Классификация и основные параметры измерительных органов задающих и программных устройств

Структурные схемы и основные параметры цифровых измерительных приборов классификация электронных цифровых измерительных приборов

К электронным цифровым измерительным приборам (ЦИП) относят­ся приборы, не содержащие в измерительном тракте электромеханических уст­ройств. (В дальнейшем речь будет идти только об электронных ЦИП.) Любой ЦИП состоит из входного устройства (пределы измерения, масштаб), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), устройства обработки информации и уст­ройства индикации (вывода).

В зависимости от метода аналого-цифрового преобразования различают приборы с число-импульсным и поразрядным кодированием (кодоимпульсные преобразователи). Аналого-цифровые преобразователи число-импульсного ко­дирования основаны на.

том, что аналоговая величина измеряется последова­тельным рядом импульсов с периодом, пропорциональным единице младшего разряда. Наиболее часто применяют АЦП с время-импульсным и частотно-им­пульсным преобразованиями.

В АЦП с время-импульсным преобразованием для преобразования напряжения в код используется промежуточный аналоговый преобразователь напряжение — временной интервал, который в дальнейшем с помощью преобразователя интервал — код преобразуется в код, пропорцио­нальный измеряемой величине.

Приборы с АЦП частотно-импульсного преобра­зования напряжения в код также имеют промежуточный преобразователь нап­ряжение — частота. Затем в преобразователе частота — код формируется код, соответствующий измеряемому напряжению. Преобразователь частота — код по сути дела представляет собой цифровой частотомер.

В приборах с АЦП поразрядного кодирования с большой скоростью оп­ределяются разрядные (весовые) коэффициенты кода. Наибольшее распростра­нение получили АЦП с кодоимпульсным преобразованием.

По методу считывания, соответствующему структурной схеме АЦП, ЦИП разделяют на приборы прямого преобразования и компенсационные (с уравно­вешивающим преобразованием). По способу уравновешивания различают при­боры со следящим и развертывающим уравновешиванием.

По способу осуществления процесса преобразования различают АЦП с циклическим управлением и АЦП следящего типа.

В приборах с циклическим управлением отдельные фазы цикла измерения имеют строго определенную, за­данную заранее последовательность, например: установка нуля всех устройств прибора, измерение, перепись информации в буферную память (вывод на ин­дикацию), время индикации.

Далее весь цикл повторяется автоматически или при повторном ручном пуске. В приборах следящего типа переход к новому измерительному циклу происходит лишь в том случае, если измеряемая вели-

чына, например напряжение, изменяется на значение, превышающее порог чувствительности прибора.

По значению измеряемой величины АЦП делят на приборы мгновенного значения и приборы с усреднением (интегрирующие приборы).

Источник: http://nauchebe.net/2010/05/strukturnye-sxemy-i-osnovnye-parametry-cifrovyx-izmeritelnyx-priborov-klassifikaciya-elektronnyx-cifrovyx-izmeritelnyx-priborov/

Элементы автоматических устройств

Системой автоматического управления называют совокупность всех элементов и устройств, обеспечивающих автоматическое управление объектом (станок, линия и т. д.) без непосредственного участия человека. На рис.

284 представлены структурные схемы управления: без обратной связи (разомкнутые) и с обратной связью (замкнутые). Элемент 1 этой схемы представляет собой устройство, задающее программу, которую выполняет система автоматического управления.

Первичная информация подается в блок управления 2, который посылает сигналы управления в

исполнительное устройство 3, воздействующее на управляемый объект 4 (рис. 284, a). Эта схема характеризуется сквозным прохождением сигналов управления через все элементы или «блоки» автоматической системы и полной независимостью действия блока управления от информации о текущем состоянии управляемого объекта.

Подобные схемы называются разомкнутыми или без обратной связи. В организации процессов управления большую роль играет получение информации о текущем состоянии управляемого объекта (например, размер, форма и т. д.). Схемы управления, основанные на использовании информации о результатах управления, называются замкнутыми (с обратной связью, рис. 284, б).

Принцип обратной связи лежит в основе большинства процессов управления.

Классификация элементов автоматических устройств Специфическими группами элементов автоматических устройств являются воспринимающие элементы, реле, усилители и исполнительные механизмы. Источниками сигналов, поступающих в блок управления в разомкнутых системах (см. рис.

284, а), являются задающие устройства, а в замкнутых — задающие и измерительные устройства, посылающие в блок управления сигналы и информацию обратной связи (см. рис. 284, б). Назначение этих элементов в том, чтобы воспринимать изменение величины регулируемого параметра управляемой системы. Они называются воспринимающим и (или чувствительными) элементами. или механизмами системы.

Сигналы, поступающие от воспринимающих, или чувствительных, элементов, а также от задающих устройств, воспринимаются блоками управления. В состав этих блоков могут входить различные элементы и механизмы. Основными элементами схем блоков управления являются реле — приборы, служащие для преобразования, размножения, а иногда и для усиления сигналов.

От блока управления команды они направляются к исполнительным механизмам автоматической системы. Однако обычно команды, выходящие из блока управления, не обладают достаточной мощностью для приведения в действие исполнительных органов.

Поэтому в системах автоматических устройств часто используют усилители, предназначенные для усиления сигналов блока управления и передачи их исполнительным механизмам. Усилители бывают электрические, гидравлические и пневматические. Отдельную группу элементов автоматических устройств составляют исполнительные механизмы, приводящие в действие рабочие органы станка.

Воспринимающие элементы по характеру работы делятся на датчики и чувствительные механизмы. Датчиком называется такой чувствительный элемент, который воспринимает изменения величины какого-либо параметра и преобразует эти изменения в электрический сигнал.

Чувствительные механизмы — такие устройства, которые при соответствующем изменении параметра не только вырабатывают сигнал того или иного вида, но и непосредственно выполняют необходимое включение, выключение или переключение исполнительных органов. Датчики служат для подачи команд и регулирования процесса (например, скорости перемещения исполнительного органа).

 Для того чтобы станок выполнил требуемый прием обработки, на датчик должно быть оказано какое-то воздействие. Такое воздействие может быть оказано движущимися частями станка, изменением размера обрабатываемой заготовки скорости движения механизмов, давления рабочей среды и т. д. В металлорежущих станках применяют путевые, размерные и силовые датчики.

Путевыми датчиками механического типа являются подвижные и неподвижные упоры и кулачки. При встрече подвижной части станка с упором происходит необходимое движение промежуточного или исполнительного звена.

 Путевые датчики (переключатели) выполняют чаще всего на электрической, пневматической или гидравлической основе, сигнал от которых поступает к исполнительным органам непосредственно или через промежуточные звенья.

Электрические путевые датчики контактного типа управления применяют для замыкания и размыкания электрической цепи управления в момент достижения движущейся частью станка заданной точки. Они называются переключателями и выключателями. Путевые переключатели применяют чаще всего для переключения скорости (быстрый подвод, рабочая подача, отвод, обратный ход и т.д.

), для ограничения хода и остановки движущихся частей в определенный момент пути. Гидравлические и пневматические путевые датчики служат для того, чтобы открыть или закрыть в определенный момент доступ рабочей жидкости или воздуха к исполнительному звену. Электрические размерные датчики применяют для замыкания или размыкания контактов электрической цепи управления при достижении на обрабатываемой поверхности заданного размера. Силовые датчики создают командный импульс в момент, когда усилие в соответствующих механизмах станка или давление рабочей среды в системах управления достигает заданного значения. В промежуточном звене происходит преобразование первоначального импульса, создаваемого датчиком. Мощность сигналов, снимаемых с измерительных и преобразующих приборов, в большинстве случаев настолько ничтожна, что ее недостаточно для срабатывания исполнительного устройства. Поэтому необходимо усиливать выходные величины сигналов измерительных приборов.

Измерительные элементы угловых положений

Измерительные элементы угловых положений механизмов — это датчики, предназначенные для точных измерений угловых положений исполнительных органов автоматических устройств. К ним относятся потенциометры, сельсины и вращающиеся трансформаторы. 

Кольцевые потенциометры (рис.

285) представляют собой реостатные датчики углового отклонения. Напряжение на входе изменяется пропорционально угловому повороту вала 3, с которым жестко соединен подвижный контакт 1. Изменение напряжения происходит в момент перехода от одного витка сопротивления к другому.

Выходным сигналом в этих потенциометрах является напряжение на клеммах спирали 2 и контакта 4.

Сельсин (рис. 286) — маленький электродвигатель, состоящий из статора и ротора. Сельсины предназначены для дистанционной передачи углового поворота в различных системах автоматического управления.

Статор сельсина-датчика имеет три обмотки, соединенные между собой Три других конца обмотки статора сельсина-датчика 1 соединены с концами обмотки статора сельсина-приемника 2.

Если повернуть ротор сельсина-датчика, то это вызовет «возмущение» электромагнитных полей в статоре сельсина-приемника, и его магнитное поле повернет ротор приемника на тот же угол.

Вращающиеся трансформаторы — асинхронные двигатели с фазным ротором. Они также предназначены для дистанционной передачи углового поворота, но с большим, чем у сельсинов, крутящим моментом. 

Исполнительные механизмы

Исполнительный блок в системах автоматического регулирования и управления выполняет непосредственно действия, осуществляющие заданный прием управления (пуск и остановку станка, переключение золотников, открытие вентилей и т. д.).

По принципу действия исполнительные механизмы делятся на электрические, гидравлические и пневматические. К электрическим устройствам относятся электродвигатели переменного и постоянного тока.

В системах программного управления широкое применение находят шаговые электродвигатели.

Шаговый электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из статора и ротора (рис. 287, а, б). На внутренней поверхности статора 1 расположены три ряда (секции) полюсов. Расстояние между полюсами электромагнита равно расстоянию между зубцами ротора 2.

Полюса первого статора и ротора расположены точно друг против друга, полюса второго электромагнита смещены относительно зубцов ротора на 1/3 шага, а полюса третьего электромагнита — на 1/3 шага. Обмотки полюсов каждого ряда соединены последовательно.

Если поочередно подавать импульсы тока постоянного напряжения на обмотки полюсов шагового электродвигателя, то ротор будет прерывисто поворачиваться на строго определенную величину — один угловой шаг на каждый импульс тока.

При малой частоте включений в единицу времени (до 30 имп/сек) происходит импульсное движение стола, при большой частоте движение стола становится плавным. Привод с шаговым электродвигателем применяют тогда, когда управление рабочими органами станка производится дискретными сигналами, т. е.

отдельными импульсами, которые идут с определенной частотой и в определенном количестве. Вал шагового электродвигателя вращается прерывисто, так как каждому управляющему импульсусоответствует поворот вала на определенный угол (шаг), которому в свою очередь соответствует определенное перемещение исполнительного органа станка.

Частота шаговых перемещений определяет скорость перемещения, а количество шаговых перемещений — величину перемещения исполнительного органа станка. Это свойство шагового электродвигателя дает возможность использовать его в системах программного управления без обратной связи, что значительно упрощает систему управления и делает ее более надежной в работе.

 Электромагниты предназначены для выполнения быстрых перемещений рабочих органов на небольшие расстояния. Их применяют для управления гидравлическими и пневматическими вентилями, кранами, золотниками. Электромагнитные фрикционные муфты являются устройствами для передачи крутящего момента.

Их применяют для сложных автоматических переключений станков, прессов и других машин. Применение электромагнитных муфт освобождает рабочего от переключений рычагов и рукояток, требующих затрат рабочего времени.

С помощью электромагнитных муфт осуществляется переключение зубчатых колес, реверсирование электродвигателей, соединение концов двух валов, регулирование величины передаваемого момента, обеспечивается дистанционное управление процессами переключения.

Гидроприводы применяют в станках главным образом для получения прямолинейных движений в механизмах подачи и главного движения в протяжных, строгальных, шлифовальных, агрегатных и других станках, а также в приспособлениях к металлорежущим станкам для закрепления обрабатываемых заготовок и в блокировочных механизмах для предохранения от одновременного включения двух механизмов. Кроме того, гидроприводы применяют в механизмах управления станками, например, для переключения передвижных шестеренных блоков в коробках скоростей и подач, для переключения муфт, тормозов и т. д. Основное преимущество гидропривода заключается в том, что он допускает возможность бесступенчатого регулирования скоростей и подач рабочих органов в значительных диапазонах, автоматического управления скоростями и подачами во время работы, получения значительных давлений и др. Гидравлические следящие устройства по сравнению с другими системами обладают наибольшей компактностью и надежностью в работе. Эти системы за последнее время получают все большее применение. К недостаткам гидроприводов относятся: утечка рабочей жидкости (масла) через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры. Однако эти недостатки не могут существенно ограничивать область применения гидроприводов. В гидравлических системах применяют шестеренные, лопастные и поршневые насосы. Поршневые и лопастные насосы могут быть регулируемые и нерегулируемые. Шестеренные насосы бывают только нерегулируемые, т. е. с постоянной производительностью.

Читайте также:  Характеристики и пусковые свойства синхронных двигателей

Пневматические приводы

Распространенным источником энергии является сжатый воздух.

Он обладает следующими преимуществами: сжатый воздух можно легко передавать на большие расстояния по трубам, а с присоединением к концам трубопроводов гибких резиновых шлангов можно легко изменять направление и длину передачи; по сравнению с электрической и паровой энергией энергия сжатого воздуха более безопасна:воздух упруг, он быстро передает колебания и давления, трубы воздухопроводов не замерзают; отработавший воздух не нуждается в отводе через особые трубы; в некоторых случаях сжатый воздух не может быть заменен ни паром, ни другим видом энергии. Для получения сжатого воздуха и газов применяют специальные машины — воздушные компрессоры. 

Пневмоприводы могут быть вращающимися и стационарными. Для закрепления деталей в пневматических патронах часто применяют вращающийся пневмоцилиндр.

Источник: http://machinetools.aggress.ru/index.php/frezernyj-stanok/svedenija-o-mehanitsii-i-avtomatizatsii/281-elementy-avtomaticheskih-ustrojstv

Контрольно-измерительные системы

Фактические параметры автоматизированного технологического процесса должны автоматически контролироваться и преобразовываться, чтобы они могли быть представлены в форме, удобной для восприятия  или управления.

В автоматических системах управления технологическим оборудованием используют специальные измерительные устройства для непрерывного измерения пути или скорости перемещения объекта, образования и передачи на пульт управления дискретных или непрерывных сигналов.

Для контроля геометрических параметров деталей, перемещений (положений) рабочих органов технологического оборудования применяют механические, оптико-механические, электрические, фотоэлектрические, пневматические и другие измерительные приборы и устройства.

Одним из ответственных узлов программного управления является датчик обратной связи, применяемый для подачи сигнала о фактической длине пройденного пути или фактическом положении рабочего органа в целях сравнения его с заданным перемещением.

К измерительным системам предъявляются следующие требования: проведение измерения с погрешностью до 1 мкм; обеспечение удобного и быстрого отсчета измеряемой величины; обеспечение более высокой точности отсчетно-измерительных систем по сравнению с точностью оборудования, на котором они устанавливаются; сохранение точности в процессе эксплуатации; формирование сигналов, соответствующих фактическому значению или приращению измеряемого перемещения; малая чувствительность к изменению температуры, влажности и барометрического давления в помещении.

Для отсчета перемещений (положений) рабочих органов универсального оборудования в основном применяют механические измерительные устройства, включающие винтовую пару (винт — гайка).

Отсчет перемещений осуществляют по круговому лимбу, укрепленному на вращающемся винте относительно неподвижного индекса, или наоборот, по вращающемуся индексу относительно неподвижного лимба. Точность измерения перемещения определяется точностью изготовления пары винт — гайка.

Вследствие больших нагрузок на пару винт — гайка при перемещении тяжелого рабочего органа измерительные и транспортирующие устройства быстро изнашиваются и теряют свою первоначальную точность.

В современном автоматическом технологическом оборудовании для контроля перемещения рабочих органов применяют фотоэлектрические и электромеханические измерительные системы, позволяющие контролировать перемещения с высокой точностью.

Система управления технологическим оборудованием состоит из программного, контрольно-измерительных устройств и адаптивного блока. Перемещения преобразуются по координатам X, У, Z и поступают из программного устройства / в систему управления 2 (рис. 2.15), куда, кроме того, поступают сведения о технологических параметрах (скорости v и подаче s).

Рис. 2.15. Схема системы управления

В процессе работы оборудования 3 с помощью датчиков 4, установленных на нем, измеряются температура в зоне резания, крутящий момент главного вала привода, перемещения основных органов, узлов и механизмов оборудования и т. д.

Информация от датчиков 4 после преобразования в усилителе 5 подается в адаптивный блок 6, где с помощью вычислительных устройств сравнивается с поступающей в этот же блок информацией, заданной в программном устройстве 7.

Кроме того, система управления может иметь устройства, выдающие информацию об окружающей среде, которая также поступает в адаптивный блок для более эффективного управления технологическим процессом.

В самонастраивающейся системе используется информация о погрешностях обрабатываемых деталей в целях выработки оптимальных режимов обработки. Информация поступает от датчиков активного контроля в адаптивный блок.

Источник: http://www.stroitelstvo-new.ru/stanki/mnogooperacionnye/kontrolno-izmeritelnye-sistemy.shtml

Общая классификация измерительных информационных систем

Измерительная информационная система (ИИС) в соответствии с ГОСТ 8.

437—81 представляет собой совокупность функционально объеди­ненных измерительных, вычислительных и других вспомогательных техни­ческих средств для получения измерительной информации, ее преобразо­вания, обработки с целью представления потребителю (в том числе для АСУ) в требуемом виде, либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации.

В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде измерительных систем (ИС), систем автоматического контроля (САК), технической диагностики (СТД), распознавания (идентификации) об­разов (СРО). В СТД, САК и СРО измерительная система входит как под­система.

Информация, характеризующая объект измерения, воспринимается ИИС, обрабатывается по некоторому алгоритму, в результате чего на выходе системы получается количественная информация (и только ин­формация), отражающая состояние данного объекта.

Измерительные информационные системы существенно отличаются от других типов ин­формационных систем и систем автоматического управления (САУ). Так, ИИС, входящая в структуры более сложных систем (вычислительных систем связи и управления), может быть источником информации для этих систем.

Использование информации для управления не входит в функции ИИС, хотя информация, получаемая на выходе ИИС, может ис­пользоваться для принятия каких-либо решений, например, для управления конкретным экспериментом.

Каждому конкретному виду ИИС присущи многочисленные особен­ности, определяемые узким назначением систем и их технологически конструктивным исполнением. Ввиду многообразия видов ИИС до на­стоящего времени не существует общепринятой классификации ИИС.

Наиболее распространенной является классификация ИИС по функ­циональному назначению. По этому признаку, как было сказано выше, будем различать собственно ИС, САК, СТД, СРО.

По характеру взаимодействия системы с объектом исследования и обмена информацией между ними ИИС могут быть разделены на актив­ные и пассивные. Пассивные системы только воспринимают информацию от объекта, а активные, действуя на объект через устройство внешних воздействий, позволяют автоматически и наиболее полно за короткое время изучить

его поведение. Такие структуры широко применяются при автоматизации научных исследований различных объектов.

В зависимости от характера обмена информацией между объектами и активными ИИС различают ИС без обратной связи и с обратной связью по воздействию. Воздействие на объект может осуществляться по заранее установленной жесткой программе либо по программе, учитывающей реакцию объекта. В первом случае реакция объекта не влияет на характер воздействия, а следовательно, и на ход эксперимента.

Его результаты могут быть выданы оператору после окончания. Во втором случае резуль­таты реакции отражаются на характере воздействия, поэтому обработка ведется в реальном времени. Такие системы должны иметь развитую вы­числительную сеть. Кроме того, необходимо оперативное представление информации оператору в форме, удобной для восприятия, с тем чтобы он мог вмешиваться в ход процесса.

Системы автоматического контроля (САК). Системы автоматичес­кого контроля предназначены для контроля технологических процессов, при этом характер поведения и параметры их известны. В этом случае объ­ект контроля рассматривается как детерминированный.

Эти системы осуществляют контроль соотношения между текущим (измеренным) состоянием объекта и установленной «нормой поведения» по известной математической модели объекта.

По результатам обработки полученной информации выдается суждение о состоянии объектов конт­роля.

Таким образом, задачей САК является отнесение объекта к одному из возможных качественных состояний, а не получение количественной информации об объекте, что характерно для ИС.

Рисунок 1 – Система автоматического контроля параметров

В САК благодаря переходу от измерения абсолютных величин к от­носительным (в процентах «нормального» значения) эффективность ра­боты значительно повышается. Оператор САК при таком способе коли­чественной оценки получает информацию в единицах, непосредственно характеризующих уровень опасности в поведении контролируемого объ­екта (процесса).

Как правило, САК имеют обратную связь, используемую для воздей­ствия на объект контроля. В них внешняя память имеет значительно мень­ший объем, чем объем памяти ИС, так как обработка и представление информации ведутся в реальном ритме контроля объекта.

Системы технической диагностики (СТД). Они относятся к классу ИИС, так как здесь обязательно предполагается выполнение измеритель­ных преобразований, совокупность которых составляет базу для логичес­кой процедуры диагноза. Цель диагностики — определение класса состоя­ний, к которому принадлежит состояние обследуемого объекта.

Диагностику следует рассматривать как совокупность множества возможных состояний объекта, множества сигналов, несущих информа­цию о состоянии объекта, и алгоритмы их сопоставления.

Объектами технической диагностики являются технические системы. Элементы любого технического объекта обычно могут находиться в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном. Поэтому задачей систем технической диагностики СТД является определение работоспособ­ности элемента и локализация неисправностей.

Основные этапы реализации СТД:

· выделение состояний элементов объекта диагностики контролируемых величин, сбор необходимых статистических данных, оценка затрат труда на проверку;

· построение математической модели объекта и разработка програм­мы проверки объекта;

· построение структуры диагностической системы.

Элементы объекта диагноза, как правило, недоступны для непосред­ственного наблюдения, что вызывает необходимость проведения проце­дуры диагноза без разрушения объекта. В силу этого в СТД преимуществен­но применяются косвенные методы измерения и контроля.

Телеизмерительные информационные системы (ТИИС). Они отлича­ются от ранее рассмотренных в основном длиной канала связи. Канал связи является наиболее дорогой и наименее надежной частью этих сис­тем, поэтому для ТИИС резко возрастает значение таких вопросов, как надежность передачи информации.

Телеизмерительные ИИС могут быть одно- или многоканальными. Они предназначаются для измерения параметров сосредоточенных и рассредоточенных объектов. В зависимости от того, какой параметр несущего сигнала используется для передачи информации, можно выделить ТИИС:

· интенсивности, в которых несущим параметром является значение тока или напряжения;

· частотные (частотно-импульсные), в которых измеряемый параметр меняет частоту синусоидальных колебаний или частоту следования им­пульсов;

· времяимпульсные, в которых несущим параметром является дли­тельность импульсов; к ним же относятся фазовые системы, в которых измеряемый параметр меняет фазу синусоидального сигнала или сдвиг во времени между двумя импульсами;

· кодовые (кодоимпульсные), в которых измеряемая величина переда­ется какими-либо кодовыми комбинациями.

Обобщенная структура ИИС

Рассмотренные выше измерительные информационные системы пока­зывают, что почти для каждого типа ИИС используется цепочка из аппарат­ных модулей (измерительных, управляющих, интерфейсных, обрабатываю­щих). Таким образом, обобщенная структурная схема ИИС содержит:

· множество различных первичных измерительных преобразователей, размещенных в определенных точках пространства стационарно или перемещающихся в пространстве по определенному закону;

Читайте также:  Статическое электричество в картинках

· множество измерительных преобразователей, которое может состо­ять из преобразователей аналоговых сигналов, коммутаторов аналоговых сигналов, аналоговых вычислительных устройств, аналоговых устройств памяти, устройств сравнения аналоговых сигналов, аналоговых каналов связи, аналоговых показывающих и регистрирующих измерительных приборов;

· группу аналого-цифровых преобразователей, а также аналоговых устройств допускового контроля;

· множество цифровых устройств, содержащее формирователи им­пульсов, преобразователи кодов, коммутаторы, специализированные цифровые вычислительные устройства, устройство памяти, устройство сравнения кодов, каналы цифровой связи, универсальные программируе­мые вычислительные устройства — микропроцессоры, микроЭВМ и др.;

· группу цифровых устройств вывода, отображения и регистрации, которая содержит формирователи кодоимпульсных сигналов, печатающие устройства, накопите­ли информации, дисплеи, сигнализаторы, цифровые индикаторы;

· множество цифроаналоговых преобразователей;

· указанные функциональные блоки соединяются между собой через стандартные интерфейсы или устанавливаются жесткие связи;

· интерфейсные устройства (ИФУ), содержащие системы шин, интер­фейсные узлы и интерфейсные устройства аналоговых блоков, служа­щие главным образом для приема командных сигналов и передачи ин­формации о состоянии блоков. Например, через интерфейсные устрой­ства могут передаваться команды на изменение режима работы, на под­ключение заданной цепи с помощью коммутатора;

· устройство управления, формирующее командную информацию, принимающее информацию от функциональных блоков и подающее ко­манды на исполнительные устройства для формирования воздействия на объект исследования (ОИ).

Однако не для всякой ИИС требуется присутствие всех блоков. Для каждой конкретной системы количество блоков, состав функций и связи между блоками устанавливаются услови­ями проектирования.

Рисунок 2 — Информационно-измерительная система

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Источник: https://zdamsam.ru/a62546.html

Автоматизация радиоизмерений

К автоматизированным средствам измерений относят автономные непрограммируемые приборы и гибкие измерительные системы (ГИС).

Автономные приборы работают по жесткой программе и предназначены для измерений определенных параметров сигналов или цепей.

Как правило, это цифровые приборы, например вольтметры, в которых часть операций, таких, как определение полярности измеряемого постоянного напряжения или переключение диапазонов, осуществляется автоматически.

Основная особенность ГИС – возможность программным способом перестраивать систему для измерений различных физических величин и менять режим измерений. Никаких изменений в аппаратной части при этом не требуется. Различают ГИС с интерфейсом, микропроцессорные и компьютерно-измерительные.

Основной способ создания мощных многофункциональных ГИС – объединение с помощью специальной многопроводной магистрали в одну систему ЭВМ, измерительных приборов и устройств отображения информации.

Такие системы называют измерительно-вычислительными комплексами (ИВК). Устройство сопряжения ЭВМ со средствами измерений называют приборным интерфейсом или просто интерфейсом.

Иногда в это понятие вкладывают и программное обеспечение системы.

В микропроцессорных приборах все элементы подключают к магистрали микропроцессора, отдельной магистрали нет. Встроенные микропроцессоры обычно реализуют сервисные операции (выбор диапазона измерений), обеспечивают различные режимы измерений и вычисляют некоторые параметры сигнала.

В приборах рассматриваемого типа не предусматривается программирование микропроцессора в процессе эксплуатации. Необходимые программы обработки хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), по мере надобности их вызывает оператор с помощью клавиатуры.

В наиболее совершенных микропроцессорных средствах измерений наметилась тенденция создания возможности составления оператором программ в дополнение хранящимся в ПЗУ программам. Наиболее ярко эта тенденция проявилась в новом поколении средств измерений – КИС.

Эти системы объединяют средства измерений, вычислений и управления на собственной шине микроЭВМ. Все функциональные элементы КИС удается разместить на одной или двух платах, встраиваемых в ЭВМ.

С развитием средств вычислительной техники возможности КИС приближаются к возможностям ИВК, но превосходят последние по уровню интеграции и гибкости.

Как правило, ИВК строят по принципу агрегатирования, согласно которому системы создают из стандартных устройств – модулей, конструктивно законченных и выпускаемых серийно.

При такой структуре система способна к быстрой перестройке в соответствии с изменившейся задачей. Для этого достаточно заменить часть модулей и изменить программное обеспечение.

Такая система легко модернизируется, а ее разработка не требует большого времени.

Объединение устройств в единую систему возможно при выполнении условия их совместимости. Различают информационную, энергетическую и конструктивную совместимости.

Важнейшей является информационная совместимость. Она заключается в согласовании параметров сигнала устройств по видам, информативным параметрам и уровням.

Информационная совместимость позволяет отдельным модулям обмениваться информацией в соответствии с заданным алгоритмом, а также различными служебными сигналами, например адресами и командами.

Информационная совместимость необходима для реализации любого интерфейса.

Энергетическая совместимость заключается в согласовании напряжений и токов, питающих модули, и линий их передачи. Конструктивная совместимость заключается в конструктивном согласовании модулей, позволяющем использовать их совместно. Требования энергетической и конструктивной совместимости в разных интерфейсах существенно различаются.

В зависимости от задач ИВК, номенклатуры используемых средств измерений и их характеристик можно построить интерфейсы различной сложности с различными структурами. Создание интерфейсов для каждой задачи или групп задач экономически невыгодно, поэтому разработаны стандартные интерфейсы. В нашей стране принято несколько интерфейсов, в качестве примера рассмотрим интерфейс МЭК 625.1.

Эти интерфейсы относятся к числу магистральных, в которых все устройства подключены к общей магистрали. По отношению к магистрали модули могут быть источником информации или ее приемником. Источник предназначен только для передачи информации. В каждый момент в системе может быть только один источник. Приемник служит для приема информации, их может быть несколько.

Каждое устройство (источник или приемник) имеет свой адрес, по которому осуществляется его вызов для обмена информацией. Адресацию устройств и управление их работой выполняет контроллер. Функции контроллера часто выполняет ЭВМ с интерфейсом.

Один и тот же прибор в системе может поочередно выполнять различные функции. Например, вольтметр на котором перед измерениями устанавливают нужный диапазон измерений, в это время является приемником. В ходе передачи результатов измерений вольтметр функционирует как источник информации.

Передача сообщений в интерфейсе может происходить синхронно или асинхронно. При синхронном методе ритм обмена информацией задается синхроимпульсами подобно тому, как это делается в микропроцессорах. Этот способ позволяет получить высокую скорость обмена, если все устройства характеризуются приблизительно равным и достаточно высоким быстродействием.

Если же быстродействие устройств сильно различается, то предпочтителен асинхронный метод, при котором обязательным условием обмена является получение каждым из участвующих в обмене устройств подтверждения о готовности других устройств принимать или передавать информацию. Скорость обмена в этом случае определяется наименее быстродействующим устройством.

Источник: http://www.intuit.ru/studies/courses/3442/684/lecture/16320

Классификация измерительных приборов

Гидравлика > Измерительные приборы > Классификация измерительных приборов

Автор: gidroadmin

Дата: 2008-12-06

Измерительным прибором называется устройство, с помощью которого измеряемая величина сравнивается с единицей измере­ния. Измерительный прибор предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредствен­ного восприятия наблюдателем.

Измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

Образцовыми называются приборы, предназначенные для хранения и воспроизводства единиц измерения, а также для проверки и градуировки приборов.

Рабочими называются приборы, исполь­зуемые для практических измерений. В свою очередь, рабочие измерительные приборы делятся на лабораторные и технические. Лабораторные приборы в промышленности не применяют и в связи с этим далее они не рассматриваются. Для автоматического контроля и регулирования в промышленности используют технические рабочие приборы.

По назначению технические рабочие приборы делятся на показывающие, самопишущие, сигнализирующие, регулирующие и измерительные автоматы.
Показывающие — приборы, по которым только отсчитывают измеряемую величину в данный момент времени.

Самопишущие (регистрирующие) приборы снабжены уст­ройством для автоматической регистрации (записи) значения измеряемой величины за все время  работы  прибора.  Они дают возможность получить данные для последующего анализа работы объекта или хода технологического процесса путем обработки картограммы прибора.

Самопищущие приборы могут иметь также показывающее устройство, в этом случае они одновременно явля­ются показывающими и самопишущими.
Сигнализирующие приборы имеют специальные приспособления для включения световой или звуковой сигнализации при достижении  измеряемой  величиной  заранее заданного  значения.

Регулирующие приборы имеют специальное устройство, предназначенное для автоматического поддержания измеряемой величины на заданном значении или для изменения ее по заданному закону. Такие приборы могут иметь показывающее или реги­стрирующее устройство или одновременно и то и другое.

Измерительные автоматы — это приборы с устройством, выполняющим по результатам измерения определенную работу, согласно установленной для них программе. Их применяют при взвешивании и дозировке жидких и сыпучих веществ, управлении работой технологического оборудования, сортировке продукции и других операциях.

По характеру передачи показаний приборы делятся на местные и с дистанционной передачей. Местные приборы по своей кон­струкции могут быть использованы только непосредственно у места измерения.

У приборов с дистанционной   передачей исполнительная часть находится на значительном расстоянии от места изме­рения. Приборы с дистанционной передачей комплектуют в измерительные  установки,  которые  состоят  из   следующих  основных, частей:

  • первичного прибора — преобразователя (датчика), восприни­мающего посредством чувствительного элемента (первичного пре­образователя) изменения измеряемой величины, преобразующего ее в выходной сигнал — импульс и передающего последний на расстояние;
  • вторичного прибора, который воспринимает посредством измери­тельного устройства импульсы, передаваемые преобразователем, и преобразует их в перемещения указателя относительно шкалы; вторичные приборы могут быть показывающими, самопи­шущими, сигнализирующими, регулирующими приборами или изме­рительными автоматами;
  • соединительных трубных (пневматических, гидравлических) или электрических проводок, по которым передаются результаты измерений от преобразователя к вторичному прибору.

По виду показаний измерительные приборы делятся на анало­говые (непрерывные) и цифровые (дискретные). В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функ­цией изменений измеряемой величины. В цифровом измерительном .

приборе автоматически вырабатываются дискретные (прерыви­стые) сигналы измерительной информации, а показания представ­лены в цифровой форме.

По виду измеряемой величины приборы выпускают для изме­рения температуры, давления, расхода и количества, концентра­ции растворов, уровня, влажности и плотности газов, электриче­ских величин и определения состава (анализа) газов и жидкостей.

С какой бы тщательностью ни было сделано измерение, оно сопровождается погрешностями, в той или иной степени искажаю­щими результат измерения.

Погрешностью называется разность между показанием прибора и действительным значением изме­няемой величины.

Погрешности приборов не должны выходить, за пределы, установленные стандартами, нормалями и техниче­скими условиями для данного метода измерения.

По точности измерения приборы разделяются по классам, обозначаемым цифрами: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0. Обычно цифры, соответствующие классу точности прибора, наносят на шкалу и заключают в окружность.

Класс точности выражается числом погрешности, соответствующей нормальным условиям работы прибора, т. е. нормальному положению прибора, нормальной температуре окружающей среды и др.

Например, для прибора класса 1,5 со шкалой 0—1000° С допустимая погрешность будет равна ±15° С, для прибора того же класса, но со шкалой 0—500° С допустимая погрешность будет ±7,5° С, а для прибора того же класса с двусторонней шкалой от —50 до +100° С — ±2,25° С.

Иначе говоря, допустимая погрешность вычисляется от алгебраической разности верхнего и нижнего пределов измерения.

Допустимая погрешность — наибольшая погрешность показа­ния прибора, допускаемая нормами. Она характеризуется постав­ленными перед ней знаками плюс и минус или одним из этих знаков, если распространяется только на одни положительные или отрицательные значения допустимых нормами погрешностей.

Читайте также:  Принцип работы токовой направленной защиты нулевой последовательности в электрических сетях 110 кв

В настоящее время на промышленных предприятиях применяют в основном приборы классов точности 0,4; 0,5; 0,6; 1; 1,5. Прибо­рами класса 0,1; 0,15; 0,2 и 0,25 пользуются пока еще мало, а приборы классов 2,0; 2,5 и 4 применяют все реже, потому что их низкая точность не удовлетворяет возросшим требованиям про­мышленных технологических процессов.

Источник: Каминский М.Л. Монтаж приборов контроля и аппаратуры автоматического регулирования. Учебник для средних проф.-тех. училищ. «Высшая школа», 1978 г.

Источник: http://www.techgidravlika.ru/view_post.php?id=13

Измерительные системы

Назначение любой измерительной системы, ее необходимые функциональные возможности, технические параметры и характеристики в решающей степени определяются объектом исследования, для которого она создана. Из-за разнообразия структур современных ИС, динамичного развития и перечня решаемых задач, классификация их в настоящее время еще  полностью не завершена.

В зависимости от выполняемых функций измерительные системы можно условно разделить на три основных вида:

—         измерительные системы измерения и хранения информации (условно называемые измерительными системами прямого назначения);

—         контрольно — измерительные (автоматического контроля);

—         телеизмерительные системы.

   К измерительным системам относят также системы распознавания образов и системы технической диагностики, которые в курсе, относящемся к радиоизмерениям, не изучаются.

По числу измерительных каналов измерительные системы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоканальные (многомерные). Для совместных и совокупных измерений часто используют многоканальные, аппроксимирующие системы.

Наиболее бурно в настоящее время разрабатываются и внедряются ИС прямого назначения, основной особенностью которых является возможность программным способом перестраивать их для измерений различных физических величин и менять режим измерений. Изменений в аппаратной части при этом не требуется.

Измерительные системы прямого назначения условно делят на:

—  информационно-измерительные системы (часто их называют термином измерительные информационные системы; аббревиатура одинакова — ИИС);

— измерительно-вычислительные комплексы (ИВК);

— виртуальные информационно-измерительные приборы (устоявшееся у специалистов название — виртуальные приборы; или компьютерно-измерительные системы — КИС).

Информационно-измерительные системы

Самым широким классом измерительных систем прямого назначения являются ИИС.

Назначение ИИС определяют как целенаправленное оптимальное ведение измерительного процесса и обеспечение смежных систем высшего уровня достоверной информацией.

Основные функции ИИС,— получение измерительной информации от объекта исследования, ее обработка, передача, представление информации оператору или/и компьютеру, запоминание, отображение и формирование управляющих воздействий.

Информационно-измерительная система должна управлять измерительным процессом или экспериментом в соответствии с принятым критерием функционирования; выполнять возложенные на нее функции в соответствии с назначением и целью; обладать требуемыми показателями и характеристиками точности, помехоустойчивости, быстродействия, надежности, пропускной способности, адаптивности, сложности; отвечать экономическим требованиям, предъявляемым к способам и форме представления информации, размещения технических средств; быть приспособленной к функционированию с измерительными информационными системами смежных уровней иерархии и другими ИИС.

Основной функцией ИИС, как и любой другой технической системы является целенаправленное преобразование входной информации в выходную. Это преобразование выполняется либо автоматически с помощью аппаратуры технического обеспечения, либо совместно — оперативным персоналом и аппаратурой технического обеспечения в сложных ИИС, ИВК и виртуальных приборах.

Применение современных средств цифровой схемотехники коренным образом изменило принципы построения ИИС. Кроме того, методы обоснованного распределения и направления информационных потоков дают возможность уменьшить их избыточность. Это позволяет ставить задачу о возможно максимальном переносе обработки измерительной информации к месту ее формирования, т. е.

перейти к конвейерной обработке измерительной информации в распределенной ИИС.

В целом такая система состоит из следующих основных частей: системы первичных преобразователей (датчиков), устройств сбора и первичной обработки информации, средств вторичной обработки информации, устройств управления и контроля, устройств связи с другими системами объекта, накопителей информации.

По организации алгоритма функционирования различают следующие виды ИИС:

— заранее заданным алгоритмом работы, правила функционирования которых не меняются, поэтому их можно использовать только для исследования объектов, работающих в постоянном режиме;

— программируемые, в которых изменяют алгоритм работы по программе, составляемой в соответствии с условиями функционирования объекта исследования;

— адаптивные, алгоритм работы которых, а часто и структура изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и условной работы объекта;

— интеллектуальные, обладающие способностью к перенастройке в соответствии с изменяющимися условиями функционирования и иные выполнять все функции измерения и контроля в реальном и масштабе времени.

Математическое, программное и информационное обеспечение входит в состав лишь ИИС с вычислительными комплексами.

Математическое обеспечение — аналитические (математические) модели объекта исследования (измерения) и вычислительные алгоритмы.

В математическую модель объекта измерения входит описание взаимодействия между переменными входа и выхода для установившегося и переходного состояний, т.е. модель статики и динамики, а также граничные условия и допустимые изменения переменных процесса.

Форма записи математической модели может быть различна: алгебраические и трансцендентные уравнения, дифференциальные уравнения и уравнения в частных производных. Могут использоваться переходные и передаточные функции, частотные и спектральные характеристики и пр.

различают 3 основных метода получения математических моделей исследования ИИС: аналитические, экспериментальные и экспериментально-аналитические.

В последние годы при создании большинства ИС наиболее часто используют математическое моделирование, реализующее цепочку: объект – модель – вычислительный алгоритм – программа для компьютера – расчет на компьютере – анализ расчетов – управление исследованием.

Алгоритм измерения может быть представлен программно, словесно, аналитически, графически или сочетанием этих методов. Последовательность действий при этом непроизвольна, а реализует тот или иной метод решения задачи. Во всех случаях поставленная задача должна быть на столько точно сформулирована, чтобы не осталось места различным двусмысленностям.

Программное обеспечение ИИС включает в себя системное и общее прикладное программное обеспечение, в совокупности образующее математическое обеспечение, которое реализуется программной подсистемой.

Системное программное обеспечение – совокупность программного обеспечения компьютера, используемого в ИИС, и дополнительных программных средств, позволяющих работать в диалоговом режиме, управлять измерительными комплексами; обмениваться информацией внутри подсистем комплекса; автоматически проводить диагностику технического состояния.

По существу, программное обеспечение ИИС представляет собой взаимодополняющую, взаимодействующую совокупность подпрограмм, реализующих:

—        типовые алгоритмы эффективного представления и обработка измерительной информации, планирование эксперимента и других измерительных процедур;

—        архивирование данных измерений;

—        метрологические функции комплекса (аттестацию, поверку, экспериментальное определение нормируемых метрологических характеристик и т. п.).

Информационное обеспечение определяет способы и конкретные нормы информационного отображения состояния объекта исследования в виде документов, диаграмм, графиков, сигналов для их предоставления обслуживающему персоналу и компьютеру для дальнейшего использования в управлении.

Всю измерительную систему в целом охватывает метрологическое обеспечение (рис. 15.1).

Рисунок 15.1

В структуру технической подсистемы ИИС входят:

•        блок первичных измерительных преобразователей;

•        средства вычислений электрических величин (измерительные компоненты);

•    совокупность цифровых устройств и компьютерной техники(вычислительных компонентов);

•        меры текущего времени и интервалов времени;

•        блок вторичных измерительных преобразователей;

•    устройства ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов с нормированными метрологическими характеристиками;

•        совокупность элементов сравнения, мер и элементов описания;

•        блок преобразователей сигнала, цифровых табло, дисплеев, элементов памяти и пр.;

•        различные накопители информации.

Кроме указанных элементов в подсистемы ИИС может входить ряд устройств согласования со штатными системами исследуемого объекта, телеметрией и пр.

Важное значение для эксплуатации ИИС имеет эргономическое, эффективное и наглядное построение форм дисплея и управляющих элементов, называемых интерфейсом пользователя, обеспечивающих взаимодействие оператора с персональным (или специализированным) компьютером.

В общем же случае интерфейсом называют устройство сопряжения персонального компьютера со средствами измерений или любыми другими внешними техническими системами (иногда в это понятие включают и программное обеспечение измерительной системы).

Эффективность работы рассматриваемого интерфейса заключается в быстром, насколько это возможно, развитии у пользователя простой концептуальной модели взаимодействия с ИИС.

Другими важными характеристиками интерфейса пользователя являются его наглядность, дизайн и конкретность, что обеспечивают с помощью последовательно раскрываемых окон, раскрывающихся вложенных меню и командных строк с указанием функциональных «горячих» клавиш.

В достаточно короткой истории развития ИИС можно отметить ряд поколений.

Первое поколение характеризуется формированием концепции ИИС и системной организацией совместной работы средств получения, обработки и передачи количественной информации.

Это были в основном системы централизованного циклического получения измерительной информации с элементами вычислительной техники.

Данный период (конец 50-х — начало 60-х годов прошлого столетия) называют периодом детерминизма, поскольку для исследований в ИИС использовался аппарат аналитической математики.

Второе поколение развития и внедрения ИИС связано с использованием адресного сбора информации и ее обработки с помощью встроенных компьютеров.

Элементную базу таких систем представляют микроэлектронные схемы малой и средней степени интеграции.

Этот период (70-е годы прошлого столетия) характерен решением целого ряда вопросов теории систем в рамках теории случайных процессов и математической статистики, поэтому его принято называть периодом стохастичности.

Третье поколение характерно широким введением в информационно-измерительные системы БИС, микропроцессоров, микро ЭВМ и промышленных функциональных блоков, совместимых между собой по информационным, метрологическим, конструктивным, энергетическим и эксплуатационным характеристикам, а также созданием распределенных и адаптивных ИИС.

Четвертое поколение отличает появление гибких перестраиваемых программируемых ИИС, что связано с развитием вычислительной техники.

Гибкие ИИС отличаются прежде всего свободой пользователя в определении функционального назначения системы. Создает и программирует гибкую систему не производитель ее компонентов, а пользователь, в соответствии со своими задачами.

В элементной базе гибких ИИС резко возрастает доля микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Пятое поколение бурно развивается в настоящее время, что обусловлено появлением адаптивных, интеллектуальных и виртуальных ИИС, построенных на базе персональных компьютеров и современного математического и программного обеспечения.

Измерительно-вычислительные комплексы

Одной из разновидностей ИИС являются измерительно-вычисли­тельные комплексы. Основными признаками принадлежности изме­рительной системы к ИВК служат наличие компьютера, нормирован­ных метрологических характеристик, программного управления средствами измерений, блочно-модульной структуры построения, состоящей из технической (аппаратной) и программной (алгоритми­ческой) подсистем.

По назначению ИВК делятся 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 разрабатывают для решения специфичной задачи в конкретной области автоматизации измерений.

Специализированные ИВК используют для решения уникальных задач автоматизации измерений, для которых разработка типовых и специализированных комплексов экономически нецелесообразна.

Измерительно-вычислительные комплексы предназначены для следующих задач:

•  осуществления прямых, косвенных, совместных или совокупных методов измерений физических величин;

•  представления оператору результатов измерений в нужном виде и управления процессом измерений и воздействия на объект измерений.

Чтобы реализовать эти функции, ИВК должен:

•    эффективно  воспринимать,  преобразовывать  и обрабатывать электрические сигналы от первичных измерительных преобразователей, а также управлять средствами измерений и другими техническими устройствами, входящими в его состав;

•    вырабатывать нормированные электрические сигналы, являющиеся входными для средств воздействия на объект, оценивать метрологические характеристики и представлять результаты измерений в установленной форме.

Источник: http://univer64.ru/izmeritelnye-sistemy.html

Ссылка на основную публикацию