Автоматизация сбора и первичной обработки информации

7 Г Л А В А 1 ПЕРВИЧНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ДАТЧИКИ) В основе организации автоматической системы ввода данных лежит применение датчиков входной информации с электрическим выходом и последующим преобразованием электрического сигнала в цифровую форму. Так как основные характеристики датчиков являются определяющими для системы сбора данных и систем управления, работающих в реальном масштабе времени, то только они и представляют интерес. В настоящее время существует следующее распределение доли различных физических величин, измеряемых в промышленности (рис.1.1): температура o t – 50%; расход dV dt (массовый, объемный) – 15%; давление Р – 10%; уровень – 5%; количество V (массовый, объемный) – 5%; время t с – 4%; электрические и магнитные величины (ЭМ) – менее 5%. Видно, что подавляющее число измерений представляет собой измерение неэлектрических величин. При этом представляет интерес также абсолютный объем выполняемых измерений. Так, на атомной электростанции среднего размера имеется около 3000 точек измерений различных физических величин. На крупном предприятии химической промышленности только для измерения температур имеется около 2000 точек. Космическая система Шаттл содержит 300 000 датчиков. Таким образом, наиболее распространены измерения неэлектрических величин, которые с помощью множества физических явлений и эффектов могут быть преобразованы в электрические. 1.1. Преобразования энергии, используемые в датчиках В табл. 1.1 собраны физические явления и преобразования энергии на их основе, наиболее часто применяемые в технике первичных преобразователей-датчиков. Таблица 1.1 Эффект, явление, свойство Физическая сущность преобразования Теплопроводность физические свойства) Тепловое излучение инфракрасное излучение Эффект Зеебека (ЭЗ) I Эффект Пелтье (ЭП) Переход теплоты внутри физического объекта из области более высокой в область более низкой температуры Оптическое излучение при повышении температуры объекта Возникновение ЭДС в цепи с биметаллическими соединениями при разной температуре спаев. На ЭЗ реализованы термопары Поглощение или генерация тепловой энергии при электрическом токе в цепи с биметаллическим соединением (один нагревается, другой охлаждается). На ЭП работают малогабаритные Рис.1.1 50 t  dV dt Р 10 t c 5 V ЭМ