Системы и датчики

Датчики и системы / Sensors & Systems

Информация о журнале

«Датчики и системы» – рецензируемый научно-технический журнал, выходящий в свет 12 раз в год. Учредители журнала: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН; НП «Национальная технологическая палата»; ООО «Сенсидат-Плюс» (редакция). Журнал «Датчики и системы» начал выходить в свет в 1999 г. Сегодня журнал хорошо известен российским и зарубежным специалистам в области информационных технологий и управления, датчиков, средств и приборов автоматизации, информационно-управляющих и измерительных систем, а также ученым, работающим в смежных отраслях науки. В Перечень ВАК РФ журнал был включен в 2003 г., 2010г., и после пересмотра списка журналов ВАК в 2015 г. При формировании содержания каждого номера журнала «Датчики и системы» редколлегия руководствуется исключительно строгим отбором по критериям научной новизны и практической ценности результатов статей, подготавливаемых к публикации на основании положительных и независимых рецензий. Журнал «Датчики и системы» в основном ориентирован на следующие группы специальностей: 05.11.00 – Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы; 05.12.00 – Радиотехника и связь; 05.13.00 – Информатика, вычислительная техника и управление; 05.14.00 – Энергетика; 05.27.00 – Электроника.Публикуемые в журнале статьи посвящены актуальным вопросам теории и практики управления, приборостроения и автоматизации производства, вопросам теории проектирования и создания датчиков на новых физических и технологических принципах, и на их основе – информационно-измерительных и управляющих систем. Отдельные статьи переводятся и публикуются на английском языке в журнале «Automation and Remote Control», входящего в SCOPUS.Журнал оперативно знакомит научно-техническую общественность с новейшими достижениями приборо- и системостроения, полученными ведущими НИИ, научно-производственными объединениями, вузами, зарубежными научно-исследовательскими организациями, высокотехнологическими фирмами, и, несомненно, способствует ускорению научно-технического прогресса в этой области. Журнал распространяется по подписке, а также рассылается в крупнейшие библиотеки страны. Подписной индекс журнала 79363 в каталоге «Роспечать», в объединенном каталоге «Пресса России» – 40874.

Журнал включен в списки БД МБД, zbMATH, Springer, WoS, Scopus

Предметные области журнала

Перейти к списку журналов в этой предметной области

8 Элементы и устройства систем автоматического управления

8.1 Датчики систем автоматики

Общие сведения. Датчиком в системе автоматического контроля и регулирования называют специальное устройство, служащее для преобразования контролируемой или регулируемой величины в выходной сигнал.

Датчик состоит из одного или нескольких элементов (преобразователей). Главным элементом датчика является первичный преобразователь, воспринимающий контролируемую величину и называемый чувствительным элементом. Чувствительные элементы по физическому принципу могут быть электрические, механические, акустические, оптические, тепловые, гидравлические, радиоактивные, электромагнитные и т. п.

Наибольшее распространение в системах автоматики, применяемых в транспортном строительстве, получили датчики, преобразующие неэлектрические величины в электрические, так как выходной сигнал (ток, напряжение) может записываться, передаваться на расстояние и тем самым дистанционно управлять производственным процессом.

Основными характеристиками датчика являются статическая характеристика и чувствительность.

Статическая характеристика датчика отображает функциональную зависимость выходной величины y от входной величины х, т. е.

где y – величина, полученная после преобразования (выходная); х – контролируемая (входная) величина, действующая на датчик.

При плавном изменении выходной величины статическая характеристика датчика представляет собой плавную кривую. При скачкообразном изменении выходной величины статическая характеристика имеет разрывной характер. Такие датчики называют датчиками с релейной характеристикой. По статической характеристике датчика определяют его чувствительность.

Чувствительность датчика показывает степень изменения выходной величины в зависимости от изменения входной:

Так, например, чувствительность термопары показывает степень изменения развиваемой ею термоэлектродвижущей силы при изменении температуры. Наименьшее изменение входной величины, вызывающее заметное изменение выходного сигнала, называют порогом чувствительности датчика.

По выходной величине все электрические датчики разделяются на параметрические и генераторные.

Параметрическим датчиком называют датчик, которых для совей работы требует дополнительного источника питания. Примером такого датчика может служить термометр сопротивления, у которого контролируемая величина – температура – преобразуется в изменение электрического активного сопротивления, а значит, и тока за счет источника питания, включенного в диагональ моста, т. е. к зажимам термометра.

Генераторным датчиком называют датчик, который для своей работы не требует дополнительного источника питания. Примером генераторных датчиков являются: термопара, в которой за счет энергии входной величины (температуры) возникает электродвижущая сила (выходная величина); тахогенератор; пьезодатчики и др.

Датчики выполняют контактными и бесконтактными. Чувствительный элемент в контактных датчиках непосредственно соприкасается с контролируемым объектом, а в бесконтактных не соприкасается. К бесконтактным относятся радиоактивные, ультразвуковые фотоэлектрические и электромагнитные датчики.

При автоматизации существующих и разрабатываемых вновь производственных и строительных процессов в транспортном строительстве, а также при автоматизации строительных и дорожных машин приходится измерять, контролировать и регулировать разнообразные параметры технологических операций, как например, скорости, углы наклона, перемещения, крутящие моменты, уровни, механические напряжения, температуры и т. д., для чего применяют различные датчики.

Датчики перемещения. Потенциометрические (реостатные) датчики применяются для преобразования угловых и линейных перемещений в электрический сигнал. Датчики такого типа (рис. 8.1) представляют собой переменное электрическое сопротивление RП, к концам которого прикладывается напряжение питания U0 .

Рис. 8.1. Схема включения потенциометрического датчика

Выходное напряжение U1 снимается при помощи подвижного контакта (движка) с переменного сопротивления (потенциометра) RП. При линейном или угловом перемещении детали, положение которой контролируется датчиком, контакт (движок) скользит по намотке. Потенциометры работают в схемах с источниками постоянного и переменного тока и широко используются в следящих системах в качестве измерительных элементов. Реостатные датчики выпускаются с проволокой, намотанной на корпус, или реохордного типа. В устройствах автоматики чаще применяется включение их по схеме делителя напряжения.

Тензометрические (проволочные) датчики применяют для преобразования механических напряжений, усилий и деформаций в различных механизмах и конструкциях в электрический сигнал. Наиболее распространены тензодатчики, у которых при внешнем воздействии изменяется активное сопротивление чувствительного элемента. Такие датчики называют тензорезисторами. Наиболее распространенный проволочный датчик (рис. 8.2) состоит из проволоки диаметром от 15 до 60 мк, уложенной зигзагообразно и обклеенной с двух сторон тонкой бумагой. К концам проволоки присоединены выводные проводники для включения датчика в измерительную сеть.

Рис. 8.2. Проволочный тензодатчик:

а – вид при снятом покрытии; б – поперечное сечение; в – конструкция; 1 – выводные провода; 2 – проволока; 3 – подкладка из бумаги или лаковой пленки; 4 – покрытие из бумаги, фетра или лака; 5 – бумажный каркас

Датчики приклеивают к испытуемой детали так, чтобы проволоки воспринимали ее деформации (сжатие или растяжение). В результате изменяется сопротивление проволоки. Тензометрический датчик преобразует весьма малые перемещения (деформации) в электрическое сопротивление. Сопротивление проволоки R зависит от ее длины l, м, и сечения S, м2, т. е.

где ρ – удельное сопротивление проводника, Ом·м.

Изменение длины проволоки Δl , вызванное усилием деформации F , можно определить по формуле:

где Е – модуль упругости металла проволоки.

Тензорезисторы используются и как датчики усилия и веса (в дозаторах и весовых устройствах).

Индуктивные датчики применяются для преобразования в электрический сигнал небольших линейных и угловых перемещений. Принцип действия их основан на изменении индуктивности катушки с магнитопроводом при перемещении якоря. Индуктивные датчики имеют различную конструкцию. На рис. 8.3, а показан индуктивный датчик с воздушным зазором δ, который изменяется при воздействии на якорь измеряемой механической величины P (силы). С изменением зазора изменяется магнитное сопротивление сердечника, а следовательно, и индуктивность катушек. Катушки расположены на сердечнике и включены в цепь переменного тока. Изменение индуктивности катушки вызывает соответствующее изменение тока.

Рис. 8.3. Схема индуктивных датчиков

У индуктивного датчика дифференциального типа (рис. 8.3, б) сердечник расположен между двумя симметричными индукционными катушками. При одинаковых воздушных зазорах δ1 и δ2 индуктивные сопротивления обмоток L1 и L2 равны, и в измерительном приборе ток не возникает. При перемещении сердечника индуктивные сопротивления катушек становятся различными, что вызывает отклонение стрелки прибора.

Подвижной сердечник индуктивного датчика плунжерного типа (рис. 8.3, в) воспринимает перемещение от контролируемого объекта, для чего он помещен внутрь симметрично расположенных катушек, включенных в мостовую схему. При перемещении сердечника равновесие измерительного моста нарушается, а в его диагонали появляется ток, зависящий от величины перемещения сердечника относительно нейтрального положения.

Индуктивный поворотный трансформаторный датчик (рис. 8.3, г) имеет две обмотки. Первичная обмотка W1 питается от источника переменного тока. Вторичная обмотка W2 поворачивается на некоторый угол α при угловом перемещении контролируемой детали. При повороте обмотки W2 изменяется взаимоиндукция обмоток и, следовательно, величина вторичной э. д. с. (Uвых).

Преимуществом индуктивных датчиков являются простота и надежность устройства, отсутствие подвижных контактов, возможность использования переменного тока промышленной частоты и возможность непосредственного включения измерительного прибора. Данные обстоятельства способствуют широкому их распространению в промышленности.

Емкостные датчики преобразуют механические перемещения в измерения электрической емкости, т. е. изменяют емкостное сопротивление:

где f – частота источника питания; С – емкость.

Емкостные датчики, как и индуктивные, работают на переменном токе, только в отличие от индуктивных в большинстве случаев они работают на частоте выше 1 кГц.

Значение емкости можно регулировать изменением зазораδ , площади S и выбором материала диэлектрика (диэлектрической постоянной е). Емкостные датчики могут иметь различную конструкцию. В одних датчиках пластины конденсатора сдвигаются и раздвигаются (рис. 8.4, а), в других они выполнены в виде пластин и взаимно поворачиваются (рис. 8.4, б); у других цилиндры смещаются один параллельно другому (рис. 8.4, в) или между двумя неподвижными пластинами конденсатора перемещается третья (рис. 8.4, г).

Рис. 8.4. Схемы емкостных датчиков

Последняя конструкция представляет собой дифференциальный емкостный датчик. При перемещении средней пластины емкость конденсатора изменяется. Емкостные датчики обладают высокой чувствительностью, а отсутствие электрических контактов обеспечивает их надежную работу. Однако эти датчики в автоматике получили небольшое распространение, так как имеют серьезные недостатки. В частности, они непригодны для работы на низких частотах и требуют специального высокочастотного генератора. Схемы с емкостными датчиками сложны в регулировке и неудобны в эксплуатации, так как они чувствительны к посторонним электрическим полям и паразитным емкостям.

Электроконтактные (электромеханические) датчики предназначены для управления электроприводами механизмов и машин, а также для ограничения перемещения (в частности, аварийного) различных частей механизмов. К датчикам такого рода относятся путевые (конечные) выключатели, которые приводятся в действие движущимися элементами машин и механизмов.

Путевые выключатели оснащены различными наборами групп подвижных контактов. По характеру действия механизма на подвижные контакты различают выключатели простого и мгновенного действия, а по виду возвратной характеристики – выключатели с самовозвратом и без самовозврата. Наибольшее распространение в системах автоматики строительных машин и механизмов получили путевые выключатели серии ВК и микропереключатели.

К электроконтактным датчикам можно отнести различные модификации ртутных переключателей поворотного типа. Они представляют собой частично заполненный ртутью стеклянный сосуд с впаянными электрическими контактами. В определенных положениях контакты соединяются через ртуть и замыкают электрическую цепь. При повороте стеклянного сосуда в другое положение ртуть переливается и контакты размыкаются. Получаемые при этом электрические сигналы могут быть использованы для управления исполнительными механизмами.

Следует отметить, что в настоящее время ртутные выключатели находят все меньшее применение, так как в условиях вибрации дают ложные срабатывания.

Бесконтактные датчики и концевые выключатели получили большое распространение в системах автоматизации строительных машин и механизмов. Эти приборы состоят из следующих функциональных элементов: металлической пластины (или детали механизма) – воздействующего (контролирующего) элемента, преобразователя (генератора) перемещений контролируемого элемента в электрический сигнал и электрической схемы релейного действия для получения выходного сигнала дискретной формы.

Рассмотрим работу указанных элементов на примере схемы датчика типа БК-А-5-0 (рис. 8.5). Преобразователь представляет собой схему генератора, выполненного на транзисторе VT1. Катушки обратной связи его L1 и L2 образуют чувствительный элемент, взаимодействующий с перемещаемой металлической деталью контролируемого механизма или с закрепленной на ней металлической пластиной – экраном. Если экран отсутствует, то генератор возбуждается, его колебания с обмотки L3 выпрямляются диодом VD1 и сглаживаются конденсатором С4. Образованный сигнал постоянного тока усиливается двухкаскадным усилителем с релейной характеристикой на транзисторах VT2 и VT3, причем транзистор VT2 открыт, а транзистор VT3 закрыт. Нагрузкой, включаемой между шиной на 12 или 24 В и коллектором транзистора VT3, может быть обмотка реле, логический элемент и т. д. В случае нахождения между катушками металлического экрана колебания генератора прекращаются, транзистор VT2 закрывается, а VT3 открывается, обеспечивая появление напряжения на нагрузке.

Рис. 8.5. Принципиальная схема бесконтактных датчиков и выключателей

Все разновидности выпускаемых бесконтактных датчиков и выключателей могут быть сведены к двум типам. Датчик со щелевым чувствительным элементом (рис. 8.6) отличается большой точностью и быстродействием, однако сравнительно сложен. Датчик с плокостным чувствительным элементом (рис. 4.12) более прост по конструкции и удобен в эксплуатации, но имеет несколько худшие показатели по точности и быстродействию.

Рис. 8.6. Габаритные размеры и схема внешних соединений датчиков типов БК и БК-А

Рис. 8.7. Путевой выключатель КВП-8 с плоским чувствительным элементом

В датчиках первого типа металлический экран проходит в щели между катушками чувствительного элемента, в датчиках второго типа экран установлен около катушек с определенным зазором.

По назначению датчики и выключатели по классификации НПО «ВНИИстройдормаш» можно разделить на три основные группы:

датчики, встраиваемые в измерительные приборы, например весовые головки (датчики БК, БК-А, БК-5-0), указатели уровня сыпучих материалов, сигнализаторы наличия материалов на ленте транспортера, щуповые датчики систем, автоматика автогрейдеров и асфальтоукладчиков (типа БК-А), бесконтактные манометры (датчики типа БК-0) и др.;

выключатели, устанавливаемые на исполнительных механизмах машин и оборудования, например затворах дозаторов бетоносмесителей (выключатели типов КВД-3 и КВД-6), для контроля положения камерных насосов пневмотранспорта цемента и положения передней заслонки и задней стенки ковша скрепера (выключатели типов КВП-8 и КВП-16) и др.;

выключатели для контроля положения транспортных средств, например, на передвижных складах цемента, на мачтовых подъемниках (выключатели типа КВД-100) и др.

Бесконтактные датчики и конечные выключатели обеспечивают высокую надежность и долговечность автоматизированных систем управления строительно-дорожными машинами и оборудованием на предприятиях строительной индустрии.

Датчики скорости. Одним из наиболее распространенных датчиков скорости является тахогенератор, который представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее механическое вращение в электрический сигнал. Тахогенераторы используются как электрические датчики угловой скорости и работают как обычные маломощные электрические машины в режиме генератора для выработки напряжения, пропорционального частоте вращения. В зависимости от конструкции и соответственно выходного напряжения тахогенераторы подразделяются тахогенераторы постоянного и переменного тока с независимым возбуждением. Вал тахогенератора соединяется с валом, частоту вращения которого необходимо замерить или контролировать. Выходное напряжение, снимаемое с его щелок, пропорционально частоте вращения вала. При изменении направления вращения меняется полярность напряжения.

Тахогенераторы широко применяют в схемах автоматического управления электроприводами конвейеров, дозаторов непрерывного действия и при выполнении различных измерений.

Датчики усилий. Преобразование измеряемых усилий в электрическое напряжение производится датчиками усилий, которые подразделяются на магнитоупругие, пьезоэлектрические, емкостные, индуктивные, тензометрические и др.

Температурные датчики. Способность тел изменять физические свойства при воздействии на них температуры положена в основу конструкции температурных преобразователей. При изготовлении температурных датчиков используют такие физические явления, как тепловое расширение тел (биметаллы), появление термоэлектродвижущей силы (термопары), изменение электропроводимости проводников и давление газов при нагреве.

В электрических термометрах сопротивления использовано свойство чистых металлов и полупроводниковых материалов изменять омическое сопротивление в зависимости от температуры.

Термопара представляет собой спай двух разнородных проводников. Принцип действия термопары основан на свойстве некоторых металлов и сплавов создавать э.д.с. при нагревании места их соединения (спая); по величине э.д.с. можно судить о температуре нагрева спая.

В манометрических термометрах использовано свойство заключенных в закрытый сосуд газов, которые при изменении температуры изменяют давление на его стенки.

Фотоэлектрические датчики. Датчики этого вида преобразуют световую энергию в электрическую. Они выпускаются трех типов: с внутренним, внешним и вентильным фотоэффектом. Если под действием света освободившиеся электроны остаются в веществе (металле, полупроводнике), повышая его электропроводность, то фотоэффект называют внутренним. К датчикам с внутренним фотоэффектом относятся фотосопротивления.

Датчики с внешним фотоэффектом, называемые фотоэлементами, используют способность металлов испускать поток электронов (фототок) под действием света.

Датчики с вентильным фотоэффектом, у которых фотоэлементы выполняют вакуумными и газонаполненными, не требуют источника электрического тока: при освещении светочувствительный слой создает электродвижущую силу, величина которой пропорциональна степени освещения, т.е. электроны из слоя освещенного вещества переходят в слой другого неосвещенного вещества.

Радиоактивные датчики. В устройстве радиоактивных датчиков использована способность радиоактивных лучей в определенной степени проникать в исследуемый материал или контролируемый объект. Радиоактивный датчик состоит из источника излучения и приемника – индуктора.

Акустические датчики. В устройстве акустических датчиков использован принцип измерения величины затухания упругих колебаний или времени прохождения ими определенного участка пути в измеряемой среде.

Вращающиеся трансформаторы. Вращающимся трансформатором называют индукционную электрическую машину, служащую для получения выходного напряжения в виде вполне определенной функции от угла поворота ротора.

Датчики. Актуальные технологии и применения датчиков автомобильных систем активной безопасности. Часть 1. Новые технологии и применения датчиков автомобильных систем помощи водителю

Заказать этот номер

2006 №8

В данной статье рассказывается о современных технологиях активной автомобильной безопасности — наиболее быстроразвивающегося сегмента рынка автомобильных датчиков и систем на их основе.

Все статьи цикла:

Введение

Совсем недавно, в XX веке и на рубеже тысячелетия, автомобильная безопасность ассоциировалась обычно только с пассивными системами защиты пассажиров при авариях, которые включали подушки безопасности и пристяжные ремни для уменьшения риска или серьезности травм. Это направление остается важнейшим в сфере обеспечения безопасности, но в ХХI веке пассивные системы все более дополняются активными системами безопасности, известными, например, как АБС, ESP, TPMS, ACC, LWD, LKA, LCA. Активные системы помогают избегать аварий за счет предупреждения водителя об опасной ситуации или частичного или полного вмешательства в управление автомобилем посредством осуществления интеллектуальных функций, выполняя их быстрее и качественнее, чем высококвалифицированный водитель. В критических ситуациях вождения активные системы помогают водителю в управлении, поэтому многие из них получили название систем помощи водителю (СПВ), или Driver Assistance System (DAS).

Развитие технологий датчиков и микроконтроллеров приблизили распространение интеллектуальных систем безопасности, к которым относятся системы помощи водителю. Современные интеллектуальные ИС датчиков позволяют комбинировать сенсорные функции с обработкой сигнала и выполнять предварительное преобразование данных, что снижает нагрузку на централизованную систему и значительно снижает ее цену.

В своем стремлении обеспечить конкурентноспособность своих автомобилей автомобильные производители поддерживают передовые сенсорные технологии, закладывая их в свои автомобили верхнего рыночного сегмента, вслед за чем они мигрируют в большинство стандартных автомобилей среднего ценового класса и распространяются повсеместно.

Как известно, системы автомобильной безопасности — крупнейший сегмент рынка для сбыта датчиков инерции: акселерометров и гироскопов, датчиков положения пассажиров и скорости колес, обнаружения внешних и внутренних объектов и давления накачки шин [1]. Наиболее быстрорастущий сектор рынка датчиков в этом сегменте — это системы предотвращения или предупреждения аварий, включающие датчики давления шин и систем помощи водителю.

Помимо широко известных АБС, ESP и TPMS, новые технологии систем помощи водителю включают обеспечение безопасного шоссейного движения автомобиля, помощь в различных дорожных условиях — плотного трафика, остановках и стартах при заторах, различных условиях освещенности, при парковке и смене полосы. С этой целью используются радарные, лазерные, ультразвуковые датчики, видеодатчики, тепловые камеры, а также датчики дождя, света и цвета [2–6].

Датчики систем помощи водителю — сферы применения радаров, лидаров, сканеров, камер и других типов датчиков

Основные системы помощи водителю включают (рис. 1):

Системы переднего обозрения:

Адаптивный круиз-контроль (ACC) (рис. 1а–г), включая расширенные функции:

полноскоростной ACC (до полной остановки скорости 0 км/ч);
двигателем и торможения для завершения остановки и старта в условиях затора;
помощь в удержании автомобиля на выбранной полосе Lane Keeping Support (LKS).

Обнаружение, предотвращение или смягчений аварий (например, система поддержки водителя при риске фронтальной аварии Bosch): адаптивное торможение и активация пассивных систем безопасности, предупреждение водителя, максимальное полное торможение (рис. 1д–е).
Обнаружение и защита пешеходов (рис. 1ж).
Системы мониторинга полосы и предупреждения о непреднамеренном уходе с полосы Lane Departure Warning (LDW) systems (рис. 1г, з).

Обнаружение дорожных знаков, мониторинг скоростных ограничений (рис. 1и).
Системы заднего зрения:

помощь при парковке: нахождение подходящего места и сопровождение парковки (рис. 1к–л);
помощь при заднем ходе, предотвращение столкновений (рис. 1л);
обнаружение сзади идущих транспортных средств.

Помощь в преднамеренном уходе с полосы Lane Change Assistant (LCA).
Мониторинг критических точек blind spot боковыми, угловыми и задними камерами (рис. 1м).
Системы ночного зрения и в условиях плохой видимости (рис. 1н).
Мониторинг интерьера автомобиля (рис. 1о):

распознавание и классификация пассажиров;
обнаружение детского сиденья;
обнаружение детского сиденья;

Рис. 1. Технологии автомобильных систем помощи водителю а — иллюстрация работы полноскоростного адаптивного круиз-контроля Continental; б — модуль ACC Continental, основанный на лидарах; в — основные датчики систем помощи водителю Bosch: радар, видеодатчик, ультразвуковой датчик; г — комбинация видеодатчиков и радаров полноскоростного ACC Bosch для наблюдения объектов и полосы; д, е — система поддержки водителя в случае предсказывания фронтальной аварии Predictive Safety Systems (PPS) Bosch: д — иллюстрация принципа работы; е— основные компоненты PPS; ж — иллюстрация концепции защиты пешеходов от SiemensVDO; з — принцип удержания автомобиля в выбранной полосе с помощью камер (иллюстрация Continental); и — обнаружение дорожных знаков (графический материал Melexis); к — дисплейная индикация работы системы поиска подходящего места для парковки SiemensVDO; л — защита от ударов о препятствия при парковке с системой Bosch Parkpilot; м — мониторинг критических точек blind spot (иллюстрация Valeo Raytheon); н — система ночного зрения Siemens VDO; о — обнаружение и наблюдение положения пассажиров (иллюстрация Melexis); п — тепловые камеры MLX90247 Melexis для наблюдения положения пассажиров и применения в системах зрения в плохих условиях видимости

Адаптивный круиз-контроль (ACC) представляет собой систему контроля расстояния до впереди идущего транспортного средства, основанную на функциях обычного круизконтроля, сводившихся к поддержке постоянной скорости управляемого автомобиля. Увеличивающаяся плотность трафика в урбанизированных регионах делает невозможной езду на постоянной скорости в течение длительного времени — водителю пришлось бы слишком часто отвлекаться на установку новых значений скорости, если какой-то впереди идущий автомобиль ускоряется, замедляется, сходит с полосы, или новый автомобиль входит на полосу.

Адаптивный круиз-контроль решает проблемы обычного круиз-контроля: необходимо установить желаемую скорость езды в пределах 0–200 км/ч (в полноскоростном варианте), при этом ACC будет поддерживать безопасное расстояние до впереди идущего автомобиля. Если другой автомобиль войдет на выбранную полосу движения, управляемая машина автоматически замедляется, если впереди идущий автомобиль уходит с полосы, управляемый автомобиль увеличивает скорость до значения, установленного водителем.

Наиболее важный компонент ACC— датчик расстояния или радар расстояния, который измеряет расстояние и относительную скорость транспортных средств, идущих впереди управляемого автомобиля, и отслеживает машины, следующие по выбранной полосе. Дополнительная входная информация ACC поступает от датчика скорости автомобиля и датчика угловой скорости yaw rate sensor. ECU по сигналам от ACC или датчика расстояния определяет параметры двигателя и контролирует положение дроссельной заслонки.

Датчики расстояния реагируют на изменения в дорожных условиях и сокращение расстояния до впереди идущей машины значительно быстрее, чем водитель; по сигналам этих датчиков система управления, например, автоматически прикладывает торможение для предотвращения столкновений или осуществляет другие функции. ACC Continental в подобных ситуациях автоматически уменьшает крутящий момент двигателя или прикладывает торможение с усилием в 0,3 g, а если этого оказывается недостаточно, подает предупреждающий сигнал водителю о необходимости торможения.

Коммуникация датчика расстояния с модулем ACC и другими автомобильными системными компонентами осуществляется обычно по шине CAN.

Датчики расстояния могут быть как радарами, так и лидарами.

Рис. 2. Автомобильные датчики расстояний — радары диапазона более 100 м для ACC и лидары а— радар Continental для автомобилей Mersedes S-Class ; б— ACC Continental, основанный на радарах; в, г— радар ACC Bosch; в— внешний вид; г— модульные компоненты ACC Bosch — датчик-радар и электронный блок; д— 77-гигагерцовый 3-лучевой радар Tyco Electronics; е— миллиметровый радарный датчик Mitsubishi; ж— Precrach sensor (Closing velocity) Continental — лазерная микрооптическая система для обнаружения препятствий (в том числе пешеходов), детектирования расстояния и дифференциальной скорости; з— лидары компании Omron Automotive; и— лидар ACC Hella; к— принцип работы лидара ACC Hella; л— новое семейство инфракрасных датчиков Continental Automotive Systems

Radar, или Radio Detection and Ranging, излучает электромагнитные волны на объект и получает сигнал — эхо, по времени возвращения которого рассчитывается расстояние до объекта. Радары характеризуются дальностью действия, широкой областью обзора, высоким разрешением, способностью работать в сложных погодных условиях. Вследствие своей высокой цены радары обычно применяются в автомобилях верхнего рыночного сегмента. Например, автомобиль Mersedes S-Class с 1999 года использует радар компании Continental (рис. 2а, б), в новых автомобилях Ford Galaxy и S-MAX предлагается Forewarn Smart Cruise Control Delphi с радарами. Стандартная дальность действия радара ACC дальнего действия с рабочей частотой 77 ГГц— более 120–150 м (до 200 м), (например, радара Bosch, показанного на рис. 2в, г).

С конца 2004 года Continental серийно выпускает радары с тремя лучами. Третье поколение датчиков основано на многолучевом подходе, что ведет к повышению разрешения и захвата как короткого, так и длинного диапазона.

Система ACC Elesys использует миллиметровый волновой радар Millimeter Wave Radar (MWR), рабочая частота MWR датчика — 76 ГГц. Частота радара Tyco Electronics (рис. 2д) — 77 ГГц, дальность действия — 150 м. Компания Mitsubishi Electric разрабатывает миллиметровый радар, работающий на частоте 76,5 ГГц, с максимальным диапазоном детектирования до 120 м и разрешением в 1км/ч (рис. 2е). Относительная скорость 100–200 км/ч.

Преимущество радаров над лидарами состоит в том, что первые в теории не подвержены влиянию осадков и обладают большей надежностью.

Лидар — датчик, полностью аналогичный радару, за исключением того, что вместо радиоволн применяется инфракрасный лазерный луч, за счет чего обеспечивается стоимостная эффективность. Лидары выпускаются и используются, например, компаниями Continental, Omron Automotive, Hella (рис. 2ж–л, 1б). Как и радары, лидары характеризуются дальностью (150–200 м), широкой областью обзора, высокой точностью (1%), разрешением (0, 1м), значительной устойчивостью к загрязнениям и условиям освещения.

Принцип оптоэлектронной измерительной технологии под названием Light Detecting And Ranging (LIDAR) представляет собой форму измерения расстояния, согласно которой определяется время, необходимое для полета лазерного луча до цели и обратно. Передается короткий световой инфракрасный импульс, отраженный импульс регистрируется посредством электронного блока. Например, система Hella для оценки ситуации использует 16 лучей (рис. 2к). Затем производится ранжирование — вычисление расстояния, скорости и относительного положения транспортного средства, идущего впереди управляемого автомобиля, который автоматически адаптируется к условиям трафика, используя торможение или изменяя параметры управления двигателем [2].

Компания Continental Automotive Systems одновременно с радарами разработала новое семейство инфракрасных датчиков (рис. 2л).

Другие входные переменные ACC — скорость управляемого транспортного средства, радиус кривой, определяемый посредством датчиков скорости колес, угол поворота руля, боковое ускорение или угловая скорость рыскания. Модуль ACC в соответствии с входной информацией управляет двигателем, тормозами и автоматической коробкой передач и другими системами. ACC компании Bosch, например, определяет курс автомобиля при помощи датчика yaw-rate и угла поворота руля, а также (автоматически) — до какого автомобиля поддерживать дистанцию.

В будущем востребованы системы, которые обеспечат водителю еще большее удобство в управлении и гарантию большей безопасности. Автомобильные применения требуют надежных, прочных и быстрых датчиков с высоким разрешением, способных работать в любых окружающих условиях.

Относительно новое направление в системах адаптивного круиз-контроля — комбинирование датчиков короткого и длинного диапазонов.

Благодаря использованию датчиков короткого диапазона в новых системах стало возможным реализовывать замедление автомобиля вплоть до полной остановки, а не до 30 км/ч, как осуществлялось в ранних системах ACC Continental или Bosch.

Рис. 3. Примеры автомобильных датчиков и систем короткого диапазона — 24-гигагерцовые радары а— радарная система полноскоростного ACC Continental; б— радар короткого диапазона (до 20 м) Macom (Tyco Electronics); в— многолучевой радар Valeo диапазона 0,5–60 м; г— ACC c 24-гигагерцовой технологией Hella для детектирования диапазона до 120 м; д— радарная система помощи при смене полосы Lane Change Assistant (LCA) Hella

Дополнительно к датчику расстояния, новая система ACC Continental, выпуск которой начат в 2005 году, включает два 24-гигагерцовых датчика близости короткого диапазона, которые могут обеспечить полную остановку автомобиля, если это необходимо, и удерживать его на месте, поддерживая давление тормозов (рис. 3а). Система будет определять любое движение впереди стоящего (идущего) автомобиля и вырабатывать предупреждающий сигнал для водителя. Для возобновления движения водитель может использовать акселератор или ручную кнопку (расширенная функция ACC Stop&Go).

Когда автомобиль достигает полной остановки, реализуется другой удобный признак ACC Continental: давление в тормозной системе поддерживается, обеспечивая удержание автомобиля в надежном положении даже на возвышенности без вмешательства водителя. Осуществление данной функции реализуется, сопровождаемое индикацией сообщения на приборной панели, и продолжается до получения информации о намерении водителя прервать ее выполнение или до момента изменения условий трафика.

Continental и далее развивает данную функцию для случаев остановки на возвышенности, обеспечивая водителю помощь при старте. Дополнительный признак, напоминающий hill-holder, предлагаемый в автомобилях Студебеккер в 1960-х, позволяет при остановке на наклонах предотвратить движение машины назад. Датчики скорости колеса и направления обнаруживают любое движение назад. Давление в тормозном цилиндре поддерживается на необходимом уровне даже после того, как педаль тормоза будет отпущена водителем, и гарантирует, что машина остается на месте. Как только водитель приложит газ, тормоз будет отпущен автоматически, без привлечения внимания к этому со стороны водителя при смене педалей [4].

Другая функция безопасности, разработанная и реализованная Continental, использует датчики ACC для снижения расстояний при остановках и предотвращения аварий или смягчения ударов до 50%. Она доступна даже при отключении модуля ACC. В случае если датчики короткого диапазона определяют критическое расстояние до впереди идущего (стоящего) транспортного средства, давление в тормозной системе усиливается и полная мощность торможения прикладывается с высокой скоростью. Эта функция особенно актуальна для малых автомобилей.

Компания Macom (Tyco Electronics) разработала 24-гигагерцовый радар (рис. 3б), который детектирует объекты на расстояниях до 20 м, компания Valeo Raytheon выпускает многолучевой радар для AСС, функционирующий в диапазоне 0,5–60 м (рис. 3в). Первоначальное применение этого датчика, как ACC, так и системы помощи при смене полосы LCA Hella (рис. 3г–д), предполагалось для мониторинга критических точек blind spot, а затем распространилось на осуществление функции Stop&Go.

Рис. 4. Автомобильный лазерный сканер Alasca систем ACC Hella а— внешний вид; б— принцип сканирования объектов датчиком Alasca; в— конструкция и принцип действия датчика

Для того чтобы осуществить расширение ACC до анализа ситуаций заторов, Hella использует в системах ACC лазерные сканеры Alasca (рис. 4а–в), которые позволяют с высокой точностью обнаруживать объекты в коротком и среднем диапазоне. В этих ситуациях необходимо наблюдать окружающее пространство вплоть до нескольких сантиметров, даже при полной остановке управляемого автомобиля [2].

Вращающийся инфракрасный (IR) луч позволяет определить контуры объектов, окружающих автомобиль. Данные, получаемые посредством измерения времени полета луча, позволяют обнаруживать и классифицировать объекты, расстояние, скорость, направление и ускорение объектов и, при необходимости, прикладывать торможение или активизировать системы управления двигателем.

Принцип действия датчика проиллюстрирован рис. 4в. IR-диод-трансмиттер генерирует короткий световой импульс, вращающееся зеркало передает луч на цель. Фотодиод получает луч, отраженный от цели. По времени полета рассчитывается расстояние до объекта. Угловой энкодер на приводе зеркала поставляет информацию об угловом разрешении. Затем производится дальнейшее вычисление скорости объекта и ускорения.

Диапазон детектирования датчика ограничивается выбором места для его инсталляции. При этом вертикальное расхождение луча адаптируется к углу продольного крена машины, так чтобы гарантировать обнаружение машин на переднем плане даже при условии вертикального перемещения автомобиля.

Существуют различные применения этого датчика — для реализации расширенного признака полноскоростного ACC, функции Stop and Go (помощи при остановке и старте, например, при заторах), обнаружения пешеходов или помощи при парковке.

Bosch в полноскоростном ACC применяет комбинацию радаров дальнего действия с видеокамерами (рис. 1в–г). Видеодатчики способны детектировать переменную область обзора — от нескольких сантиметров до 80 м и более, крупные и малые объекты, такие как автомобили, препятствия, пешеходы, дорожные знаки, разметка полосы, предоставляя для обработки черно-белую или цветную информацию.

Bosch разрабатывает ACC как часть системы предсказывания фронтальных аварийных ситуаций Predictive Safety Systems (PPS) (рис. 1д–е), которая использует радары ACC и видеодатчики для инициирования соответствующих мер безопасности. Система PPS осуществляет профилактические функции защиты пассажиров, если авария неизбежна, и помощи водителю — для избежания возможных столкновений посредством активного вмешательства в работу автомобильных систем.

Рис. 5. Датчики и системы помощи при парковке автомобиля а— камера заднего вида Hella; б— показ траектории парковки с системой Hella на дисплее со вставленными искусственными линиями; в— ультразвуковой датчик Bosch для систем помощи парковки; г— система Parking Assistant от Bosch c ультразвуковыми датчиками и лазерным сканером для тестирования функциональности системы; д— ультразвуковой датчик Mitsubishi; е— ультразвуковая система парковки Valeo 4-го поколения

Датчики короткого диапазона удобно применять при парковке автомобиля (рис. 5). Область непосредственно за транспортным средством не видна водителю. Взгляд через плечо или зеркала заднего вида недостаточно эффективен при движении назад и парковке.

Hella разработала систему камер заднего вида, которая позволяет водителю видеть препятствия с широким углом обзора вплоть до заднего бампера (рис. 5а–б). С этой целью камера, размещенная в задней области автомобиля, посылает видеоданные в управляющий блок, который воссоздает и корректирует изображение, искаженное чрезвычайно широкой линзой угла и предсказывает при помощи вспомогательных линий, разнесенных на ширину машины, путь колес с данным углом рулевого управления (рис. 5б). Вспомогательные линии позволяют оценить расстояние, сравнить размер автомобиля с местом для парковки и выбрать оптимальный угол поворота руля. Водитель видит изображение на дисплее независимо от внешних световых условий. Камера требует мало места и мало весит, что позволяет без труда интегрировать ее в заднюю часть автомобиля так, чтобы обеспечивалась защита от загрязнений. Массовое производство камер начнется, согласно плану, в 2006 году. Предусмотрена возможность интегрирования функций как передних, так и задних камер в один контрольный блок. Алгоритмы обнаружения объектов могут быть разработаны для будущих поколений, которые обеспечивают водителю помощь в обнаружении задних объектов.

Системы помощи Parking Aid и Parking Assistant при парковке Bosch — это системы помощи водителю, основанные на ультразвуковых датчиках (рис. 5в–г). Принцип действия основывается на излучении ультразвуковой волны и получение сигнала — эха, отраженного от препятствия, по времени полета которого вычисляется расстояние. При парковке или низкоскоростном маневрировании ультразвуковые датчики измеряют расстояния до 3 м между автомобилем и препятствием, о котором водителя информирует спикер или оптический сигнал. В системе SiemensVDO выводится, например, сообщение на дисплее (рис. 1к). Дальнейшее усовершенствование системы парковки Parking Assistant состоит в подаче инструкций водителю в отношении прикладываемого угла рулевого управления.

Аналогичные системы помощи при парковке с ультразвуковыми датчиками разработали компании Mitsubishi (рис. 5д) и Valeo (рис. 5е).

Continental разрабатывает систему парковки как расширенную функцию полноскоростного ACC, которая применяет радарную систему с рабочей частотой в 24 ГГц (рис. 3а) и дополнительными ультразвуковыми датчиками, автоматически прикладывая торможение для предотвращения столкновений с препятствиями во время низкоскоростных маневров. В случае адаптации к условиям трафика помощь при парковке задействует системы управления двигателем и торможения.

Для облегчения парковки Continental разработала концепцию применения интеллектуального рулевого управления Intelligent Power Assisted Steering (IPAS) в сочетании с датчиками расстояния короткого диапазона. В отличие от обычного гидравлического рулевого управления и обычных систем EPS с электрическим двигателем, IPAS способна, используя информацию от датчиков, контролировать прикладываемую к рулевому управлению мощность — гораздо раньше, чем это может сделать водитель, существенно повышая маневренность автомобиля. В случае проблем с работой IPAS электрический двигатель отключается автоматически, и система переходит в обычный режим.

Функциональность IPAS полезна как в течение низкоскоростного маневрирования, так и в течение высокоскоростной езды. Например, если машина идет юзом на повороте, IPAS способна автоматически скорректировать ситуацию, выполняя основные функции системы контроля динамики автомобиля-Electronic Stability Program (ESP), Electronic Stability Control (ESC).

Рис. 6. Система контроля динамики автомобиля ESP Bosch а — функциональность и компоненты системы ESP Bosch: 1 — ESP — гидравлический блок с интегрированным ECU, 2 – датчики скорости колеса, 3 — датчик угла поворота руля, 4 — датчик курса yaw rate sensor с интегрированным датчиком ускорения, 5 — ECU (управление двигателем) — для коммуникации; б — внешний вид основных компонентов системы ESP Bosch — гидравлический блок, датчики скорости колес, угла поворота руля, угловой скорости курса и ускорения; в, г — ESC II Continental — первая система с вмешательством рулевого управления; в — внешний вид; г — функциональность и основные компоненты системы: 1 — гидравлический блок ECU с датчиками для контроля давления МК60Е, МК25Е, 2 — блок активации с вакуумным усилителем, 3 — датчик рулевого колеса, 4 — датчик скорости колес, 5 — интерфейс с управлением Drivetrain, 6 — опционно: переменные амортизаторы, 7 — интерфейс с активным рулевым управлением, 8 — датчик yaw rate и боковой акселерометр (сенсорный кластер); д— сенсорный кластер систем ESC Continental — датчик курса с интегрированным датчиком бокового ускорения

Используя информацию от четырех датчиков скорости колеса, датчика угла поворота руля и датчика курса машины yaw rate sensor с интегрированным датчиком ускорения, система ESP Bosch, основным исполнительным компонентом которой является гидравлический блок с прикрепленным электронным контрольным блоком, способна определять критические ситуации вождения и помогать водителю удерживать управление автомобилем (рис. 6а–б). ESP Bosch использует модульные датчики рулевого колеса LWS5 Bosch, полезность которых состоит также и в применении для адаптивной корректировки освещения или в системе Parking Assistant.

Полноскоростной Full-Speed-Range-ACC по определению может только выполнять автоматическое торможение, тогда как IPAS корректирует и рулевое управление. Новые системы ACC, например, от Bosch, включают эти расширенные функции — возможность определения курса автомобиля при помощи датчика угловой скорости изменения курса и угла поворота руля.

Continental последовательно реализует новые функции систем IPAS и ESAS (Electric Steer Assisted Steering), интегрированные в ESC II (ESP II), которые применяются на транспортных средствах, выпущенных в 2006 году (рис. 6в, г).

В комбинации с датчиками ACC короткого диапазона, камерами и ESP могут быть реализованы многие расширенные функции идентификации полосы, наблюдения транспортных средств и трафика на параллельных полосах, сзади идущих и обгоняющих автомобилей, так же как и функция Stop&Go в ситуациях заторов. Для того чтобы осуществлять одновременный мониторинг полосы, автомобилей и объектов, окружающих автомобиль, широко используются видеодатчики — передние, боковые, угловые и задние камеры (рис. 7), а также радары короткого диапазона.

Рис. 7. Видеодатчики — камеры для применения в системах ACC, LDW и других функций а— CMOS— камера Continental для наблюдения полосы LKS и смены полосы (LCA); б— LDW — камера Hella; в— применение видеодатчиков Bosch для мониторинга полосы и в системах ночного видения; г— иллюстрация повышенных требований к качеству изображения автомобильных камер, возможному с инновационной технологией видеодатчиков Bosch: 1 —нелинейная КМОП-технология, 2 —обычная видеотехнология

Одно из новых направлений будущих разработок — слияние данных LDW и ACC.

Автономные системы предупреждения ухода с полосы Lane Departure Warning (LDW) systems осуществляют мониторинг курса полосы — ширины, кривизны поворота, и положения автомобиля относительно дороги как отклонения углового курса автомобиля от курса полосы и ее середины (рис. 1г, з). Непреднамеренный уход с полосы вследствие отвлечения или невнимательности водителя — одна из наиболее частых причин шоссейных аварий. Предупреждающий сигнал может быть выполнен даже ранее непреднамеренного ухода с полосы, что позволяет водителю вовремя среагировать на ситуацию и снизить риск аварии, с одновременной автоматической активацией систем торможения и рулевого управления.

IPAS от Continental включает функцию Lane Keeping Support (LKS), которая использует камеры для определения непреднамеренного ухода с полосы (рис. 7а). Система сигнализирует водителю посредством вибрации в рулевом колесе и осуществляет рекомендации по удержанию в безопасном курсе. При изменении полосы, если водитель игнорирует машину, находящуюся в точке blind spot (рис. 1м), или быстро приближающуюся машину, активируется функция Lane Departure Warning (LDW), генерирующая вибрации, буксирующие импульсы и акустический сигнал.

Следующий шаг LKS — активное удержание автомобиля в пределах полосы за счет вмешательства в рулевое управление.

Помощь при смене полосы Lane Changing Assistant (LCA) — это функция управления продольным перемещением автомобиля, объединенная с рулевым управлением, поэтому она включает функции ACC и LKS.

В системах LDW, LCA важную роль играет как аппаратно-программная часть системы, так и дизайн сканирующих систем — радаров или оптических камер и освещения.

Камеры в автономных системах LDW применяет также Hella (рис. 7б).

Система lane change assistant (LCA) Hella (рис. 3д) для обнаружения сзади идущих и смежных автомобилей использует два радарных датчика, работающих на 24 ГГц. Постоянное наблюдение смежных полос движения обеспечивает водителю поддержку во время обгона или маневров с изменением полосы движения на шоссе. Критические ситуации индицируются водителю оптическими и акустическими предупреждающими сигналами. Объекты в точках blind spot, невидимых для водителя автомобиля с зеркалами заднего вида, также обнаруживаются. Сенсорные технологии радаров гарантируют, что система независима от темноты, загрязнений, сложных погодных условий. Это позволяет выполнить инсталляцию на бамперах или задних фонарях. Диапазон до 50 м гарантирует, что водитель будет предупрежден ранее, чем возникнет объект. Коммуникация LCA осуществляется по шине CAN. Hella применяет в LCA частотно-модулированную радарную систему FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Дальнейшие применения LCA включают:

помощь при парковке;
ACC (Stop&Go);
предотвращение аварий/смягчение столкновений.

Для применения в системах LDW, LCA цифровых камер (рис. 7а–г) и получения визуальной информации необходимо хорошо структурировать и различать окружение, что позволяет сделать технология КМОП, которую использует подавляющее большинство современных автомобильных камер — благодаря встроенной интеллектуальности датчиков изображений и электронного блока ЦОС [5, 6].

Камеры, закрепленные, например, в области ветрового стекла, должны адекватно оценивать дорожные условия — как на расстояниях до 50–80 м от автомобиля, так и вблизи: потеря входной информации для автомобильной безопасности критична. К автомобильным камерам, в отличие от обычных, помимо требований высокой скорости обновления (частоты кадров) и гибкости предоставления информации водителю (зуммирование, кадрирование), предъявляются повышенные требования (рис. 7в–г):

способность функционировать в сложных условиях эксплуатации, различных в зависимости от погоды и освещенности;
соответствие автомобильным стандартам в отношении требуемых характеристик динамического диапазона (120 дб), чувствительности, спектральной полосы (включая диапазон, близкий к инфракрасному);
автоматическое распознавание объектов в любых условиях сцены: интенсивности и направления освещенности, длин волн, скорости движения объекта;
высокая надежность и соответствие стандартам безопасности, большой срок службы;
стоимостная эффективность, доступность элементной базы в массовых объемах по низкой цене.

Для адаптации информации, полученной с помощью камер, к различным условиям освещения, а также для реализации ряда специальных функций, например, корректировки подсветки дисплеев и индикации цветов применяются датчики дождя/света (цвета) (рис. 8).

Рис. 8. Датчики дождя и света для контроля работы стеклоочистителей: а — конструкция и принцип действия датчика дождя и окружающего света Bosch; б — датчик дождя и света Hella, интегрированный в зеркало заднего вида; в, г — датчик дождя, света и солнца Hella, интегрируемый в зеркало вместе с камерой LDW (г); д — датчик дождя/света/туннеля Valeo; е — принцип работы датчика: характеристики: инфракрасный и видимый свет повышает надежность системы; режим Stand-by с малым энергопотреблением (

7 Системы автоматического контроля технологических параметров

Технологические параметры, объекты систем автоматического контроля. Понятия датчика и преобразователя. Преобразователи перемещения. Дифференциальные и мостовые схемы подключения датчиков. Датчики физических величин - температуры, давления, механических усилий.Контроль уровней сред. Классификация и схемы уровнемеров. Методы контроля расходов жидких сред. Расходомеры переменного уровня и переменного перепада давления. Ротаметры. Электромагнитные расходомеры. Реализация расходомеров и область применения.Способы контроля плотности суспензий. Маномет-рический, весовой и радиоизотопный плотномеры. Контроль вязкости и состава суспензий. Автоматические гранулометры, анализаторы. Влагомеры продуктов обогащения.

7.1 Общая характеристика систем контроля. Датчики и преобразователи

В основе автоматического управления — непрерывное и точное измерение входных и выходных технологических параметров процесса обогащения.

Следует различать основные выходные параметры процесса (или конкретной машины), характеризующие конечную цель процесса, например, качественно-количественные показатели продуктов переработки, и промежуточные (косвенные) технологические параметры, определяющие условия протекания процесса, режимы работы оборудования. Например, для процесса обогащения угля в отсадочной машине, основными выходными параметрами могут быть выход и зольность выпускаемых продуктов. В тоже время на указанные показатели влияет ряд промежуточных факторов, например, высота и разрыхленность постели в отсадочной машине.

Кроме того, существует ряд параметров, характеризующих техническое состояние технологического оборудования. Например, температура подшипников технологических механизмов; параметры централизованной жидкой смазки подшипников; состояние перегрузочных узлов и элементов поточно-транспортных систем; наличие материала на ленте конвейера; присутствие металлических предметов на ленте конвейера, уровни материала и пульпы в емкостях; длительность работы и время простоев технологических механизмов и т.д.

Особую трудность вызывает автоматический оперативный контроль технологических параметров, определяющих характеристику сырья и продуктов обогащения, таких как зольность, вещественный состав руды, степень раскрытия минеральных зерен, гранулометрический и фракционный состав материалов, степень окисленности поверхности зерен и пр. Данные показатели или контролируются с недостаточной точностью или не контролируются совсем.

Большое число физических и химических величин, определяющих режимы процессов переработки сырья, контролируется с достаточной точностью. К ним можно отнести плотность и ионный состав пульпы, объемные и массовые расходы технологических потоков, реагентов, топлива, воздуха; уровни продуктов в машинах и аппаратах, температура среды, давление и разряжение в аппаратах, влажность продуктов и т.д.

Таким образом, многообразие технологических параметров, их важность при управлении процессами обогащения требуют разработки надежно действующих систем контроля, где оперативное измерение физико-химических величин основано на самых различных принципах.

Нужно отметить, что надежность работы систем контроля параметров в основном определяет работоспособность систем автоматического управления процессами.

Системы автоматического контроля служат основным источником информации при управлении производством, в том числе в АСР и АСУТП.

Датчики и преобразователи

Основным элементом систем автоматического контроля, который определяет надежность и работоспособность всей системы, является датчик, непосредственно контактирующий с контролируемой средой.

Датчиком называется элемент автоматики, осуществляющий преобразование контролируемого параметра в сигнал, пригодный для ввода его в систему контроля или управления.

Типовая система автоматического контроля в общем случае включает первичный измерительный преобразователь (датчик), вторичный преобразователь, линию передачи информации (сигнала) и регистрирующий прибор (рис. 7.1). Зачастую система контроля имеет только чувствительный элемент, преобразователь, линию передачи информации и вторичный (регистрирующий) прибор.

Датчик, как правило, содержит чувствительный элемент, воспринимающий величину измеряемого параметра, а в некоторых случаях и преобразующий ее в сигнал, удобный для дистанционной передачи на регистрирующий прибор, а при необходимости – в систему регулирования.

Примером чувствительного элемента может быть мембрана дифференциального манометра, измеряющего разность давлений на объекте. Перемещение мембраны, вызванное усилием от разности давлений, преобразуется с помощью дополнительного элемента (преобразователь) в электрический сигнал, который легко передается на регистратор.

Другой пример датчика – термопара, где совмещены функции чувствительного элемента и преобразователя, так как на холодных концах термопары возникает электрический сигнал, пропорциональный измеряемой температуры.

Подробнее о датчиках конкретных параметров будет изложено ниже.

Преобразователи классифицируются на однородные и неоднородные. Первые имеют одинаковые по физической природе входную и выходную величину. Например, усилители, трансформаторы, выпрямители – преобразуют электрические величины в электрические с другими параметрами.

Среди неоднородных самую большую группу составляют преобразователи неэлектрических величин в электрические (термопары, терморезисторы, тензометрические датчики, пьезоэлементы и пр.).

По виду выходной величины данные преобразователи подразделяются на две группы: генераторные, имеющие на выходе активную электрическую величину – ЭДС и параметрические – с пассивной выходной величиной в виде R, L или С.

Преобразователи перемещения. Наибольшее распространение получили параметрические преобразователи механического перемещения. К ним относятся R (резисторные), L (индуктивные) и С (емкостные) преобразователи. Данные элементы изменяют пропорционально входному перемещению выходную величину: электрическое сопротивление R, индуктивность L и емкость С (рис. 7.2).

Индуктивный преобразователь может быть выполнен в виде катушки с отводом от средней точки и перемещающимся внутри плунжером (сердечником).

Рассматриваемые преобразователи обычно подключаются к системам контроля с помощью мостовых схем. В одно из плеч моста (рис. 7.3 а) подключается преобразователь перемещения. Тогда выходное напряжение (Uвых), снимаемое с вершин моста А-В, будет изменяться при перемещении рабочего элемента преобразователя и может быть оценено выражением:

(7.1)

Напряжение питания моста (Uпит) может быть постоянного (при Zi=Ri) или переменного (при Zi =1/(Cω) или Zi =Lω) тока с частотой ω.

В мостовую схему с R элементами могут подключаться терморезисторы, тензо- и фоторезисторы, т.е. преобразователи выходной сигнал которых – изменение активного сопротивления R.

Широко применяемый индуктивный преобразователь обычно подключается к мостовой схеме переменного тока, образованной трансформатором (рис. 7.3 б). Выходное напряжение в этом случае выделяется на резисторе R, включенном в диагональ моста.

Особую группу составляют широко применяемые индукционные преобразователи - дифференциально-трансформаторные и ферро-динамические (рис. 7.4). Это – генераторные преобразователи.

Выходной сигнал (Uвых) данных преобразователей формируется в виде напряжения переменного тока, что исключает необходимость применения мостовых схем и дополнительных преобразователей.

Дифференциальный принцип формирования выходного сигнала в трансформаторном преобразователе (рис. 6.4 а) основан использовании двух вторичных обмоток, включенных навстречу друг другу. Здесь выходной сигнал – векторная разница напряжений, возникающих во вторичных обмотках при подаче напряжения питания Uпит, при этом выходное напряжение несет две информации: абсолютное значение напряжения – о величине перемещения плунжера, а фаза – направление его перемещения:

Ūвых = Ū1 – Ū2 = kХвх,

где k – коэффициент пропорциональности;

Хвх – входной сигнал (перемещение плунжера).

Дифференциальный принцип формирования выходного сигнала увеличивает чувствительность преобразователя в два раза, так как при перемещении плунжера, например, вверх, растет напряжение в верхней обмотке (Ū1) из-за роста коэффициента трансформации, на столько же снижается напряжение в нижней обмотке (Ū2).

Дифференциально-трансформаторные преобразователи получили широкое распространение в системах контроля и регулирования благодаря своей надежности и простоты. Их размещают в первичных и вторичных приборах измерения давления, расхода, уровней и пр.

Более сложными является ферродинамические преобразователи (ПФ) угловых перемещений (рис. 7.4 б и 7.5).

Здесь в воздушном зазоре магнитопровода (1) помещен цилиндрический сердечник (2) с обмоткой в виде рамки. Сердечник установлен с помощью кернов и может поворачиваться на небольшой угол αвх в пределах ± 20о. На обмотку возбуждения преобразователя (w1) подается переменное напряжение 12 – 60 В, в результате чего возникает магнитный поток, пересекающий площадь рамки (5). В ее обмотке индуцируется ток, напряжение которого (Ūвых) при прочих равных условиях пропорционально углу поворота рамки (αвх), а фаза напряжения изменяется при повороте рамки в ту или иную сторону от нейтрального положения (параллельно магнитному потоку).

Статические характеристики преобразователей ПФ показаны на рис. 7.6.

Характеристику 1 имеет преобразователь без включенной обмотки смещения (Wсм). Если нулевое значение выходного сигнала нужно получить не в среднем, а в одном из крайних положений рамки, следует включить обмотку смещения последовательно с рамкой.

В этом случае выходной сигнал – сумма напряжений снимаемых с рамки и обмотки смещения, чему соответствует характеристика 2 или 2', если изменить подключение обмотки смещения на противофазное.

Важным свойством ферродинамического преобразователя является возможность изменения крутизны характеристики. Это достигается изменением величины воздушного зазора (δ) между неподвижным (3) и подвижным (4) плунжерами магнитопровода, ввинчивая или вывинчивая последний.

Рассмотренные свойства преобразователей ПФ используют при построении относительно сложных систем регулирования с выполнением простейших вычислительных операция.

Общепромышленные датчики физических величин.

Эффективность процессов обогащения во многом зависит от технологических режимов, которые в свою очередь определяются значениями параметров, влияющих на эти процессы. Многообразие обогатительных процессов обуславливает большое количество технологических параметров, требующих своего контроля. Для контроля некоторых физических величин достаточно иметь стандартный датчик с вторичным прибором (например, термопара - автоматический потенциометр), для других необходимы дополнительные устройства и преобразователи (плотномеры, расходомеры, золомеры и пр.).

Среди большого количества промышленных датчиков можно выделить датчики, широко применяемые в различных отраслях промышленности в качестве самостоятельных источников информации и как составные элементы более сложных датчиков.

В данном подразделе рассмотрим наиболее простые общепромышленные датчики физических величин.

Датчики температуры. Контроль тепловых режимов работы котлоагрегатов, сушильных установок, некоторых узлов трения машин позволяет получить важную информацию, необходимую для управления работой указанных объектов.

Манометрические термометры. Данное устройство включает в себя чувствительный элемент (термобаллон) и показывающий прибор, соединенных капиллярной трубкой и заполненных рабочим веществом. Принцип действия основан на изменении давления рабочего вещества в замкнутой системе термометра в зависимости от температуры.

В зависимости от агрегатного состояния рабочего вещества различают жидкостные (ртуть, ксилол, спирты), газовые (азот, гелий) и паровые (насыщенный пар низкокипящей жидкости) манометрические термометры.

Давление рабочего вещества фиксируется манометрическим элементом – трубчатой пружиной, раскручивающейся при повышении давления в замкнутой системе.

В зависимости от вида рабочего вещества термометра пределы измерения температуры составляют от – 50о до +1300оС. Приборы могут оснащаться сигнальными контактами, записывающим устройством.

Терморезисторы (термосопротивления). Принцип действия основан на свойстве металлов или полупроводников (термисторы) изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Эта зависимость для терморезисторов имеет вид:

, (7.2)

где R0 – сопротивление проводника при Т0=2930К;

αТ – температурный коэффициент сопротивления

Чувствительные металлические элементы изготавливают в виде проволочных катушек или спиралей в основном из двух металлов – меди (для низких температур – до 180оС) и платины (от -250о до 1300оС), помещенных в металлический защитный кожух.

Для регистрации контролируемой температуры терморезистор, как первичный датчик, подключается к автоматическому мосту переменного тока (вторичный прибор), данный вопрос будет рассмотрен ниже.

В динамическом отношении терморезисторы можно представить апериодическим звеном первого порядка с передаточной функцией W(p)=k/(Tp+1), если же постоянная времени датчика (Т) значительно меньше постоянной времени объекта регулирования (контроля), допустимо принимать данный элемент как пропорциональное звено.

Термопары. Для измерения температур в больших диапазонах и свыше 1000оС обычно применяют термоэлектрические термометры (термопары).

Принцип действия термопар основан на эффекте возникновения ЭДС постоянного тока на свободных (холодных) концах двух разнородных спаянных проводников (горячий спай) при условии, что температура холодных концов отличается от температуры спая. Величина ЭДС пропорциональна разности этих температур, а величина и диапазон измеряемых температур зависит от материала электродов. Электроды с нанизанными на них фарфоровыми бусами помещаются в защитную арматуру.

Подключение термопар к регистрирующему прибору производится специальными термоэлектродными проводами. В качестве регистрирующего прибора может использоваться милливольтметр с определенной градуировкой или автоматический мост постоянного тока (потенциометр).

При расчете систем регулирования термопары могут представляться, как и терморезисторы, апериодическим звеном первого порядка или пропорциональным.

Промышленность выпускает различные типы термопар (табл. 7.1).

Таблица 7.1 Характеристика термопар

Тип	Сочетание электродов (сплавы, металл)	Пределы измерения оС
ТХК	Хромель-копель	- 50 - 600
ТХА	Хромель-алюмель	0 – 1000
ТПП	Платинородий-платина	0 - 1600
ТВМ	Вольфрам-молибден	0 - 2000

Датчики давления. Датчики давления (разряжения) и перепада давления получили самое широкое применение в горно-обогатительной отрасли, как общепромышленные датчики, так и в качестве составных элементов более сложных систем контроля таких параметров, как плотность пульп, расход сред, уровень жидких сред, вязкость суспензии и п.п.

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами или напоромерами, для измерения вакуумметрического давления (ниже атмосферного, разряжение) – вакуумметрами или тягомерами, для одновременного измерения избыточного и вакуумметрического давления - мановакуумметрами или тягонапорометрами.

Наибольшее распространение получили датчики пружинного типа (деформационные) с упругими чувствительными элементами в виде манометрической пружины (рис. 7.7 а), гибкой мембраны (рис. 7.7 б) и гибкого сильфона.

Для передачи показаний на регистрирующий прибор в манометрах может быть встроен преобразователь перемещения. На рисунке показаны индукционно-трансформаторные преобразователи (2), плунжеры которых связаны с чувствительными элементами (1 и 2).

Приборы для измерения разности двух давлений (перепада) называются дифференциальными манометрами или дифманометрами (рис. 7.8). Здесь давление воздействует на чувствительный элемент с двух сторон, эти приборы имеют два входных штуцера для подачи большего (+Р) и меньшего (-Р) давления.

Дифманометры можно разделить на две основные группы: жидкостные и пружинные. По виду чувствительного элемента среди пружинных наиболее распространены мембранные (рис. 7.8а), сильфонные (рис.7.8 б), среди жидкостных - колокольные (рис. 7.8 в).

Мембранный блок (рис. 7.8 а) обычно заполняется дистиллированной водой.

Колокольные дифманометры, у которых чувствительным элементом является колокол, частично погруженный вверх дном в трансформаторное масло, являются наиболее чувствительными. Они применяются для измерения небольших перепадов давления в пределах 0 – 400 Па, например, для контроля разряжения в топках сушильных и котельных установок

Рассмотренные дифманометры относятся к бесшкальным, регистрация контролируемого параметра осуществляется вторичными приборами, на которые поступает электрический сигнал от соответствующих преобразователей перемещения.

Датчики механических усилий. К этим датчикам относятся датчики, содержащие упругий элемент и преобразователь перемещения, тензометрические, пьезоэлектрические и ряд других (рис. 7.9).

Принцип работы данных датчиков ясен из рисунка. Отметим, что датчик с упругим элементом может работать с вторичным прибором – компенсатором переменного тока, тензометрический датчик – с мостом переменного тока, пьезометрический – с мостом постоянного тока. Подробнее этот вопрос будет изложен в последующих разделах.

Тензометрический датчик представляет собой подложку на которую наклеено несколько витков тонкого провода (специальный сплав), либо металлической фольги как показано на рис. 7.9б. Датчик наклеивается на чувствительный элемент, воспринимающий нагрузку F, с ориентацией длинной оси датчика по линии действия контролируемой силы. Этим элементом может быть любая конструкция, находящаяся под воздействием силы F и работающая в пределах упругой деформации. Этой же деформации подвергается и тензодатчик, при этом проводник датчика удлиняется либо сокращается по длинной оси его установки. Последнее приводит к изменению его омического сопротивления по известной из электротехники формуле R=ρl/S.

Добавим здесь, что рассмотренные датчики могут быть использованы при контроле производительности ленточных конвейеров (рис.7.10 а), измерении массы транспортных средств (автомобилей, железнодорожных вагонов, рис. 7.10 б), массы материала в бункерах и пр.

Оценка производительности конвейера основана на взвешивании определенного участка нагруженной материалом ленты при постоянной скорости ее движения. Вертикальное перемещение весовой платформы (2), установленной на упругих связях, вызванное массой материала на ленте, передается на плунжер индукционно-трансформаторного преобразователя (ИТП), который формирует информацию на вторичный прибор (Uвых).

Для взвешивания железнодорожных вагонов, груженых автомобилей весовая платформа (4) опирается на тензометрические блоки (5), представляющие собой металлические опоры с наклеенными тензометрическими датчиками, которые испытывают упругую деформацию, зависящую от массы объекта взвешивания.

Датчики и микроконтроллеры. Часть 1. Матчасть

В эпоху готовых отладочных плат и тысяч готовых модулей к ним, где достаточно взять пару блоков, соединить их вместе, и получить нужный результат, далеко не каждый понимает основы схемотехники, почему и как это работает, а главное — что надо делать, если это работает не так. Как раз открылся хаб Схемотехника, так что, как говорил Бьюфорд Бешеный Пёс ТанненЗдание суда уже строят, значит, пора кого-то вешать. В этом цикле я расскажу о датчиках — как о немаловажном элементе системы управления неким объектом или тех. процессом. Все свое повествование я буду вести касаемо практических вопросов реализации цифровых систем управления на базе микроконтроллеров. Руководство не претендует на всеобщий обхват вопроса. Хотя после того, как мой конспект перелез за 20 страниц текста, я решил разбить статью на следующие части:

Часть 1. Мат. часть. В ней мы рассмотрим датчик, не привязанный к какому-то конкретному измеряемому параметру. Рассмотрим передаточные функции и динамические характеристики датчика, разберемся с его возможными подключениями.
Часть 2. Датчики климат-контроля. В ней я рассмотрю особенности работы с датчиками температуры, влажности, давления и газового состава
Часть 3. Датчики электрических величин. В ней я коснусь измерения тока и напряжения

Введение

В системе управления технологической установкой снятие текущих показаний некоторой величины — температуры, влажности, давления, уровня жидкости, напряжения, тока и проч. осуществляется с помощью датчиков — устройств и механизмов, предназначенных для преобразования сигнала внешнего воздействия в форму, понятную системе управления. Например, датчик влажности генерирует электрический сигнал, пропорциональный текущему значению влажности воздуха. Как правило, датчики используются не сами по себе, а входят в состав системы управления, обеспечивая сигнал обратной связи.

Рисунок 1. Типовая схема замкнутой системы регулирования На рисунке 1 представлена типовая схема системы регулирования. Имеется сигнал задания Xз, который сравнивается с сигналом на выходе, получаемым с помощью датчика, имеющего передаточную функцию Wд(p). Ошибка управления подается на регулятор, который, в свою очередь, формирует сигнал управления исполнительным узлом, формирующим выходной сигнал Y.[1] Простой пример — центробежный регулятор частоты вращения двигателя, где датчиком является платформа с шарами, которая, вращаясь, устанавливает то или иное положение топливной рейки. Заслонка, управляемая этой рейкой, регулирует количество топлива, подаваемое на двигатель. Сигналом задания будет являться требуемое значение скорости.

1.1 Классификация датчиков

Классификация датчиков очень разнообразна. Приведу лишь ее часть исходя из [4]. Все датчики делятся на два основных класса:

Пассивные, которые не нуждаются во внешнем источнике электроэнергии, и в ответ на входное воздействие генерируют электрический сигнал. Примерами таких датчиков являются термопары, фотодиоды и пьезоэлектрические чувствительные элементы.
Активные, которые требуют для своей работы внешний сигнал, называемой сигналом возбуждения. Поскольку, такие датчики меняют свои характеристики в ответ на изменение внешних сигналов, их называют параметрическими. Примерами активных датчиков являются терморезисторы, сопротивление которых можно вычислить путем пропускания через них электрического тока.

Следует отметить, что в литературе встречается и альтернативный вариант классификации, когда Генераторные датчики определяются как Активные, а Параметрические — как Пассивные. Здесь и далее я руководствуюсь вариантом согласно справочнику Фарйдена. Другим важным критерием для нас является выбор точки отсчета данных. Таким образом датчики бывают

Абсолютные, измеряемое значение физической величины которых не зависит от условий измерения и внешней среды.
Относительные, когда выходной сигнал такого датчика в каждом конкретном случае трактуется по разному.

Ярким примером опять является терморезистор, сопротивление которого напрямую зависит только от температуры измеряемого объекта, и термопара, выходное напряжение которой зависит от разности температур между горячим и холодным концами. При разработке радиоэлектронного оборудования важным фактором характеристик датчика также является характер выходного сигнала.

Аналоговые датчики на выходе имеют непрерывный выходной сигнал, для снятия которого необходимо использовать аналого-цифровой преобразователь, после чего необходимо произвести преобразования значения АЦП в формат измеряемой величины.
Цифровые датчики, информация с которых снимается с помощью различных цифровых интерфейсов. Как правило, информация доступна непосредственно в формате измеряемой величины и не требует проведения дополнительных преобразований.
Дискретные датчики, имеющие только два варианта сигнала на выходе канала датчика — лог 0. и лог. 1. Примером такого датчика является конечный выключатель, имеющий состояния замкнут и незамкнут. Дискретный датчик может иметь несколько выходных каналов, каждый из которых находится в одном из двух состояний. Например, 12-разрядный абсолютный датчик положения.
Импульсные датчики, формирующие импульсы выходного сигнала, амплитуда или длительность которых зависит от измеряемой величины. Например, инкрементальный датчик положения формирует на выходе код Грея. При этом, чем выше частота вращения вала датчика, тем большая частота сигнала будет на выходе, что позволит с высокой точностью определить частоту вращения вала.

2 Характеристики датчиков

Большинство датчиков имеют сложную процедуру преобразования измеряемой величины в электрический сигнал. Например, в тензорезисторном датчике давления измеряемая величина воздействует на чувствительный элемент, изменяя его сопротивление. После подачи сигнала возбуждения, падение напряжения на резисторе позволит косвенно определить его сопротивление и, на основании зависимости сопротивления от давления, вычислить измеряемую величину. Для разработчика датчик представляет собой черный ящик с известными соотношениями сигналов между входами и выходами.

2.1 Диапазон измеряемых и выходных значений

Диапазон измеряемых значений показывает, какое максимальное значение входного сигнала датчик может преобразовать в выходной электрический сигнал, не выходя за пределы установленных погрешностей. Данные цифры всегда приводятся в спецификации на датчик, одновременно отображая возможную точность измерений в том или иной диапазоне. Следует понимать, что одни датчики при подаче входного сигнала больше максимальных значений просто войдут в насыщение и будут возвращать неверные данные. Другие же датчики (например датчики температуры) могут выйти из строя. В дальнейшем, для каждого типа датчика будут даны свои рекомендации.

Диапазон выходных значений датчика — это минимальное и максимальное напряжение, которое датчик способен выдать при минимальном и максимальном внешнем воздействии. Так как мы рассматриваем датчики, преобразующие входной сигнал в электрический, то диапазон выходных значений датчика будет определяться в вырабатываемом им напряжении, или пропускаемом через него токе. Одной из наших задач при подключении датчика будет согласование выходного диапазона датчика со входным диапазоном измерительного тракта.

2.2 Передаточная функция — статические и динамические характеристики

При работе с датчиком требуется знать соотношение уровней сигналов на входе и выходе. Отношение Wд(p) = Y(p)/X(p) в операторном виде является передаточной функцией датчика и однозначно определяет характеристики датчика в статике и динамике. Уравнение Y(p) = Wд(p)*X(p) в реальной плоскости, т.е. функция Y = f(x) будет являться статической характеристикой Статическая характеристика может быть линейно и будет определяться как:

(1)

Где a – наклон прямой, определяемый чувствительностью датчика и b – постоянная составляющая(т.е. уровень выходного сигнала при отсутствии сигнала на входе)

Рисунок 2. Линейная зависимость Помимо датчиков с линейной зависимостью, могут быть датчики с логарифмической зависимостью, с уравнением вида

(2)

Экспоненциальной:

(3)

Или степенной:

(4)

Где k – постоянное число. Существуют датчики с более сложной характеристикой. Но на то есть документация. Однако, передаточная функция раскрывает и то, какими свойствами обладает датчик в динамике, т. е. насколько быстро и точно отрабатывает датчик выходной сигнал при быстром изменении входной величины. Практически каждый реальный датчик имеет в себе накопитель энергии — конденсатор, массу и т. п. Рассмотрим поведение датчика, динамические характеристики которого описываются уравнением первого порядка:

(5)

В теории автоматического управления существует два тестовых входных сигнала. Это единичная функция — подача в нулевой момент времени единицы, и дельта-функция — подача сигнала бесконечной амплитуды и бесконечно малой длительности.

Рисунок 3. Единичная и дельта функции Безынерционный, то бишь идеальный датчик в точности повторит форму входного сигнала. Реальный датчик, описанный формулой (5) выдаст следующую реакцию:

Рисунок 4. Реакция апериодического звена первого порядка на тестовые сигналы

Следует отметить, что значение на выходе датчика будет соответствовать поданному на входе только после завершения переходного процесса, которое будет длиться 3-4τ, где τ — постоянная времени нашего звена. При t=1τ, выходное значение достигнет

Нетрудно посчитать, что при t = 2τ выходное значение составит 86%, а при t = 3τ — 95% и переходный процесс будет считаться завершенным. Таким образом нужно понимать, что, например, тот же датчик температуры будет реагировать на изменение температуры окружающей среды с некоторым запаздыванием из-за того, что между датчиком и окружающей средой имеется корпус, который должен поглотить тепло и нагреться. На это требуется время. Разумеется, инерционные датчики могут описываться более сложными уравнениями, например представляться апериодическими звеньями второго порядка, иметь задержку реакции и т. д. Особенности поведения таких звеньев подробно описаны в [1].

2.3 Точность, нелинейность

Одной из важных характеристик датчика является его точность в диапазоне измеряемых величин. Выходной сигнал датчика соответствует значению измеряемой величины с некоторой достоверностью, называемой погрешностью. Например, датчик температуры имеет точность ±2 градуса. Это означает, что при реальной температуре измеряемого объекта в 100 градусов, допустимые показания данного датчика температуры находятся в пределах 98 – 102 градусов. Погрешность датчика бывает разной. Различают аддитивную и мультипликативную погрешность. Аддитивная погрешность постоянна во всем диапазоне измерений.

Рисунок 5. Аддитивная погрешность Мультипликативная линейно зависит от уровня измеряемой величины:

Рисунок 6. Мультипликативная погрешность Кроме того, существует нелинейность датчика в измеряемом диапазоне. В зависимости от текущего диапазона измерения, коэффициент наклона передаточной функции изменяется в некоторых пределах. При этом, в спецификации указываются либо кривые изменения точности по диапазону, либо худшие показатели нелинейности в том или ином диапазоне.

Рисунок 7. нелинейность датчика Кроме того, некоторые датчики имеют эффект гистерезиса, когда для одного и того же входного сигнала после возрастания и убывания значения выходного сигнала получаются разными. Типичной причиной гистерезиса является трение и структурные изменения материалов. Наибольшему эффекту гистерезиса подвержены датчики на основе ферромагнитных материалов. Для повышения точности и компенсации аддитивной и мультипликативной погрешности может производиться процесс калибровки датчика. Например, для линейного датчика необходимо с заведомо известной точностью определить показания в двух точках, находящиеся на разных концах рабочего диапазона. Для некоторых датчиков данные калибровки могут приводиться в паспорте на каждый конкретный экземпляр. Для проведения процедуры калибровки можно воспользоваться более точной аппаратурой, можно воспользоваться эталоном (например черное тело, эталонный килограмм и т. п.). Точность после калибровки естественно не сможет превышать точность эталона.

2.4 Чувствительность датчика, разрешающая способность и мертвая зона

Мертвая зона датчика — это нечувствительность датчика в определенном диапазоне входных сигналов. В пределах этой зоны выходные показания некорректны. Для примера на рисунке 2 показания выходной величины для всех значений от 0 до x0 не определены. Такой особенностью грешат, например, некоторые датчики тока, имеющие нулевое напряжение на выходе при токах меньших, к примеру, 10мА.

Во всем остальном диапазоне имеет место определенная чувствительность датчика, т. е. насколько силен прирост выходного сигнала на изменение входного сигнала. т. е. чувствительность определяется следующей формулой:

Для линейного датчика, чувствительность будет постоянной на всем измеряемом диапазоне.

Разрешающая способность показывает, насколько малое изменение измеряемой величины способно вызвать изменение выходного сигнала. Например, какой-нибудь инкрементальный датчик положения имеет разрешающую способность в 1 градус. Аналоговые датчики обладают бесконечно большим разрешением, так как в их выходном сигнале нельзя определить отдельных ступеней его изменения.

3 Способ подключения датчиков

В зависимости от типа датчика, подключается он к измерительному тракту по-разному.

Подключение пассивного датчика

Так как пассивный датчик без посторонней помощи в ответ на внешнее воздействие самостоятельно вырабатывает для нас электрический сигнал, нам этот сигнал нужно считать. В зависимости от того, будет ли наш датчик источником тока или источником напряжения, способ подключения будет отличаться. К примеру, термопара является источником напряжения — напряжение на выходе не зависит от величины выходного тока (в разумных пределах конечно). Наша задача — измерить вырабатываемую ЭДС. Так как измерительный тракт будет иметь некоторое конечное сопротивление, схема подключения будет следующей:

Рисунок 8. Подключение источника напряжения к АЦП

Если Radc будет много больше внутреннего сопротивления r, тогда падение напряжения на нем будет стремиться к нулю и напряжение на входе АЦП будет стремиться к значению ЭДС.

Во второй части я подробно рассмотрю термопару, как один из самых точных и быстродействующих датчиков. Другой случай, если наш датчик является источником тока, т.е генерируемое им напряжение зависит от пропускаемого через нагрузку тока. Подключение датчика аналогично:

Рисунок 9. Подключение источника тока к АЦП Однако, сопротивление нагрузки источника тока теперь должно стремиться к нулю. Для этого, датчик шунтируется резистором необходимого сопротивления, превращая тем самым, источник тока в источник напряжения:

Рисунок 10. Правильное подключение источника тока к АЦП

Сопротивление резистора Rш рассчитывается как частное от деления максимального напряжения, подаваемого на вход АЦП на максимальный ток, который способен выдать датчик

Наиболее яркий представить такого датчика — датчик тока.ВНИМАНИЕ: датчики, имеющие схему замещения в виде источника тока, следует обязательно шунтировать сопротивлением и не допускать обрыва цепи шунтирования при наличии сколь угодно малого входного воздействия. В противном случае, тот же датчик тока генерирует на свободных клеммах вторичной обмотки напряжение в киловольты до пробоя схемы измерения или самого датчика. Современные датчики тока тестируют на напряжении 1кВ и более, так что получить на выходе 2-3кВ, а еще попасть в них пальцем — не самая сложная задача.

Подключение активного датчика

Рассмотрим активные датчики, представляющие собой переменное сопротивление. В частности это терморезисторы, тензорезисторы и прочие подобные датчики. Чтобы сопротивление датчика измерить, его необходимо подключить к источнику тока и определить падение напряжения на нем:

Рисунок 11. Подключение датчика к нерегулируемому источнику тока Источник тока вырабатывает ток постоянного значения известной величины. Тогда, выходное напряжение будет определяться по формуле:

(7)

Например, рассчитаем выходное значение напряжения при токе источника 10мА если наш датчик изменяет сопротивление от 0,1кОм до 1 кОм. Тогда максимальное выходное напряжение будет равно

(8)

Что вполне соответствует требуемому значению напряжения для аналоговой системы управления на базе операционных усилителей. Где взять источник тока? Бывает так что он встроен в сам микроконтроллер. Например в микроконтроллерах ADuCM360/361 есть два встроенных источника тока 0,01-1мА. Правда там у них диагностическая задача — подавая малый ток через цепи датчика можно убедить в его наличии и исправности. Конечно, нам привычнее использовать источник напряжения с делителем:

Рисунок 12. Подключение датчика к источнику напряжения с делителем

Если говорить на чистоту, то цепочка U-R1 образует тот же самый источник тока, только его параметры зависят от нагрузки — Rд. Напряжение на выходе будет определяться по следующей формуле:

(9)

И тут всплывает главная проблема такого метода — от сопротивления нашего датчика в знаменателе не избавишься никак и показания становятся нелинейными, в отличие, кстати, от первого варианта.

Встает вопрос — каким должно быть сопротивление R1? Оно должно обеспечивать максимальный диапазон выходного напряжения. т. е. при известных значениях минимального и максимального сопротивления датчика Rд1 и Rд2, abs(Uвых1 — Uвых2) -->max

С другой стороны, максимальное выходное напряжение у нас ограничено входными цепями измерительного устройства. Например, на вход микроконтроллера с питанием 5В необходимо подать напряжение, к примеру, не более 2,5В. Отмечу, что если максимально возможное напряжение, подаваемое на вход АЦП меньше напряжения питания, то мы сможем его туда подать. Если наш датчик изменяет сопротивление от 0,1кОм до 1 кОм, то примем сопротивление резистора R1 равное верхней границе сопротивления датчика. Тогда Uвых сможет изменяться в пределах от 1/11Uвх до 1/2Uвх. В абсолютных цифрах данного примера — от 0,45 до 2,5В. И такими значениями мы используем (2,5-0,45)/2,5 = 82% всего диапазона АЦП, что довольно неплохо. Еще датчик можно воткнуть в состав измерительного моста и измерять разницу напряжений в его плечах:

Рисунок 13. Датчик в составе измерительного моста В этом случае мы работаем с дифференциальным АЦП, измеряя разность потенциалов Uab. Она будет равна: (10)

Причем сопротивление резистора R1 может быть таким, чтобы Uab могло быть и отрицательным. Существуют датчики, внутренняя схема которых уже представляет собой балансный мост с необходимыми характеристиками. Позднее я рассмотрю примеры таких датчиков.

Существуют более удобные в использовании датчики. Они выдают необходимый аналоговый сигнал и без танцев с резисторами. Например, аналоговый датчик влажности HIH-4010-004 — трехвыводной корпус, 5В питание, линейный выход. Подключается это чудо так:

Рисунок 14. Подключение датчика влажности HIH-4010-004 Два провода к источнику опорного напряжения, выход — к АЦП микроконтроллера.

Подключение цифровых датчиков по стандарту 1-Wire

1-Wire это двунаправленная низкоскоростная цифровая шина передачи данных, требующая всего два провода — информационный провод и землю. Шина достаточно проста в использовании, поддерживает паразитное питание устройств от линии и позволяет подключать параллельно множество однотипных устройств вроде датчиков температуры(всеми любимыми DS18B20), или микросхем идентификации (iButton). Паразитное питание организовывается следующим образом:

Рисунок 15. Паразитное питание устройств шины 1-Wire А это обычное активное питание устройства, когда до источника рукой подать.

Рисунок 16. Питание устройства 1-Wire от внешнего источника Количество подключенных параллельно датчиков фактически ограничено лишь параметрами линии.

Возможно горячее подключение и идентификация на ходу. Причем вычислительная сложность алгоритма идентификации O(log n)

Более подробно с этим протоколом мы поработаем во второй части.

А пока, про сам протокол можно почитать по классической ссылке: http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf

Подключение цифровых датчиков по стандарту I2C(Twi)/SMBus

Если 1-Wire требовала один провод данных, то эта шина, исходя из названия Two-Wire Bus — два. Один из проводов — SCL будет тактирующим, по второму — SDA, полудуплексом будут передаваться данные. Шина с открытым коллектором, следовательно обе линии необходимо подтянуть к питанию. Датчик будет подключаться следующим образом:

Рисунок 17. Подключение датчиков по I2C Общее количество устройств, которые можно подключить к шине I2C — 112 устройств при 7-разрядной адресации. Каждому устройству на деле выделяется два последовательных адреса, младшим битом выставляется режим — на чтение или запись. Есть строгое требование по емкости шины — не более 400пФ. Общеупотребительные значения скоростей — 100 кбит/сек и 10 кбит/сек, хотя последние стандарты допускают и скоростные режимы в 400 кбит/сек и 3.4мбит/сек. Шина может работать как с несменяемым мастером, там и с передачей флага.

Огромное количество информации по протоколу можно найти по этой ссылке: http://www.esacademy.com/en/library/technical-articles-and-documents/miscellaneous/i2c-bus.html

Подключение цифровых датчиков по стандарту SPI

Требует как минимум три провода, работает в режиме полного дуплекса — т.е. организует одновременную передачу данных в обе стороны. Линии связи:

CLK — линия тактового сигнала.
MOSI — выход мастера, вход слейва
MISO — вход мастера, выход слейва
CS — выбор чипа (опционально).

Одно из устройств выбирается мастером. Оно будет отвечать за тактирование шины. Подключение осуществляется перекрестным образом:

Рисунок 18. подключение по SPI и суть передачи Каждое устройство в цепи содержит свой сдвиговый регистр данных. С помощью сигналов тактирования, спустя 8 тактов содержимое регистров меняется местами, тем самым, осуществляя обмен данными. SPI — Самый скоростной из представленных интерфейс передачи данных. В зависимости от максимально-возможных частот тактирования скорость передачи данных может составлять 20, 40, 75 мбит/сек и выше. Шина SPI позволяет подключать устройства параллельно, но здесь возникает проблема — каждому устройству требуется своя линия CS до процессора. Это ограничивает общее количество устройств на одном интерфейсе. Главная сложность в настройке SPI — это установить полярность сигнала тактирования. Серьезно. Настроить SPI не просто, а очень просто.

Коротко и ясно об SPI с описанием периферийных модулей SPI для AVR и MSP430 можно прочитать здесь http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/spi/index.htm

4 Снятие показаний с датчиков

Пора бы уже прочесть с наших датчиков хоть какую-то информацию. В зависимости от способа подключения датчика и его типа возможны различные способы снятия показаний. Следует отметить, что некоторые датчики, например цифровые датчики, или датчики состава газа, требуют предварительного запуска режима измерения, который может длиться некоторое время. Таким образом, процесс измерения состоит из двух тактов — такт измерения данных и такт снятия данных. При организации программы можно пойти по одному из следующих вариантов:

Рисунок 19. Процесс считывания показаний с датчика Рассмотрим каждый вариант по отдельности и набросаем скелеты:

Вариант 1. запустили режим измерений, подождали, считали.

Вариант притягателен своей простотой, однако за ней кроется проблема — во время ожидания выполнения измерений микроконтроллер нагло простаивает, не выполняя задач. В большинстве систем автоматики такой режим — непозволительная роскошь. В коде это будет выглядеть следующим образом:Sensor.Start();//запустить процесс измерений delay(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//ожидаем завершения процесса int var = Sensor.Read();//считываем данные Вариант 2. запустили режим измерений, вернулись к другим задачам, по прошествии времени сработало прерывание, считали данные. Один из лучших вариантов. Но наиболее сложный:void Setup(){ TimerIsr.Setup(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//настраиваем прерывание по таймеру с необходимой периодичностью int mode = START;//переменная состояния Sensor.Start();//запускаем процесс измерений в первый раз } TimerIsr.Vector(){//обработчик прерывания по таймеру if (mode == START{ mode = READ; var = Sensor.Read();//если датчик был в режиме измерения, считываем данные } else { mode = START; Sensor.Start();///если датчик был в режиме считывания данных, запускаем новый цикл измерений } } Выглядит неплохо. позволяет варьировать время между циклами измерений и циклами считывания. например, датчик состава газов должен успеть остыть после предыдущих измерений, либо успеть нагреться во время измерений. Это разные периоды времени.

Вариант 3: Считали данные, запустили новый виток.

Если датчик позволяет после считывания данных запускать новый цикл измерений, то почему бы и нет — сделаем все наоборот.void Setup(){ TimerIsr.Setup(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//настраиваем прерывание по таймеру с необходимой периодичностью Sensor.Start();//запускаем процесс измерений в первый раз } TimerIsr.Vector(){//обработчик прерывания по таймеру var = Sensor.Read();//считываем данные Sensor.Start();///запускаем новый цикл измерений Отличный способ сэкономить время. и знаете что — такой метод отлично работает и без прерываний. Цифровые датчики хранят вычисленное значение вплоть до отключения питания.А с учетом того, что считывать сигналы с датчика влажности ввиду его инерционности в 15 секунд часто и не требуется, можно и вовсе сделать так:void Setup(){ Sensor.Start();//запускаем процесс измерений в первый раз while(1){ //много всякой остальной рутины var = Sensor.Read();//считываем данные Sensor.Start();///запускаем новый цикл измерений } } Может быть и такой вариант, что наш датчик самостоятельно запускает новый цикл измерений и потом с помощью внешнего прерывания он сообщает о завершении измерений. Например, АЦП можно настроить на автоматический режим считывания данных с частотой N Гц. С одной стороны, в обработчике прерывания будет достаточно реализовать только процесс считывания новых данных. С другой стороны, можно воспользоваться прерыванием АЦП с режимом Прямого Доступа к Памяти — ПДП(DMA). В этом случае по сигналу прерывания периферийный модуль АЦП на аппаратном уровне самостоятельно скопирует данные в определенную ячейку памяти в ОЗУ, тем самым обеспечивая максимальную скорость обработки данных и минимальное воздействие на рабочую программу (не надо уходить в прерывание, вызывать обработчик и проч.). Но использование DMA сильно выходит за рамки данного цикла. К сожалению, первый метод поголовно используется в библиотеках и примерах для Arduino, не позволяет этой платформе правильно использовать ресурсы микроконтроллера. Зато он проще в написании и отладке.

4.1 Работа с АЦП

Имея дело с аналоговыми датчиками имеем дело с АЦП. В данном случае рассматривается АЦП встроенный в микроконтроллер. Так как АЦП является по сути тем же датчиком — преобразует электрический сигнал в информационный — для него справедливо все что описано выше в разделе 2. Главными характеристиками АЦП для нас являются его эффективная разрядность, чувствительность, опорное напряжение и быстродействие. При этом, выходным значением АЦП преобразования будет некоторое число в выходном регистре, которое необходимо перевести в абсолютное значение в единицах измеряемой величины. В дальнейшем, для отдельных датчиков будут рассмотрены примеры таких расчетов.

4.1.1 Опорное напряжение

Опорное напряжение АЦП — это напряжение, которому будет соответствовать максимальное выходное значение АЦП. Опорное напряжение подается от источника напряжения, как встроенного в микроконтроллер, так и внешнего. От точности этого источника зависит точность показаний АЦП. Типовое опорное напряжение встроенного источника равняется напряжению питания или половине напряжения питания микроконтроллера. Могут быть и другие значения. Например, таблица возможных значений опорного напряжения для микроконтроллера Atmega1280:

Рисунок 20. Выбор опорного напряжения для АЦП микроконтроллера Atmega1280

4.1.2 Разрядность АЦП и чувствительность

Разрядность АЦП определяет максимальные и минимальные значения в выходном регистре при минимальном и максимальном входном воздействии электрического сигнала. Следует отметить, что максимальная разрядность АЦП может не соответствовать его эффективной разрядности. Часть младших разрядов может быть отдана на шум. Обратимся к датащиту на микроконтроллер ADuCM360, имеющему 24-разрядный АЦП с эффективной разрядностью 14 бит:

Рисунок 21. Назначение битов регистра данных АЦП Как видно из рисунка, в 32-разрядном регистре, часть выделяется на знак, часть на нули и часть на шум. И лишь 14 разрядов содержат данные, имеющие указанную точность. В любом случае, эти данные всегда указываются в документации. От эффективной разрядности АЦП зависит его чувствительность. Чем больше промежуточных ступеней выходного напряжения, тем выше будет чувствительность.

Допустим, опорное напряжение АЦП Uоп. Тогда, N-разрядный АЦП, имея 2N возможных значений, имеет чувствительность

(11) Таким образом, для 12-разрядного АЦП и опорного напряжения в 3,3В его чувствительность составит 3,3/4096 = 0,8мВ Так как наш датчик также обладает определенной чувствительностью и точностью, будет неплохо, если АЦП будет обладать лучшими показателями

4.1.3 Быстродействие АЦП

Быстродействие АЦП определяет, насколько быстро считываются показания. Для АЦП последовательного приближения требуется определенное количество тактов, чтобы оцифровать уровень входного напряжения. Чем больше разрядность, тем требуется больше времени, соответственно, если к концу измерения уровень сигнала успевает измениться, это отразится на точности измерения. Быстродействие АЦП измеряется в количестве семплов данных в секунду. Оно определяется как частота сигнала тактирования АЦП, деленная на требуемое для измерения число таков. Например, имея частоту тактирования АЦП в 1МГц и 13 тактов для снятия показаний, быстродействие АЦП будет равно 77 килосемплов в секунду. Для каждого варианта разрядности возможно рассчитать свое быстродействие. В технической документации обычно указывается максимально-возможная частота тактирования АЦП и его максимальное быстродействие при той или иной разрядности.

4.2 Цифровые датчики

Главное преимущество цифровых датчиков перед аналоговыми — они предоставляют информацию об измеряемой величие в готовом виде. Цифровой датчик влажности вернет абсолютное значение влажности в процентах, цифровой датчик температуры — значение температуры в градусах. Управление датчиком осуществляется с помощью имеющихся в нем регистром в форме вопрос-ответ. Вопросы следующие:

Запиши в регистр A значение B
Верни значение, хранящееся в регистре C

В ответ датчик, соответственно, либо записывает необходимые данные в регистр, производя настройку параметров или запуск какого-то режима, либо передает контроллеру измеренные данные в готовом виде. На этом я закончу общий материал. В следующей части мы рассмотрим датчики HVAC с примерами. После датчиков пойдет рассмотрение исполнительных устройств — там довольно много интересного с точки значения теории автоматического управления, а потом доберемся и до синтеза и оптимизации регулятора всего этого безобразия.

UPD: Выражаю благодарность amartology, Arastas и Stross за справедливые замечания по статье. Добавил материал по 2 и 4 разделам и пояснил некоторые спорные моменты.

Список полезной литературы:

Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесссекерский, Е.П. Попов — Изд. 4-е, перераб. И доп. — Спб., Профессия, 2007. — 752с.
Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой, Г.Г. Ишанин, И.Г. Минаев, А.С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005

Теги:

датчики
тау
звено
микроконтроллеры
arduino

1.4 Системы автоматического регулирования и датчики системы судовой автоматики

Все элементы автоматики по характеру и объему выполняемых операций подразделяют на системы: автоматического контроля, автоматического управления, автоматического регулирования.

Система автоматического контроля (рис. 1) предназначена для контроля за ходом какого-либо процесса. Такая система включает датчик В, усилитель А, принимающий сигнал от датчика и передающий его после усиления на специальный элемент Р, который реализует заключительную операцию автоматического контроля — представление контролируемой величины в форме, удобной для наблюдения или регистрации.

В частном случае в качестве исполнительного элемента Р могут служить сигнальные лампы или звуковые сигнализаторы. Систему с такими элементами называют системой сигнализации.

Рис. 1. Система автоматического контроля

В систему автоматического контроля кроме указанных на рис. 1, а могут входить и другие элементы - стабилизаторы, источники питания, распределители (при наличии нескольких точек контроля или нескольких датчиков в одном исполнительном элементе Р) и т. д.

Независимо от количества элементов системы автоматического контроля являются разомкнутыми и сигнал в них проходит только в одном направлении — от объекта контроля Е к исполнительному элементу Р.

Система автоматического управления предназначена для частичного или полного (без участия человека) управления объектом либо технологическим процессом. Эти системы широко применяют для автоматизации, например, процессов пуска, регулирования частоты вращения и реверсирования электродвигателей в электроприводах всех назначений.

Необходимо указать на такую важную разновидность систем автоматического управления, как системы автоматической защиты, которые не допускают аварийного или предельного режима, прерывая в критический момент контролируемый процесс.

Система автоматического регулирования поддерживает регулируемую величину в заданных пределах. Это наиболее сложные системы автоматики, объединяющие функции автоматического контроля и управления. Составная часть этих систем - регулятор.

Если системы выполняют только одну задачу — поддерживают постоянной регулируемую величину, их называют системами автоматической стабилизации. Однако существуют такие процессы, для которых необходимо изменять во времени регулируемую величину по определенному закону, обеспечивая ее стабильность на отдельных участках. В этом случае автоматическую систему называют системой программного регулирования.

Для обеспечения постоянства регулируемой величины можно использовать один из принципов регулирования - по отклонению, возмущению или комбинированный, которые будут рассмотрены применительно к системам регулирования напряжения генераторов постоянного тока.

1.5 Системы автоматизации судовых технических средств

Автоматизация судовых систем. К числу наиболее а зированных судовых систем относится система кондици ния воздуха. В этой системе применяют, как правило, цент кондиционеры и местные воздухораспределители с автомат регулированием температуры и влажности воздуха, подг в обслуживаемые помещения.

Холодильные установки системы кондиционирования i охлаждения провизионных камер и грузовых трюмов реф} торных судов автоматически поддерживают заданный темп ный режим в помещениях.

В системе водоснабжения автоматизируется пуск под ющих насосов, поддерживающих заданный уровень воды ние) в расходных пневмоцистернах; в системе горячей мь воды автоматически поддерживается определенная темпе} В сточной системе автоматизируется работа фекальных н водоструйных эжекторов или системы продувания, предна; ных для удаления грязных вод из сточных цистерн г заполнении.

Автоматизация судовождения.

Технически задачу автоматизации отдельных звеньев управления судном можно считать уже решенной. В частности, широко применяются авторулевые, т. е. приборы, обеспечивающие автоматическое ведение судна по заданному курсу и позволяющие примерно на 3 % сократить продолжительность рейса и сэкономить топливо. Авторулевые работают главным образом от гирокомпаса, однако уже созданы авторулевые, действующие и от магнитного компаса (их используют на малых судах, не имеющих гирокомпаса).

Принцип устройства авторулевого основан на автоматическом включении рулевого устройства при отклонении судна от заданного курса и отключении его при возвращении судна на курс. Для автоматической прокладки фактического пути судна по морской карте служит специальный прибор автопрокладчик.

Наличие береговых и спутниковых навигационных радиостанций дает возможность автоматизировать определение географических координат судна. Кроме того, существующие приборы уже позволяют автоматически получать данные о скорости, глубинах, препятствиях, встречающихся под водой и над водой.

Все эти данные вводятся в специальную навигационную цифровую вычислительную машину (НЦВМ), которая уже сама рассчитывает по ним место судна, направление и расстояние до пункта назначения, снос и дрейф и подает команду «курс» авторулевому.

Известную трудность представляет автоматизация судовождения при следовании в узкостях, в местах с повышенной опасностью, при швартовке, но и она технически вполне разрешима.

Наличие на автоматизированных судах электронно-вычислительной машины позволяет автоматизировать решение и других задач, с которыми приходится сталкиваться во время эксплуатации судна: выбор наиболее выгодной загрузки судна (каргоплана), расчеты балластировки, остойчивости и непотопляемости судна, оптимизация режима работы главной энергетической установки, выполнение расчетов финансово-экономических показателей работы судна и т.п.

Датчики измерения тока и напряжения для систем автоматизации

Сегодня ОАО «НИИЭМ» предлагает потребителям более 250 модификаций датчиков, которые занимают достойное место на рынке приборов. Но как не растеряться и сделать правильный выбор? Что надежнее и проще в эксплуатации – российские разработки или зарубежные аналоги? Авторы статьи дают информацию о первичных датчиках и разъясняют особенности этих приборов для того, чтобы помочь разобраться в их преимуществах и недостатках.

ОАО «НИИЭМ», г. Истра

Отделение первичных датчиков существует в ОАО НИИ Электромеханики (ОАО «НИИЭМ», г. Истра, Московской обл.) уже не первый десяток лет. И тем не менее можно утверждать, что именно сегодня направление разработки и производства отечественных датчиков переживает свое второе рождение. Это объясняется прежде всего тем, что нынешний уровень развития производства требует не только совершенствования технологических процессов, но и их автоматизации. Кроме того, современное предприятие сегодня немыслимо без автоматизированных систем учета, управления производством и т.д. А поскольку базируются все процессы автоматизации на показаниях первичных датчиков, то вполне понятен интерес и повышенные требования, которые предъявляются к конструкции и характеристикам датчиков различных физических величин.

Что измеряют датчики фирмы НИИЭМ

В целом датчики, разработанные и выпускаемые НИИЭМ, можно разбить на две группы – это датчики измерения тока и напряжения, и датчики активной мощности. Однако такая квалификация датчиков будет весьма условной если вспомнить, что сегодня НИИЭМ предлагает потребителям более 250 модификаций указанных датчиков. Основная цель настоящей статьи и заключается в том, чтобы дать разработчикам и эксплуатационникам информацию о первичных датчиках, разъяснить особенности этих приборов и помочь разобраться в их преимуществах и недостатках. Вооруженный этими знаниями потребитель сегодня решает сам: использовать отечественные приборы или сделать выбор в пользу зарубежных аналогов, которые в широком ассортименте присутствуют на рынке.

Рис. 1. Внешний вид датчиков производства ОАО «НИИЭМ»

Датчики измерения тока и напряжения

Это самая многочисленная группа приборов и физические принципы, лежащие в основе этих датчиков, так или иначе, повторяются во всех остальных модификациях. Любой ток, протекающий по проводнику, создает вокруг этого проводника магнитное поле. Измеряя величину и направление этого магнитного поля, можно определить величину, направление и форму протекающего тока. Отсюда и основное преимущество датчиков тока, реализующих указанный принцип работы: они измеряют любой вид тока без разрыва токовой цепи и с гальванической развязкой выходного сигнала от токовой цепи. Поэтому, даже несмотря на большую стоимость, датчики измерения тока успешно заменяют токовые шунты и трансформаторы тока.

Универсальные датчики тока

Универсальность датчиков заключается в том, что одним и тем же прибором можно измерять постоянные, переменные и импульсные токи. Для этого в конструкцию датчика кроме концентратора магнитного поля входит так называемый датчик Холла – миниатюрный полупроводниковый прибор, определяющий величину и направление магнитного поля проходящего тока.

Таблица 1. Основные технические характеристики выпускаемых датчиков измерения постоянного и переменного токов (ДТХ, ДТР)

Конструктивно датчик тока представляет из себя миниатюрный автономный модуль, электронная начинка которого питается от постоянного напряжения ±15 В*. Потребитель должен только пропустить токовую шину через отверстие в корпусе датчика тока. Выходной сигнал такого датчика строго пропорционален измеряемому току.

Понятно, что в зависимости от величины измеряемого тока и внешних условий эксплуатации датчиков меняется диаметр отверстия и конструкция корпуса этих приборов. На рис. 1 представлены типовые образцы датчиков тока, серийно выпускаемых НИИЭМ. В табл. 1 приведена классификация универсальных датчиков серии ДТХ в зависимости от величины измеряемого тока.

Рис. 2. Датчики тока для монтажа на печатную плату (а) и в транспортном варианте (б)

Из табл. 1 видно, что диапазон измерения тока датчиков серии ДТХ составляет от десятков миллиампер и до трех тысяч ампер. Наиболее популярными и часто используемыми являются датчики ДТХ-50 ÷ ДТХ-200 (рис. 2, а). Такие модули имеют минимальные размеры, массу и монтируются, как правило, на печатной плате. Для этого служат выводные ножки датчика, которые впаиваются в металлизированные отверстия печатной платы и изготовлены со стандартным шагом 2,5 мм. Одновременно выводные ножки являются и элементами крепежа датчика. При необходимости использования датчиков ДТХ в более жестких условиях, связанных с внешними механическими воздействиями, предусмотрена более жесткая конструкция датчика (ДТХ-Т на рис. 2, б). Электрическое соединение датчика ДТХ-Т осуществляется с помощью разъема.

Таблица 2. Основные технические характеристики выпускаемых датчиков измерения переменного тока ДТТ

Выходной сигнал стандартного датчика ДТХ или ДТХ-Т – токовый и строго пропорционален мгновенному значению измеряемого тока. Однако по требованию заказчика электронная схема датчика легко трансформируется, и тогда датчик может измерять действующее значение тока (TRUE-RMS) либо обладает стандартным токовым выходом 4–20 мА (0–20 мА). Это создает дополнительные удобства при использовании датчиков в системах автоматизации или связи.

Из табл. 1 видны основные преимущества датчиков ДТХ и ДТХ-Т: высокая точность измерений (до 1%), гальваническая развязка, малые габаритно-массовые размеры и температурный дрейф характеристик. Диаметр отверстий под токовую шину колеблется от 10 мм (ДТХ-50) и до 40 мм (ДТХ-3000).

Таблица 3. Основные технические характеристики выпускаемых датчиков напряжения постоянного и переменного токов (ДНХ, ДНТ)

Рис. 3. Конструкция датчиков напряжения ДНХ (а)и ДНТ (б)

Датчики измерения переменного тока

Датчики переменного тока серии ДТТ можно рассматривать как частный случай универсальных датчиков ДТХ. Анализ рынка показывает, что примерно в 50% случаев потребителям необходимо измерять только переменные токи. Причем в большинстве случаев это токи синусоидальной формы промышленной частоты

50 Гц. Именно для таких измерений разработана серия датчиков ДТТ, конструктивно выполненных в корпусах ДТХ, однако имеющих более дешевую электронную начинку (табл. 2). Цена таких датчиков приблизительно в 1,5 раза ниже, а уровень технических характеристик весьма высок. Датчики ДТТ могут работать в широком температурном диапазоне от –40° до 80°С с минимальной температурной погрешностью, линейность амплитудно-частотной характеристики не хуже 1% в диапазоне частот от 20 до 10 кГц. Кроме того, потребитель сам выбирает, с каким выходным сигналом датчика ему удобно работать: это может быть потенциальный сигнал или токовый выход 4–20 мА (0–20 мА).

Рис. 4. Внешний вид разъемных датчиков тока под плоскую (а) и круглую (б) токовые шины

Датчики измерения напряжения

Если измеряемое напряжение цепи превратить в ток (для этого достаточно использовать токозадающее сопротивление), то величина этого тока будет пропорциональна напряжению в измерительной цепи. Именно этот принцип лежит в основе работы датчиков напряжения, а наличие в их конструкции датчика Холла обеспечивает гальваническую развязку силовых цепей и цепей контроля.

В табл. 3 приведены основные технические характеристики датчиков измерения напряжения постоянного тока (ДНХ) и датчиков напряжения переменного тока (ДНТ). Конструкция датчиков напряжения представлена на рис. 3. Датчик напряжения может монтироваться на печатную плату, а токозадающее сопротивление подключается одним концом к измерительной цепи, а вторым – к винтовому выводу датчика (рис. 3, а). Второй винтовой вывод датчика соединяется с измерительной цепью. В ряде случаев более удобным является размещение датчика на DIN-рейке. Для этих целей существует специальная переходная планка. В ряде случаев более удобным является клеммное устройство датчика напряжения (рис. 3б). Такой датчик напряжения имеет возможность непосредственного монтажа на DIN-рейке.

Рис. 5. Внешний вид токовых клещей-адаптеров (а), базовой модели

клещей (б) и клещей для измерения больших токов (в)

Датчики напряжения позволяют контролировать постоянное и переменное напряжение до 1000 В в широком температурном диапазоне. Электронная схема датчика предусматривает получение выходного сигнала в виде напряжения или в виде токового сигнала 4–20 мА (0–20 мА). Так, например, датчик ДНХ-03 (табл. 3) предназначен для преобразования входного постоянного, импульсного напряжения положительной полярности в стандартное (мгновенное) значение токового выхода 4–20 мА. А модификация этого же датчика ДНХ-03 RMS преобразует входное напряжение в действующее выпрямленное значение стандартного токового выхода 4–20 мА. Питание датчика ДНХ-03 осуществляется по токовой петле 4–20 мА, а монтаж – на DIN-рейку.

Линейка датчиков напряжения предусматривает также модификации более дешевых датчиков для контроля только переменного напряжения (ДНТ-05 – в табл. 3). В этом случае датчик ДНТ-051 можно использовать для работы в однофазных цепях, а датчик ДНТ-053 – предназначен для работы в 3-фазных цепях и содержит в одном корпусе три независимых, гальванически изолированных канала, каждый из которых идентичен датчику ДНТ-051. Датчик напряжения ДНТ-05 преобразует входное напряжение в средневыпрямленное значение выходного тока, проградуированное в среднеквадратических значениях.

Разъемные датчики тока

Большое количество модификаций датчиков обеспечивает свободу выбора пользователям этих приборов. Однако существует целая отрасль измерений, которая принципиально не может использовать вышеописанные стационарные датчики. Это касается вопросов мониторинга токовых цепей, которые давно собраны и функционируют. Кроме того, целый ряд производств с непрерывным циклом работы не допускает длительного отключения токовых цепей и переустановки оборудования. Для таких случаев незаменимыми оказываются разъемные датчики тока серии ДТР-01 и ДТХ-Ж (табл. 1).

Основой таких датчиков является разъемный магнитопровод, позволяющий монтировать датчики непосредственно на токовой шине, без разрыва последней и с гальванической изоляцией измеряемого тока от измерительных цепей. При необходимости датчики можно закрепить и на DIN-рейке.

При протекании измеряемого тока по шине, охватываемой магнитопроводом, в обмотке датчика наводится ток, пропорциональный измеряемому току. Выходной сигнал с обмотки подается либо на выпрямитель (детектор) амплитудных значений (маркировка датчика ДТР-01), либо на детектор истинных среднеквадратичных значений (ДТР-01 RMS). Напряжение постоянного тока с выхода детектора преобразуется в сигнал интерфейса «токовая петля 4–20 мА».

Разъемные датчики тока относятся к числу последних разработок НИИЭМ и на сегодняшний день освоено производство только двух модификаций датчиков, внешний вид которых представлен на рис. 4. Датчик ДТР-01 рассчитан для монтажа на круглой шине и предназначен для измерения токов в диапазоне от 5 до 300 А с допустимой перегрузкой по входному току в 1,5 раза. Разъемная конструкция датчика ДТХ-1000Ж, ДТХ-1500Ж или ДТХ-3000Ж позволяет закрепить его на плоской шине. Соответственно номинальный измеряемый ток у этих датчиков 1000, 1500 или 3000 А.

Клещи электроизмерительные

Описанная выше конструкция разъемных датчиков позволяет закрепить их непосредственно на шине без разрыва токовой цепи. Дальше такие датчики функционируют как обычные стационарные приборы. В то же время существует целый ряд задач, которые требуют частых разовых измерений, причем в различных, иногда труднодоступных участках токовых цепей. И часто качество технологического процесса зависит от точности и своевременности этих токовых измерений. Вот для решения таких задач и разрабатывались клещи электроизмерительные серии КЭИ, основные технические характеристики которых приведены в табл. 4.

Токовые клещи являются автономным контрольным прибором (питание от 2 пальчиковых батареек), предназначенным для измерения действующего значения постоянного и переменного токов без разрыва силовой цепи. Клещи КЭИ введены в Государственный реестр СИ РФ, сертифицированы и выпускаются в различных модификациях (табл. 4).

Базовая модель клещей

КЭИ-0,6М – это интеллектуальный прибор, в конструкции которого используется микроконтроллер с электрически программируемым ПЗУ (EEPROM). Благодаря этому клещи кроме ряда стандартных функций (измерение постоянного и переменного токов), содержат еще и ряд функций мультиметра. Они могут использоваться для измерения напряжения постоянного и переменного токов до 600 В, для измерения сопротивления цепи до 2000 Ом и измерения температуры окружающей среды. Выбор пределов измерений, обнуление шкалы в клещах производятся автоматически. Кроме того, клещи КЭИ содержат ряд сервисных функций: функцию удержания («память») измеренного значения, способны работать в режиме поиска min или max значения тока за измеряемый промежуток времени. Функция энергосбережения («сон») позволяет свести к минимуму энергозатраты, когда клещи находятся в пассивном режиме (не работают). Малые габаритно-массовые размеры и различный диаметр отверстия под токовую шину создают дополнительные удобства для потребителей. Отечественные клещи марки КЭИ выгодно отличает возможность работы с ними при отрицательных температурах окружающей среды до –20°С.

Рис. 6. Датчик больших токов ДБТ, смонтированный на

шинопроводе электролизера алюминия

Из широкого перечня предлагаемых сегодня клещей необходимо выделить модификацию этих приборов для измерения больших токов до 3 кА (КЭИ-3) и до 5 кА (КЭИ-5, рис. 5, в). Диаметр отверстия клещей под токовую шину с измеряемым током до 5000 А составляет 160 мм. Для сравнения эти клещи представлены на одном рисунке рядом со своим собратом – это клещи-адаптер (рис. 5, а), предназначенные для измерения постоянных и переменных токов без индикации измеренных значений на дисплее. Кроме отсутствия ЖКИ, клещи-адаптер отличаются упрощенной электрической схемой и, следовательно, меньшей ценой. В то же время сохраняется возможность выбора таких клещей с размахом губок под токовую шину от 20 и до 64 мм для измерения токов от 20 и до 1500 А.

Датчики измерения мощности

Логическим продолжением описанных выше приборов является датчик измерения мощности ДИМ, реализующий формулу измерения мощности P=I∙U. Датчик ДИМ предназначен для преобразования активной мощности, потребляемой нагрузкой в цепях переменного тока частоты 50 Гц и постоянного тока в пропорциональный сигнал токового интерфейса 0–20 мА или 4–20 мА, гальванически изолированного от измерительных цепей.

Диапазон мощностей, измеряемых датчиками ДИМ, составляет от 5 до 200 кВт. При этом диапазон входных напряжений колеблется от 20 до 380 В, а диапазон входных токов составляет от 20 до 600 А. Коэффициент мощности (Cos Ψ) датчика ДИМ на частоте 50 Гц составляет 0,3÷1, основная приведенная погрешность ± 2%.

Учитывая, что датчик мощности ДИМ может быть изготовлен в одном из описанных ранее корпусов, можно варьировать диаметр отверстия под токовую шину или изготовить датчик мощности под плоскую токовую шину.

Питается датчик ДИМ от внешнего источника питания 13,5÷16,5 В, датчик выдерживает длительную перегрузку по входу до 120% от номинальных значений напряжения и тока.

Датчик больших токов ДБТ

Отдельного описания заслуживает датчик ДБТ, на рис. 6 представленный уже в сборе на токовой шине ванны электролиза алюминия.

Конструктивно датчик больших токов ДБТ состоит из двух блоков: измерительного контура и блока питания. Разъемный измерительный контур массой до 40 кг предназначен для монтажа непосредственно на токоведущей шине. Размеры внутреннего окна контура могут составлять 400х400 мм. Удобство монтажа датчика без разрыва токовой шины – это только одно из преимуществ датчика ДБТ по сравнению с традиционно используемыми шунтами. Электрическая связь между измерительным контуром и блоком питания и индикации осуществляется с помощью кабеля длиной до 5 метров. Блок питания и индикации смонтирован в удобном переносном корпусе и питается от однофазной промышленной сети переменного тока 220 В (50 Гц) ±10%. Блок обеспечивает измерительный контур необходимым питанием и формирует выходной сигнал стандартной токовой петли 0–5 мА. Основная приведенная погрешность датчика составляет 0,4%. Датчик ДБТ полностью сохраняет работоспособность при 1,5-кратной перегрузке измеряемого тока.

Датчик больших токов ДБТ реализует тот же принцип работы датчиков измерения тока, который описан выше. Однако области использования датчика ДБТ весьма специфичны: это энергоемкие производства медеплавильной промышленности, предприятия нефтяной промышленности и электрометаллургии с высоким уровнем паразитных магнитных полей, нефтехимия и электроэнергетика. Это накладывает целый ряд дополнительных требований и ограничений на схемотехнику датчика, его конструктивные особенности. Учитывая тяжелые температурные условия работы прибора и высокий уровень электромагнитных помех, в датчике предусмотрена специальная система теплоотвода, повышены изолирующие свойства измерительного контура и предусмотрены меры электромагнитной защиты.

В настоящее время датчик больших токов выпускается в трех модификациях: на 8 кА (ДБТ-8), 15 кА (ДБТ-15) и на 25 кА (ДБТ-25). При измерении таких токов особенно остро встает проблема метрологии измерительного датчика. Для решения этой задачи и с целью максимального удобства использования такого прибора в конструкции датчика ДБТ предусмотрена специальная поверочная обмотка. С помощью этой обмотки можно производить настройку и периодическую поверку датчика ДБТ непосредственно на предприятии заказчика.

Не менее существенным преимуществом датчика больших токов является его цена: она приблизительно в 3–4 раза ниже существующих зарубежных аналогов.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(35)_2011

Г.Я. Портной, к.т.н., зам. гл. конструктора,

ОАО «НИИЭМ», г. Истра,

тел.: (495)-994-5188,

e-mail: [email protected]

Page 2

Статья:	Датчики технического зрения VG-C
Компания:	Автоникс
Описание:	Проще всего ценность датчиков технического зрения определить при сравнении. Большую часть информации человек получает с помощью глаз. 2/3 связанных с мозгом нервных волокон передают сигналы от органов зрения. Но сама по себе — без обработки — эта информация мало чего стоит. То же касается промышленных камер. Принести реальную пользу они могут лишь с помощью систем технического зрения, которые позволяют определять наличие или отсутствие предметов на изображении, их размеры, формы, ориентацию и многое другое. Датчики VG-C производства Autonics это устройства новейшего поколения с интегрированной светодиодной подсветкой, камерой и объективом, которые облегчают настройку системы технического зрения для оператора.
Номер журнала:	Только в интернете

Статья:	Датчики изображения серии VG компании Autonics
Компания:	Компании Autonics
Описание:	Недавно российское представительство южнокорейской компании Autonics сообщило о новой серии датчиков изображения (vision sensor) VG, причем предлагаются датчики цветные и монохромные. Далее мы рассмотрим только монохромные модели, хотя во многом оба типа одинаковы. Несмотря на внешнее сходство с обычными промышленными фото- и видеокамерами, датчики изображения выдают не «картинку», а релейный сигнал для систем промышленной автоматизации, хотя присутствует опциональная пересылка изображения на FTP-сервер.
Номер журнала:	Только в интернете

Статья:	Онлайн-сервис для автоматизированного выбора разделителя сред
Компания:	ООО «Энергосервер», г. Самара
Описание:	Выбор разделителя сред для защиты измерительного оборудования – сложная задача с большой ценой ошибки. В статье представлена продукция отечественной компании «Энергосервер» – эксперта в вопросах защиты измерительного оборудования и производителя, специализирующегося на выпуске разделителей сред. Также представлен уникальный онлайн-сервис компании, позволяющий выбрать разделитель сред легко и быстро.
Номер журнала:	Только в интернете

Статья:	Вольтамперфазометр (ВАФ) AnCom VAP для систем РЗА и ПАЗ с управлением через Android-планшет
Компания:	ООО «Аналитик-ТС», г. Москва
Описание:	Современный трехфазный вольтамперфазометр (ВАФ) с управлением через планшетный компьютер позволяет комфортно и оперативно производить и протоколировать измерения схем РЗА и ПАЗ. Встроенные коммуникационные возможности обеспечивают сохранение результатов измерений и векторной диаграммы в облачном хранилище, а также простоту консультаций с коллегами. Отдельный индикатор в виде планшета, подключенный к приборному блоку по Bluetooth, позволяет управлять ВАФ на безопасном расстоянии от объекта измерений.
Номер журнала:	Только в интернете

Статья:	Датчики присутствия для управления освещением складов высотой от 3 до 30 м и автомобильных паркингов
Компания:	ООО «Интелар», Инновационный центр «Сколково», г. Москва
Описание:	Датчик присутствия К2150 отечественной разработки обладает большой зоной чувствительности и по основным параметрам не имеет аналогов в мире. Обеспечивает оптимальное управление системами освещения на складах (в том числе морозильных) и автопаркингах и значительную экономию электроэнергии.
Номер журнала:	Только в интернете

Статья:	ФЛЕКСУС – российский расходомер для современного производства
Компания:	АО «ТЕККНОУ», г. Санкт-Петербург
Описание:	Серия новых российских расходомеров ФЛЕКСУС производства компании «ТЕККНОУ» вышла на отечественный рынок. ФЛЕКСУС – это ультразвуковые расходомеры для различных жидкостей и газов с интеллектуальными накладными датчиками. Они вобрали в себя весь опыт разработок прошлых лет и воплощают последние новации в области ультразвуковой расходометрии. Расходомеры ФЛЕКСУС уникальны в части конструктивных решений, обладают высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками, обеспечивают безопасность и отсутствие рисков, универсальность интеграции с процессом, а также удобство для обслуживающего персонала. Чтобы подробнее узнать обо всех особенностях новых расходомеров, мы обратились к заместителю начальника отдела КИП АО «ТЕККНОУ» Святославу Николаевичу Чугунову.
Номер журнала:	№ 2(80)_2019

Статья:	Расходомеры воды как фактор экономного энергопользования и улучшения экологической обстановки
Компания:	АО «ТЕХНО-Т», г. Тула
Описание:	Несмотря на требования законодательства, учет сточных вод реализован не на всех предприятиях, хотя он обеспечивает оптимизацию расхода воды и экономию средств, а также эффективную работу технологических систем и решение многих экологических проблем. В статье представлены расходомеры «СТРИМ» для безнапорных потоков воды. Это высоконадежные, простые в эксплуатации устройства, широко применяющиеся на российском рынке.
Номер журнала:	№ 2(80)_2019

Статья:	Теплосчетчик с LoRaWAN и промышленный интернет вещей
Компания:	НПО КАРАТ, г. Екатеринбург
Описание:	Рассматривается протокол LoRaWAN как один из элементов Индустрии 4.0. Представлено оборудование НПО КАРАТ, поддерживающее данный протокол: теплосчетчики КАРАТ-Компакт 2-213 и КАРАТ-Компакт‑223. Охарактеризованы их конструктивные особенности и возможности. Вместе со статьей опубликовано интервью с руководителем службы техподдержки НПО КАРАТ Г. А. Дмитриевым.
Номер журнала:	№ 1(79)_2019

Статьи 1 - 10 из 225 Начало | Пред. | 1 2 3 4 5 | След. | Конец РАДИОМОДЕМЫ «СПЕКТР»

RS232/485, до 76800 бод в эфире, 5-7 км, прозрачность для внешних протоколов www.rateos.ru

Антифриз

Системы и датчики

Датчики и системы / Sensors & Systems

8 Элементы и устройства систем автоматического управления

8.1 Датчики систем автоматики

Все статьи цикла:

Введение

Датчики систем помощи водителю — сферы применения радаров, лидаров, сканеров, камер и других типов датчиков

7 Системы автоматического контроля технологических параметров

7.1 Общая характеристика систем контроля. Датчики и преобразователи

Датчики и микроконтроллеры. Часть 1. Матчасть

Введение

1.1 Классификация датчиков

2 Характеристики датчиков

2.1 Диапазон измеряемых и выходных значений

2.2 Передаточная функция — статические и динамические характеристики

2.3 Точность, нелинейность

2.4 Чувствительность датчика, разрешающая способность и мертвая зона

3 Способ подключения датчиков

Подключение пассивного датчика

Подключение активного датчика

Подключение цифровых датчиков по стандарту 1-Wire

Подключение цифровых датчиков по стандарту I2C(Twi)/SMBus

Подключение цифровых датчиков по стандарту SPI

4 Снятие показаний с датчиков

4.1 Работа с АЦП

4.2 Цифровые датчики

Список полезной литературы:

1.4 Системы автоматического регулирования и датчики системы судовой автоматики

1.5 Системы автоматизации судовых технических средств

Датчики измерения тока и напряжения для систем автоматизации

Page 2

Смотрите также