Ознакомление с принципом действия и структурной схемой телеизмерительной системы

Цель  работы:

1.  Ознакомление с принципом действия и структурной схемой телеизмерительной системы.

2. Исследование методов преобразования аналоговой измеряе­мой величины в дискретную, кодирования,  передачи сообщения по каналу связи и обратного преобразования принятого кодового со­общения в аналоговый сигнал.

(В лабораторной установке использовано многоканальное кодоимпульсное телеизмерительное устройство МКТ- I).

Принцип действия и структурная схема телеизмерительной системы.

Получение информации о значениях измеряемых параметров конт­ролируемых или управляемых объектов методами и средствами теле­механики называется телеизмерение.  Величины (измеряемые параметры), характеризующие протекание производственных процессов,  обычно являются случайными. Случайная величина, име­ющая конечное число значений, называется дискретной.  При беско­нечном числе значений она называется непрерывной или аналоговой.

В телеизмерительных системах сообщения о контролируемых па­раметрах делятся на непрерывные и дискретные. Дискретными назы­ваются сообщения, характеризующиеся конечным числом символов (знаков), подлежащих передаче за определенный период времени.

Непрерывными называются сообщения, в которых подлежащая пе­редаче совокупность сведений характеризуется непрерывным рядом значений.

При передаче результатов телеизмерений с помощью дискретных сообщений обеспечивается более высокая помехоустойчивость и возможность воспроизведения информации с большей точностью.

На структурной схеме лабораторной установки (рис.1) показа­ны основные узлы и блоки телеизмерительной системы, в которой результаты измерений передастся дискретными сообщениями. С этой целью на контрольном пункте (КП)  (см.рис.1,а) измеряемая вели­чина (переменное напряжение) преобразуется дважды, При первом преобразовании датчиком телеизмерений (I) действующее значение переменного напряжения линейно преобразуется в непрерывный (аналоговый) сигнал постоянного тока. Затем на выходе аналого-цифрового преобразователя (2) (АЦП) образуется кодовая комби­нация,, соответствующая величине входного аналога сигнала. Полу­ченная в АЦП двоичная кодовая комбинация (дискретная величина) поступает в шифратор (3) и передатчик (4). Синхронизацию рабо­ты всех блоков КП обеспечивает устройство управления (5), кото­рое совместно с передатчиком преобразует параллельный двоичный код о выхода шифратора в последовательные частотные сигналы, посылаемые в канал связи (6). Передача сообщения осуществляется частотами  F0  и   F1,соответствующими сигналам 0 и 1.

На диспетчерском пункте (ДП) (см.рис.1,б) кодовый сигнал поступает в приемное устройство (7), которое расшифровывает частоты F0   и F1,как логические сигналы 0 и 1, Узел синхрони­зации (8) обеспечивает синхронную работу устройств передающей и приемкой аппаратуры и совместно с дешифратором (9) из сово­купности импульсов,  поступающих из канала связи, выделяет ин­формационные,  производит контроль принятого кода и записывает последовательность 0 и I в регистр сдвига (10). После окончания приема и проверки всей кодовой комбинации информация из регист­ра сдвига параллельным кодом подается на вход ЦАП (11) для пре­образования кодового сигнала в аналоговый. Аналоговый сигнал с выхода ЦАП поступает на индикаторный прибор (12).

Преобразование напряжения из аналоговой формы в дискретную (цифровую) выполняется методом поразрядного уравновешивания. Измеряемая аналоговая величина может принимать 2ⁿ значений (уровней квантования), где квантом является разность между соседними уровнями квантования,  а n - число разрядов кода.

Результат измерения может содержать не целое число квантов. В этом случае истинное значение измеряемой величины,  лежащее между уровнями квантования, округляется до ближайшего уровня.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для по­иска однозначного соответствия аналоговому сигналу цифрового кода. Большинство АЦП состоят из ЦАП, узла сравнения в управле­ния.

ЦАП – функциональный узел, однозначно преобразующий кодо­вые комбинации цифрового сигнала в значение аналогового сигна­ла. Однозначное соответствие между цифровой и аналоговой фор­мой сигнала может быть найдено с помощью выражения

U вых = U эт (х₁ * 2 ^-1 + х₂ * 2 ^-2 + … + х_n * 2 ^-n  )*к

где U вых - напряжение на выходе ЦАП;

U эт  - эталонное напряже­ние;

{х₁, х₂, … , х_n} - цифровой код, при котором х_i (i = 1, 2, … , n) принимает значения 0 или I;

 К   - коэффициент, значение которого определяется схемным решением ЦАП.

3) Определение величины шага квантования, линейности АЦП и погрешности телеизмерений.

3.1 Экспериментально определяем величину q.

U_изм1 = 1mA (0 1 0 1 1 0 0) = 26

U_изм2 = 3mA (0 0 0 0 1 0 1) = 80

q_э = 80 – 26 = 54

q = U_изм1 - U_изм2 / q_э =

3.2 Определим линейность АЦП.

U_изм1 = 0,5mA (1 1 1 1 0 0 0) = 15

U_изм1 = 1,1mA (1 1 1 1 1 0 0) = 31                  q =

U_изм2 =    2mA (1 0 1 0 1 1 0) = 53

U_изм2 = 2,5mA (1 0 1 0 0 0 1) = 69                  q =      

U_изм3 = 3,2mA (1 1 1 0 1 0 1) = 87

U_изм3 = 3,8mA (0 0 1 0 0 1 1) = 100                q =

3.3 Определим погрешность результатов телеизмерений по трём зонам путём сравнения значений в мин., ср. и макс. зонах измерений на КП и ДП.

U_мин = 1mA и 1,05mA           _∆U_изм = 0,05mA

U_ср = 2mA и 2,15mA            _∆U_изм = 0,15mA

U_макс = 3mA и 2,5mA            _∆U_изм = 0,5mA                       

Вывод: с увеличением измеряемой величины, увеличивается погрешность измерений.

4.