3) Принципы и способы получения измерительной информации в автоматических системах.
Управление технологическим процессом возможно на основании получаемой информации о его состоянии и ходе.
Рациональное сокращение номенклатуры технических средств автоматизации и их конструктивных элементов и узлов достигается на основе последовательного применения агрегатных способов построения снизу доверху, начиная от конструирования простейших функциональных блоков и кончая проектированием сложных автоматизированных систем управления.
Получение информации о состоянии объекта управления обеспечивается в ГСП с помощью разнообразных устройств, которые предназначены для выработки сигнала, несущего измерительную информацию как в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором, так и в форме, пригодной для использования в АСУ ТП. Соответственно измерительные устройства по виду вырабатываемой ими информации делятся на измерительные приборы и измерительные преобразователи (датчики).
К измерительным приборам относятся устройства, предназначенные для выработки измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором. Измерительные преобразователи (ИП) – это устройства, предназначенные для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения сигнала, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателя.
Различают ИП с естественными и унифицированными выходными сигналами. Измерительные преобразователи с естественными выходными сигналами - устройства, в которых осуществляется первичное (обычно однократное) преобразование измеряемой физической величины. Несмотря на большое разнообразие измеряемых величин виды естественных выходных сигналов в ГСП удается ограничить десятью. К ИП с естественным представлением информации относится большая группа устройств - термоэлектрические преобразователи, термометры сопротивления, тензорезисторы, дифференциально-трансформаторные датчики. Такие ИП применяются в локальных устройствах контроля и автоматизации либо при централизованном контроле сравнительно простых объектов. Измери-тельные преобразователи с унифицированными выходными сигналами имеют на выходе сигналы, предусмотренные соответствующими стандартами; в большинстве случаев применяются унифицированные сигналы. Для преобразования естественных сигналов в унифицированные в ГСП предусмотрены нормирующие преобразователи.
Структуры ИП несмотря на разнообразие измеряемых величин в АСУ ТП могут быть сведены к четырем видам. Структура однократного прямого преобразования реализуется в ИП с естественными выходными сигналами, например в термоэлектрических преобразователях, датчиках давления и перепада давления.
Если первичное преобразование измеряемой величины не дает удобного для использования сигнала, применяют структуры с несколькими последовательными ИП.
Дифференциальная структура в ИП применяется тогда, когда измерение основывается на сопоставлении результатов преобразования измерительной информации, полученной в реальных и в некоторых эталонных условиях. Преимущество этой структуры по сравнению с предыдущими состоит в значительном уменьшении погрешности, обусловленной изменением параметров источника питания и окружающей среды.
Наиболее совершенной является структура с отрицательной обратной свя-зью, получившая название компенсационной схемы. Достоинство схемы – компенсация изменений параметров измерительного тракта вследствие того, что выходной сигнал непрерывно сравнивается с измеряемой величиной. От-рицательная обратная связь существенно снижает влияние погрешности звеньев прямого канала на результат преобразования.
В современном оборудовании контролю подвергаются: температура в коммутационных аппаратах, узлах электродвигателей, управляемых преобразователей, опорах механизмов; уровни вибраций во всех функционально значимых механических узлах системы; зазоры в механических передачах; усилия и упругие моменты в механизмах; износ технологического оборудования и др.
В качестве основных контрольно-измерительных средств применяются датчики, непосредственно воспринимающие изменения контролируемого параметра и преобразующие эти изменения в механические или электрические сигналы
В основном датчики представляют собой единое изделие (собственно датчик и преобразователь), имеющее на выходе электрические унифициро-ванные сигналы (УС): релейные; непрерывные токовые (0 - 5 мА, 0 - 20 мА) и непрерывные напряжения постоянного тока (0 - 10 мВ, 0 - 50 мВ, 0 - 1 В, 0 - 10 В, 0 – 12 В, 0 – 24 В); непрерывные частотные (1500 - 2500 Гц, 4000 - 8000 Гц); непрерывные напряжения переменного тока 50 Гц (0 – 1 В, 0 – 2 В) и др. Все выше перечисленные электрические сигналы определены стандартами.
Датчики оцениваются по таким характеристикам, как точность, линей-ность и разрешающая способность, частотная характеристика, характеристика шума, входной и выходной импеданс и другим параметрам. По структуре построения в зависимости от способа соединения элементов датчики разделяются на три вида: с последовательным преобразованием, дифференциальные и компенсационные.