книги из ГПНТБ / Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры

Основные

Функциональные

Вспомогательные Функи,иональные

Устройство устройства измерения

Рис. 1-1. Функции систем автоматического контроля.

троля, является одним из факторов, определяющих вид ее структурной схемы. Другой фактор — метод контро­ ля: непрерывный или обегающий (циклический). Поэто­ му, прежде чем перейти к анализу структурных схем, рассмотрим критерии, позволяющие определить целесо­ образность применения первого или второго метода кон­ троля.

В работе [Л. 7] в качестве параметров, сравнение которых позволяет выбрать нужный метод контроля, указаны надежность устройства, потребляемая мощность, вес, габариты и трудоемкость изготовления. Однако на практике строгий учет этих параметров до начала про­ ектирования устройства затруднен. Кроме того, возмож­ ны случаи когда рекомендации, полученные по резуль­ татам сравнения отдельных параметров, оказываются противоречивыми. Например, по надежности целесооб­ разнее строить систему с каналами непрерывного кон­ троля, а по весу, габаритам, трудоемкости и потребляе­ мой мощности — по методу обегающего контроля.

В таких случаях лучшие результаты можно получить при срав­ нении устройств по количеству элементов, которые предполагается использовать, тем более что все указанные выше параметры нахо­ дятся в той пли иной зависимости от числа элементов.

'В качестве примера на рис. 1-2 изображена зависимость удель­

11

фнков для каждого конкретного случая '.может дать несколько

наиболее экономичными по оборудованию являются системы обегаю­

диодов — в 1,3 раза. Соответственно уменьшаются стоимость системы сигнализации п ее габариты. Поэтому в дальнейшем рассматрива­ ются только многоточечные системы обегающего контроля.

В работах [Л. 22, 39] приводятся три типа структур­ ных схем для систем многоточечного контроля, выполня­ ющих кроме основных функций две наиболее необходи­ мые в практике вспомогательные функции (измерение и регистрацию). Структурная схема первого типа изобра­ жена на рис. 1-3,а.

Входной коммутатор К поочередно подключает каж­ дый из датчиков Д на время, необходимое для обнару-

Ф

Рис. 1-3. Структурные схемы систем обегающего контроля.

жения отклонения параметра, его измерения и регистра­ ции. Эти операции выполняются соответствующими устройствами системы: устройством О — обнаружения выхода параметров за установленные пределы, измери­ тельным устройством И и регистрирующим устройством

12

Р. В соответствии с описанной структурной схемой стро­ ятся многоточечные записывающие приборы с аналого­ вой или цифровой регистрацией.

Для измерения и регистрации требуется обычно боль­ ше времени, чем для обнаружения отклонений. Поэтому в тех случаях, когда быстродействие устройств И или Р недостаточно, систему строят по структурной схеме вто­ рого типа (рис. 1-3,6). Коммутатор Ку обслуживает толь­ ко устройство обнаружения отклонений О и совершает обегание значительно быстрее, чем коммутатор Кг, об­ служивающий измерительное устройство. Работа комму­ таторов может быть согласованной или несогласованной.

В первом случае коммутатор Ку переключает датчики непрерывно с постоянной скоростью, а коммутатор Кг в этот момент не подключает ни одну контролируемую точку к измерительному устройству. Переключение Кг начинается только после подачи соответствующей разре­ шающей команды с К у. Скорость работы Кг определяет­ ся быстродействием измерительного устройства. Такая структура системы позволяет исключить одновременное подключение нескольких устройств (например, устройств обнаружения) к одному датчику. Во втором случае оба коммутатора работают одновременно.

Наличие двух входных коммутаторов усложняет си­ стемы, построенные по рассмотренной схеме, поэтому та­ кое решение применяется сравнительно редко.

В системе третьего типа (рис. 1-3,в) опрос всех дат­ чиков прерывается при возникновении отклонения пара­ метра от нормы и производится измерение и регистра­ ция. Коммутатор останавливается оператором или авто­ матически. Возможно также управление коммутатором при помощи программного устройства, обеспечивающего периодическое измерение всех параметров в определен­ ной последовательности.

1-2. БЛОК-СХЕМА МЕСТ

Сравнение приведенных структурных схем показыва­ ет, что наиболее гибкой и экономичной по количеству используемых элементов является схема третьего типа. Наиболее оптимальный вариант такой блок-схемы, обес­ печивающий, кроме обнаружения отклонений, выборочное измерение параметров по вызову оператора или автома­ тически, представлен на рис. 1-4. Датчики температуры

13

-Рис. 1-4. Блок-схема системы многоточечной сигнализации тем­ пературы.

Дпредставляют собой термометры сопротивления, вклю­ ченные в мостовые измерительные схемы ИС. Одно плечокаждого моста (или два смежных плеча) — переменное— служит для изменения уставки. Изменяя сопротивление этого плеча, мост можно настраивать так, что его баланс

вует ряд объектов, где нужно контролировать одинаковые параметры в большем числе точек. К таким объектам от-

14

носятся, например, установки атомной энергетики, в ко­ торых контролируется температура примерно одного уровня в большем числе точек, системы кондиционирова­ ния, системы пожарной сигнализации на судах, складах и др. В этих случаях вследствие равенства пределов контролируемого параметра в разных точках целесооб­ разно задание уставок одним резистором для всех точек контроля или групп точек. Мостовая схема, обеспечива­ ющая совместное изменение уставок для групп датчиков Д при помощи одного задатчика Д3, изображена на рис. 1-5. В отличие от широко известных многоплечевых схем она названа миоговетвевой [Л. 15]. Многоветвевая мостовая схема позволяет осуществить не только много­ точечный контроль, но н многопредельный.

Работой бесконтактных ключей управляет распреде­ литель Р (см. рис. 1-4). Он представляет собой много­ каскадное устройство, вырабатывающее распределенные в пространстве и времени импульсы. В простейших устройствах этого типа количество каскадов соответству­ ет количеству управляемых ключей.

Сигнал, поступающий на вход нуль-органа НО, уси­ ливается и дискриминируется при выходе температуры из заданного интервала. При питании мостов перемен­ ным током, что имеет ряд известных преимуществ, дис­ криминацию наиболее целесообразно производить фазо­ вым методом.

Сигнал на выходе НО благодаря его фазочувствительности появляется лишь тогда, когда контролируемый параметр выходит за заданный предел. Таким образом, нуль-орган одновременно выполняет функцию формиро­ вания суждения (см. рис. 1-1). С нуль-органа сигнал по­ ступает на схемы совпадения С. Одновременно на второй вход каждой схемы совпадения поступает сигнал от рас­ пределителя, несущий информацию об адресе контроли­ руемого в данный момент датчика. При наличии обоих сигналов включается выходное устройство ВУ, выполня­ ющее функции выдачи результатов контроля (см.

рис. 1-1).

Выходы мостовых схем при помощи бесконтактных ключей коммутатора K i—К п подключаются поочередно к нуль-органу (см. рис. 1-4). Добавив измерительное устройство И, можно измерить (в зависимости от спосо­ ба подключения И) абсолютное значение контролируе­ мого параметра или его приращение.

15

Рассмотрим, в какой мере отдельные элементы блоксхемы системы многоточечного контроля температуры оказывают влияние на его характеристики.

Метрологические характеристики, определяющие ра­ боту системы в режиме непрерывного контроля одной точки, определяются статической погрешностью системы. Как видно из блок-схемы рис. 1-4, источником статиче­ ской погрешности при обнаружении отклонений могут быть измерительная схема, бесконтактные ключи и нульорган.

Одна из составляющих статической погрешности, вно­

ными, в то время как характеристика моста нелинейна. Таким образом, одним из путей уменьшения статической погрешности МЕСТ является рациональный выбор мето­ да линейной аппроксимации характеристики мостоврй схемы, обеспечивающего ее максимальное приближение к характеру шкалы реохорда. В многоточечных системах непрерывного контроля при использовании многоветвевой мостовой схемы возникает также погрешность, обу­ словленная взаимным влиянием каналов друг на друга. Эта погрешность может быть уменьшена соответствую­ щим выбором элементов мостовой схемы и параметров ключевых устройств и усилителей.

Еще одной причиной возникновения статической по­ грешности в измерительной схеме являются паразитные с е я з и между ее элементами. В большинстве многоточеч­ ных устройств контроль температуры является дистанци­ онным, поэтому между датчиком и вторичным прибором устанавливается линия связи, длина которой в ряде слу­ чаев достигает нескольких десятков и сотен метров. При питании измерительной схемы переменным током эта ли­ ния из-за наличия в ее сопротивлении реактивной состав­ ляющей вносит существенную дополнительную погреш-

^„ность. Для повышения точности контроля необходима, компенсация реактивного сопротивления линии связи.

Погрешность, вносимая ключами бесконтактного ком­ мутатора, обусловлена отличием реальных ключей от их идеальной модели. Сопротивление реального ключа в со­ стояниях «замкнуто» и «разомкнуто» имеет конечные значения, отличные от нуля и бесконечности, величина

J6

ния. Очевидно, что при большом количестве каналов эко­ номичность устройств множественного контроля опреде­ ляется главным образом элементами первой группы.

Коммутатор — наиболее важный узел систем много­ точечного контроля — относится к первой группе и зани­ мает в ряде случаев до 60—70% от общего объема си­ стемы в целом. Он в значительной мере определяет такие основные характеристики всей системы, как быстродейст­ вие, удельный расход деталей, потребляемую мощность, габариты, вес и т. д.

Разработка новых экономичных схем таких узлов МБСТ, как бесконтактные ключи, распределители, вы­ ходные устройства, позволяет за счет сокращения числа деталей уменьшить габариты и вес системы, повысить надежность. Достигаемое при этом уменьшение потреб­ ляемой мощности дает возможность увеличить плотность монтажа и использовать методы, микроэлектроники при создании новых устройств многоточечного контроля не только температуры, но и других параметров.

Г Л А В А В Т О Р А Я

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ МБСТ

2-1. МОСТОВЫЕ СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ

Анализ основных характеристик МБСТ показал, что для сигнализации температуры, измеряемой термометра­ ми сопротивления, наиболее целесообразно применение мостовых измерительных схем, обладающих рядом пре­ имуществ перед другими схемами измерения.

Вопросам расчета мостовых схем, определения их по­ грешности и чувствительности посвящено большое число работ отечественных и зарубежных авторов, в том числе фундаментальные работы советских ученых К. Б. Карандеева, А. Д. Нестеренко, Ф. Е. Темникова, Б. И. Швецкого и других авторов.

Основная схема измерительного моста изображена на рис. 2-1. Она состоит из четырех плеч, в которые вклю­ чены сопротивления R i—Д3 и сопротивление датчика Rr. Цепь ас, к которой подключен источник питания схемы

18