Смекни!
smekni.com

Технология и автоматизация производства РЭА (стр. 33 из 37)

ния) максимально приближены к источникам информации (датчикам) с целью

минимизации потерь измерительной информации. С другой стороны, учиты-

вая сравнительно медленное изменение во времени контролируемых пара-

метров, к ИИС не предъявляют высоких требований по быстродействию. В

отличие от этого, ИИС для контроля электрических параметров должны об-

ладать максимально возможным быстродействием и конструктивно выполнены

по централизованному принципу.

Основные компоненты ИИС. Наиболее типовыми компонентами ИИС явля-

ются измерительные преобразователи (ИП), устройства согласования (ЦАП,

АЦП и др.), устройства сопряжения (интерфейсы), устройства обработки

измерительной информации (микроЭВМ и микропроцессоры), устройства ин-

дикации и регистрации.

Измерительные преобразователи. В соответствии с ГОСТ 16263 " Мет-

рология. Термины и определения", измерительным преобразователем назы-

вается средство для выработки сигнала измерительной информации в фор-

ме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и

(или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблю-

дателя. ИП имеет нормированные метрологические характеристики. Измери-

тельный преобразователь отличается от измерительного прибора тем, что

последний вырабатывает выходной сигнал в форме, доступной для непос-

редственного восприятия наблюдателем значения измеряемой физической

величины.

Совокупность ИП, обеспечивающих осуществление всех заданных пре-

образований измерительного сигнала с целью получения конечного резуль-

тата, составляет измерительную цепь (измерительный канал). В такую


- 88 -

цепь помимо ИП могут входить различные измерительные устройства для

проведения таких операций, как сравнение, масштабирование и др., не

имеющие отдельно нормированных метрологических характеристик.

Первый в измерительной цепи преобразователь, на который поступает

от объекта исследования первичный измерительный сигнал, получил назва-

ние первичного измерительного преобразователя (ПП). Ранее такой преоб-

разователь назывался датчиком. В данный момент под датчиком понимается

техническое средство, представляющее собой конструктивно завершенное

устройство, размещаемое в процессе измерения непосредственно в зоне

объекта исследования и выполняющее функцию одного или нескольких изме-

рительных преобразователей. В отличие от первичного преобразователя

все остальные ИП называются промежуточными или вторичными (ПрП). Пос-

ледний в измерительной цепи преобразователь называется выходным (ВП).

Выходной преобразователь в автономном измерительном приборе снабжен

отсчетным или регистрирующим устройством. В системах контроля и управ-

ления сигнал ВП используется для ввода информации в вычислительное или

управляющее устройство, поэтому в большинстве случаев он должен иметь

цифровую форму представления, что достигается, как правило, с помощью

аналого-цифровых преобразователей.

Аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи. Существует

три разновидности исполнения ЦАП, АЦП: модульное, гибридное и интег-

ральное; при этом доля производства интегральных схем ЦАП, АЦП в общем

объеме выпуска непрерывно возрастает, чему в значительной степени спо-

собствует распространение микропроцессорной техники и методов цифровой

обработки данных.

ЦАП - устройство, которое создает на выходе аналоговый сигнал

(напряжение или ток), пропорциональный входному цифровому сигналу. Ко-

личественная связь между входной числовой величиной N 4i 0 и ее аналоговым

эквивалентом A 4i 0, характеризующая алгоритм цифро-аналогового преобразо-

вания: N 4i 0=(A 4i 0+dA 4i 0)/ 7d 0A (79), где 7d 0A - аналоговый эквивалент единицы

младшего разряда кода; dA 4i 0 - погрешность преобразования при входном

цифровом сигнале N 4вх 0=N 4i 0.

АЦП представляет собой устройство для преобразования непрерывно

изменяющихся во времени аналоговых величин в эквивалентные значения

числовых кодов. Количественная связь между входной аналоговой величи-

ной A 4i 0 и соответствующей ей цифровой выходной величиной N 4i 0 имеет вид

A 4i 0=N 4i 0dA+dA 4i 0 (80), где dA - шаг квантования, т.е. аналоговый эквивалент

единицы младшего разряда кода; dA 4i 0- погрешность преобразования в дан-

ной точке характеристики.

Как правило, в ЦАП, АЦП используется двоичная система кодирова-

ния. При этом старший (1-й) разряд равен половине полной шкалы, 2-й

разряд - четверти полной шкалы и т.д.

ЦАП строятся в основном по принципу параллельного преобразования

на основе резистивных матриц различной конфигурации (матрицы R-2R,

матрицы с двоично-взвешенными резисторами R 4i 0=R*2 5i 0 (81) и др.) и перек-

лючателей тока, обладают более высокими быстродействием, точностью и

технологичностью изготовления в микроэлектронном исполнении.

При построении АЦП в настоящее время используется в основном один

из трех принципов: параллельного преобразования, последовательных

приближений, интегрирования входного сигнала с дискретными уровнями,

определяемыми выражением n=2 5b 0-1 (82), где b - число двоичных разрядов

АЦП.

АЦП последовательного приближения обладают сравнительно высоким

быстродействием и высокой разрядностью. Интегрирующие АЦП имеют низкое

быстродействие, но обеспечивают высокую помехозащищенность, поэтому

используются в ИИС и измерительных преобразователях, где требуется вы-

сокая точность при воздействии различного рода помех и шумов. В насто-

ящее время отечественная промышленность выпускает ЦАП и АЦП в интег-


- 89 -

ральном исполнении всех перечисленных выше типов.

Устройства сопряжения (интерфейсы). Устройства сопряжения (интер-

фейсы) обеспечивают совместное действие всех аналоговых, цифровых и

аналого-цифровых функциональных блоков. Под стандартным интерфейсом

подразумевается совокупность правил (протоколов) и программного обес-

печения процесса обмена информацией между функциональными блоками, а

также соответствующих технических средств сопряжения в системе. В нас-

тоящее время достаточно полно разработаны лишь цифровые интерфейсы,

обеспечивающие совместную работу цифровых функциональных блоков и циф-

ровых частей аналоговых и аналого-цифровых функциональных блоков.

В простых измерительных системах функциональные блоки, как прави-

ло, образуют каскадные соединения, характеризующиеся тем, что информа-

ционный поток проходит последовательно через все блоки. В таком вклю-

чении интерфейс получил название каскадного.

К устройству обработки измерительной информации - центральному

процессору можно подключать несколько функциональных блоков.

У нас в основном получили распространение интерфейсы МЭК и КАМАК.

Для первого из них соединение функциональных блоков между собой осу-

ществляется через многопроводный канал общего пользования общей длиной

не более 20 метров. Число функциональных блоков не должно превышать 15

при общем числе адресов приемников и передатчиков информации не более

31 при однобайтовой адресации и 961 при двухбайтовой.

Основными особенностями системы КАМАК являются:

- модульный принцип распространения, обеспечивающий возможность

создания агрегатных комплексов;

- конструктивная однородность системы, достигаемая унификацией

несущих конструкций для размещения функциональных блоков;

- магистральная структура информационных связей между функцио-

нальными блоками;

- широкое применение принципов программного управления, обеспечи-

вающих гибкость реализуемых системой алгоритмов.

Основу системы КАМАК составляет модуль - конструктивно завершен-

ное устройство, предназначенное для выполнения функций преобразования,

накопления, обработки информации, но не содержащее источников питания.

Модули размещаются в едином конструктиве, который называется крейт.

Микропроцессоры и микроЭВМ. Микропроцессор и микроЭВМ - централь-

ная часть любой электронной системы управления и обработки информаци-

онных сигналов. Микропроцессор (МП) в системе управления должен быть

сориентирован на обработку потока входных и выходных сигналов.

Устройства отображения и регистрации информации. Для представле-

ния накопленной информации в процессе измерений и обработки информации

в наиболее удобную для восприятия и оценки форму в состав ИИС входят

различные средства отображения и регистрации информации, которые можно

подразделить на устройства визуального воспроизведения информации и

документирующие устройства. Среди устройств визуального восприятия на-

иболее распространены цифровые индикаторы и дисплеи на электронно-лу-

чевых трубках.

Устройства регистрации информации обеспечивают ее перенос на ка-

кой-либо долговременный носитель (бумагу, магнитную ленту, магнитный

диск и т.д.). Запись может осуществляться либо в цифровой форме, с

различными кодовыми представлениями, либо в аналоговой форме в виде

графиков, гистограмм и т.д. Классификация устройств документальной ре-

гистрации информации чаще всего производится по форме представления

полученных документов двумя группами: для непосредственного восприятия

оператором и для последующей машинной обработки. К устройствам регист-

рации информации для непосредственного восприятия оператором относятся

самопишущие автопотенциометры, планшетные самописцы и графопостроите-

ли. Для регистрации цифровых сигналов широкое применение нашли алфа-


- 90 -

витно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ).

3.2. Типы погрешностей.

Характеристики действующих факторов.

Причины возникновения производственных погрешностей многочисленны