Общие сведения. Цифровые вторичные измерительные приборы и преобразователи

Цифровые вторичные измерительные приборы и преобразователи

Последние десятилетия характеризуются широким внедрением цифровых микропроцессорных вторичных приборов и преобразова­телей в практику теплотехнических измерений. В значительной мере это определяется распространением в энергетике, химической, металлургической и других отраслях промышленности микропро­цессорных систем управления таких, как ПТК «Квинт», «Телеперм», «Теплоник», «Саргон» и др. Появились распределенные информаци­онные системы сбора информации о потреблении энергии, воды, газа и других энергоносителей. К таким системам предъявляются повышенные требования по помехозащищенности, надежности, защите от несанкционированного доступа. Измерительные каналы от первичных средств измерения до удаленных показывающих и регистрирующих приборов включают много дополнительных уст­ройств передачи и преобразования информации, которые оказывают то или иное влияние на ее качество. К числу таких устройств, вхо­дящих во вторичные цифровые измерительные устройства и системы, относят аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, мультиплексоры, блоки цифровой индикации, дисплеи, модемы, адаптеры, проводные и беспроводные линии связи и другие элементы.

Цифровые измерительные приборы по сравнению с аналого­выми обладают следующими преимуществами: автоматическим процессом измерения, малыми габаритами, удобством включения в цифровые информационные и управляющие системы, использова­нием универсальной элементной базы, индикацией сигналов в циф­ровой форме и пр. Элементы цифровых измерительных приборов работают в импульсном режиме, характеризуемым наличием двух состояний, резко отличающихся уровнем напряжений, что обеспечи-

вает их различимость и высокую помехоустойчивость приборов. Последнее имеет место при использовании кабелей с задан­ными характеристиками, гаран­тирующими сохранение четкой различимости уровней квантова­ния, что исключает возможность потери информации.

Рис. 8.1. Дискретизация но времени и квантование по уровню непрерывной измеряемой величины

Преобразование аналоговой ин­формации в цифровой код Х_д(t) сопровождается временной дис­кретизацией непрерывной вели­чины X(t) и ее квантованием по уровню. Эти операции иллюст-

рирует график, представленный на рис. 8.1. При временной дискре­тизации непрерывная величина заменяется совокупностью мгновен­ных значений, остающихся постоянными в течение шага дискрети­зации t. Процесс квантования заключается в замене непрерывной измеряемой величины ступенчатой с фиксированными уровнями.

Оба преобразования связаны с появлением погрешностей кванто­вания и дискретизации. Первая погрешность связана с измерением нестационарных величин. Она не превысит половины шага кванто­вания µ при замене в момент измерения величины X(t) ближайшим дискретным значением. Однако, как видно из графика на рис. 8.1, в пределах шага дискретизации эта погрешность может значительно превышать m/2, если частота дискретизации сигнала не согласована с частотами изменения измеряемого сигнала. В соответствии с тео­ремой Котельникова аналоговый сигнал в области рабочих частот 0 –– f_гр может быть восстановлен, если частота дискретизации вдвое превышает f_гр Погрешность квантования определяется шагом кван­тования µ, зависящим от разрядности аналого-цифрового преобра­зователя. При замене в момент измерения непрерывной величины одним из ближайших соседних дискретных значений измеряемая величина может иметь любое значение в пределах половины шага квантования µ. В связи с этим погрешность преобразования счи­тают случайной, распределенной равномерно в интервале ± m/2

С s = m/().