Телемеханика Классификация систем телеизмерения
Классификация систем телеизмерения

Системы ТИ можно классифицировать по различным признакам.

По характеру, т.е. по методам с помощью которых передается значение измеряемой величины: импульсные и частотные.

Системы могут быть одноканальными и много канальными.

По методам воспроизведения измеряемой величины системы ТИ делятся на аналоговые и цифровые.

Системы ТИ классифицируются по виду программы, по которой они работают. Подавляющее большинство СТИ работают по жесткой программе, по которой передаются все измеряемые сообщения независимо от того, несут ли они информацию получателю или являются избыточными, не представляющие ценности, загромождающими канал связи.

Частотно - импульсные системы. Частота импульсов пропорциональна измеряемой величине (ЧИМ - частотно-импульсная модуляция).

При ЧИМ если, например, в течение одного периода ТИ (цикла) измеряемая величина с напряжением 50 В передается импульсами постоянной длительности, то напряжение 37 В за это время будет передано 3, 7 импульсами. Обратное преобразование сигналов ЧИМ на приеме осуществляется путем превращения их в постоянный ток, средняя составляющая которого изменяется в зависимости от количества импульсов, проходящих за время Т.

Применяют длинные импульсы, что позволяет пользоваться узкой полосой пропускания.

Преобразователи измеряемой величины в частоту импульсов. Есть 2 способа:

1) воздействуют на вращающийся диск, меняя частоту его вращения, затем создают импульсы, число которых пропорционально частоте вращения;

2) получают постоянный ток (напряжения), пропорциональный измеряемой величине, а затем превращают в последовательность импульсов с частотой, пропорциональной тому току (напряжению).

Преобразования могут быть некомпенсационными (небалансными) и компенсационными (балансными) с отрицательной обратной связью по частоте импульсов.

При измерении очень малых значений датчиками постоянного тока 1 во избежание трудности усиления постоянного тока его превращают сначала в переменный ток (2), который затем усиливают (3) и выпрямляют (4). Полученный постоянный ток воздействует на генератор (5), изменяя частоту импульсов. Блок обратной связи (6) преобразует частоту импульсов в напряжение обратной связи UХ, которое подается на схему сравнения (7).

Другой способ - это бесконтактный фотоэлектрический преобразователь, частота вращения диска пропорциональна измеряемой величине. При вращении диска луч света от лампы, падающий на фотоэлемент ФЭ, прерывается зубцами диска.

В этой схеме вместе с изменением частоты импульсов (при изменении частоты вращения диска) изменяется и длительность импульсов, вследствие чего значение среднего тока будет оставаться постоянным. Чтобы длительность импульсов не изменялась, на выходе схемы ставят формирователи длительности сигнала ФДС. Такая система используется в электросчетчике израсходованной энергии (частично).

Приемники частотно - импульсных систем - частотомеры, преобразующие ЧИМ в напряжение (ток), значение которого определяется частотой сигнала.

Рассмотрим простейший релейно-конденсаторный частотомер.

На вход поляризованного реле Р подается модулированная по частоте последовательность импульсов. При включении реле приходящим импульсом постоянный ток источника питания проходит через конденсатор С1, R2 и прибор Пр (зарядный импульс тока 1). После прекращения импульса и отпускания реле его контакт переключается и ток проходит через резистор R1, конденсатор С2 и прибор Пр (зарядный импульс тока 2), а конденсатор С1 разряжается через резистор R1. Таким образом, один приходящий импульс вызывает двукратное прохождение тока через показывающий прибор, что несколько сглаживает колебания его стрелки. Однако на низких частотах f1 приходящих импульсов средний ток Jср мал и отсчет будет затруднен сильными колебаниями стрелки. Средний ток через прибор равен , для уменьшения стрелки применяют фильтр СфRф.

Применение реле ограничивает частоту переключения величиной 10-15 Гц. Поэтому изменяют транзисторно-конденсаторный частотомер.

В исходящем состоянии С - заряжен. При приходе импульсов, открывающих Т, С разряжается через Т и R2.

Вследствие малого τр=R2С длительность положительного импульса (при разряде) мала. После окончания импульсов на входе Т конденсатор С заряжается через R1 и R2; на R2 создается импульс U2, длительность которого определяется τзар=С(R1+R2). Импульсы напряжения, которые возникают на R2 при заряде и разряде С выпрямляются мостовой схемой и сглаживаются фильтром СфRф. Однако при низких частотах стрелка будет дрожать - это требует больших значений Сф для уменьшения дрожания стрелки прибора.

Времяимпульсные системы. Во времяимпульсных системах меняется либо длительность, либо их местоположение, т.е. ШИМ - широтноимпульсная модуляция или ФИМ - фазоимпульсная модуляция.

ШИМ-системы - погрешность ТИ во времяимпульсных системах образуется за счет искажения фронтов импульсов при передаче их по каналу связи. Приемное устройство измеряет длительность между моментом срабатывания порогового устройства и моментом его отпускания (между точками 1 и 2), т.е. величину τ1, которая в общем случае не равна τ. Из - за непостоянства параметров линии связи, приводящих к изменению амплитуды и формы импульса, а также непостоянства напряжения срабатывания и отпускания порогового устройства величина τ1 изменяется. Это приводят к изменению разности между τ1 и τ, которое заранее при градуировке прибора установить нельзя.

Уменьшение погрешности достигается за счет расширения полосы частот, что увеличивает крутизну фронтов импульсов, и увеличения длительности импульса, приводящий к уменьшению отношения (τ - τ1)/τ. Поэтому для ТИ медленно изменяющихся величин ранее применялись длиннопериодные времяимпульсные системы с периодом следования импульсов от 1 до 60 с.

В других случаях изменяются короткопериодные системы с периодом следования импульсов менее 1с.

Более прогрессивно передавать по каналу связи в случае искажения фронтов информацию в виде двух импульсов. С таким расстоянием между ними, что τ=τиср, что не имеет места при передаче одним импульсом. Однако этот метод требует более широкополосного канала.

Преобразователи измеряемой величины в длительности импульсов. При передаче на один из входов схемы сравнения измеряемой величины U1, а на другой вход - развертывающего пилообразного напряжения U2 в момент их равенства на выходе схемы возникают импульсы. При пересечении напряжения U1 с обратным кодом пилообразного напряжения импульсы возникают строго через определенные интервалы времени. От них происходит отсчет времени (интервалы t1 - t3) появления импульсов 1-3, которое пропорционально амплитуде измеряемой величины, т.е. образуется фазоимпульсная модуляция. Полученные импульсы могут быть преобразованы в широтно-модулированные импульсы.

Приемники времяимпульсных систем осуществляют обратное преобразование импульсов, модулированных по длительности в постоянный ток, и делятся на 2 группы - электромеханические и электрические. Электромеханические применялись в длиннопериодных системах. В электрических приемниках осуществляется измерение среднего тока импульса, как в рассмотренных конденсаторных частотомерах, либо отношения длительности импульса к периоду.