Системы телеизмерения предназначены для передачи значений контролируемых параметров на значительные расстояния. Необходимость в таких системах вызвана тем, что при больших расстояниях передачи и использовании обычных электрических способов измерений значительно возрастают погрешности измерения за счет непостоянства параметров линии связи. При большом числе контролируемых параметров обычные способы измерений не подходят, потому что их применение потребовало бы строительство многопроводных линий. Обычные методы измерений принципиально непригодны в случае контроля параметров подвижных объектов. Таким образом основная задача, которая решается устройствами телеизмерения, заключается в том, чтобы обеспечить возможность измерения электрических и неэлектрических параметров на больших расстояниях с допустимой точностью.

Датчик телеизмерения ДТ (рис. 2.10) преобразует контролируемую величину А] в соответствующий первичный сигнал. Передающее устройство ПУ преобразует этот сигнал во вспомогательную величину У1=ф(Л1), удобную для передачи по линии связи ЛС. Приемное устройство ПрУ преобразует принятую величину в форму, удобную для отсчета, и приемный прибор ПП воспроизводит измеряемую величину. Из-за помех в линии связи сигнал на входе приемного устройства у2 может отличаться от сигнала у\ на выходе передающего устройства. По этой же причине, а также вследствие искажений при преобразованиях показание приемного прибора Лг отличается от контролируемой величины А\. При создании систем телеизмерения основная задача состоит в том, чтобы выбрать такой вспомогательный параметр у, который искажался бы в линии связи минимально.

По характеру зависимости между измеряемым параметром А\ и параметром выходного сигнала передающего устройства у\ системы ТИ подразделяют на аналоговые и дискретные (кодовые).

Аналоговые системы характеризуются непрерывной зависимостью между измеряемым параметром Л( и параметром выходного сигнала у\ (рис. 2.11, а). Характерной особенностью дискретных систем является осуществление в передающем устройстве операции квантования по уровню. Зависимость 1/1 == ф (^41) для дискретных систем носит ступенчатый характер (рис. 2.11, б). При этом вместо передачи непрерывного ряда значений измеряемой величины передается конечное число ее уровней, каждому из которых соответствует определенная кодовая комбинация. Системы ТИ по характеру использования канала связи подразделяются на одноканальные и много-

Рис 2 11 Характеристики вход - выход для аналоговой (а) и дискретной (б) систем

канальные. В первом случае по одному частотно-выделенному каналу связи передают только один параметр ТИ, а во втором - по одному каналу методом временного разделения передается несколько параметров ТИ. Аналоговые системы, как правило, выполняются в виде одноканальных, а дискретные - как многоканальные.

В зависимости от вида сигнала и способа его модуляции под воздействием измеряемого параметра аналоговые системы подразделяют на: системы интенсивности, в которых измеряемый параметр преобразуется в сигнал методом амплитудной модуляции (АМ); частотные системы, использующие для преобразования методы частотной (ЧМ) и частотно-импульсной (ЧИМ) модуляций; системы с временной импульсной модуляцией, использующие преобразование по методу широтно-импульсной (ШИМ) и фазо-импульсной (ФИМ) модуляций.

Системы интенсивности применяют при сравнительно небольших расстояниях передачи, так как если расстояния значительны, то возрастают погрешности от изменения параметров линии связи. Реально же эти расстояния при воздушных линиях связи не превышают 10 км, а при кабельных - 25 км. В устройствах интенсивности измеряемая величина преобразуется в ток или напряжение. Системы интенсивности подразделяют на небалансные, балансные и логометрические.

Первичный измеритель ПИ (рис. 2.12) соединен с реостатным преобразователем РП, который выполнен в виде делителя напряжения. В зависимости от угла поворота аи подвижной части ПИ меняется соотношение плеч делителя, а следовательно, и напряжение подводимое к линии. Для уменьшения влияния на точность телеизмерения изменений сопротивления линейных проводов, вызываемых изменениями температуры, в линейную цепь включают балластное сопротивление из материала с малым температурным коэффициентом сопротивления. Обычно Яб>10Ял, где Ял - сопротивление линейных проводов.

В качестве приємного прибора ПП служит магнитоэлектрический гальванометр обычной конструкции. Принимая во внимание, что Rz<. Яполн= Re+ #л+ Я„„, где Япп - сопротивление ПП, можно записать выражение для определения тока в цепи ПП

Таким образом отклонение приемного прибора пропорционально углу поворота подвижной части первичного измерителя.

Основными источниками погрешностей в системе являются изменение напряжения источника питания и и изменение сопротивления изоляции между линейными проводами. Балансные и логометрические системы позволяют значительно повысить точность ТИ.

Группу частотных систем ТИ составляют системы с частотной и частотно-импульсной модуляциями, у которых измеряемая величина пропорциональна или функционально связана с частотой синусоидального или импульсного сигнала в канале связи. Частотные системы получили наибольшее распространение благодаря сравнительной простоте и высокой помехоустойчивости. В связи с тем, что частота не искажается, такие системы могут работать на любые расстояния. Для характеристики частотных систем вводится несколько параметров. Основными из них являются минимальная /т1Г1 и максимальная частоты /шах, передаваемые в канал связи; коэффициент изменения частоты / тачЛтт- ЭТИ Параметры ОПреДеЛЯЮТ ТОЧНОСТЬ

систем ТИ, а также полосу частот, занимаемую системой в линии связи. Малые значения к приводят к возрастанию погрешности ТИ и уменьшению полосы частот, а с возрастанием к погрешность падает, однако увеличивается требуемая полоса частот, необходимая для передачи телеизмерительной информации

В простейшем частотно-импульсном устройстве телеизмерения мощности электрического (рис. 2 13, а) тока на оси электрического счетчика С закреплен диск с прорезями Д, с одной стороны которого установлен источник света ИС с оптической системой ОС, а с другой - фотоэлемент Ф. В этом фотоэлектрическом преобразователе

Рис 2 13 Схемы частотно импульсного устройства телеизмерения (а) и релейноконденсаторного частотомера (б)

скорость вращения диска (п) и частота импульсов (/) на выходе фотоэлемента Ф, а следовательно, и усилителя У пропорциональны телеизмеряемой мощности Р, т. е.

/ = тп - КтР,

где т - число прорезей диска,

К-коэффициент пропорциональности

В качестве приемника П применяют частотомеры, которые преобразуют частотно-модулированные сигналы в напряжение или ток. Значение тока или напряжения определяется частотой. На выходе подключен измерительный прибор ПП.

В простейшем релейно-конденсаторном частотомере (рис. 2.13, б) быстродействующее реле Р принимает импульсы тока 1Л (рис. 2.14, а), поступающие по ЛС от передающего устройства. При возбуждении реле Р приходящим из ЛС импульсом постоянный ток / источника питания и проходит через конденсатор С1, резистор Я2 и прибор ПП (зарядный импульс тока на рис. 2.14, б). После прекращения импульса и обесточивания реле Р его контакт переключается и ток / проходит через резистор Л1, конденсатор С2 и прибор ПП, а конденсатор С2 разряжается на резистор Я1. Средний ток, протекающий через прибор, Нр-2Си/Т=2Си1, где С1- С2= С, \-\/Т

Средний ток, протекающий по прибору, пропорционален частоте импульсов, поступающих из линии. Цепочка /?ФСФ исключает колебание стрелки прибора при низких частотах сигналов в линии.

Основным элементом современных передающих устройств систем с частотной модуляцией является электронный генератор синусоидальных колебаний Г, частота которого меняется в зависимости от значений измеряемой величины. Часто применяют управление частотой конденсатором переменной емкости (рис 2 15, а). Этот конденсатор является элементом задающего контура и он механически связан с осью первичного измерительного прибора.

Электрический способ управления частотой основан на применении в качестве индуктивности колебательного контура /.С-гене-ратора дросселя с насыщенным стальным сердечником ДН (рис. 2 15, б).

Рис 2 16 Элементарные сигналы широтно импульсной (а) и фазо-импульсной

(б) модуляции

Индуктивность дросселя меняется при подмагничивании сердечника постоянным током. Пропуская по обмотке управления постоянный ток /, зависящий от измеряемой величины А, изменяют индуктивность обмоток ]Ур, а тем самым и частоту колебаний ?С-генератора. Приемное устройство систем с частотной модуляцией обычно выполняют в виде конденсаторных частотомеров, которые ничем не отличаются от таких же для частотно-импульсных систем.

В телеизмерительных устройствах системы с временной импульсной модуляцией параметром сигнала, несущим информацию при передаче по каналу связи, является длительность импульса т, или интервал между фронтами импульсов, т. е. используются два вида первичной модуляции: ШИМ (рис. 2.16, а) и ФИМ (рис. 2.16, б) При ФИМ передают обычно не только последовательность импульсов, смещенных по времени (по фазе) в соответствии со значениями измеряемой величины, но и последовательность опорных импульсов. Каждый элементарный сигнал состоит из двух импульсов: опорного ОИ и отсчетного ОтИ, а информацию несет интервал т между их фронтами Как правило, т линейно зависит от измеряемой величины А

т- Тгпщ “Ь (Чпах Ттщ) (Л - Лтт)/(Лтах - Лтт),

где Ттах и гтш - максимальная и минимальная длительности элементарного сигнала соответствующие максимальной Лтах и минимальной Лтт измеряемым величинам

При широтно-импульсной системе ТИ (рис. 2.17) входное постоянное напряжение иА, зависящее от измеряемой величины А, и напряжение пилообразной формы ик, вырабатываемое генератором пилообразного напряжения, сравниваются нуль-органом НО. Нуль-орган, фиксируя момент равенства напряжений УА и ик,

Рис 2 17 Широтно-импульсная система ТИ

структурная схема передатчика (а) временные диаграммы работы передатчика (б) принципи альная схема приемника (в)

управляет триггером Т. Триггер посылает в линию связи импульсы 11л. В начале каждого периода преобразования триггер устанавливается в исходное состояние. Длительности импульсов, посылаемых в линию ть Т2 и т. д., пропорциональны измеряемому напряжению и А.

Приемник системы с временной импульсной модуляцией представляет собой измеритель среднего тока (рис. 2.17, в). Среднее значение тока, протекающего через прибор ПП, включенного в коллекторную цепь транзистора Т и работающего в ключевом режиме от импульсов, поступающих с линии связи Л С:

/ср = Л)Г/т; /о = и / (Н гпр), где Гпр - сопротивление прибора

Кодовые системы телеизмерения получают все большее распространение. В кодовых системах ТИ на передающей стороне аналоговые измеряемые величины преобразовываются в кодированные сигналы. Передающее устройство через равные промежутки времени замеряет значения параметра с точностью до ближайшего уровня дискретности и в соответствующем коде передает номер этого уровня. В приемнике принятый код дешифруется, т. е. определяется посланный уровень, по которому на измерительном приборе воспроизводится телеизмерительная величина.

РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ

Общие принципы телеуправления и телесигнализации | Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте | Назначение и принцип действия

Рекомендуемый контент: