3 Проектирование измерительного канала углекислого газа в воздухе

3.1 Разработка математической модели измерительного канала

Математическая модель ИК строится на основе моделей составляющих его структурных элементов. Основной характеристикой, определяемой в процессе моделирования, является уравнение преобразования (номинальная статическая характеристика) элементарного звена, т.е. функция, связывающая между собой его входной и выходной сигналы.

Математической моделью в данном случае является функция преобразования одной физической величины в другую, связывающая между собой законами и соотношениями.

Наиболее удобной является линейная функция преобразования

,

(1)

где k – коэффициент преобразования.

Для составления математической модели всего ИК составляем цепочку преобразования измерительного сигнала (концентрации углекислого газа) в выходной сигнал на мониторе:

С→I → I_БРТ→N→Х,

где C – входная величина концентрация, %;

Ι – унифицированы токовый сигнал на выходе из ПИП (4-20мА);

I_БРТ – унифицированный токовый сигнал на выходе из БРТ (4-20мА);

N – сигнал в цифровом коде;

Х – изображение на мониторе.

Описание математической модели:

1) Концентрация преобразуется в электрический сигнал с помощью газоанализатора типа «ДАК-СО₂».

Уравнение преобразования для газоанализатора:

I = I_н + K_n × C_вх

где I – выходной токовый сигнал газоанализатора, мА;

I_н– нижняя граница диапазона выходного токового сигнала,

равная 4 мА;

C_вх – значение концентрации определяемого компонента, об.%;

Kn - номинальный коэффициент преобразования (16 мА/об.%);

2) Выходной сигнал с преобразователя ДАК СО₂ подается на блок распределения токового сигнала.

(2)

где IБГРТ – унифицированный токовый сигнал с БРТ, мА;

I – значение по токовому выходу из ПИП, мА;

I1 – наибольшее значение выходного сигнала, мА;

I0 - наименьшее значение выходного сигнала, мА.

3) Информация на выходе блока подвергается математической обработке устройством логического управления МCКУ. Ток преобразуется в цифровой код:

(3)

где Nвых – сигнал в цифровом коде;

I_вх – значение входного сигнала, мA;

I_д - верхнее значение тока входного сигнала, mA.

3.2 Разработка структурной схемы измерительного канала

Для согласования выходного сигнала от ПИП с элементами электрического тракта выходной сигнал должен быть преобразован (без потери информации) в форму, удобную для дальнейшей передачи и преобразования. Следовательно, сигнал с выхода ПИП должен быть унифицирован и отвечать действующим стандартам. Преобразователь также преобразовывает значение измеряемой величины в унифицированный сигнал постоянного тока, равный 20 мА.

Входной величиной для данного ИК является величина измеряемой концентрации, которая поступает на первичный измерительный преобразователь (ПИП) «ДАК-СО2», затем токовый сигнал выходит и подается на блок распределения унифицированного токового сигнала. Далее унифицированный токовый сигнал I_БРТ подвергается математической обработке устройством логического управления МСКУ. Результат Y передается на рабочее место оператора технолога [1].