3825 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ

Цель работы: изучение структуры и принципов функционирования контактного и бесконтактного измерительных коммутаторов; измерение переходного сопротивления коммутирующих элементов.

Коммутаторы автоматизированных измерительных систем

Коммутатор – устройство, обеспечивающее под действием управляющих сигналов определённое число и структуру связей между так называемыми входами и выходами. Разделение точек коммутации, между которыми производится соединения, на входы и выходы является достаточно условным. Оно основано на предположении о направлении прохождения сигналов измерительной информации через коммутатор.

Коммутаторы используются для перестройки внутренних связей, определяющих структуру информационно-измерительных систем, для организации взаимодействия систем с объектами измерения, управления и контроля.

Минимальной структурной единицей коммутатора является коммутирующий элемент (КЭ), показанный на рис. 1 .

 

Он содержит ключ, который может быть замкнут или разомкнут, и схему управления.

В зависимости от управляющего сигнала Uупр точки 1, 2 изолированы или соединены накоротко.

 

 

Коммутатор как функциональный модуль представляет собой множество организованных определённым образом КЭ. Их ключи образуют коммутирующее поле, являющееся исполнительной частью коммутатора. На практике наиболее распространены токовые регулярные структуры исполнительной части в виде матрицы или (1,n)–полюсника. Управляющая часть коммутатора представляет собой совокупность схем управления, объединенных таким образом, чтобы обеспечить необходимые конфигурации соединений коммутирующего поля.

 

 

 

Структуры исполнительной части коммутатора

Выбор конкретной структуры коммутирующего поля зависит от назначения коммутатора и фактически определяет его функциональные возможности обеспечению каналов связи между входами и выходами. Во входных цепях измерительных каналов систем обычно используют структуры типа (1,n)– полюсник (рис. 3.) Он позволяет подключать

 

 

 

к выходу любой из n входов, замыкая один из ключей К1n . Соединив одноимённые входы нескольких (1,n)–полюсников, можно получить коммутатор с n входами и m – выходами. Чтобы увеличить число входов коммутатора, следует объединить выходы необходимого числа (1,n)–полюсников. Расширение объема коммутатора возможно путём построения многоступенчатых структур     (рис. 4).

 

 

 

Первая ступень включает m (1,n)–полюсников, что увеличивает число входов до значения mn. Вторая ступень представляет собой (1,m)–полюсник, объединяющий выходы первой ступени.

 

В двухступенчатой структуре существенно меньше взаимное влияние выбранного и невыбранных каналов за счёт их гальванической развязки разомкнутыми ключами второй ступени. Недостатком является наличие двух ключей в любом канале, что увеличивает его переходное сопротивление. Для одноступенчатой структуры число коммутирующих элементов N равно числу входов n. В двухступенчатой структуре при числе входов mn число КЭ

N = mn+m = m(n+1).

 

В универсальных коммутаторах чаще используют матричную структуру (рис.5) , представляющую

 

 

 

 

собой прямоугольную решётку из двух групп соединенных проводников, одна из которых подключена ко входам, другая – к выходам коммутирующего поля. В узлах решётки расположены ключи коммутирующих элементов, соединённые одновременно с входными и выходными шинами. Такая схема является полнодоступной, т.е. позволяет подключить любой из n входов к любому из m  выходов или к нескольким одновременно. Матрица содержит N = nm  КЭ, что обеспечивает возможность одновременного установления К = m соединений, если m < n и К = n, если n < m . При этом никакие входы не должны быть соединены между собой, и любая цепь содержит только один ключ.

На основе матриц относительно небольшой размерности можно построить коммутатор с большим числом входов и выходов. В качестве примера на рис.6 показана схема двухступенчатого матричного коммутатора  на основе квадратных матриц . Число коммутирующих элементов

,

где N1, N2 – число КЭ первой и второй ступени соответственно.

 

 

 

Используя коммутаторы и (1,n)–полюсники строят коммутирующие поля требуемой конфигурации, ориентированные на конкретные типы объектов – источников измерительной информации.