Файл: Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем.pdf

С и с т е м ы д л я и с с л е д о в а н и я х а р а к т е р и с т и к м а т е р и а л о в . Современ­

ное состояние и развитие науки и техники резко увеличивает в по­ следние годы требования к разрабатываемым материалам. Оказы­ ваются необходимыми знания точных значений характеристик ма­ териалов, характера процессов их изменения во времени и зависи­ мости от воздействия различных внешних факторов. Именно это и обусловило организацию и развитие Государственной службы стандартных справочных данных (ГСССД), обеспечивающей прак­ тику научных исследований и производства достоверными данными о свойствах рабочих веществ и технологических материалов. В свою очередь для решения этой задачи требуется создание автоматиче­ ской быстродействующей и точной аппаратуры, обладающей гиб­ кой программой как собственно измерений, так и проведения экс­ перимента в целом; предусматривающей возможность регистрации результатов эксперимента и при необходимости их обработки с по­ мощью средств вычислительной техники [8].

Как результат анализа требований к подобной аппаратуре в табл. 3-3 приведен перечень основных измеряемых величин, харак­ теризующих электрофизические * свойства материалов, диапазоны их изменения и значения погрешностей измерения. В табл. 3-4 со­ держатся сведения об основных воздействующих факторах, в за­ висимости от которых изучаются свойства материалов. Анализ по­ зволяет также сделать вывод, что быстродействие аппаратуры не­ обходимо, как правило, небольшое (время измерения составляет 0,1 сек— 1 мин), а число образцов, подлежащих исследованию, обычно не превышает нескольких единиц или десятков.

* К электрофизическим свойствам веществ и материалов следует отнести те их свойства, информация о которых сосредоточена в электромагнитном поле, поглощенном, излученном, отраженном или модулированном иссле­ дуемым веществом или материалом.

109

Проведение эксперимента, о назначении которого говорилось ранее, может оказаться возможным с применением измерительных информационных систем для исследования электрофизических, свойств материалов (ИИСЭС). Такие системы сочетают функции ав­ томатических устройств, формирующих различного рода воздейст­ вия на образец исследуемого материала (функции управления экс­ периментом), изучающих реакцию образца на эти воздействия и обрабатывающих полученную измерительную информацию.

По назначению ИИСЭС можно разделить на два вида: ИИСЭС для научных исследований; ИИСЭС для производственного техно­ логического контроля.

Система первого вида должна обладать широкими функциональ­ ными возможностями и гибкой программой проведения экспери­ мента и обеспечивать автоматическое получение зависимостей типа «свойство — воздействующий фактор», «свойство — время», «свой­ ство—состав».

Второй вид системы значительно проще и предназначен для ре­ шения по стандартным программам более узкого круга задач кон­ троля технологических процессов связанных с получением опреде­ ленных материалов.

Кчислу основных функций подобных ИИСЭС относятся:

1.Создание и изменение воздействующих факторов (поддержа­ ние текущего значения с заданной точностью) по одной из стандарт­ ных программ, по программе, изменяемой исследователем или са­ мой системой по ходу эксперимента.

2.Восприятие измеряемых величин, характеризующих образец или серию образцов с учетом их реакции на воздействие, и текущих значений воздействующих факторов.

_3. Измерительные преобразования, обусловленные необходи­ мостью получения измерительной информации.

4.Обработка измерительной, информации.

5.Хранение и представление результатов эксперимента.

К категории измерительных систем подобного типа относится и система [8] для исследования магнитных свойств сплавов. Назна­ чение этой системы (рис. 3-21) — автоматизация эксперимента,

110

Рис. 3-21. Структурная схема измерительной системы для исследования магнитных свойств сплавов

l l I

связанного с получением зависимостей типа «свойство — время», «свойство—состав», «свойство—температура».

Исследуемые образцы подвергаются нагреву в печах. Одновре­ менно на образцы воздействует магнитное поле (намагничивающее или размагничивающее). Измерительные преобразователи темпера­ туры связаны с регулятором температуры, работающим по про­ грамме, задаваемой устройством управления экспериментом. Об­ мотки, создающие магнитное поле воздействия на образцы, соеди­ нены через коммутатор сигналов воздействия с устройством размаг­ ничивания (намагничивания). Информация о температуре образцов, магнитном потоке и напряженности поля в образцах, преобразо­ ванная в напряжение постоянного тока, передается через измери­ тельный коммутатор на аналого-цифровой преобразователь. Резуль­ таты измерения в цифровой форме вводятся в устройство логики измерения, в состав которого входят: схема проверки степени раз­ магничивания образцов, схема определения характерных точек и областей основной кривой намагничивания и предельной петли гистерезиса; схема проверки степени магнитной подготовленности исследуемых образцов; схема сокращения избыточной инфор­ мации.

Для обработки результатов измерения в подобных системах наиболее целесообразно использование специализированных вы­ числительных устройств, обладающих достаточной памятью. При­ менение универсальных ЭВМ не оправдано по той причине, что при большом количестве данных, поступающих для обработки, сама обработка не отличается сложностью.

Специализированное вычислительное устройство СВУ обеРпечивает получение информации (с учетом масштабных коэффициен­ тов, хранящихся в оперативном запоминающем устройстве ОЗУ) в выбранной системе единиц. В ОЗУ этого устройства хранятся также характеристики исследуемых образцов, измерительных пре­ образователей внешних воздействий и измерительных схем (гео­ метрические размеры образцов, числа витков размагничивающих обмоток, значения диапазонов, на которых проводились измерения), записанные перед началом эксперимента.

С выхода СВУ информация передается либо через цифро-анало­ говый преобразователь на аналоговые устройства представления (осциллограф и самопишущий прибор), либо непосредственно на цифропечатающее устройство и цифровое табло. Номер каждого исследуемого образца соответствует положению коммутаторов, работающих синхронно, и фиксируется в цифровой форме, так же как и измерительная информация.

Источником цифровой информации о времени в реальном масштабе являются цифровые часы, связанные с устройством упра­ вления.

Долговременное запоминающее устройство позволяет хранить весь массив информации о результатах эксперимента до их обра­ ботки цифровой вычислительной машиной с целью получения

112

ния с рассредоточенными объектами контроля и управления и обес­ печивает:

1.Периодические измерения и регистрацию всех контролируе­ мых параметров.

2.Телеизмерения по вызову.

3.Автоматическую сигнализацию отклонений контролируемых гіараметров от заданных величин с одновременной регистрацией значений отклонившихся параметров.

4.Телефонную связь между диспетчерскими и контролируе­ мыми пунктами.

Система рассчитана для работы по древовидным структурам линий связи (рис. 3-22). В качестве каналов передачи измеритель­ ной и служебной (командной) информации могут быть использованы

Рис. 3-23. Структурная схема аппаратуры контролируе­ мого пункта

двухпроводные кабельные или воздушные линии, в том числе сво­ бодные кабельные пары городских телефонных сетей. Дальность действия системы при использовании кабельных линий связи 20 км.

В систему телемеханизации, включающую в себя систему Е-76, может входить до 12 независимых древовидных структур (кустов). К каждому кусту может быть подключено до 30 приемо-передатчи- ков контролируемых пунктов КП. Общая емкость системы Е-76 составляет 100 приемо-передатчиков КП.

Приемо-передатчик КП в комплекте с измерительными преобра­ зователями телеизмерения (рис. 3-23) и дополнительными устрой­ ствами выполняет следующие функции:

1.Телеизмерение двух параметров (два объекта).

2.Телесигнализацию (один объект).

Управление всеми устройствами осуществляется с пульта уп­ равления диспетчерского пункта ДП (рис. 3-24).

Основным режимом работы системы является циклический ре­ жим «обнаружение», при котором производится непрерывный ав­ томатический опрос всех преобразователей КП с целью выявления несоответствия между величиной контролируемого параметра и установленной для каждого параметра в устройстве уставок зоной допустимых значений.

При обнаружении несоответствия на мнемосхеме ДП возникает световой сигнал и срабатывает звуковая сигнализация. Одновре­ менно происходит регистрация значений отклонившегося параметра

114