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

5. Функциональная и конструктивная завершенность средств АСЭТ, обеспечивающая гибкость применения их в составе изделий более высокого уровня или в виде автономных устройств; создаю­ щая основу построения ИИС проектным способом и изменения структур систем (например, их наращивание) в процессе эксплуа-

Рис. 4-2. Схема унификации и интеграции в АСЭТ

тации без необходимости схемотехнической и конструктивной до­ работки используемых средств комплекса.

6. Унификация комплекса на разных его уровнях — от функ­ циональных устройств до узлов (блоков) и функциональных эле­ ментов, реализуемая (рис. 4-2) за счет перехода к базовым моделям, применения унифицированных типовых конструкций, единой для всего комплекса элементной базы и унифицированных сигналов ограниченного перечня. В данном случае под базовой моделью имеется в виду модель технического средства, составляющая ос­

132

нову для построения других моделей средств аналогичного назна­ чения и оптимальная в смысле критерия стоимости.* Естественно, что к базовой модели предъявляется требование устойчивости к мо­ ральному старению.

В качестве критерия стоимости можно воспользоваться коэффи­ циентом

2 1, (4-2)

где т — количество модификаций технических средств, выполняе­

УѴфі — число функций, выполняемых г-й модификацией из совокуп­ ности m; Nф.б — число функций, выполняемых базовой моделью;

Мі и М б — количество функциональных устройств (в случае ИИС) или функциональных элементов (в случае функциональных уст­ ройств), используемых в г-й модификации и в базовой модели со­ ответственно.

7. Высокий уровень интеграции (рис. 4-2) как функциональной (сочетание ряда функций в одном устройстве), так и конструктив­ ной (переход от отдельных функциональных элементов к схемам со средним уровнем интеграции и большим интегральным схемам), за счет преимущественного использования микроэлектроники и рациональных схемотехнических решений.

4-2. Структура и состав комплекса

Структура комплекса (рис. 4-3), отражающая функциональные признаки средств, необходимых для построения ИИС различного назначения, содержит в своем составе группы средств: сбора и пре­ образования информации; измерения; обработки, хранения и пред­ ставления информации; управления; формирования внешних воз­ действий; вспомогательных.

Одна из наиболее многочисленных групп функциональных уст­ ройств АСЭТ представлена измерительными преобразователями

* Определение базовой модели распространяется и на функциональные устройства (средства АСЭТ) и на ИИС, создаваемые с их использованием.

133

(ИП). Для этой группы характерно чрезвычайно большое много­ образие преобразуемых величин и, соответственно, принципов, ис­ пользуемых при создании ИП.

Основное назначение измерительных преобразователей — при­ менение в составе измерительных информационных систем или из-

Рис. 4-3. Структура агрегатного комплекса средств электроизмеритель­ ной техники

мерительной части иных информационных систем. В этой связи ИП рассматриваются как функциональные устройства систем, во-первых, и унифицирующие устройства, во-вторых. Эти два мо­ мента становятся определяющими не только с позиции классифи­ кации, но и проектирования измерительных преобразователей. Так как ИП принадлежат к совокупности средств, предназначен­

134

ных для совместного применения, для них обязательно соблюдение

и выходных сигналов — носителей информации и, как следствие, деление ИП на подгруппы первичных (ИПП) и вторичных (ИПВ) преобр азователей.

Первичный измерительный преобразователь — средство изме­ рений, реализующее определенную функциональную зависимость между входной физической величиной и выходной электрической величиной.

Вторичный измерительный преобразователь — средство изме­ рений, реализующее определенную функциональную зависимость между входной и выходной электрическими унифицированными величинами.

Ограничение входных величин первичных ИП с неунифициро­ ванными выходными сигналами неэлектрическими, величинами объясняется тем, что нет принципиальных затруднений по преобра­ зованию любых электрических и магнитных величин в унифици­ рованные электрические сигналы. Иначе обстоит дело с преобразо­ ванием неэлектрических величин в электрические; Применяемые для этих целей технические средства обеспечивают в результате преобразования получение лишь «естественных» значений электри­ ческих величин, которые зависят от физических свойств самих пре­ образуемых устройств. Примером подобных и наиболее распростра­ ненных измерительных преобразователей могут ■служить тен­ зометры, термометры сопротивлений, термопары. Получение элек­ трического унифицированного выходного сигнала достигается в этом случае совместным использованием преобразователей с не­ унифицированным выходным сигналом (ИППН) и первичного из­ мерительного преобразователя электрических величин с унифици­ рованным выходным сигналом ИППУ.

Первичные измерительные преобразователи, для которых вход­ ными являются неэлектрические величины, к средствам АСЭТ не относятся, а приводятся только для полноты классификации данной группы средств в качестве источников «естественных» электриче­ ских сигналов и в дальнейшем рассматриваться не будут. Поэтому при дальнейшем изложении первичные измерительные преобразо­ ватели с унифицированным выходным электрическим сигналом имеют обозначение ИПП. Нетрудно видёть отличие первичного ИП от вторичного .ИП. В первом при любой входной физической вели­ чине унифицируется лишь выходная (в АСЭТ обязательно электри­ ческая) величина, во-втором — и входная и выходная величины — электрические и унифицированные. Следует заметить, что термины «первичный» и «вторичный» ИП в значительной степени соответст­ вуют тому, какое место занимают эти преобразователи в структуре информационных систем. Первичные ИП осуществляют непосредст­ венное восприятие сигналов объекта и представляют собой входные устройства,измерительной части этих систем. Вторичные ИП обес­

135

печивают сопряжение между собой других технических устройств, являющихся элементами структуры измерительной части информа­ ционных систем, части представления информации и формирования внешних воздействий на объект. В отдельных случаях вторичные ИП могут быть применены и на входе измерительного канала си­ стемы, если входной сигнал представлен в виде унифицированной электрической величины. В связи с тем что к унифицированным (в АСЭТ) относят ограниченное число величин, для ИП электриче­ ских величин введен дополнительный классификационный признак: однородность и разнородность величин на входе и выходе. Поэтому следующая ступень деления первичных ИП электрических величин

ивторичных измерительных преобразователей — однородные и разнородные.

Измерительный преобразователь однородный, если его входные

ивыходные величины однородны. Измерительный преобразова­ тель разнородный, если его входные и выходные величины разно­ родны.

Основой дальнейшего деления в пределах каждой подгруппы ИП является род входной преобразуемой величины (неунифициро­ ванной для первичных ИП и унифицированной для вторичных ИП). Например, к первичным ИП электрических величин относятся пре­ образователи, входными сигналами которых могут быть: постоян­ ный ток, переменный ток, частота, напряжение постоянного и пе­ ременного тока, мощность и т. д.; к первичным ИП магнитных ве­ личин — преобразователи с входными сигналами в виде напряжен­ ности магнитного поля, магнитной проницаемости, индукции и т. д. Если иметь в виду одно из основных назначений ИП — унифика­ цию выходных сигналов, то становится очевидной целесообраз­ ность введения в классификацию еще одного признака. Таким при­ знаком оказывается род выходной унифицированной величины. Следует при этом отметить, что для первичных и вторичных одно­ родных ИП род входных и выходных унифицированных величин будет совпадать.

Отличие состоит лишь в значениях этих величин. Так, если вход­ ная величина первичного однородного ИП — напряжение постоян­ ного тока, то унифицированной величиной на его выходе будет также напряжение постоянного тока, значение которого равно од­ ному из значений ряда, принятых в качестве унифицированных. Для первичных и вторичных однородных ИП существенным яв­ ляется вид операций преобразования, выполняемых над входными сигналами. Такими операциями, в частности, могут быть: деление (напряжения, частоты); усиление (напряжения, мощности), диффе­ ренцирование, логарифмирование, интегрирование, возведение в степень, суммирование и т. д. При выполнении этих операций род входной величины сохраняется и на выходе преобразователя. Для неоднородных вторичных и первичных ИП электрических величин, а также преобразователей магнитных и неэлектрических величин каждая из входных величин данного рода может быть преобразо-

136

вана в любую из унифицированных величин другого рода. Напри­ мер, для первичных ИП электрических величин — напряжение переменного тока в унифицированные сигналы в виде постоянного тока, напряжения постоянного тока; для первичных ИП магнитных величин — напряженность магнитного поля в унифицированные сигналы, представленные в виде напряжения постоянного и пере­ менного тока, частоты, постоянного тока; для вторичных ИП — постоянного тока в унифицированные же сигналы в виде напряже­ ния постоянного тока, частоты и т. д.

Рассмотренная классификация ИП обладает тем достоинством, что может быть распространена на все измерительные преобразо­ ватели безотносительно к тому, насколько они различны по прин­ ципам построения, структуре, сложности, конструктивному оформ­ лению, виду и диапазонам преобразуемых величин. В то же время она сохраняется неизменной и в тех случаях, когда возникает не­ обходимость пополнения перечня измерительных преобразовате­ лей на любом ее иерархическом уровне.

Основные варианты связей ИП, работающих в составе информа­ ционных систем различных типов, с другими устройствами систем приведены в табл. 4-1.

Не останавливаясь на подробном рассмотрении и анализе ха­ рактеристик ИП, заметим только, что к наиболее важным из них, определяющим не только качество самих преобразователей, но и измерительных трактов (каналов) систем, в которых они работают, относятся: погрешность преобразования, постоянная времени пре­ образования, входное и выходное сопротивления преобразователя,

К группе средств сбора информации относятся коммутаторы. Их назначение — подключение выходных цепей источников сигна­ лов к другим устройствам — приемникам сигналов (табл. 4-1). В зависимости от того, какого рода информация коммутируется — некодированная или кодированная, коммутаторы могут быть раз­ делены на измерительные (КИ) и цифровые (КЦ). Для первых обя­ зательно нормирование погрешности коэффициента передачи ин­ формации. Входная информация коммутаторов этого типа пред­ ставлена в виде непрерывных или дискретных (импульсных) сигна­ лов. Применительно к коммутаторам второго типа требование нор­ мирования погрешности коэффициента передачи не имеет принци­ пиального значения, поскольку они предназначены для коммута­ ции кодированной информации, представленной в виде цифровых кодов. В этом случае основным является требование неискаженной передачи кодовых комбинаций, обеспечивающая их безошибочное восприятие и последующее декодирование приемниками информации.

Для измерительных коммутаторов в качестве наиболее общего классификационного признака может быть принят вид источника коммутируемых сигналов. В соответствии с этим признаком целе­ сообразно деление КИ на:

137