İnformasiya-ölçmə və idarəetmə sistemlərinin sadələşdirilmiş

Referat.

 

Bu sənəd 23  səhifə həcmində izahedici qeydi təşkil edir. İzahedici qeyddə 13 şəkil təqdim edilmişdir, 8 mənbəyindən ədəbiyyat və Internet şəbəkəsindən istifadə edilmişdir.

Bu kurs layihəsində fiziki kəmiyyət vericilərinin informasiya ölçmə və idarəetmə sistemlərinə qoşulma sxemləri verilmişdir. Generator vericilərin informasiya – ölçmə sistemlərinə qoşulma sxemləri verilmişdir. Gərginlik çıxışlı generator vericilərin ölçmə sisteminə qoşulma sxemi sxemləri verilmişdir. Cərəyan çıxışlı generator vericilərin ölçmə sisteminə qoşulma sxemləri verilmişdir. Elektrik yüklənməli generator vericilərin ölçmə sisteminə qoşulma sxemləri verilmişdir. Parametrik vericilərin ölçmə sisteminə qoşulma sxemləri verilmişdir.

İzahedici qeyddən başqa kurs layihəsinin sənədlərinin albomu həmçinin qurğunun struktur və prinsipial sxemlərinin cizgilərini özündə saxlayır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mündəricat

 

Referat............................................................................................................      3

 

Mündəricat.................................................................................................      4

 

1. İnformasiya - ölçmə və idarəetmə sistemlərinin sadələşdirilmiş struktur sxemi..........................................................................................................    5

1. Generator vericilərin informasiya – ölçmə sistemlərinə qoşulma sxemləri......................................................................................................        7

2. Gərginlik çıxışlı generator vericilərin ölçmə sisteminə qoşulma sxemi sxemləri......................................................................................................        8
1. Cərəyan çıxışlı generatorvericilərinölçmə sisteminəqoşulma sxemləri................................................................................................       12
2. Elektrik yüklənməli generator vericilərin ölçmə sisteminə qoşulma sxemləri................................................................................................       14
3. Parametrik vericilərin ölçməsisteminəqoşulma sxemləri....................       17
1. Rezistivvericilərin potensiometrik qoşulma sxemi üzrə ölçmə sisteminə qoşulma sxemi......................................................................................       19

Nəticə.......................................................................................................      22

İstifadə edilmiş ədəbiyyatın siyahısı...............................................................      23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FİZİKİ KƏMİYYƏT VERİCİLƏRİNİN İNFORMASİYA-ÖLÇMƏ VƏ İDARƏETMƏ SİSTEMLƏRİNƏ QOŞULMA SXEMLƏRİ

 

1. İnformasiya-ölçmə və idarəetmə sistemlərinin sadələşdirilmiş

struktur sxemi

 

İnformasiya-ölçmə və idarəetmə sistemlərinin sadələşdirilmiş struktur sxemi şəkil 1.1-də göstərilmişdir.

 

Obyektin ölçülən və idarə edilən parametrləri vericilər vasitəsilə  elektrik siqnalına çevrilir. Bir çox vericilərin çıxış siqnalları  – gərginlik, cərəyan, müqavimət və s. kiçik səviyyəyə  malik olur və yaxud kiçik diapazonlarda dəyişir. Ona görə  də bu siqnalların analoq və yaxud rəqəmli emalını  icra etməzdən əvvəl onları sistemin tələblərinə  uyğunlaşdırmaq lazım gəlir. Bu məqsədlə ölçmə kanalına analoq siqnallar formalaşdırıcıları (ASF) adı altında birləşdirilmiş bir sıra ölçmə dövrələri daxil edilir. ASF-ın icra etdikləri əsas funksiyalara siqnalların gücləndirilməsi, mövcud standartlara uyğunlaşdırılması, süzgəcləndirilməsi, giriş və çıxışına birləşdirilmiş modulların fiziki cəhətdən uzlaşdırılması, qalvanik ayırma, çevirmə  xarakteristikasının xəttiləşdirilməsi və s. daxildir.

Analoq siqnallar formalaşdırılmasının hansı formasının icra edilməsindən asılı olmayaraq sistemin keyfiyyət göstəriciləri vericilərin metroloji xarakteristikalarından – dəqiqlik, həssaslıq, çıxış gərginliyi və cərəyanın səviyyəsi, dreyfi, tam müqaviməti, zaman sabiti, çevirmə xarakteristikasının xəttiliyi və  s.-dən asılıdır.

Vericinin çıxış siqnalı 4÷20 mA səviyyəsində formalaşdırıldıqdan sonra ötürücü vasitəsilə rabitə xəttinə verilir və dispetçer məntəqəsinə ötürülür. Dispetçer məntəqəsində qəbul edilən siqnallar maneələrdən təmizlənmək məqəsdi ilə süzgəclənir, sistemin analoq və rəqəm hissələri bir-birindən qalvanik olaraq ayrılır və digər vacib olan formalaşdırma funksiyaları icra edildikdən sonra analoq rəqəm çeviricisi tərəfindən rəqəmə (koda) çevrilir.

Yüksək inteqrallaşdırma sayəsinə malik olan müasir inteqral sxemlər siqnalların analoq və rəqəm şəklində formalaşdırılmasında mühüm rol oynayır. Xüsusi olaraq ölçmə sistemləri üçün nəzərdə tutulmuş ARÇ modullarının daxilində  çox hallarda proqramlaşdırılan gücləndirmə əmsallı  gücləndiricilər, vericilər üçün cərəyan mənbələri və  bu kimi vacib ölçmə dövrələri yerləşdirilir.

ARÇ-nin çıxışında alınan kod mikrokontrollerdə uyğun proqramlar əsasında emal edilir və ölçülən kəmiyyətin qiyməti öz  ölçü vahidində alınır.

Texnoloji prosesləri idarəetmə sistemlərində əsas kompüterdə bu qiymət obyektdəki texnoloji proses üçün norma kimi qəbul edilmiş qiymətlərlə müqayisə edilir. Hesablanmış qiymət qəbul edilmiş normadan yuxarı və ya aşağı olduqda obyektin parametrinin azaldılması və yaxud yüksəldilməsi haqda qərar qəbul edilir.

Bu qərara uyğun olaraq rəqm-analoq çeviricisinin (RAÇ) girişinə  mikrokontrollerdən kod verilir. RAÇ-ın çıxışında yaranan analoq siqnal idarəetmə kanalı vasitəsilə icra blokuna verilir. Beləliklə obyektin idarə edilən parametri dəyişdirilir, yəni idarə edilir.

Vericilər (sensorlar) girişinə verilən fıziki kəmiyyətləri və yaxud həyəcanlandırıcı siqnalları qəbul edərək onları elektrik siqnalına çevirir. Onlar əlahidde fəaliyyet göstərmir və adəten, inforınasiya – ölçmə və  idrəetmə sistemlərinin əsasını təşkil edirlər.

Vericilər iki böyük qrupa bölünür :

- generator tipli vericilər;

- parametrik vericilər.

Generator tipli vericilər ölçülən kəmiyyətin təsirindən cəreyan, gərginlik, yük, tezlik və s. kimi elektrik siqnalları  generasiya edir. Onlar aktiv vericiler sayılırlar. Aktiv vericilərdə  daha çox termoelektrik, pyezo, foto və elektromaqnit induksiyası  və s. effektlərdən istifadə olunur.

Parametrik vericilərdə isə ölçülən kəmiyyətin təsirindən elektrik, maqnit və optik dövrələrin parametrləri-müqaviməti, induktivliyi, tutumu, işıq selini buraxması və s. dəyişir. Onlar passiv vericilər sayılırlar və fiziki kəmiyyətin qımətini ölçmək üçün uyğun ölçmə dövrələri və qida mənbələri ilə təmin edilirlər. Passiv vericilərdə  aktiv müqavimətin dəyişməsi effektindən (termorezistiv, fotorezistiv, maqnitrezistiv effektlər), dielektrik nüfuzluğunun dəyişməsindən və maddəlardən keçən işığın miqdarının dəyişməsindən və s. daha çox istifadə olunur.

Mikroelektron texnikasının və inteqral texnologiyanın inkişafı  nəticəsində analoq siqnallar formalaşdırıcılarını, analoq-rəqam çeviricilərini, proqramlaşdırılan mikrokontroller modullarını  və s. vericinin daxilində yerləşdirməklə özünükalibrləmə, siqnalların süzgəclənməsi, özünüdiaqnostika, xarakteristikasını  xəttiləşdirmə və s. funksiyaları icra edən  “intellektual vericilər” (“smart sensor”) yaradılmışdır.

Bir neçə inteqral sxemlərdən ibarat olan “intellektual vericinin”  sxemi şəkil l.2-də göstərilmişdir.

Analog Devices firmasının MicroConverter™ məmulatlarında bu sxemdə göstərilən modulların hamısı bir kristalda yerləşdirilmişdir [1].

Göründüyü  kimi bu halda da sistemin əsasını ilkin vericilər-sensorlar təşkil edir.

[1] – Analog Devices – Autex Ltd.

 

 

 

 

 

1. Generator vericilərin informasiya – ölçmə sistemlərinə

qoşulma sxemləri

 

Generator tipli ilkin vericilər kiçik güclü ölçmə qurğularıdır. Fiziki kəmiyyətlərin təsirindən onların çıxışında yaranan siqnallar aşağıda göstərilən diapazonlarda dəyişir [2]:

• gərginlik çıxışlı genetaror vericisi – 10^-6÷10^-10 V;
• cərəyan çıxışlı genetaror vericisi – 10^-6÷10^-15 A;
• elektrik yükü çıxışlı genetaror vericisi – 10^-6÷10^-12 KL;

Vericiləri informasiya ölçmə sistemlərinə (İÖS) qoşarkən bir çox vacib məsələləri həll etmək lazım gəlir:

• qoşulma sxeminin əsaslandırılması və seçilməsi;
• siqnal gücləndiricilərinin seçilməsi;
• həssaslıqla çevirmə xarakteristikasının xəttiliyinin səmərəli nisbətini əldə etmək məqsədi ilə yük müqavimətinin seçilməsi;
• vericinin çıxış siqnalı ilə sintez siqnalların və maneələrin təsirinin maksimal azaldılması;
• vericinin çevirmə xarakteristikasının qeyri xəttiliyiyinin təshih (korreksiya) edilməsi;
• obyektin və ətraf mühitin qeyri – informativ parametrlərinin təsirlərinin maksimal azldılması və s.

Vericilərin informasiya ölçmə sistemlərinə qoşulma sxemlərini təhlil edərkən onların ekvivalent sxemlərindən istifadə edilməsi daha məqsədəuyğun sayılır.

Çıxış siqnallarının təbiətinə uyğun olaraq generator tipli vericilərin informasiya – ölçmə sistemlərinə baxaq.

2. Gərginlik çıxışlı generator vericilərin ölçmə sisteminə

qoşulma sxemi

 

Gərginlik vericisi (GV) ardıcıl birləşdirilmiş U_v elektrik hərəkət qüvvəsi (EHQ) mənbəyi və R_v çıxış müqavimətindən ibarət olann ekvivalent sxem şəklində göstərilir (şəkil 1.3) Qeyd etmək lazımdır ki ümumi halda vericinin çıxış müqaviməti və yük müqaviməti kompleks xarakterli olur. Lakin, əgər bu xüsusi olaraq qeyd edilmirsə, baxılan tezlik diapazonunda onlar aktiv müqavimət xarakterli qəbul edilir. Baxılan sxem üçün

     (1.1)

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Şəlik 1.3 Gərginlik vericisinin ekvivalent sxemi

 

1. İfadəsindən göründüyü kimi U_çıx gərginliyi ilə U_v gərginliyi arasındakı asılılıq qeyri-xəttidir və vericinin həssaslığı yük müqavimətindən asılı olaraq dəyişir.

 

      (1.2)

 

Vericinin çevirmə xarakteristikasının xəttiləşdirilməsi üçün R_yük ˃˃ R_v şərti ödənilməlidir, onda S_v=1 olur:

 

U_çıx= U_v  (1.3)

 

Xəttiləşdirmə  çərtini (R_yük ˃˃ R_v) və vericinin kiçik çıxış müqavimətini təmin etmək üçün bir qayda olaraq əməliyyat gücləndiricisi üzərində yaradılmış gərginlik təkrarlayıcısı rejimində işləyən bufer sxemindən istifadə olunur. Gərginlik vericisinin ƏG əsasında təkrarlayıcı vasitəsilə qoşulma sxemi şəkil 1.4-də göstərilmişdir. Bu şəkildə həmçinin ƏG-nin ekvivalent giriş dövrəsi göstərilmişdir.

 

Məlumdur ki, bu sxem üzrə qoşulma zamanı ƏG-nin giriş müqaviməti alçaq tezliklərdə :

R_gir≡ r_d K₀β      (1.4)

 

Burada r_d- ƏG-nin diferensial giriş müqaviməti, β-əks əlaqə (ƏƏ) dövrəsinin ötürmə əmsalı olub böyük qiymətə malik olur. Baxılan halda 100% - li əks əlaqə göstərilmişdir, yəni β=1 və

R_gir→r_d K₀

ƏG-nin giriş cərəyanlarından yaranan sıfrın sürüşmə gərginliyi U_so kiçiltmək məqsədilə R əksəlaqə dövrəsinə

R_əə=R_v

Müqaviməti daxil edilir.

Məsələn, bipolyar texnologiyada r_d=10⁴Om, K₀=10⁵÷10⁶ olduğunu nəzərə aldıqda hesablamalara görə

R_gir ≥(10⁹÷10¹⁰) Om

 

alınır. Lakin, bipolyar diferensial gücləndiricidə  r_d müqaviməti ƏG-nin r_s=(10⁶÷10⁷) OM qiymətli sinfaz müqavimətlərdə şuntlandığı üçün giriş müqavimətinin (1.4) ifadəsi ilə təyin olunan qiymətini əldə etmək mümkün olmur. Unipolyar texnologiyalar üçün (MOY, KMOY) r_s ≥10¹⁰ və diferensial giriş müqaviməti r_d ≥(10⁹÷10¹⁰) Om olduğundan təkrarlayıcının giriş müqaviməti çox böyük qiymət alır.

Çox hallarda vericilərin U_v siqnallarının ölçülməsi böyük sinfaz E_s (maneə)təşkiledicisinin fonunda yerinə yeririlir. Onun təsirini yox etmək məqsədilə ƏG-nin diferensial qoşulması sxemindən istifadə olunur.(Şəkil 1.4)

 

K₁-birinci girişin çevirmə əmasldır:

 

K₂-ikinci girişin çevirmə əmasldır:

K₁=K₂ olması üçün : şərti ödənilməlidir:

Rəə=R₃,

R₁=R₂,

K₁=K₂=

     (1.5)

 

Göründüyü kimi ideal halda giriş siqnallarında sintez təşkilediciyox olmalıdır. Lakin, bunun baş verməməsinin iki səbəbi məlumdur.

Birincisi ƏG-nin özünün sintez siqnalı xəiflətmə əmaslının (SSZƏ) qiyməti məhduddur. SSZƏ adətən loqarifmik miqyasda verilir:

(1.6)

Burada – diferensial gücləndirmə əmsalı olub,alçaq tezliklərdə K_d=K₀; sinfaz siqnalı gücləndirmə əmsalı olub, K_ss≈10^-4÷10^-5. Real halda ƏG-nin diferensial qoşulma sxemində asimmetriyanın olması səbəbindən, hətta yüksək dəqiqlikli ƏG-də SSZƏ˂100÷120 dB olur. Daha geniş təyinatlı ƏG-ləri üçün adətən SSZƏ=70÷80dB həddində olur.

İkincisi, müqavimətlərin dəqiqliyinin məhdud olması nəticəsində girişləri üzrə  çevirmə əmsalları da bir birinə bərabər olmur (K₁≠K₂) və nəticədə sinfaz maneə siqnalı ƏG-nin təmin etməli olduğundan böyük qiymətdə çıxışa ötürülür. Real halda diferensial sexmeni sinfaz siqnalı çevirmə əmsalı K_ss birinci və ikinci girişlər üzrə çevirmə əmsallarının δK₁ və δK₂ nisbi xətalarına tərs mütənasib olur:

SSZƏ=20lg

 

Bundan başqa diferensial sxemin giriş müqavimətinin böyüdülməsi problemi bir qədər izafilik daxil etməklə quraşdırılmış diferensial kaskadlarla həll edilir. Məsələn, verilmiş gücləndirmə əmsalında iki quraşdırılmış ƏG-dən ibarət olan sxemdən istifadə  edirlər (Şəkil 1.5)

Şəkil 1.5-də  ƏG₁ və ƏG₂ əməliyyat gücləndiriciləri böyük giriş müqavimətli inversləməyən gücləndiricilər rejimində işləyirlər.

R_gir1≈r_dK₀β₁=r_dK₀[R₃/(R₃+R_əə)]

R_gir2≈r_dK₀β₂=r_dK₀[R₁/(R₁+R₂)]

 

 

Əgər, R₁/R₂=R_əə/R₃=m şərti ödənilərsə,

 

U_çıx=(U_gir1-U_gir2)(m+1)=(U_gir1-U_gir2)K

 

Çəkil 1.5-də göstərilən qiymətlər üçün m=99 halında ümumi gücləndirmə əmsalı K=100 alınır. Bu zaman

 

(1.7)

 

Əgər müqavimətlər 0,1% xəta ilə hazırlanarsa SSZƏ≥100dB alınır. SSZƏ qiymətini daha da artırmaq lazım glərəsə, müqavimətlərdən biri, məsələn, R₁ dəyişən müqavimət kimi götürülə bilər.

Mikro elektron texnologiya R₁/R₂=R_əə/R₃=m, və beləliklə, bütün temperatur diapazonunda ümümi gücləndirmə əmsalının qiymətini sabit saxlamağa imkan verir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Cərəyan çıxışlı generator vericilərin ölçmə sisteminə

qoşulma sxemləri

 

Cərəyan vericilərinin ekvivalent sxemi ideal cərəyan mənbəyi İ_v (R_çıx→∞) ilə vericinin çıxış müqavimətini xarakterizə edən R_v aktiv müqavimətinin paralel birləşməsi kimi təqdim edilir (Şəkil 1.6).

Bu sxemdən yük cərəyanının ifadəsi belədir:

 

     (1.8)

 

(1.8) ifadəsindən görünür ki, sxemin çevirmə xarakteristikası  qeyri-xəttidir.

Çevirmə xarakteristikasının xəttiləşdirilməsi məqsədi ilə yük müqaviməıtinin qiyməti vericinin çıxış müqavimətindən xeyli kiçik götürülməlidir:

 

R_yük ˂˂ R_v,            (1.9)

 

bu halda İ_yük=İ_v alınır. Lakin, bu halda çıxış gərginliyi çox kiçik olur U_çıx→0   və onun dəqiq ölçülməsi çətinləşir.

Çıxış siqnalının amplitudunu böyütmək üçün “cərəyan-gərginlik” çeviricisi rejimində işləyən ƏG-dən istifadə edilir (şəkil 1.7).

Bu sxemdə  gərginlik üzrə 100% paralel əks əlaqə təmin edilir, yəni β=1 və

 
     (1.10)

 

K₀=10⁵÷10⁶ həddində olduğundan (1.10) ifadəsində R_gir→0 və U_d=0 olur. Nəticədə,

İ_əə=İ_v

olur. Beləliklə, “cərəyan-gərginlik” çeviricisi qısaqapanmış yük müqaviməti rejimində işləyir. Ona görə dəçıxış gərginliyi və çevirmə əmsalı uyğun olaraq aşağıdakı ifadələrdən təyin edilir:

U_çıx=İ_əə R_əə       (1.11)

 

(1.11) ifadəsinə  görə   (Om)                   (1.12)

(1.12) ifadəsindən göründüyü kimi bu sxemdə çevirmə əmsalı  müqavimət ölçü vahidi ilə ifadə edilir.

Əgər, İ_v=1mkA, R_əə=1Mom olarsa, U=1V unifikasiya olunmuş gərginlik səviyyəsində alınır. Əks əlaqə müqavimətinin qiymətini hədsiz dərəcədə artırmadan bu sxemin çevirmə əmsalını yüksəltmək üçün ƏG-nin əks əlaqə dövrəsinə T-şəkilli körpü qoşulur. Belə sxem şəkil 1.8-də göstərilmişdir.

 

T-körpüdən istifadə  edildikdə çeviricinin çevirmə əmsalı:

 

    (1.13)

 

ifadəsinə uyğun olur.

Əgər, R₁=R₂=10kOm, R₃=0.1kOm qəbul edilərsə, K=10⁶Om alınır. Deməli, qey edilən nominallara uyğun T-körpünün qoşulması ƏG-nin əks əlaqə dövrəsinə meqaomluq müqavimətin qoşulmasına ekvivalent olur. Lakin belə sxemlərdə sıfrı sürüşdürmə gərginliyi çox böyük olduğundan yüksək keyfiyyətli ƏG-dən istifadə edilməsi tələb olunur.

 

 

 

2. Elektrik yüklənməli generator vericilərin ölçmə sisteminə

qoşulma sxemləri

 

Elektrik yüklənməli vericilər (məsələn, pyezoelementlər) kiçik güclü  qyrğular olduğundan ölçmə sistemlərində istifadə  edilərkən, təkcə R_yük müqaviməti deyil, həm də siqnal mənbəyinin C_v daxili impedansı və birləşdirici naqillərin tutumu da daxil olmaqla yük müqavimətinin C_yük tutumu nəzərə alınmalıdır. Elektrik yüklənməli vericinin ekvivalent sxemi  şəkil 1.9-da göstərilmişdir.

Belə  vericiləri çox böyük yük müqaviməti olan sxemlərə qoşular. Yük müqavimətlərinin çox böyük qiymətlərində  (R_yük→∞):