Меню

Цифровое измерительное оборудование это



Цифровые измерительные приборы: достоинства и недостатки, принцип работы

Цифровые приборы — один из самых революционных способов измерения различных физических величин за всю историю человечества. Можно сказать, что в целом с момента появления цифровых технологий важность этого типа устройств во многом определила будущее всего нашего существования.

Цифровой прибор для измерения напряжения, тока и частоты

Все измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Цифровые измерительные приборы обладают высоким быстродействием и высоким классом точности. Они применяются для измерения широкого класса электрических и неэлектрических величин.

В отличии от цифровых аналоговые приборы не хранят измеренные данные и не совместимы с цифровыми микропроцессорными устройствами. По этой причине необходимо записывать каждое проведенное с его помощью измерение, что может быть утомительным и требующим большого количество времени.

Главный недостаток цифровых измерительных приборов заключается в том, что они нуждаются во внешнем источнике питания или подзарядке аккумулятора после определенного времени использования. Также точность, скорость и эффективность цифровых приборов в делают их дороже аналоговых.

Экран аналогового и цифрового мультиметра

Цифровые измерительные приборы — приборы, в которых измеряемая входная аналоговая величина X автоматически опытным путем сравнивается с дискретными значениями известной (образцовой) величины N и результаты измерения выдаются в цифровом виде (Чем отличаются аналоговые, дискретные и цифровые сигналы).

Структурная схема цифрового вольтметра

Структурная схема цифрового вольтметра

При выполнении операций сравнения в цифровых измерительных приборах производится квантование по уровню и времени значений непрерывных измеряемых величин. Результат измерения (численный эквивалент измеряемой величины) образуется после выполнения операций цифрового кодирования и представляется в избранном коде (десятичном для отображения или двоичном для дальнейшей обработки).

Цифровой люксметр

Операции сравнения в цифровых измерительных приборах выполняются специальными устройствами сравнения. Обычно конечный результат измерения в таких приборах получается после запоминания и некоторой обработки результатов отдельных операций сравнения аналоговой величины X с различными дискретными значениями образцовой величины N (так же может производиться сравнение известных долей X с N, имеющей одно значение).

Числовой эквивалент X в измерительный прибор представляется с помощью выходных устройств в виде, удобном для восприятия (цифровая индикация), а в необходимых случаях — в виде, удобном для ввода в электронно-вычислительную машину (ЭВМ) или в систему автоматического управления (цифровые регуляторы, программируемые логические контроллеры, интеллектуальные реле, частотные преобразователи). Во втором случае приборы чаще всего называются цировыми датчиками.

Цифровой штангенциркуль

В общем случае цифровые измерительные приборы содержат аналогово-цифровые преобразователи, блок формирования образцовой величины N или набор заранее сформированных величин N, устройства сравнения, логические устройства и выходные устройства.

В автоматических цифровых измерительных приборах обязательно наличие устройства, обеспечивающего управление работой его функциональных узлов. Кроме обязательных функциональных блоков прибор может содержать дополнительные, например, преобразователи непрерывных величин X в промежуточные непрерывные величины.

Такие преобразователи используются в измерительных приборах в тех случаях, когда промежуточную X можно более просто измерить, чем исходную. К преобразованиям X в электрические величины прибегают весьма часто при измерении разнообразных неэлектрических величин, в свою очередь, электрические часто представляются эквивалентными интервалами времени и т. д.

Цифровой термометр

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и выдают на выходе соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для работы с ЭВМ и другими цифровыми устройствами, т.е. обычно физический сигнал сначала преобразуется в аналоговый (аналогичный по отношению к исходному сигналу), а затем аналоговый сигнал преобразуется в цифровой.

В цифровых измерительных приборах используются различные методы автоматических измерений и измерительные схемы. Наличие дискретных N определяет специфику главным образом способов сравнения.

X и N можно сравнивать методами уравновешивания и совпадения. При 1-м методе управление изменением значений N производится до тех пор, пока не будет обеспечено равенство (с погрешностью дискретности) значений X в N или эффектов, ими производимых. По 2-му методу все значения N одновременно сравниваются с X, и значение X определяется по совпавшему с ним (с погрешностью дискретности) значению N .

При методе совпадения обычно используется одновременно несколько устройств сравнений, либо X имеет возможность воздействовать на одно общее устройство, считывающее совпавшее с ним значение N.

Различаются методы следящего, развертывающего и поразрядного уравновешивания, а также методы совпадения со следящим счетом или следящим считыванием, периодическим счетом или периодическим считыванием результатов сравнения.

Цифровой мультиметр

Первые в истории цифровые измерительные приборы представляли собой системы пространственного кодирования.

В этих приборах (датчиках) в соответствии со схемой измерения измеряемая величина с помощью аналогового преобразователя преобразуется в линейное перемещение или угол поворота.

Далее в аналого-дискретном преобразователе происходит кодирование полученного перемещения или угла поворота при помощи специальной кодовой маски, которая наносится на специальные кодовые диски, барабаны, линейки, пластины, электроннолучевые трубки и т. п.

Маски создают символы (0 или 1) кода числа N в виде проводящих и непроводящих, прозрачных и непрозрачных, магнитных и немагнитных участков и т. п. С этих участков специальные считывающие устройства снимают вводимый код.

Наибольшее распространение получил метод устранения ошибок неоднозначности, основанный на применении специальных циклических кодов, в которых соседние числа отличаются только в одном разряде, т. е. ошибка считывания не может превышать шага квантования. Это достигается за счет того, что при изменении любого числа на единицу в циклическом коде изменяется только один символ (например, используется код Грея).

Цифровой энкодер

В зависимости от выполнения кодирующего устройства преобразователи пространственного кодирования могут быть разделены на контактные, магнитные, индуктивные, емкостные и фотоэлектрические преобразователи (смотрите — Как устроены и работают энкодеры).

Примеры цифровых измерительных приборов:

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Цифровое измерительное устройство

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Цифровое измерительное устройство» в других словарях:

Цифровой прибор — измерительный, прибор, показания которого на отсчётном устройстве представлены в виде последовательности цифр числа, отражающего с определённой точностью результат измерения (см. Цифровое измерительное устройство) … Большая советская энциклопедия

Электрические измерения — измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др.… … Большая советская энциклопедия

ЦИУ — ЦИУВ Центральный институт усовершенствования врачей образование и наука ЦИУ Центральное ихтиологическое управление ЦИУ цифровое измерительное устройство … Словарь сокращений и аббревиатур

ГОСТ 29329-92: Весы для статического взвешивания. Общие технические требования — Терминология ГОСТ 29329 92: Весы для статического взвешивания. Общие технические требования оригинал документа: (Электронные весы) Термин «Электронные весы» применим к настольным весам Определения термина из разных документов: (Электронные весы)… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р МЭК 60204-1-2007: Безопасность машин. Электрооборудование машин и механизмов. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р МЭК 60204 1 2007: Безопасность машин. Электрооборудование машин и механизмов. Часть 1. Общие требования оригинал документа: TN систем питания Испытания по методу 1 в соответствии с 18.2.2 могут быть проведены для каждой цепи… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

21625 — ГОСТ 21625 < 76>Устройство информационно измерительное цифровое со струнным преобразователем для измерения линейных размеров. ОКС: 17.040.30 КГС: П53 Приборы для измерения длин (наружные и внутренние размеры) Действие: С 01.01.77 Изменен: ИУС… … Справочник ГОСТов

Электроника-60 — Тип Промышленная микроЭВМ Выпущен ? Выпускался по … Википедия

ГОСТ 21625-76 — 10 с. (3) Устройство информационно измерительное цифровое со струнным преобразователем для измерения линейных размеров Изменение №1/ИУС 3 1987 раздел 17.040.30 … Указатель национальных стандартов 2013

17.040.30 — Вимірювальні прилади ГОСТ 8.224 76 ГСИ. Длиномеры пневматические высокого давления ротаметрического типа. Методы и средства поверки. Взамен ГОСТ 13009 67 ГОСТ 8.353 96 ГСИ. Меры длины штриховые эталонные 1 го разряда (образцовые) и рабочие класса … Покажчик національних стандартів

Читайте также:  Оборудование для приготовления закусок разнообразного ассортимента

ГОСТ 21625-76 — Устройство информационно измерительное цифровое со струнным преобразователем для измерения линейных размеров [br] НД чинний: від 1977 01 01 Зміни: (1 III 87) Технічний комітет: ТК 63 Мова: Ru Метод прийняття: Кількість сторінок: 7 Код НД згідно з … Покажчик національних стандартів

Источник

Общие сведения. Цифровые измерительные приборы

date image2014-02-09
views image9548

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Цифровые измерительные приборы

Лекция №14

Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называют приборы, содержащие аналого-цифровые преобразователи, устройства обработки цифровой информации и отображения результатов измерений в цифровой форме.

В настоящее время ЦИП занимают ведущее место на мировом рынке, хотя в промышленности еще имеется большой парк аналоговых измерительных приборов.

ЦИП имеют много достоинств:

-высокая точность измерений,

-широкий диапазон измеряемой величины,

-результат измерений в цифровой форме (возможность последующей обработки, сохранения, индикации),

-возможность внешнего управления, автоматизации и программирование процесса измерения.

Обобщенная структурная схема ЦИП представлена на рис.14.1.

Входное устройство по сигналу Блока управления (БУ) каждый цикл измерений преобразует измеряемый электрический сигнал ux(t) в постоянное напряжение U= в определенном диапазоне значений, который зависит от значения ux и выбранного предела измеряемой величины. В следующем цикле при изменении значения ux изменяется значение U=

АЦП – аналого-цифровой преобразователь преобразует циклически напряжение U= в цифровую форму UD (коды значений U= ) .

АЛУ – арифметико-логическое устройство выполняет операции с отдельным значениям UD, полученным в цикле или с набором их значением в множестве циклов.

Блок управления синхронизирует процессы обработки сигналов.

Таким образом, в любом ЦИП происходит два процесса:

— дискретизация – представление непрерывно изменяющихся значений напряжения измеряемой величины ux в дискретный набор значений U=t

, для отдельных моментов времени, определяемых циклами измерений (рис.14.2,а),

— квантование – преобразование отдельного значения U=t в цифровой код UDt. (рис.14.2,б).

Рис.14.2. а)- дискретизация во времени, б) квантование в двоичный код.

Из теоремы Котельникова следует, что сигнал ux(t) с верхней граничной частотой спектра fmax может быть восстановлен по его мгновенным значениям Xt в массиве дискретных точек N, если частота дискретизации fdiscr вдвое превышает граничную частоту спектра сигнала fdiscr ≥ 2 fmax .

Ширина спектра сигнала растет с увеличением скорости изменения сигнала. Поэтому для того, чтобы уменьшить погрешность дискретизации надо уменьшить период (увеличить частоту) дискретизации. Это наглядно видно на рис.14.2а.

Погрешность квантования зависит от шага квантования, т.е. от разрядности АЦП. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность квантования.

Период дискретизации Tdiscr =1/ fdiscr должен быть больше длительности процесса квантования TКВ, которая зависит от метода квантования.

В процессе квантования измеряемая величина сравнивается с известной мерой, составленной из суммы квантов разных разрядов.

При методе «последовательного счета» (самый медленный алгоритм, рассмотрен в лекции 12) мера набирается последовательным наращиванием по единице младшего разряда (рис.14.3,а).

Второй метод «поразрядного уравновешивания» (рис.14.3б) заключается в последовательном уменьшении (или увеличении) меры, начиная со старшего разряда.

В третьем методе «считывания» (рис.14.3в) применяется одновременное сравнение с множеством мер, набранных с возрастающим количеством квантов.

Методы перечислены в порядке нарастания быстродействия. Однако, при этом возрастает так же сложность и стоимость ЦИП.

Рис.14.3. К алгоритмам преобразования сигнала в цифровую форму.

ЦИП характеризуются следующими параметрами:

-измеряемая величина, т.е. какая электрическая величина измеряется,

-пределы измерения, т.е. переключаемые диапазоны измеряемой величины,

-чувствительность, т.е. наименьшая единица младшего разряда,

-количество разрядов индикатора,

-точность ЦИП, комплексная характеристика, выражаемая погрешностями,

Цифровые вольтметры (постоянного -DC, переменного -AC напряжений)

-по назначению, т.е. виду измеряемого напряжения – постоянного (DC) или переменного напряжения (AC- среднего, действующего, амплитудного значений), для импульсного напряжения, универсального назначения;

-по устройству – вольтметры с фиксированной логикой и программируемые (с микропроцессором);

-по методу аналого-цифрового преобразования :

Ниже рассматриваются ЦИП с фиксированной (жесткой) логикой.

Упрощенный пример схемы вольтметра с время-импульсным преобразованием приведен на (рис.14.4). В вольтметре имеется генератор непрерывной периодической импульсной последовательности (ГИ), генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), счетчик импульсов (СИ), компаратор (КМП), входное устройство (ВУ) и управляющее устройство (УУ).

Периодически по сигналу УУ запускаются ГЛИН и СИ, образуется динейно — нарастающее напряжение uЛИН(t) и начинается подсчет импульсов. с периодом TИМП . Напряжение uЛИН(t) сравнивается в компараторе с измеряемым напряжением UX. В момент времени t, когда uЛИН(t) = UX, компаратор формирует импульс, который останавливает счетчик со значением K. Искомое напряжение оказывается равным UX= K* TИМП.

Рис.14.4. Упрощенная схема цифрового вольтметра с время-импульсным преобразованием.

Для измерения переменных напряжений вольтметр постоянного тока дополняется преобразователем переменного напряжения в постоянное напряжение. При этом схема преобразователя зависит от измеряемой величины. Такие преобразования рассмотрены на лекции 13 в разделе «Аналоговые вольтметры переменного напряжения». Как показано, возможны измерения действующих, амплитудных и средних по модулю значений напряжения.

Цифровые частотомеры и фазометры с фиксированной логикой.

Современные цифровые частотомеры многофункциональные, т.е. они могут работать в разных режимах измерения — частоты синусоидального или импульсного напряжения, интервала времени.

Принцип действия цифрового частотомера заключается в следующем (рис.14.5). Из периодического сигнала u(FX), частота которого измеряется, во входном устройстве ВУ и формирователе импульсов ФИ создается непрерывная последовательность прямоугольных импульсов. Эти импульсы подаются на счетчик импульсов (СИ), который стартует и останавливается в интервале времени Δt по команде устройства управления. Интервалзадается формирователем «Ф Δt» как сумма K периодов генератора (ГИ) TИ : Δt=K TИ. При показании счетчика (СИ) N получается TX = Δt/N= K TИ /N и FX =1/TX . Для большей точности надо обеспечить TИ

Источник

Цифровые измерительные устройства

Аналоговые приборы состоят из электронной части, предназначенной для преобразования, выпрямления, усиления электрической величины и измерительного механизма. Эти приборы используют в качестве вольтметров, частотомеров, измерителей сопротивления, ёмкости, индуктивности и т.д.

Аналоговые электронные приборы можно разделить на две большие группы.

1. Аналоговые электронные измерительные приборы со стрелочным отсчётом.

2. Приборы дискретного типа с цифровым отсчётом.

В зависимости от характера измерений и вида измеряемых величин приборы подразделяются на группы:

В – приборы для измерения напряжений

В2 – вольтметры постоянного тока

В3 – вольтметры переменного тока

В4 – вольтметры импульсного тока

В6 – вольтметры селективные

В7 — вольтметры универсальные

Г– измерительные усилители и генераторы

Г3 – генераторы гармонических колебаний низкочастотные

Г4 – генераторы гармонических колебаний высокочастотные

Г5 – генераторы импульсные

Г6 – генераторы функциональные

Е – приборы для измерения распределённых параметров электрических цепей

С –приборы для наблюдения за формой сигналов

Ф– измерители фазового сдвига.

Достоинства аналоговых приборов.

2. Широкий частотный диапазон ( 20 Гц…1000 МГц)

3. Широкий диапазон измеряемых величин

4. Высокая чувствительность

5. Перегрузочная способность.

Наиболее обширная группа электронных приборов – вольтметры для измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока в широком диапазоне частот. В вольтметре постоянного тока напряжение поступает на входное устройство (ВУ), потом на вход усилителя переменного тока (УПТ), а затем на измерительный механизм (ИМ).

Пример. Амперметр-вольтметр щитовой аналоговый М42303

Измерительный механизм – магнитоэлектрической системы

Пределы измерений по току 10 мкА…20 А,

По напряжению 25 мВ…750 кВ.

Класс точности 2,5; 4,0

Температура – 50…+50 ̊C

При изготовлении прибора с повышенной устойчивостью к механическим воздействиям к обозначению добавляется буква М.

Цифровые измерительные устройства

Цифровые измерительные устройства подразделяют на цифровые измерительные приборы и цифровые измерительные преобразователи . Цифровые измерительные приборы являются автономными устройствами, в которых значение измеряемой величины автоматически представляется в виде числа на цифровом отсчётном устройстве (ЦОУ). Цифровые измерительные преобразователи не имеют ЦОУ, а результаты измерений преобразуются в цифровой код для последующей передачи и обработки в измерительно-информационных системах. Цифровое измерительное устройство используют для измерения электрических величин: переменного и постоянного тока и напряжения, ёмкости, индуктивности, временнЫх параметров сигнала (частоты, периода и др.). При измерении неэлектрических величин (давления, температуры, скорости, усилия и др.), предварительно преобразовывают их в электрические.

Читайте также:  Оборудование для прожетто 66

ЦИП – многопредельные, универсальные приборы. Входная измеряемая величина, являющаяся непрерывной, преобразуется в соответствующую дискретную величину с последующим представлением результата измерения в дискретной форме. В таких приборах используется современная база электроники.

Общий принцип построения цифровых приборов одинаков.

Измеряемая величина X поступает на входное устройство прибора ВУ, где происходит масштабное преобразование. Далее сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где аналоговый сигнал преобразуется в код, который отображается в числовом виде на цифровом отсчётном устройстве ЦОУ.

В ЦОУ кодированный результат измерения преобразуется в число, выражаемое цифрами в общепринятой десятичной системе счисления. Наиболее распространены ЦОУ с 2—9 цифрами (разрядами). В цифровых измерительных приборах используют ЦОУ электрические, электронные, газоразрядные и на жидких кристаллах. В группу электрических ЦОУ входят световые табло, проекционные и мозаичные ЦОУ, многоэлементные цифровые лампы и электролюминесцентные ячейки. К газоразрядным и электроннолучевым ЦОУ относят цифровые индикаторные лампы, декатроны, трохотроны и знаковые электроннолучевые трубки. Наибольшее распространение получили ЦОУ на газоразрядных лампах благодаря простому устройству, высокой надёжности и низкой стоимости.

Основные характеристики ЦИП

1. Разрешающая способность, определяемая изменением цифрового отсчёта, приходящегося на единицу младшего разряда.

2. Входное сопротивление, характеризующее мощность, потребляемую от объекта измерения.

3. Быстродействие, оцениваемое числом измерений в секунду.

4. Точность измерений – близость результата измерений к истинному значению измеряемой величины.

Класс точности ЦИП определяется пределом допускаемой относительной погрешности по формуле:

Источник

Цифровые измерительные приборы (ЦИП)

Принцип действия и основные узлы ЦИП, системы счисления, основные характеристики

Цифровым измерительным прибором (ЦИП) называется средство измерения, автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

По виду измеряемых величин цифровые измерительные приборы подразделяются на:

— вольтметры и амперметры постоянного и переменного тока (напряжения);

— омметры и мосты постоянного и переменного тока;

— измерители частоты, интервалов времени и фазового сдвига;

— специализированные ЦИП, предназначенные для определения времени срабатывания различных элементов и т.д.

Диапазон измеряемых посредством ЦИП величин обычно весьма широкий и разбивается на ряд поддиапазонов. Выбор нужного поддиапазона в процессе измерения производится вручную или автоматически. Измерение на выбранном поддиапазоне всегда осуществляется автоматически.

В ЦИП происходит преобразование непрерывной измеряемой величины в цифровой код. Это осуществляется с помощью (АЦП), в котором сигнал измерительной информации подвергается дискретизации, квантованию и кодированию.

Дискретизация, т. е. процесс преобразования непрерывного сигнала измерительной информации в дискретный, может осуществляться как по времени, так и по уровню. Дискретизация по времени выполняется путем взятия отсчетов сигнала X(t) в определенные детерминрованные моменты времени. Таким образом, от сигнала измерительной информации сохраняется только совокупность отдельных значений. Промежуток времени между двумя моментами дискретизации называют шагом дискретизации. Обычно моменты отсчетов на оси времени выбираются равномерно, т. е. шаг дискретизации постоянен.

Дискретизация значений измерительного сигнала по уровню но­сит название квантования. Операция квантования сводится к тому, что непрерывная по времени и амплитуде величина заменяется ближайшим фиксированным значением по установленной шкале дискретных уровней. Эти дискретные (разрешенные) уровни образованы по определенному закону с помощью мер. Разность между двумя разрешенными уровнями называют интервалом (шагом или ступенью) квантования. Интервал квантования может быть как постоянным, так и переменным. Временная дискретизация измерительного сигнала имеет смысл, когда его величина изменяется во времени. Если измерительный сигнал постоянен, достаточно осуществить квантование. Особым случаем является измерение времени (временного интервала). Процесс дискретизации здесь теряет смысл, и осуществляется квантование самого времени.

Следующим преобразованием измерительного сигнала, является кодирование. Цифровым кодом называется последовательность цифр или сигналов, подчиняющаяся определенному закону, с помощью которой осуществляется ус­ловное представление численного значения величины. По виду выходного дискретного сигнала ЦИП и АЦП делятся на приборы с двоичной, десятичной и двоично-десятичной формами представления информации. Двоичная форма является само экономичной и используется в системных АЦП.

Основными классификационными признаками ЦИП принято считать вид измеряемой величины и способ преобразования, определяющие такие важные характеристики, как точность и быстродействие. По виду входных физических величин ЦИП объединяют в следующие группы приборов для измерения:

— постоянного и переменного тока (напряжения);

-параметров R, L и С электрических цепей;

— временных параметров (частоты, периода, временного интервала, фазы).

Разновидностями ЦИП, входящих в упомянутые группы, являются средства измерений с микропроцессорами, виртуальные приборы на основе компьютеров и цифровые осциллографы.

Наиболее важными техническими характеристиками ЦИП, определяющими возможность их использования для конкретной измерительной задачи, являются: пределы измерения, цена деления, входное сопротивление, быстродействие, точность, помехоустойчивость и надежность. Цену деления шкалы ЦИП можно определить по формуле.

где X max — максимальное значение предела измерения; т — число разрядов десятичного цифрового отсчета.

Для каждого предела измерения цена деления постоянна и определяет максимально возможную разрешающую способность для данного типа ЦИП.

Разрешающая способность ЦИП – это изменение цифрового отсчета на единицу первого (младшего) разряда. Иногда под разрешающей способностью понимают значение цены деления младшего предела ЦИП.

Быстродействие определяется максимальным интервалом времени необходимым для выполнения одного полного цикла измерения (для, ЦИП это время измерения и время индикации) или преобразования (для, АЦП) входной величины. Для ЦИП с равномерной временной дискретизацией этот интервал измерения определяется шагом дискретизации ∆ t, а, быстродействие — количеством измерений (преобразований) в 1 с, т.е, значением 1/(∆ t).

Помехоустойчивость ЦИП — способность сохранять необходимую точность измерения при наличии различных возмущающих воздействий (помех). Устранить влияние помех, появляющихся вместе с сигналом на входных зажимах ЦИП, полностью нельзя. Поэтому помехоустойчивость численно характеризуется степенью подавления помех на входе ЦИП. Оценку помехоустойчивости ЦИП обычно вычисляют по отношению к аддитивным, т.е. суммирующимся с полезным сигналом помехам.

Итак, ЦИП наиболее полно удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым в настоящее время к измерительной аппаратуре, — высокая точность и быстродействие, автоматизация процессов измерения и обработки информации. Обобщенная структурная схема ЦИП показана на рис.13

Рис.13. Обобщенная структурная схема ЦИП

В цифровом приборе измеряемая величина х подается на входное устройство (ВУ), предназначенное для выделения ее из помех и масштабного преобразования. Аналого- цифровой преобразователь (АЦП) преобразует величину х’ в код N, который подается на цифровое отсчетное устройство (ЦОУ), где индицируется в виде ряда цифр. Цифровые коды могут выводиться и во внешние устройства, например в компьютер для дальнейшей обработки или хранения. Управляет работой ЦИП устройство управления: (УУ) путем выработки и подачи определенной последовательности командных сигналов во все функциональные узлы.

По способу преобразования входного сигнала ЦИП условно делятся на приборы прямого и уравновешивающего преобразования. В ЦИП прямого преобразования отсутствует цепь общей отрицательной обратной связи (т.е. связь выхода с входом). Они облагают повышенным быстродействием, но прецизионные измерения возможны только лишь при высокой точности всех измерительных преобразователей, поэтому применяются редко. ЦИП уравновешивающего преобразования охвачен цепью общей обратной связи. Цепь отрицательной обратной связи представляет собой по существу цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) выходного дискретного сигнала в компенсирующую величину х к одной физической природы с измеряемой величиной x(t).

Погрешность ЦИП уравновешивающего преобразования, охваченных отрицательной обратной связью, практически не зависит от погрешностей преобразователей цепи прямого преобразования, а определяется в основном параметрами ЦАП. Поэтому в схемах ЦАП обязательно применяются элементы достаточно высокой точности и стабильности.

Читайте также:  В сметной стоимости оборудования учитываются

По характеру изменения во времени компенсирующей величины х к ЦИП делят на приборы развертывающего и следящего уравновешивания. Примером ЦИП первого типа являются приборы, в которых значение компенсирующей величины х к в каждом цикле измерения возрастает от нуля ступенями, равными шагу квантования А (рис. 8.6, а).

При идентичности величин х к = х процесс уравновешивания прекращается и фиксируется результат измерения, равный числу ступеней квантования компенсирующей величины. Отсчет показаний обычно производится в конце цикла изменения величины х к. При этом возникает динамическая погрешность ∆ д, обусловленная изменением измеряемой величины x(t) за интервал времени между моментами уравновешивания и отсчета.

В приборах следящего уравновешивания (рис.8.6, 6) уровень компенсирующей величины не возвращается к нулю после достижения равенства с измеряемой величиной, а остается постоянным. При изменении х величина х к соответственно отрабатывает (отслеживает) это изменение так, чтобы разность х — х к не превышала значения шага квантования. Отсчет производится или в момент уравновешивания, или по внешним командам. Следящее уравновешивание сложнее в технической реализации, но при прочих равных условиях обеспечивает меньшую динамическую погрешность, которая не превышает шага квантования.

§8.4. Информационно-измерительные системы (ИИС) и информационно-вычислительные комплексы (ИВК)

Назначение, классификация и требования, предъявляемые к ИИС, ИВК и их элементам

ИВК представляет собой автоматизированное средство измерений электрических величин, на основе которого возможно создание информационно-измерительных систем (ИИС) путем:

–присоединения ко входу измерительных каналов ИВК первичных преобразователей (датчиков) измеряемых величин с (унифицированным) электрическим выходным сигналом;

–генерации на основе программных компонентов ИВК программ обработки информации и управления экспериментом, ориентированных на решение конкретных задач;

Рис.8.6. Временные диаграммы к схемам ЦИП уравновешивающего типа:

а)- развертывающего; б)- следящего

–присоединения к выходам каналов вывода сигналов управления объектом устройств (регуляторов), воздействующих непосредственно на объект измерений;

–модификации ИВК под конкретную задачу, для решения которой создается ИИС.

На основе ИВК могут быть созданы:

–системы автоматизации научных исследований;

–системы автоматизации испытаний или исследований изделий и объектов промышленности;

–системы автоматизации медицинских обследований и другие системы автоматизации измерений.

В состав ИВК входят технические и программные компоненты.

Технические компоненты ИВК подразделяют: основные и вспомогательные.

Основными техническими компонентами ИВК являются:

–средства измерений электрических величин, входящие в номенклатуру по ГОСТ 22261-82, — измерительные компоненты;

–средства вычислительной техники по ГОСТ 21552-84 — вычислительные компоненты;

–меры текущего времени и интервалов времени с нормированными характеристиками погрешности;

–средства ввода-вывода цифровых и релейных сигналов.

Вспомогательными техническими компонентами ИВК являются следующие функционально и конструктивно законченные технические средства обеспечения совместной работы основных технических компонентов, непосредственно не участвующие в процессе измерений:

–блоки электрического сопряжения измерительных компонентов между собой или измерительных компонентов с вычислительными компонентами (блоки интерфейсного сопряжения, контроллеры);

–коммутационные устройства, не являющиеся средствами измерений;

специализированные устройства буферной памяти;

–расширители интерфейсных линий;

–устройства расширения функциональных возможностей ИВК;

–источники питания для вспомогательных технических компонентов.

Технические компоненты ИВК, предназначенные для совместной компоновки в общих стойках или корпусах, следует изготовлять по группам эксплуатации, которые соответствуют рабочим условиям, возникающим в общих стойках или корпусах при работе ИВК в условиях эксплуатации, установленных для ИВК.

Для технических компонентов ИВК следует нормировать такие показатели надежности, которые позволяют рассчитать надежность ИВК в целом с заданной достоверностью.

Средства измерений электрических величин, предназначенные для использования в ИВК, должны соответствовать:

–требованиям ГОСТ 22261-82;

–требованиям совместимости СИА в соответствии с перечнем видов совместимости по нормативно-технической документации;

–требованиям нормативно-технической документации, устанавливающей типовые интерфейсы в части организации взаимодействия средств измерений друг с другом и с вычислительными компонентами ИВК.

Средства измерений электрических величин и средства вычислительной техники, предназначенные для совместной работы в общих корпусах или стойках ИВК должны соответствовать требованиям конструктивной и эксплуатационной совместимости.

Унифицированные несущие конструкции ИВК должны обеспечивать конструктивную совместимость технических компонентов ИВК и изготовляться в соответствии с требованиями технических условий по рабочим чертежам на унифицированные несущие конструкции, утвержденным в установленном порядке.

Программными компонентами ИВК являются системное программное обеспечение и общее прикладное программное обеспечение.

Программные компоненты ИВК образуют в совокупности математическое обеспечение ИВК и входят в комплект ИВК.

Основными признаками принадлежности к ИВК являются:

–наличие комплекса нормированных метрологических характеристик;

–блочно-модульная структура, измерительные и вычислительные компоненты которая, как правило, являются серийно выпускаемыми агрегатными средствами измерений и автоматизации (СИА);

–наличие процессора (процессоров) или ЭВМ;

–программное управление СИА, входящими в состав ИВК, от ЭВМ или процессора (процессоров);

–использование типовых интерфейсов, установленных в стандартах подуровня 2.1 структуры ЕССП, для обеспечения взаимодействия между агрегатными СИА, входящими в состав ИВК.

Примечание. В зависимости от используемой ЭВМ, структуры ИВК и решаемых задач в одном ИВК допускается применять различные типовые машинные, системные и приборные интерфейсы, а также согласованные системы интерфейсов.

По назначению ИВК классифицируют на типовые, проблемные и специализированные.

Типовые ИВК предназначены для решения широкого круга типовых задач автоматизации измерений, испытаний или исследований независимо от области применения.

Проблемные ИВК предназначены для решения широко распространенной, но специфической для конкретной области применения задачи автоматизации измерений, испытаний или исследований. При отсутствии серийных агрегатных СИА допускается разрабатывать и выпускать агрегатные СИА специально для конкретных проблемных ИВК и включать их в установленном порядке в номенклатуру агрегатных СИА. Эти СИА должны удовлетворять требованиям совместимости в соответствии с перечнем видов совместимости по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Специализированные ИВК предназначены для решения уникальных задач автоматизации измерений, испытаний или исследований, для которых разработка типовых и проблемных ИВК экономически нецелесообразна. В состав специализированных ИВК, при отсутствии необходимых серийных агрегатных СИА, допускается включать специально разработанные внесистемные СИА и средства вычислительной техники.

Типовые и проблемные ИВК следует изготовлять серийно. Допускается осуществлять серийный выпуск и (или) компоновать ИВК в соответствии с индивидуальным техническим заданием (ТЗ) потребителя.

Специализированные ИВК допускается компоновать непосредственно у потребителя в соответствии с ТЗ потребителя.

1.В чем заключается принципы автоматизации?

2. Какова идея измерения не электрических величин? Что такое датчик? Какие датчики существуют? Знать тензометрические, термоэлектрические, пьезоэлектрические, магнитоупругие датчики. Для каких целей используются? Каковы их характеристики и особенности использования?

3.Что такое ЦИП, принцип действия его, дискретизация, квантование, кодирование? Из каких основных частей состоит? Каковы основные метрологические характеристики?

4. Что является недостатком ЦИПов по сравнению с аналоговыми приборами?

5. Что такое ИВК? Из каких основных частей состоит? Для чего используется? Виды ИВК.

6.Что является отличительным элементом автоматических систем с каналом общего пользование, как устройство сопряжения.

7. Что дает наличие персонального компьютера и измерительной платы?

8.Что ИИС? Для каких целей используются?

9. Что это за измерительная система для выявления и устранения элементов с неправильным функционированием?

Темы для рефератов

1. Измерение электрического сопротивления прямыми и косвенными методами.

2. Измерение электрической емкости прямыми и косвенными методами.

3. Измерение электрической индуктивности прямыми и косвенными методами.

4. Измерение электрического напряжения постоянного тока прямыми и косвенными методами.

5. Измерение амплитуды электрического напряжения гармонического тока прямыми и косвенными методами.

6. Измерение частоты электрического тока прямыми и косвенными методами.

7. Измерение частоты вращения вала прямыми и косвенными методами.

8. Измерение момента на валу прямыми и косвенными методами.

9. Измерение момента инерции прямыми и косвенными методами.

10. Измерение механических напряжений, возникающих в механических конструкциях.

11. Измерение амплитуды электрического гармонического тока прямыми и косвенными методами.

Источник