Рабочая программа дисциплины мерительные устройства систем управления

Вид материала

Рабочая программа

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины Цифровые устройства систем автоматизации и управления, 183.74kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины " автоматика электроэнергетических систем" Цикл, 210.8kb.
• Учебная программа по дисциплине основы теории управления трибунский, 56.3kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 01 -проектирование и надежность систем, 688.46kb.
• Рабочая программа дисциплины Локальные системы управления (Наименование дисциплины), 116.98kb.
• Рабочая программа дисциплины «Модели систем управления качеством» Рекомендуется для, 186.51kb.
• Рабочая программа наименование дисциплины Исследование систем управления, 258.19kb.
• Рабочая программа по дисциплине "Организация ЭВМ и систем" для специальности 230102, 93.42kb.
• Рабочая программа дисциплины Информационное обеспечение систем управления (Наименование, 193.05kb.
• Рабочая программа дисциплины Основы конструирования систем управления (Наименование, 142.46kb.

Л; [2],с.101-113; [3],с.107-121, с.138-147; [6],с.145-153.

Вопросы для самопроверки.

1. Назначение делителей напряжения, шунтов, добавочных сопротивлений, трансформаторов тока и напряжения.
   
2. Что обозначает класс точности, указываемый на шунтах и
   

добавочных сопротивлениях?

3. Какие погрешности характеризует трансформаторы тока и напряжения?
   
4. Как определить значения тока, напряжения и мощности в
   

первичной цепи при использовании ТТ и ТН?

5. Какие типы выпрямительных преобразователей используют при измерении переменных токов и напряжений?

6. Какие типы измерительных приборов применяют с выпрямитель­ными и термоэлектрическими преобразователями?
   
7. Каким образом связаны между собой амплитудное, действующее и средневыпрямленное значения токов и напряжений в выпрямительных преобразователях?
   

8. Какими особенностями характеризуются термоэлектрические преобразователи?


К теме 5.


Здесь, прежде всего, нужно хорошо представлять все параметры, характеризующие такие элементы радиоэлектронной аппаратуры как ре­зисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, взаимные индуктивнос­ти. Особенно это касается катушек индуктивностей и конденсаторов, эквивалентные схемы которых могут включать дополнительные элементы - собственное сопротивление и емкость катушки, сопротивление по­терь или утечки конденсаторов. Это приводит к необходимости изме­рять такие параметры элементов, как их добротность я тангенс угла потерь.

Среди косвенных способов нужно ознакомиться с методом амперме­тра-вольтметра, а также с методом одного прибора (амперметра или вольтметра). Требуется уметь оценивать методические погрешности измерения, вызываемые наличием внутренних сопротивлений самих приборов.

Особое внимание нужно уделить изучению мостовых измерительных схем постоянного и переменного тока, которые находят широкое при­менение не только для измерения параметров электрических цепей, но и при измерении многих неэлектрических величин. Следует знать ос­новные характеристики мостовых схем, такие, как чувствительность, выходное сопротивление со стороны измерительной диагонали к диаго­нали питания, взаимное сопротивление между плечом моста и его диа­гоналями и т.п. Кроме того, нужно уметь составлять уравнение

равновесия, особенно для мостов переменного тока, а также знать пра­вила расположения реактивных элементов плеч моста для возможного уравновешивания схемы.

Знакомясь с потенциометрами (компенсаторами) постоянного и переменного тока, нужно обратить внимание на условия компенсаций, а также разобраться, в вопросе. почему компенсаторы постоянного имеют значительно меньшую погрешность измерения, чем компенсаторы переменного тока.

При измерении временных параметров, таких как частота или пе­риод, сдвиг фаз между двумя напряжениями, требуется рассмотреть приборы непосредственной оценки и структурные и принципиальные схемы приборов, использующих косвенные виды измерений.

Л: [1],c.170-193; [2],c.135-136, с.186-212; [3],с.186-243; [6],с.1&3-173.


Вопросы для самопроверки.


1. Начертить эквивалентную схему конденсатора, характеризуемого большим тангенсом угла потерь.

2. Как определяется добротность катушки индуктивности?

3. Чем отличается формула тангенса угла потерь для последовательной и параллельной эквивалентной схемы конденсатора?
   
4. В каких формах можно записать уравнение равновесия для мос­та переменного тока?
   
5. Как определяется выходное сопротивление моста постоянного
   тока со стороны индикатора равновесия?
   

8. В какое плечо моста переменного тока следует включить эта­лонную емкость для уравновешивания измеряемой индуктивности, если два других плеча выполнены из резисторов?

7. Чем объясняется высокая точность измерения компенсаторами
   постоянного тока?
   
8. Можно ли с помощью компенсаторов измерять неизвестные токи
   и сопротивления резисторов?
   
9. Какие типы преобразователей применяют в электромеханических
   частотомерах?
   

10. Привести структурную схему устройства для измерения угла
сдвига фаз между двумя напряжениями с предварительным преобразованием во временной интервал и последующим суммированием (вычитанием).


К теме 6.


Изучая данный раздел, нужно обратить внимание на те преимущес­тва, которые обеспечивают электронные измерительные приборы: широ­кий частотный диапазон, высокая чувствительность, многопредельность и т.п. Преобразователи импеданса предназначены для согласования импедансов (полных сопротивлений) электронных схем, источника сиг­налов, нагрузки. Здесь следует различать преобразователи входного и выходного импеданса, знать какие функции они выполняют и каким образом могут быть реализованы.

Приступая к изучению электронных вольтметров, нужно прежде всего ознакомиться с измерительными преобразователями переменного на­пряжения в постоянное, амплитудными преобразователями синусоидаль­ных и импульсных сигналов, преобразователями средневыпрямленного значения пассивного и активного типа. В зависимости от взаимного порядка расположения выпрямительного преобразователя и усилителя на входе вольтметра следует уметь различать вольтметр типа усили­тель-выпрямитель и выпрямитель-усилитель, а также оценить их чув­ствительность.

Измерительные приборы с оптоэлектронными отсчетными устройст­вами являются перспективными средствами измерительной техники. По­этому нужно знать принцип действия таких приборов, основанный на электрооптических эффектах со светоизлучением -электро- и катодо-люминесценция, газовый разряд, принцип работы приборов на жидких кристаллах, с газоразрядным индикатором и со светодиодными отсчетными устройствами.

Так как электронные осциллографы являются одними из универса­льных приборов, часто применяемых в практике измерений параметров сигналов и наблюдений их формы, то требуется хорошо знать области применения и свойства осциллографов, их характеристики, общую структурную схему прибора и назначение отдельных узлов.

Л: [1],с.210-815, с.341-385; [2],с.152-188;

[3],с.147-182; [6], с 477-188.


Вопросы для самопроверки.


1. Какие метрологические характеристики электронных приборов обусловили их широкое применение в практике измерений?

2. В чем состоит суть прямых методов преобразования сигналов в
   электронных вольтметрах?
   
3. На какие типы делятся электронные вольтметры по своему назначению я принципу действия?
   
4. Чем ограничивается чувствительность электронных вольтметров
   постоянного тока при использовании усилителей постоянного тока?
   

5. Какие талы выпрямительных преобразователей применяет в электронных вольтметрах переменного тока?

6. В чем особенность работы универсальных я импульсных вольтметров?

7. Какие способы измерения частоты применяет в электронных
   аналоговых частотомерах?
   
8. По какому принципу могут быть построены преобразователи фа­зы в напряжение?
   

9. Какие погрешности свойственны аналого-дискретным оптоэлектронным приборам?

10. В чем заключается принцип работы оптоэлектронных приборов?
    
11. Какие режимы работы генератора развертки применяют в осциллографах?
    
12. В каких случаях используется режим внутренней и внешней синхронизация?
    

К теме 7.


При изучении данной теш нужно рассмотреть назначение и принципы работы регистрирующих приборов, методы регистрации с нанесени­ем слоя вещества на носитель (чернильный, чернильный струйный, ша­риковое устройство с пастой), со снятием слоя вещества с носителя (резцовый, плавильный, электротермический), с изменением состояния вещества носителя (термочувствительный, фотографический). По виду носителей регистрируемой информации следует различать диаграммные ленты я диски типа ЛR, ЛRБП, ЛПГ, ЛПГБП, ЛПВ, ЛПВБП, ЛRС, ЛПГС, ДR, ЛП, представлять их разметку и правила отсчета значений измеряемой величины, Рассматривая работу светолучевых осциллографов, нужно обратить внимание на принцип действия осциллографического гальванометра к устройства развертки изображения во Бремени, на способ регистрация измеряемой величины, а также на те преимущества, которыми обладают данные РП. Изучая магнитографы, нужно обратить внимание на принцип действия, виды записи на магнитный носитель (пря­мой, модуляционный, цифровой), достоинства подобного метода регис­трации. Относительно графопостроителей следует представлять их на­значение, принцип работы, виды входных сигналов {аналоговые, кодоимпульсные).

1: С11,с.133-170: [21.С..257-271; [ЗЗ.с.243-288; [в],с.160-177.


Вопросы для самопроверки.

1. Какие типы измерительных механизмов применяются в регистри­рующих приборах?
   
2. Какие требования предъявляют к регистрирующим устройствам?
   
3. В чем состоит различие э методах регистрации с нанесением и со снятием слоя вещества с носителя?
   
4. Каким образом осуществляется точечная регистрация исследуе­мого процесса?
   
5. Как устроен осциллографический гальванометр?
   

6. Каким образом в светолучевом осциллографе фиксируются вре­менные интервалы при регистрации?

7. Для каких целей могут применяться регистрирующие приборы
   сравнения? В чем их преимущества?
   
8. Какие основные узлы входят в состав регистрирующих приборов сравнения?
   
9. Какие возможности возникают у регистрирующих приборов при наличии микро-ЭВМ"?
   

10. В чем достоинства магнитного метода регистрации?


К теме 8


При изучении цифровых измерительных приборов (ЦИП) нужно пред­варительно ознакомиться с основными понятиями и определениями от­дельных блоков и узлов ЦИГЗ - аналого-цифровых я цифро-аналоговых преобразователей, их назначением. Далее следует рассмотреть вопро­сы квантования непрерывных измеряемых величин по времени и уровню с учетом погрешностей квантования и способы кодирования измеряемой величины. Для этого нужно вспомнить системы счисления, используемые в измерительной и вычислительной технике (двоичная, десятичная, двоично-десятичная и т.п.) и способы преобразования одной системы счисления в другую. При переходе к изучению самих ЦИП следует раз­бить их по принципу работы на группы - ЦИП с времяимпульсным, кодоимпульсным и частотно-импульсным методами преобразования изме­ряемых величин. Необходимо уметь начертить структурную схему при­бора со всеми логическими связями, временные диаграммы, поясняющие принцип работы, знать области применения приборов и их погрешности измерения, пороги чувствительности, входное сопротивлением, быстро­действие, помехозащищенность. Кроме этого необходимо изучить также цифровые измерительные приборы считывания для измерения перемещений с использованием циклических кодов (код Грея).

Л: [1],с.257-270, с.152-183, с.212-256; [2],с.243-286, с.147-174, с.323-369.

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие аналого-цифрового преобразователя от цифро-аналогового?
   
2. Что такое код и какие типы кодов применяются в измерениях?
   
3. В чем состоит суть дискретизации измеряемой информации по
   времени и уровню?
   
4. Каковы основные характеристики ЦИП?
   
5. От чего зависит точность ЦИП?
   
6. Какие системы счисления применяются в ЦИП и почему?
   
7. 7: Для чего предназначаются дешифраторы?
   

8. Каким образом осуществляется индикация результатов измерения в ЦИП?
   
9. Какие методы преобразования применяют в ЦИП?
   

10. Как можно уменьшить погрешность дискретности при измере­нии временных интервалов?


К теме 9


Изучение данной темы тесно связано с дальнейшим развитием из­мерительной техник» на базе современных элементов, узлов и уст­ройств с применением средств вычислительной техники. Прежде всего необходимо рассмотреть измерительные информационные системы, юс деление по функциональному назначению на измерительные системы, системы автоматического контроля и системы технической диагностики. Агрегатно-модульный принцип построения ИИС предполагает применение стандартных интерфейсов, наиболее распространенными из которых являются приборный интерфейс и интерфейс КАМАК. Далее следует ознако­миться с типовыми структурными схемами ИИС, обратить внимание на использование в ИИС унифицированных сигналов и перейти к более де­тальному изучению трех типов ИИС на уровне структурных схем.

Использование ЦВМ приводит к необходимости представления изме­рительной информации в дискретном виде. Поэтому нужно рассмотреть вопросы квантования сигналов во времени, методы сокращения избы­точности (определение оптимального числа выборок) на этапе обрабо­тки и на этапе первичного преобразования, методы рационального ко­дирования (статическое, адаптивное, разностное). Нужно понимать роль помехоустойчивости ИИС и методы ее повышения с использование» разных видов модуляции и корректирующих кодов.

С целью практического применения ИИС следует хорошо знать ос­новные узлы подобных систем, их назначение, принципы построения, достоинства и недостатки. Так как одной из важных проблем в ИИС является вопрос согласования информационного потока с пропускной способностью оператора, нужно еще раз вспомнить методы и устройст­ва представления информации (тема 7). По принципу построения ИИС „ можно выделить сканирующие системы последовательного я параллельно-последовательного действия.

На следующем этапе нужно уделить внимание измерительно-вычисли­тельным комплексам (ИВК), которые являются базовыми при создании информационно-измерительных приборов и систем нового поколения, об­ладающих целым рядом достоинств. Затем рассмотреть измерительно-вы­числительные средства системного применения, измерительно-вычисли­тельные комплексы, их назначение, общие принципы построения и рабо­ты, структурную организацию.

Л: [1],с.331-361, [2],с.369-390.


Вопросы для самопроверки

1. Для каких целей используют измерительные системы? Системы
   автоматического контроля? Системы технической диагностики?
   
2. В чем разница между многоканальными, сканирующими, мультиплицированными и многоточечными измерительными системами?
   

3. Некие типы телеизмерительных систем находят применение для
   измерения параметров удаленных объектов?
   
4. Что представляет собой измерительный канал на основе ИВС?
   
5. Какие типы вычислительных средств используют с ИВС?
   
6. Что представляет собой интерфейс?
   
7. Для какой цели применяют измерительно-вычислительные
   комплексы?
   
8. Что понимается под избыточностью и каким образом ее можно
   сократить?
   
9. В чем заключается суть статического, астатического и разностного кодирования?
   

10. С какой целью применяют корректирующие коды в ИИС?
    
11. Для чего используются унифицирующие устройства постоян­ного и переменного тока?
    
12. В чем состоит разность сравнения с уставками в непрерывной я аналоговой форме?
    

К теме 10


Данная тема является основополагающей при изучении данной дис­циплины, ток как практически вся информация в систему управления (СУ) поступает от первичных чувствительных элементов - датчиков, их основное назначение - преобразование неэлектрических величии в электрические сигналы, которые удобно использовать в СУ.

Поэтому нужно очень хорошо знать принципы работы, устройство, характеристики, области применения, достоинства и недостатки всех перечисленных в теме 10 типов датчиков. Следует научиться сравнивать разные типы датчиков с точки зрения оптимизации преобразова­ния одной и той же измеряемой величины с учетом гастритов, массы, условий работы и т.п. Надо обратить внимание т возможность ис­пользования дифференциальных датчиков, позволяю­щих повысить их чувствительность и линейность характеристики.

Так как многие типы датчиков в процесс их работы включаются в измерительные цепи в виде мостов постоянного и переменного тока, то нужно еще раз просмотреть вопросы, указанные в теме 5.

При изучении локационных, фотоэлектрических, фазовых цифровых преобразователей тоже нужно иметь представление не только об устройстве и принципе работы самого датчика, но и уметь составлять структурные или функциональные схемы всего измерительного уст­ройства, поясняя его работу временными диаграммами.

Ввиду обширности материала по данной теме следует тщательно и продуманно конспектировать изучаемые разделы, сопровождая их не­большими практическими примерами, взятыми или из технической лите­ратуры, или проработанными самостоятельно, исходя из реальных ра­бочих условий.

Л:[2],с.284-331,с.449-460; [4],с.29-61; [6],с.328-391; [7],с.6-34,с.75-149; [8],с.21-Ш, с.137-144,с.172-187


Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам можно классифицировать датчики измерительных систем?
   
2. Каковы общие основные характеристики датчиков?
   
3. Какие датчики целесообразнее использовать для преобразования: а) больших и малых линейных перемещений;
   

б) температуры; в) давления; г) расхода; д) скорости;

е) определения координат объекта?

4. В чем состоит особенность применения дифференциальных датчиков?
   
5. Чем отличаются параметрические датчики от генераторных?
   Приведите примеры тех и других.
   
6. В чем преимущество акустических локационных датчиков перед оптическими?
   
7. Перечислите типы фотоприемников, применяемых в фотоэлектрических датчиках.
   
8. В чем состоит принцип работы приборов с зарядовой связью?
   
9. Каким образом можно повысить разрешающую способность растровых преобразователей?
   

10. В чем отличие вращающегося трансформатора от индуктосина?
    
11. Как можно уменьшить погрешность измерения в цифровых
    преобразователях фаза-код прямого действия?
    
12. С помощью каких ПФК можно измерить скорость и ускорение?
    

К теме 11


Основное назначение этой темы - поставить перед студентом такие вопросы, которые приходится решать в практической работе. Если в предыдущей теме требовалось объяснение принципа работы, устройс­тва и т.д. для разных типов датчиков, то теперь задача поставлена обратно, т.е. зная, какой параметр необходимо измерять, нужно из многих выбрать один тип датчика, который удовлетворял бы поставленным требованиям по динамическим и точностным характеристикам, быстродействию, надежности и т.п.

Поэтому для решения поставленных в этой теме вопросов нужно как следует разобраться в материале предыдущей темы. Но самое главное здесь - это научиться грамотно построить полностью все из­мерительное устройство, чтобы на его выходе получить такую форму сигнала, которую достаточно просто можно было бы согласовать с си­стемой управления, входом ЭВМ или микропроцессора, которые позво­ляют выполнить практически все процедуры по обработке поступающей с выхода измерительных устройств информации.

Л: [2],с.284-331,с.449-460; [4],с.29-121;

[6],с.328-391; [7],с.6-73; [8],с.62-91,с 72-188; [9],с.53-99, С'105-132,с.149-170, [10],с.36-58

Вопросы для самопроверки

1. Выберите тип датчика и начертите структурную схему устройс­тва измерения для контроля линейного перемещения в пределах 0,1-0,3 мм.
   
2. Нужно определить расстояние до объекта в пределах 0,5-1,5 м с относительной погрешностью около 2%. Какой датчик целесообразнее применить?
   
3. При измерении температуры от +10 до +150 градусов необходи­мо получить линейную характеристику преобразования. Предложите тип датчика и начертите схему его включения в измерительную цепь, если длина соединительных проводов около 1 метра.
   
4. Требуется определить направление на объект и отслеживание
   этого перемещения. Продумайте варианты измерительного устройства,
   способного выполнить эту задачу, если расстояние до объекта
   

1-2 метра.

5. Как можно измерить расход жидкости в трубопроводе?
   
6. Можно ли использовать для измерения концентраций электроли­та емкостной датчик?
   

7. Необходимо измерить линейное перемещение объекта в неоднородном магнитном поле. Какой тип датчика предпочтительнее применить в этом случае?
   
8. Какой тип датчика можно применить для измерения скорости
   перемещения объекта? Предложите структурную схему устройства.
   

9. Неким образом можно определить ориентацию объекта кубической формы?

10. Измеряется уровень жидкости в баке с прозрачными стен­ками. Что можно предложить для решения задачи?


Контрольные задания

Общие методические указания

Для выполнения контрольного задания студент выбирает номера задач в соответствии с последней цифрой шифра. Студенты заочной фермы обучения выполняют две контрольные работы, в каждую из кото­рых включены три задачи.

Выполняя контрольные задания, необходимо соблюдать следую­щие требования;

1. Условие задачи должно быть полностью переписано в тетрадь.
   
2. Все расчеты должны быть выполнены в системе Си.
   
3. Текстовая к расчетная части выполняются с оставлением по­лей и краткими пояснениями формул, в которые затем подставляются числовые значения.
   
4. Принципиальные электрические схемы включения приборов должны быть изображены в соответствии с требованиями ГОСТа и ЕСКД для всех задач.
   

К решению задач следует приступить после изучения соответствующих разделов курса.