется созданием автоматизированных устройств.
По структурному построению автоматизированные устройства напоминают собой такие биологические системы, как например человек. Органом чувств человека соответствуют датчики, а функции активных органов выполняются исполнительными устройствами. Аналогом мозга, как центрального устройства для обработки сигналов, служит ЭВМ с ее системой
памяти (Рис 1.1).
Сочетание датчик-ЭВМ- исполнительное устройство представляет собой информационную систему. Схема полной информационной системы представлена на рис. 1
Рисунок 1- Полная информационная система, включающая в себя датчик в качестве пассивного чувствительного элемента (получение сигнала) и исполнительные устройства в качестве активных преобразователей сигнала.
На рис. 1 показано прохождение сигнала от его возникновения в датчике с последу-ющей обработкой в ЭВМ и до выхода к исполнительному устройству.
| |
Рисунок 2- Аналогия между процессами получения, обработки и преобразования сигналов в биологических(человек) и технических(автомат) системах.
Для упрощения сопряжения датчика с микро-ЭВМ была бы предпочтительна выдача датчиком цифровой информации. Но, в природе и технике информация существует в основном в виде аналоговых величин, которые для обработки сигналов в ЭВМ должны быть трансформированы в цифровые с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), рис. 3.
Работа данной системы в значительной мере определяется возможностью устройств для получения информации о контролируемом параметре или процессе. Такими устройствами являются датчики.
|
1.2. ДАТЧИКИ
1.2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДАТЧИКОВ
По определению одного из основоположников современной техники измерения физических величин А.М. Туричина к датчикам относятся все основные узлы электронной схемы для измерения неэлектрических величин, расположенные непосредственно у объекта. Необходимость преобразования измеряемой неэлектрической величины в адекватный электрический сигнал послужило позднее основанием для введения термина «измерительный преобразователь» вместо термина датчик.
Техника конструирования и применения датчиков, или как ее еще называют сенсорика, за последние годы развилась в самостоятельную ветвь измерительной техники. С ростом автоматизации к датчикам физических параметров стали применять более высокие требования к следующим параметрам:
- миниатюрность;
- дешевизна;
- механическая прочность.
Понятием «датчик» в общем случае обозначают дешевый, но надежный преемник и преобразователь измеряемой величины, обладающий требуемой точностью и пригодный для серийного изготовления.
В настоящее время на смену электромеханическим и электровакуумным устройствам пришли твердотельные (полупроводниковые, сегнетоэлектрические и т.п.), которые все больше вытесняются интегральными схемами.
Совершенствование полупроводниковой техники позволило расширить сферы применения датчиков, при этом сигнал датчиков в большинстве случаев аналоговый для обработки в микропроцессоре или микро-ЭВМ должен быть представлен в цифровом виде. Это осуществляется обычно интерфейсным устройством, включающим в себя аналого-цифровой преобразователь.
В последнее время наряду с созданием датчиков, имеющих цифровой выходной сигнал, ведутся работы по конструктивному объединению датчиков с микропроцессорными устройствами.
При эксплуатации, автоматизации, контроля работы и проведения испытаний подъемно-транспортных машин наиболее широко применяются датчики температуры, датчики давления. датчики расхода и скорости, тензодатчики.
Технология изготовления датчиков чаще всего определяется известными способами изготовления полупроводниковых интегральных схем (табл. 1)
Таблица 1.Основные виды технологии изготовления объемных и пленочных датчиков, совместимых с микроэлектроникой.
| Кремниевая технология | Тонкопленочная технология | Толстопленочная технология | |
| Входные величины | Удлинение(тензодатчики) Температура Магнитное поле Свет,ИК-излучение (Состав и концентрация газа) | Удлинение(тензодатчики) Температура Магнитное поле Свет,ИК-излучение (Емкость) (Состав и концентрация газа) | Удлинение(тензодатчики) Температура Магнитное поле Емкость |
| Воспроизводимость(однородность продукции) | Низкая - средняя | Высокая(при использовании лазерной доводки-очень вы- сокая) | Средняя-низкая(при использовании лазерной доводки-высокая) |
| Стабильность | Высокая | очень высокая | Высокая |
| Температурный диапазон | До 150 оС(ограничен кремнием) | Может быть очень большим(например,у датчиков температуры:от -50 оС до +600 оС | Примерно до +400 оС |
| Возможность миниатюризации | Очень хорошая | Хорошая | Средняя |
| Возможность встраивания | На одном кристалле (монолитно) в виде ИС | На одной подложке (гибридная технология) | На одной подложке (гибридная технология) |
| Рентабильный объем произ-водства(шт./год) | Выше 105 | 103…105(106) | 102…104 |
| Капитальные затраты на разработку и производство (в марках ФРГ) | Более 1 млн. | Более 500 тыс. | Около 100 тыс. |
| Затраты на один датчик в масссовом производстве | Очень низкие | Низкие | Низкие |
| То же при мелкосерийном производстве | Очень высокие | Высокие | Низкие |
| Затраты на исследования и разработку | Высокие; требуется НИОКР (научный персонал) | Очень высокие; требуется НИОКР (научный персонал) | Средние; в общем случае необходимы только ОКР. |
| Возможность вари-аций в ходе разра-ботки(гибкость) | Низкая | Высокая | Низкая |
1.2.2. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Датчики температуры имеют наиболее широкую разновидность поскольку многие процессы, в том числе и в повседневной жизни, регулируются температурой, например:
-регулирование отопления на основании температуры теплоносителя на входе и выходе, а также на основании в помещении и температуры окружающей среды;
- регулирование температуры воды в стиральной машине;
- регулирование температуры электроутюга, электроплиты, духовки и т.д.;
- контроль и регулирование температуры в двигателе внутреннего сгорания;
- контроль и регулировка температуры во вращающей печи для производства цемента и т.д.
При использовании такого рода датчиков температура измеряется, как правило, на основании зависимости электрического сопротивления от температуры. В зависимости от того, возрастает или понижается электрическое сопротивление датчика при повышении температуры, различают полупроводниковые датчики, соответственно с положительным или отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (КТС). Металлические датчики температуры из никеля или платины всегда обладают положительным ктс.
return false">ссылка скрыта