группа изданий по легкой и текстильной промышленности

НАШИ ПАРТНЕРЫ

Авторизация / Вход

Сейчас на сайте

Сейчас 37 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте

  • Bekaert

    Bekaert

  • Мосточлегмаш

    Мосточлегмаш

  • Truetzschler

    Truetzschler

  • Сезон

    Сезон

  • Меланж Текстиль

    Меланж Текстиль

  • САПР «Грация»

    САПР «Грация»

  • A2

    A2

Датчики и качество измерений

Датчики и качество измерений

В. Л. Литвинчук, В. Ю. Иванов, Е. Г. Маежов, М. И. Голубев, Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна

Качество продукции все более становится экономической категорией. Покупатель воспринимает качество как необходимый и важный параметр продукции, позволяющий вместе с товаром улучшить какие-либо аспекты своей жизни. Производитель и продавец рассматривают качество как возможный источник получения дополнительной прибыли. Причем эта прибыль складывается из двух составляющих. 

Первая определяется повышением спроса на качественную продукцию, а, следовательно, увеличением производства. Вторая, с точки зрения современной теории, может быть получена за счет повышения эффективности производства, в том числе и благодаря снижению затрат на производство некачественных изделий, так как выпуск любой дефектной детали, не соответствующей предъявляемым к ней требованием, приводит к дополнительному удорожанию изделия в целом. Значит, выпускать их экономически не целесообразно. Поэтому повышение качества продукции становится выгодным, и начинать предпринимать меры по улучшению качества необходимо не при ее производстве, а еще на стадии разработки и проектирования.

Качество продукции достигается различными путями, в том числе и наиболее точным соблюдением технологических режимов и процессов. Они, в свою очередь, обеспечиваются средствами измерения, контроля и управления. Поэтому, грамотный выбор этих средств на стадии проектирования и последующее применение при производстве позволит снизить возможность выпуска низкокачественной продукции.

В настоящее время на смену аналоговым техническим средствам измерения и контроля приходят цифровые на основе микроконтроллеров. При этом реализуются как чисто цифровые системы, так и аналоговые с промежуточным цифровым преобразованием. Особенно важен правильный выбор датчиков физических величин, чувствительность к измеряемым параметрам которых является приоритетной, так как она позволяет повысить также помехозащищенность, что, несомненно, скажется на качестве управления.

Аналоговые датчики, применяемые в системах контроля и управления, преобразуют входную физическую величину в выходной аналоговый сигнал. Современные системы контроля и управления реализуются на базе цифровых устройств. В настоящее время в своем большинстве они создаются на базе микропроцессорных систем управления (МПСУ). Возникает задача сопряжения аналоговых датчиков с микропроцессорными системами управления.

В качестве возможной рассмотрим структуру системы аналогового ввода микропроцессорной системы управления, приведенную на рис. 1. 

В датчике Д значение физической величины преобразуется в напряжение постоянного тока. Величина этого напряжения мала для дальнейшей обработки и при помощи усилителя постоянного тока УПТ оно усиливается до величины, достаточной для подачи на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП. Перед аналого-цифровым преобразованием необходимо исключить помехи от внешних электромагнитных полей, ограничив спектр сигнала с помощью фильтра низких частот ФНЧ. В течение времени, необходимого для выполнения аналого-цифрового преобразования, напряжение на входе АЦП не должно изменяться. Для этой цели используется устройство выборки-хранения УВХ. С выхода АЦП цифровой двоичный код поступает на устройство ввода-вывода УВВ микроконтроллера МК (на схеме не показаны). 

В качестве УПТ целесообразно использовать инструментальные усилители, например INA118, представляющие собой функционально законченные устройства, которые могут применяться в ряде задач, в том числе и для усиления сигналов с датчиков [1]. 

Аналого-цифровые преобразователи АЦП предназначены для преобразования напряжения в двоичный код. Учитывая нормируемые характеристики погрешностей и отношение к методам поверки, все АЦП можно разделить на две группы. К первой группе относятся АЦП, выполненные в виде интегральных микросхем. Они являются элементами для построения систем контроля и управления, не являются средствами измерений и не подлежат поверке. АЦП второй группы выполнены в виде законченного устройства и подлежат поверке. В рассматриваемых системах используются АЦП первой группы.

В качестве одного из критериев выбора АЦП применительно к системам ввода микропроцессорных систем используется их быстродействие. Системы ввода, в которых используются датчики физических величин, могут быть как медленными, так и быстрыми. К «медленным» системам можно отнести системы измерения температуры и влажности. В системах контроля скоростей и ускорений требуется более высокая скорость обработки информации. 

Сигнал, который подвергается аналого-цифровому преобразованию,  как правило, ограничен некоторым диапазоном и может быть однополярным или двухполярным. В зависимости от этого меняется двоичное представление результата. Однополярные сигналы кодируются двоичным прямым кодом, двухполярные сигналы, как правило, кодируются в дополнительном коде. Системы контроля точного положения объектов, например, рабочего органа манипулятора промышленного робота, кодируются кодом Грея. Точность преобразования  определяется количеством разрядов выходного двоичного кода. 

При выборе АЦП для разработки микропроцессорных систем контроля и управления обычно учитывают следующие критерии:

  • диапазон входного напряжения;
  • частота выборки сигнала; 
  • возможность обработки двухполярного сигнала;
  • разрядность;
  • количество измерительных каналов;
  • тип выходного двоичного кода;
  • тип выходного интерфейса;
  • наличие внутреннего источника опорного напряжения;
  • наличие встроенного усилителя;
  • наличие устройства выборки-хранения;
  • наличие фильтра нижних частот.

Наиболее важной характеристикой получаемого результата является его точность. При использовании АЦП точность преобразования определяется количеством двоичных разрядов, отнесенным к диапазону измерения физической величины. Так, например, при измерении температуры технологического оборудования в диапазоне 0–120 °С с помощью аналоговых датчиков серий ТМР 35…ТМР 37 и десятиразрядного АЦП реализуется точность измерений ±1 °С [2]. В том же диапазоне температур, но при использовании двенадцатиразрядного АЦП достигается точность ±0,1 °С. 

Еще более высокая точность может быть достигнута за счет применения цифровых датчиков.

Цифровые датчики, как правило, объединяют все элементы приведенной схемы в одном корпусе, что позволяет значительно повысить помехозащищенность и точность измерения, так как информация от датчика подается в виде дискретного сигнала. Применение цифрового датчика DS18B20 для того же диапазона температур позволяет представить информацию с точностью до третьего знака после запятой [3].

Таким образом, можно сделать вывод о том, что повышение качества продукции при ее производстве в определенном смысле может определяться и путем закладывания точностных характеристик работы оборудования на стадии разработки и проектирования. 

Литература

  1. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina118.pdf
  2. http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/TMP35_36_37.pdf
  3. http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf

 

Читать электронную версию:

...

Здесь могла бы быть

НАШИ ПАРТНЕРЫ

ПРОЛИСТАТЬ PDF

Новые выпуски