Файл: Каверкин, И. Я. Анализ и синтез измерительных систем.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 0
f-
сч |
|
|
О п е р а т о р ы |
О п е р а т о р ы в с п о м о - |
е. |
В ы п о л н я е м ы е ф у н к ц и и |
о с н о в н ы е |
г а т е л ь н ы е |
|
И |
|
|
|
|
11-2 |
обработки |
цифровыми |
Р к - к [ ^ о б М = |
|
|
средствами (см. 7-1—7-3) |
= С к м |
|
|
|
|
|
|
|
11-3 |
хранения цифровыми на- |
|
^ к - к [К М] = |
|
|
копителями (см. 8-1—8-3) |
|
|
|
= С к м
коммутаторы источников параметрических сигналов (сопротив ления, емкости, индуктивности);
коммутаторы источников токовых сигналов; коммутаторы источников потенциальных сигналов (напряжений
постоянного и переменного тока, амплитуды импульсных напря жений);
коммутаторы источников сигналов частотно-временной группы (частоты, временных интервалов).
Необходимо обратить внимание на то, что сопротивление, ем кость, индуктивность, амплитуда импульсных сигналов и времен ные интервалы не относятся к категории унифицированных сигна лов, принятых для применения в АСЭТ. Тем не менее, рядом уст ройств агрегатного комплекса, для которых перечисленные вели чины являются входными, предусматриваются их непосредствен ные измерительные преобразования. К таким устройствам, кроме первичных ИП, относятся цифровые измерительные приборы (ЦИП) и некоторые виды аналого-цифровых преобразователей (АЦП). В зависимости от того, какое из устройств АСЭТ оказывается при емником информации, возможны два варианта применения изме рительных коммутаторов. В первом варианте коммутаторы работают с АЦП или ЦИП, на вход которых неунифицированные величины могут быть поданы без промежуточных преобразований, естественно, при условии, что значения этих величин лежат в пределах унифи цированных диапазонов преобразования (измерения) АЦП или ЦИП. Второй вариант предусматривает включение на выходе ком мутаторов первичных измерительных преобразователей, обеспечи вающих предварительное преобразование указанных неунифици рованных величин в электрические унифицированные сигналы.
Для измерительных коммутаторов основными предъявляемыми
к ним требованиями являются: |
ключевых |
|
минимальное |
значение сопротивлений применяемых |
|
(переключающих) элементов в замкнутом состоянии; |
элементов |
|
максимальное |
значение сопротивлений ключевых |
|
в разомкнутом состоянии; |
|
|
|
|
Продолжение табл. 4-1 |
О п е р а т о р ы о б о б щ е н н ы е |
П р и м е н я е м ы е т е х н и ч е с к и е |
П р и м е ч а й и я |
с р е д с т в а |
Х*к-к [х] = Х*об [х)
Ц к'к [х] =Я* [ X]
минимальное время установления (длительность переходных процессов), обусловленное видом применяемых ключевых элементов (это требование особенно важно для быстродействующих коммута торов);
минимальный уровень собственных шумов ключевых элементов, ограничивающих нижний уровень коммутируемых сигналов;
высокая помехоустойчивость; достаточная ширина диапазона коммутируемых сигналов и ми
нимальный допустимый их уровень; малая погрешность коэффициента передачи с учетом влияния
различных факторов; возможность оперативного, автоматического изменения режима
работы, в частности переход от циклического непрерывного опроса к циклическому с заданным интервалом между циклами, цикличе скому однократному или адресному опросу;
возможность изменения времени «стояния на канале»; возможность изменения числа опрашиваемых каналов в преде
лах максимального допустимого их количества.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) входят в состав средств преобразования информации как важнейшие функциональ ные устройства информационных систем. Их назначение — изме рительное преобразование непрерывных или дискретных (импульс ных) сигналов в цифровую форму и ввод результатов преобразова ния, представленных в виде кодов, в цифровые устройства обра ботки, хранения и представления информации. Особенность АЦП, являющихся основными элементами структур систем, заключается в том, что они, во-первых, обусловливают метрологические харак теристики систем (диапазон, точность, быстродействие и т. д.) и, во-вторых, обеспечивают сопряжение аналоговой части систем с их цифровой частью. По аналогии с измерительными коммутаторами АЦП также можно классифицировать в зависимости от вида преоб разуемых входных величин. Наибольшее распространение в прак тике построения систем получили аналого-цифровые преобразо ватели напряжения постоянного тока и постоянного тока, который
146 |
6* |
147 |
предварительно перед кодированием преобразуется во входных це пях АЦП в напряжение. Ограниченное применение находят АЦП напряжения переменного тока, частоты, временных интервалов и амплитуды импульсных сигналов.
Качество АЦП оценивается совокупностью характеристик, в число которых обычно входят: диапазон преобразуемых величин; погрешность преобразования; чувствительность; степень подавле ния помех; быстродействие; входное сопротивление.
Сопряжение АЦП с другими функциональными устройствами систем, входными сигналами которых являются цифровые коды (табл. 4-1), обеспечивается применением двух видов кодов: двоич ного или двоично-десятичного с «весами» разрядов 8—4—2—1.
В составе одной системы для преобразования различных элек трических величин, объединенных в однородные группы, могут применяться несколько аналого-цифровых преобразователей. В то же время как более рациональный возможен вариант, при кото ром ряд разнородных величин после предварительного преобразо вания набором соответствующих вторичных измерительных преоб разователей в единую электрическую величину (чаще всего в на пряжение постоянного тока) подаются на вход общего АЦП.
Роль аналого-цифровых преобразователей в медленнодейст вующих измерительных информационных системах могут выпол нять цифровые измерительные приборы. Тогда отсчетные устрой ства этих приборов используются в качестве цифровых средств пред ставления информации. Подобный вариант характерен для очень многих современных моделей зарубежных ИИС.
При создании современных аналого-цифровых преобразователей получает развитие ряд перспективных направлений, обусловли вающих не только дальнейшее совершенствование метрологических характеристик АЦП, но также придание им новых свойств. К числу таких направлений, в частности, относятся:
применение методов автоматической коррекции динамических погрешностей преобразования;
создание адаптивных (с переменным шагом дискретизации) и многофункциональных АЦП, выполняющих, кроме собственно функций преобразования входных величин, операции по первичной обработке результатов преобразования. Применение подобных пре образователей дает возможность решения некоторых задач, с ко торыми встречается практика статистических измерений;
использование новых алгоритмов преобразования, обеспечиваю щих повышение метрологических характеристик АЦП, например быстродействия, структурными методами.
Применение преобразователей кодов (ПК) обусловлено необхо димостью информационной совместимости средств комплекса, вы полняющих в составе систем функции источников и приемников информации в тех случаях, когда они работают с различными ви дами кодов (табл. 4-1). Цифровые средства обработки рассчитаны преимущественно на работу с входной информацией, представлен
и е
ной в двоичной системе счисления (двоичными кодами). Двоичная система позволяет также обходиться меньшей емкостью цифровых накопителей информации, что особенно важно при их применении в ИИС с высоким быстродействием и меньшим числом линий связи, передающих информацию. В то же время для устройств представ ления информации более рационально использование двоично десятичных кодов, которые значительно проще, чем двоичные, транс формируются в привычную для восприятия человеком десятичную систему счисления.
При наличии преобразователей кодов, выполненных в виде функ циональных устройств системы, отпадает необходимость в создании аналого-цифровых преобразователей (цифровых приборов, решаю щих аналогичные задачи), универсальных по виду выходных ко дов, или усложнении входной части устройств обработки, хранения
ипредставления информации.
Всоставе АСЭТ предусматриваются преобразователи двоичных
кодов в двоично-десятичные, двоично-десятичных в двоичные, по следовательных кодов в параллельные и параллельных в последо вательные.
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) выполняют функции преобразования цифровых кодов, источниками которых в ИИС мо гут быть аналого-цифровые преобразователи, средства обработки и хранения информации, в аналоговые сигналы (табл. 4-1). Наи большее распространение получили (предусматриваемые в АСЭТ) цифро-аналоговые преобразователи кодов в напряжение постоян ного тока и частоту.
Наличие в составе комплекса преобразователей графической информации в цифровую (ПГЦ) объясняется необходимостью ав томатизации трудоемких операций по обработке информации, по лучаемой с помощью регистрирующих устройств измерения (свето лучевые осциллографы, самописцы), в особенности многоканальных и быстродействующих.
Средства измерения обеспечивают собственно измерения элек трических величин и одновременное представление результатов измерения в форме, удобной для ее восприятия человеком. К ним относится многочисленная группа показывающих и регистрирую щих устройств. Вид отображаемой этими устройствами информации может быть непрерывный, дискретный или комбинированный.
Форма представления информации, рассматриваемая как дру гой важный признак, определяет деление показывающих устройств на графические, цифровые и устройства, индицирующие результаты положением указателя на шкале; регистрирующих — на графиче ские и знакографические.
Графические показывающие устройства измерения объединяют различного рода осциллоскопы с нормированной погрешностью, отображающие информацию на экранах электроннолучевых трубок. Группу устройств измерения с цифровой формой представления результатов составляют цифровые измерительные приборы. К по-
149
называющим устройствам, информация в которых представлена положением указателя на шкале, относятся стрелочные приборы.
Регистрирующие графические устройства включают в себя све толучевые осциллографы, самописцы и двухкоординатные приборы с нормированной погрешностью. Группу регистрирующих знако графических устройств образуют аналогичные же устройства, но отличающиеся дополнительной возможностью регистрации изме ряемых величин в графической форме в сочетании с документирова нием цифровой или аналого-цифровой информации.
По подобным признакам классифицированы и устройства пред ставления информации, первой ступенью деления которых является вид отображения информации (непрерывный, дискретный, комби нированный). Всем устройствам с графической и знаковой формой представления информации свойствен дискретный характер (циф ровой код) входного сигнала. Исключение составляют устройства со знакографической формой представления, для которых вход ными сигналами могут быть дискретные (цифровые) и комбиниро ванные (сочетание непрерывных и дискретных). В .группу реги стрирующих устройств с графической формой представления ин формации входят отметчики событий и графопостроители, выпол няющие построение различных зависимостей результатов измере ния и обработки, осуществляемых другими устройствами ИИС.
В состав устройств со знаковой и знакографической формой представления включены цифровые и алфавитно-цифровые печа тающие устройства и графопостроители с оцифровкой отдель ных точек графических зависимостей, регистрируемых на носи теле.
Группу показывающих устройств с графической и знаковой фор мой представления образуют в отличие от регистрирующих уст ройств не только графопостроители, но также индикаторы событий, знаковые индикаторы, алфавитно-цифровые индикаторы и мнемо схемы. К показывающим устройствам со знакографической формой представления информации (с дискретными и комбинированные входными сигналами) относятся универсальные индикаторы типа «Дисплей».
Показывающие стрелочные приборы непосредственно в состав комплекса не входят и приведены только для полноты и удобства рассмотрения группы средств измерения. Этот вид приборов как более простых и дешевых по сравнению с цифровыми еще находит ограниченное применение в некоторых типах медленнодействующих систем автоматического контроля для дублирования измерений наиболее важных величин при относительно небольшом их коли честве. Приборы используются также в качестве панельных, встраи ваемых в некоторые функциональные устройства измерительных информационных систем, например, источников питания.
Одно из направлений развития стрелочных приборов — созда ние узкопрофильных приборов со световыми указателями, цвет которых меняется в зависимости от того, в какой из заранее уста
150
новленных зон шкалы указатели находятся. Это создает дополни тельные удобства для обслуживания, особенно при большом коли честве одновременных эксплуатируемых приборов. Другое направ ление — стрелочные приборы с кодовым выходом, обеспечивающим их сопряжение с другими устройствами, информация на вход ко торых подается в цифровой форме, в частности, печатающими уст ройствами.
Цифровые приборы в зависимости от того, для измерения каких величин они предназначены, делятся на:
вольтметры (постоянного тока, переменного тока, импульсные); амперметры (постоянного и переменного тока); измерители параметров электрических цепей (омметры и про
центные омметры, измерители емкости, измерители индуктивности, универсальные измерители комплексного сопротивления);
приборы частотно-временной группы (частотомеры, универсаль ные частотомеры и счетчики импульсов);
комбинированные приборы (вольтамперметры, вольтамперомметры и т. д.);
фазометры.
Обычно измерители емкости и индуктивности рассчитаны также на измерение тангенса угла потерь и величины процентного откло нения от номинальных значений С или L. Универсальные измери тели комплексного сопротивления позволяют измерять, кроме ем кости и индуктивности, еще и сопротивление, проводимость, про центное отклонение R, С, L от номинальных значений; тангенс угла потерь.
Частотомеры наряду с измерением частоты часто обеспечивают измерения периода колебаний интервалов, времени либо процент ное отношение частот. Некоторые типы частотомеров выполняют измерения длительности импульсов, отношения частот.
Наиболее распространенные виды счетчиков импульсов позво ляют проводить прямой и реверсивный счет импульсов, счет импуль сов с предустановкой, а также деление частот в определенном от ношении.
Регистрирующие устройства с графической, знакографической и знаковой формой представления информации решают задачу ав томатизации процесса документирования результатов измерения (устройства измерения), либо результатов измерения и их обра ботки (устройства представления). Графическая форма представ ления информации обеспечивает наглядность результатов докуменцирования, возможность непосредственного, в процессе регистра тии, слежения за характером изменения величин, сопоставления нескольких величин при их одновременной регистрации или уста новления функциональных связей между ними.
В то же время для регистрирующих устройств измерения су щественным недостатком графической формы представления инфор мации оказывается необходимость применения промежуточных
. устройств (преобразователей графической информации в цифро
151