Аппаратные средства ИВК

Автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) сбора и обработки информации, поступающей с датчиков аналоговых и числоимпульсных сигналов.

1.1. Краткое описание

ИВК предназначен для сбора и обработки сигналов с датчиков аналоговых (ток или напряжение) и числоимпульсных сигналов.

Общая блок-схема ИВК
Общая блок-схема ИВК.

ИВК состоит из компьютера, устройства сбора, предварительной обработки и ввода в компьютер показаний датчиков (Устройство Связи с Объектом — УСО), самих датчиков и программного обеспечения.

Ниже приведены фотографии типичного ИВК, работающего в составе установки по поверке промышленных газовых счетчиков на московском предприятии НПП «КИП-контроль».

Типичный ИВК
Типичный ИВК

Установка для поверки промышленных счетчиков газа
Установка для поверки промышленных счетчиков газа, в составе которой используется ИВК

Устройство Связи с Объектом (УСО) — прибор в корпусе, который подключается к компьютеру по стандартному интерфейсу RS232 (последовательный порт COM1 или COM2).

Устройство связи с объектом
Устройство связи с объектом (УСО). Вид спереди в составе ИВК.

УСО гальванически изолировано от компьютера с помощью гальванических развязок на пробивное напряжение до 1500 вольт.

Максимальное удаление УСО от компьютера — 15 м.

УСО оснащено разъемами, к которым подключаются кабели от аналоговых, высокочастотных (ВЧ) и низкочастотных (НЧ) числоимпульсных датчиков, кабель связи с компьютером и пульт дистанционного управления.

Устройство связи с объектом
Устройство связи с объектом (УСО). Вид сзади с подключенными кабелями от датчиков.

УСО сконструировано на базе основного микроконтроллера P89LPC935 «Philips» (NXP), вспомогательного микроконтроллера AT89LP213 «Atmel», 24-разрядного Σ-Δ АЦП ADS1210 «Burr-Brown» (Texas Instruments), 8-ми канального коммутатора аналоговых сигналов с защитой от перенапряжений MAX4508 «MAXIM» и гальванических развязок ADUM1200/1201 «Analog Devices» или ISO7220/7221 «Texas Instruments».

УСО предварительно обрабатывает входную информацию и передает ее в компьютер, где производится окончательная обработка и вывод измеренных данных на экран и, при необходимости, на принтер.

Программное обеспечение и конфигурация ИВК согласуются с заказчиком. Программы работают в оконном режиме (меню). Операционная система, в которой работает ИВК — WindowsXP. Более подробно о программном обеспечении рассказано в Программных Средствах ИВК.

В качестве датчиков аналоговых сигналов могут использоваться датчики температуры, давления, влажности (и т.п.), имеющие унифицированный токовый выход 4÷20 мА.

Датчик температуры
Датчик температуры.

Датчик давления
Датчик давления

Бирка на датчике давления
Бирка на датчике давления с токовым выходом 4÷20 мА.

В качестве датчиков числоимпульсных сигналов могут использоваться различные тахометрические датчики, например, различного рода счетчики объема и расхода газа (турбинные, ротационные, и т.п.), имеющие высокочастотные (ВЧ) и низкочастотные (НЧ) выходы. К ВЧ-выходам счетчиков объема газа подключаются специальные ВЧ-преобразователи, а к НЧ-выходам — НЧ-преобразователи, поставляемые вместе с ИВК и относящиеся к его аппаратным средствам.

Как правило, НЧ-выходы газовых счетчиков применяются для работы с газовыми корректорами, хотя НЧ-выходы могут также использоваться и для поверки газовых счетчиков.

Турбинный газовый счетчик
Турбинный газовый счетчик с подключенным ВЧ-преобразователем (в корпусе розового цвета).

Турбинный газовый счетчик
Турбинный газовый счетчик с подключенным ВЧ-преобразователем (в корпусе розового цвета).

Турбинный газовый счетчик
Турбинный газовый счетчик с подключенным НЧ-преобразователем (в корпусе синего цвета).

Турбинный газовый счетчик
Турбинный газовый счетчик с подключенным НЧ-преобразователем (в корпусе синего цвета).

Газовый корректор с турбинным счетчиком
Газовый корректор с турбинным счетчиком с НЧ-выходом.

В качестве эталонного средства измерения в установке для поверки газовых счетчиков используются сопла Витошинского, которые устанавливаются в специальную пневмоемкость (расширительный бак).

Расширительный бак с установленным соплом
Расширительный бак с установленным соплом.

Сопло, установленное в расширительный бак.
Сопло, установленное в расширительный бак.

Каждая установка в зависимости от максимального расхода газа, который она может обеспечить (1000 м3/час, 1600 м3/час, 2500 м3/час и т.п.), комплектуется набором сопел.

Набор сопел
Набор сопел.

В программном обеспечении ИВК создается специальная база данных с аэродинамическими параметрами сопел, которые устанавливаются в зависимости от расхода газа (о программном обеспечении более подробно рассказано в Программных средствах ИВК).

Для регулировки расхода газа на установке используется либо задвижка, либо специальный электронный регулятор скорости вращения насоса.

Регулятор расхода газа
Регулятор расхода газа.

При регулировке расхода газа поверителем с помощью регулятора скорости вращения насоса (или задвижкой) расход газа, проходящего через установленное сопло, отражается на экране монитора. Для этого в программном обеспечении предусмотрена специальная опция (о программном обеспечении более подробно рассказано в Программных средствах ИВК).

1.2. Назначение и область использования

ИВК может найти применение в самых разнообразных отраслях науки, техники и производства:

  1. Автоматизированная градуировка, калибровка и поверка расходомеров и счетчиков объема жидкостей и газов, газовых корректоров, теплосчетчиков.
  2. Автоматизированный ввод в компьютер показаний датчиков температуры, давления, влажности, скорости вращения и т.п.
  3. Автоматизированный ввод в компьютер показаний с датчиков, измеряющих гидродинамические параметры турбулентных потоков: скорости, давления, сил и т.п. (микровертушки, тензо- и термодатчики и т.д.), используемых в научных исследованиях.
  4. Вибродиагностика.
  5. Медицина (автоматизированный ввод в компьютер показаний с датчиков, измеряющих медико-биологические параметры человека: частота дыхания и сердечных сокращений, кровяное давление, биотоки мозга и т.п.).

1.3. Технические характеристики

Характеристики измеряемых аналоговых сигналов

Диапазон аналоговых сигналов:
напряжение: 0 ÷ +5 В,
ток: 4÷20 мА.

Погрешность измерения аналогового сигнала: ± 0.0005 В.

Количество аналоговых каналов: 8.

Характеристики измеряемых числоимпульсных сигналов

Диапазон числоимпульсных сигналов:
частота 0.1 ÷ 10000 Гц,
количество импульсов 1 ÷ 65536.

Количество числоимпульсных каналов: 2 (расширяемое до 10).

Погрешность измерения числоимпульсных сигналов - 1 импульс.

Характеристики временных интервалов

Общее время измерения T: 0.1 ÷ 3000 секунд.

Погрешность измерения или задания T: ± 0.001 секунды.

Интервал задания времени измерения DТ: 0.1 ÷ 3000 секунд.

Погрешность задания DT: ± 0.001 секунды.

Способы запуска ИВК:
от компьютера (Т и DT задается в программе),
от пульта дистанционного управления с кнопкой (DT задается, Т измеряется),
от НЧ-выхода датчика (DT и количество НЧ-импульсов задается, Т измеряется).

Скорость обмена информацией УСО с компьютером: 115200 бод.

Габариты УСО
40×60 × 9.5 см (компьютерный корпус типа Slim).
30×20 × 8 см (корпус от выносного привода для CD).

Питание УСО: ≈220 В, 15 Вт.

Удаление УСО от компьютера — до 15 метров.

1.4. Технико-экономическая эффективность

ИВК на несколько порядков увеличивает точность измерений, сокращает время обработки информации как по сравнению с ручной обработкой, так и по сравнению с ручным вводом в компьютер и компьютерной обработкой, т.к. в состав ИВК входит УСО с микроконтроллером, производящее предварительную обработку, и компьютер, производящий окончательную обработку. В ряде случаев ИВК является единственно возможным средством измерений и обработки их результатов и не имеет альтернативы.

1.5. Сведения о документации

Документация поставляется с ИВК на компакт-диске.

1.6. Общий вид УСО

Общий вид УСО в компьютерном корпусе Slim

Общий вид УСО
Общий вид УСО в компьютерном корпусе Slim. Вид спереди.

Общий вид УСО
Общий вид УСО в компьютерном корпусе Slim. Вид сзади.