Краткие сведения об истории развития электроприборостроения и российской метрологии.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Вступление……..……………………………………………………………………………………………1

2. Цели и задачи практики……………………………………………………………………...……………..1

3. Краткие сведения о кафедре ИИСТ……………………………………………………………….……….2

4. Краткие сведения об истории развития электроприборостроения и российской метрологии…………………………………………………………………………………………………..4

5. Метрологическая служба, ее структура и функции на заводе, предприятии или организации. ………………............................................................................................................................6

6. Электроизмерительные приборы. Основные термины и главные инженерные должности в приборостроении..………………………………………………………………………………………....…8

7. Краткие сведения о классификации средств измерения электрических величин…………………………………………………………………………………………...………...10

8. Аналоговые измерительные приборы. Общие детали устройства. Условные обозначения принципа действия прибора…………………………………..……………..……………………………………..11

9. Требования, предъявляемые к приборам, погрешности. Классификация аналоговых приборов. Классы точности.……………………………………………………..………………………………... …16

10. Магнитоэлектрические (МЭ) измерительные приборы ……………………………………...…………….17

11. Приборы для измерения магнитных величин……………………………………………………….…...18

12. Электромагнитные (ЭМ) измерительные приборы……………..………………………………….........23

13. Электродинамические (ЭД) измерительные приборы……………………………………………....…..24

14. Ферродинамические (ФД) измерительные приборы……………………………………………...…….26

15. Электростатические (ЭС) измерительные приборы………………………………………………....….28

16. Индукционные измерительные приборы. Электронный счетчик……………………………………...31

17. Приборы, используемые для практических работ во время прохождения вычислительной практики …………………………………………………………………………………………………………..…..33

18. Цифровые приборы……………………………………………………………….……………………….39

19. Косвенные методы измерения. Измерительные преобразователи……………………………..…42

20. Информационно-измерительные системы………………………………………………………….……48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………………………….49

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………….……51

ПРИЛОЖЕНИЕ: Лабораторные работы с использованием осциллографа, генератора, цифровых и аналоговых измерительных приборов и преобразователей……………………………………………………………………………….52

 

 

 

Вступление.

В соответствии с квалификационной характеристикой бакалавра по направлению 20010062 «Приборостроение» выпускники ВУЗа должны обладать фундаментальной и специальной подготовкой позволяющей им выполнять следующие виды профессиональной деятельности:

¾ проекторно-конструкторская;

¾ производственно-управленческая;

В связи с этим при прохождении практики студенты должны:

¾ Ознакомиться с организацией и охраной труда;

¾ Научиться использовать теоретическое положения при разработке методов и средств измерения и контроля, изготовления и применения приборов, аппаратов преобразователей и систем в промышленности;

¾ Выполнять индивидуальные задания руководителей практики.

Вычислительная практика представляет собой вид учебных занятий, непосредственно ориентированных на профессионально-практическую подготовку обучающихся. Учебная и вычислительная практика в целом направленна на обеспечение непрерывности и последовательности овладения студентами умениями и навыками профессиональной деятельности, которая проводится в соответствии с учебным планом с 29.06 по 12.07.2014г. и является неотъемлемой частью учебного процесса подготовки бакалавров по направлению 20010062 «Приборостроение».

Перед прохождением практики студенты обязаны пройти инструктаж о порядке прохождения практики и общий инструктаж по технике безопасности и охране труда с росписью в регистрационном журнале.

За время вычислительной практики первокурсник знакомится с историей становления и развития кафедры, профессорско-преподавательским и учебно-вспомогательным составом кафедры, а так же с учебными специализированными лабораториями и структурой кафедры ИИСТ.

При обработке измерительной информации, применив программу MS Excel, являющуюся мощным инструментом решения вычислительных инженерных задач, студент- первокурсник знакомится с обработкой табличных данных и работой с несложными базами данных. Т.к. вычислительная практика 1 проводится во втором семестре, то теоретическую базу составляют знания, полученные в ходе изучения таких дисциплин, как «Информатика», «Программирование на языках высокого уровня», «Введение в специальность». Во время прохождения ознакомительной практики студенты получают первичные профессиональные умения и навыки и готовятся к осознанному и углубленному изучению дальнейших дисциплин профессионального цикла, получают практические и профессиональные знания по избранной специальности. В ходе практики предполагается: знакомство с возможностями современных компьютерных технологий и их применением при решении технических задач; закрепление навыков работы в среде Windows и других прикладных программ; знакомство с работой в сети Интернет. Полученные навыки будут использованы в ходе освоения следующих дисциплин: «Физические основы получения информации», «Компьютерные технологии в приборостроении» и др.

Практическую помощь в написании данного отчета об ознакомительно-вычислительной практике оказал во время консультаций, заведующий лабораториями кафедры ИИСТ Николай Максимович Важинский - старейший работник кафедры, Ветеран труда, «Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации».

 

Цели и задачи практики.

Целями и задачами вычислительной практики студентов 1-го курса являются: ознакомление со структурой и функциональным назначением измерительных приборов и информационно-измерительных систем, с методами, средствами и практикой применения измерительных приборов и систем, с применением вычислительной техники в измерительных системах и при обработке измерительной информации.

В результате прохождения практики студент должен знать:

¾ тенденции и перспективы развития измерительной техники;

¾ структуру и функциональное назначение измерительных приборов и информационно-измерительных систем;

¾ методы, средства и практику применения измерительных приборов в различных областях техники;

¾ способы определения погрешностей приборов;

¾ Структуру и состав ПК;

¾ Классы точности, нормированные и действительные характеристики приборов;

¾ Историю создания и развития кафедры ИИСТ.

Уметь:

¾ проводить измерения электрических величин;

¾ определять погрешности средств измерения(СИ);

¾ применять средства вычислительной техники при обработке результатов измерения;

¾ составлять и отлаживать программы на языках высокого уровня;

¾ правильно проводить измерения физических величин и точно получать количественную информацию о ней.

Владеть:

¾ навыками работы в среде Windows;

¾ средствами поиска информации в Интернете;

¾ методами и средствами разработки и отладки программного обеспечения;

¾ методами статистической обработки результатов измерения;

¾ расширенным знакомством с терминологией в среде Windows, системе ЭВМ и ПК;

¾ общими сведениями, относящимися к основополагающим понятиям информатики, информационных процессов и информационных технологий.

Оформленный по стандарту (6) отчет и дневник о практике является основными документами, подтверждающими выполнение программы практики. Отчет и дневник представляются на рецензию руководителю практики, который оценивает отчет о практике и записывает в дневник отзыв- характеристику деятельности и дисциплины студента.

По итогам вычислительной практики 1 проводится аттестация с оцен­кой.

Оценка результатов прохождения студентами практики учитывается при рассмотрении вопроса о назначении стипендии в следующем семестре.

3.Краткие сведения о кафедре ИИСТ.

Днем основания кафедры считается 14.09.1949 г. В те далёкие послевоенные годы, в связи с острой необходимостью для народного хозяйства страны инженеров-измеренцев, по приказу мин. образования набрали на 1 курс 28 студентов. Студенты и сотрудники кафедры всегда занимали активную жизненную позицию, как в овладении научных знаний, так и в выполнении общественно –полезных работ. Хорошие отношения между сотрудниками кафедры передавались и студенческому коллективу, об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что через каждые 5 лет после окончания учебы в университете выпускники собираются на кафедре, приглашают на встречу своих преподавателей и совместно обсуждают жизненный и творческий путь, всех участников встречи. Значительный период деятельности кафедры в 70х годах прошлого века связан с организацией и участием сотрудников и студентов в стройотрядах, трудовых лагерях и других полезных общественных объединениях. Кафедру ИИСТ можно считать спортивной, где с середины прошлого века начал развиваться туризм, велосипедные горные походы, горные лыжи, подводный спорт, волейбол, охота и рыболовство, многие сотрудники являются авто кино и фото любителями. На протяжении всей истории кафедра активно вела научно-исследовательскую работу по общему направлению: «Теория и принципы построения информационно-измерительных систем». На кафедре работали, работают и пользуются глубоким уважением участники ВОВ.

Кафедра с университетом и страной прошла славный 65-летний путь своего развития. За этот период деятельности она внесла весомый вклад в дело подготовки кадров для народного хозяйства, растила ученых, обогащала науку новыми открытиями.

На протяжении времени, т.е. на разных временных отрезках неоднократно кафедра называлась по-разному, соответственно менялись названия специальностей, по которым готовились инженерные кадры, сейчас утверждено название «Информационно измерительные системы и технологии» (ИИСТ) На кафедре за прошедшие годы выпущено более 2000 инженеров. Примечательно отметить, что с красным дипломом выпущено около трехсот инженеров и отдавая дань уважения студентам, защитившим дипломы с отличием, всех их занесли навечно в Историю кафедры. Фактическим подтверждением большого интереса студента, избранной специальности является диплом с отличием и это подтверждается при защите дипломных проектов. Так, например, в первом выпуске было 8 отличников, во втором -17, в третьем-22, в четвертом-10, и т. д.Среди выпускников были Герои социалистического труда, доктора технических наук, почетные и заслуженные страной люди, например, министр приборостроения СССР, лауреаты Государственной премии, лауреаты премии Ленинского комсомола, и многие другие заслуженные люди СССР и России. В числе выпускников прошлых лет;имеющих диплом нашей кафедры, есть писатели, артисты, спортсмены, военачальники, полицейские, школьные учителя, священнослужители, партийные и государственные руководители, мэры городов и главы районных администраций, руководители крупных заводов,сельскохозяйственных и строительных предприятий, крупных птицефабрик и машинотракторных станций, представители крупного бизнеса, живущие как в России и странах СНГ, так и в других странах мира (Австралия, Америка, Канада, Израиль и др.). Выпускники кафедры работают на приборостроительных заводах в крупном бизнесе, в турагентствах, в том числе и за рубежом. На кафедре в разные годы обучались студенты иностранных государств. Это подтверждает универсальность получаемых дипломов и интерес к избранным специальностям. В 2009 году 14 сентября кафедра отметила свой 60-летний юбилей. За это время на кафедре защищено более четырех десятков кандидатских диссертаций и пять докторских-это В.Е. Шукшунов, Н.Ф. Никитенко, Е. В. Кириевский, В.В. Гречихин и Н.И. Горбатенко, ныне заведующий кафедрой и первый проректор университета, д.т.н., профессор, академик Академии Медико-технических наук РФ, почётный академик Саксонской академии наук (Германия).Для обеспечения учебного процесса по основным дисциплинам, на кафедре ИИСТ создан высоко-эрудированный, грамотный и доброжелательный дружный коллектив ППС. Большую помощь в поддержании чистоты и порядка в лабораториях кафедры, в создании лабораторных установок и стендов, печатания и размножения инструкций к лабораторным работам методических указаний и учебных пособий, оказывают сотрудники штата УВП. Кафедра ИИСТ занимает на 2-х этажах ФИТУ площадь 550 м². На кафедре обучается около 500 человек, в том числе иностранные студенты и аспиранты. Эта численность составляет около 50% всего контингента студентов ФИТУ.

Кафедра принимает абитуриентов для подготовки на бюджетной основе бакалавров по направлениям:

- Приборостроение;

- Информационные системы и технологии;

- Прикладная информатика;

- Магистров по всем направлениям.

Направление 20010062 «Приборостроение».

Объектами профессиональной деятельности выпускников данного направления являются: измерительно-вычислительные комплексы для диагностирования состояния различных объектов; информационно-измерительные системы для контроля параметров технологических процессов и объектов в различных отраслях промышленности, медицины и науки; приборы общего и специального назначения со встроенными микропроцессами для измерения различных физических величин. Выпускники работают на приборостроительных предприятиях, разрабатывающих и изготавливающих средства измерительной техники; в различных отраслях промышленности в службах автоматизации технологических процессов, в медицинских учреждениях, на транспорте, в сфере обслуживания, то есть там, где применяются средства измерения, контроля и диагностики – везде. Для закрепления знаний и профессиональных навыков студенты кафедры проходят практику на ведущих предприятиях России и Германии, проектирующих, выпускающих и обслуживающих современную информационно- измерительную технику.

Магистратура по направлению 20010068 «Приборостроение» позволяет овладеть на основе базового высшего образования системы специальных знаний и методологией инженерной и научно-исследовательской деятельности, достаточных для самостоятельного выполнения инновационных проектов и исследовательских работ, а также для преподавательской деятельности в высших учебных заведениях.

В рамках развития направления обучения «Приборостроение» на кафедре ИИСТ открыт Образовательный Центр NationalInstruments,основным направлением деятельности которого является сертифицированное обучение студентов и специалистов. В настоящее время Центр сотрудничает с ведущим производителем программного и аппаратного обеспечения в области контрольно-измерительной техники- фирмой «National Instruments» (США).Студенты знакомятся с передовыми решениями для диагностики и контроля в области автоматики, систем реального времени, энергетики, строительства, робототехники. Дополнительное обучение на сертификационных курсах представляет возможность студентам получить международный сертификат от компании National Instruments.

На кафедре учебный процесс ведут высококвалифицированные преподаватели, в том числе 7 профессоров, докторов наук, 25 доцентов, кандидатов наук.

Кафедра ИИСТ имеет многолетние связи в области образования и науки с ведущими техническими университетами Германии. Ежегодно более 15 студентов и аспирантов кафедры проходят стажировки в университетах Мюнхена, Дортмунда, Ильменау, Брауншвайга.

На кафедре ИИСТ успешно действует эффективная система организации научно-исследовательской работы студентов. Ежегодно студенты кафедры номинируются и получают значительное число отечественных и зарубежных именных стипендий: губернатора РО, президента РФ, Л.Эйлера, М.Ломоносова. Выпускники кафедры имеют возможность продолжить научную работу в магистратуре и аспирантуре.Ежегодно на кафедре обучаются около 20 аспирантов и докторантов.

Все желающие студенты обеспечиваются общежитиями.

Выпускников кафедры ждут крупные предприятия региона: «ПК «НЭВЗ» (Новочеркасск); «Новочеркасская ГРЭС»; «ИНИС»(Новочеркасск); «ВЭлНИИ»(Новочеркасск);СКВ«Граф»(Новочеркасск);«Ирис»(Новочеркасск); «Роствертол»(Ростов –на –Дону); «Ростсельмаш» (Ростов- на – Дону); «Программные технологии»(Таганрог); «МВ-офисная техника»(Ростов –на- дону) и др.Многие из них работают на ведущих московских предприятиях: «Эрикс – сон Корпорация АО», «Диасофт», «Информационные бизнес – системы», «Российская Электроника», «CBOSS», «Банкс софт системе», «Автоконсалтинг Плюс», «Котур Компонент», «1RPTechnology», «IntellSoft», НИИ «СИС» и др.

Требования, предъявляемые к приборам, погрешности.

Электродинамические (ЭД) измерительные приборы.

Принцип действия ЭД приборов основан на взаимодействии магнитных полей неподвижной и подвижной катушек с токами (рисунок 23, 24).

Области применения и свойства приборов

Электродинамические приборы применяют в качестве:1)ваттметров постоянного и переменного токов (ваттметры переменного тока делятся на однофазные, трехфазные и малокосинусные); 2) амперметров и вольтметров переменного тока и реже - постоянного; 3) фазометров (однофазных и трехфазных);4) частотомеров; 5) фарадометров.Характерной особенностью электродинамических приборов является возможность их исполнения с высоким классом точности так, в настоящее время выпускаются электродинамические амперметры, миллиамперметры, вольтметры и однофазные ваттметры класса точности 0,05; фазометры — класса 0,1; частотомеры и стрелочного типа ваттметры — класса 0,5. Как правило, точность сохраняется при переходе с постоянного тока на переменный, что позволяет выполнять градуировку на постоянном токе. Высокая точность электродинамических приборов объясняется тем, что электродинамические ИМ не содержат ферромагнитных или других нелинейных элементов, наличие которых вызывает трудно компенсируемые погрешности. Погрешности, вносимые магнитным экраном (для экранированных приборов), можно свести до ничтожно малых величин правильным проектированием экрана. Показания электродинамических приборов отличаются также высокой стабильностью во времени. Высокая точность этой группы приборов позволяет использовать их в качестве образцовых при градуировке и поверке приборов других систем на переменном токе. Частотный диапазон применения электро­динамических приборов достигает (в расширенной области частот) для амперметров 10 кГц, для вольтметров и ваттметров — 5 кГц. Ваттметры имеют практически равномерную шкалу, амперметры и вольтметры — равномерную шкалу, начиная приблизительно с 15—20% ее номинального значения.

По чувствительности электродинамические приборы уступают магнитоэлектрическим. Однако применение растяжек и светового указателя позволило улучшить этот параметр. Так, имеются миллиамперметры с током полного отклонения I_н=1 мА (чаще всего /_и для этих приборов составляет 3—5 мА, а для приборов с установкой подвижной части на кернах Iн = 25/30 мА).В основном электродинамические приборы применяют в ка­честве самых разнообразных ваттметров, а также высокоточных амперметров и вольтметров. Выпускают и комбинированные электродинамические приборы — ампервольтваттметры.

Измерительные механизмы. Электродинамические ИМ состоят из системы неподвижных и подвижных катушек (рамок), стойки, упругих элементов, успокоителя, отсчетного устройства, средств магнитной защиты.

Катушки применяют круглые или прямоугольные. Круглые проще в производстве и дают по сравнению с прямоугольными увеличение коэффициента добротности (и, следовательно, чувстви­тельности) на 15—20%. Прямоугольные применяют для уменьше­ния размера прибора по вертикали, например в астатических приборах и многофазных (многоэлементных) ваттметрах.

Неподвижные катушки обычно выполняют из двух половин (секций). Это удобнее конструктивно (можно пропустить ось) и можно, изменяя расстояние между катушками, менять кон­фигурацию магнитного поля, что требуется для улучшения шкалы прибора. Для обмоток неподвижных катушек всегда применяют медный провод, а для подвижных – медный или алюминиевый. Подвижные катушки размещают внутри неподвижных. Дальнейшее рассмотрение электродинамических приборов приведено применительно к ваттметрам, наиболее важной группе этих приборов.

 

Рисунок23 Разрез катушек ЭД

Рисунок24 Экранированный ЭД с круглыми катушками

Уравнение шкалы:

где М₁,₂-взаимная индуктивность между катушками.

Достоинства: универсальность (переменно-постоянный ток), высокая точность, самые точные приборы для переменного тока, равномерность шкалы при измерении мощности.

Недостатки: сравнительно низкая чувствительность, большое потребление энергии, зависимость показаний от внешних магнитных полей, чувствительность к перегрузкам механических воздействий, неравномерность шкал вольтметров и амперметров, сложность конструкции (крупногабаритные) и относительно высокая стоимость.

Измерительные цепи и погрешности ваттметра.

Измерительные цепи электродинамических ваттметров зависят от количества пределов измерений по току и напряжению, а также от необходимости компенсации погрешностей, прежде всего температурной и частотной. Температурная погрешность yt ваттметра. Эта погрешность возникает вследствие изменения сопротивления r_о обмотки рамки и изменения упругих свойств пружинок или растяжек. Условие температурной компенсации (yt=0) можно представить следующим образом: B_w=B₀r_о/(r_о+r_д), где B₀- температурный коэффициент электрического сопротивления материала провода обмотки рамки; B_w-температурный коэффициент упругих пружинок или растяжек; r_д –добавочное сопротивление. Погрешность электродинамических ваттметров от изменения частоты yf -эта погрешность вызывается изменением тока в параллельной цепи ваттметра.

Ферродинамические (ФД) измерительные механизмы.

Принцип действия ФД приборов основан на взаимодействии подвижной катушки с током и магнитным потоком, создаваемым неподвижными катушками (рисунок 25).

Рисунок25 Структурная схема ФД механизма

1. Неподвижные катушки

2,3. Магнитопроводы

4. Скрепленные катушки

 

Уравнение шкалы:

где k- коэффициент, определяемый конструкцией измерительного механизма и выбором системы единиц.

Достоинства: меньшая зависимость от внешних магнитных полей, мощное усиление, большой вращающий момент, большая механическая устойчивость. Благодаря большому вращающему моменту эти механизмы применяют в самопищущих приборах.

Недостатки: меньшая точность показаний (не выше класса 1), более низкий частотный уровень, большее влияние температуры и частоты на показания приборов.

Конструкции измерительных механизмов.

В ферродинамическом ИМ независимо от конструктивного
исполнения можно выделить три основных элемента: катушку
возбуждения, магнитопровод и подвижную часть. Форма катушки
возбуждения и их количество, конфигурация магнитопровода и его отдельных элементов, конструкция и число обмоток подвижной части определяются схемой и целевым назначением прибора, видом измеряемой величины и требуемыми метрологическими характеристиками.

 

 

Рисунок27 Магнитная система

Рисунок26 Измерительный механизм с углом шкалы 90^0

 

На рис. 26 представлен ИМ, применяемый в амперметрах, вольтметрах и однофазных ваттметрах с углом шкалы 80-90 Катушка возбуждения 1 охватывает средний стержень магнитопровода 2, который обычно набирают из отдельных электрически изолированных пластин электротехнической ста­ли или изготовляют методом спекания ферромагнитных порошков. Пластины стягивают в пакет шпильками или заклепками, применяя для этого материалы с низкой электропровод­ностью, например манганин. Сердечник 3 так­же набирают из отдельных пластин; иногда, особенно в приборах, предназначенных для работы в сетях промышленной частоты 50 Гц,

В щитовых приборах широко применяются конструкции с большим углом поворота подвижной части-в пределах 230-260 (рис 27.). Магнитная система такого типа ИМ, состоит из двух основных элементов: S-образного сердечника 1 и внешнего магнитопровода 2 полукольцевой формы. Между частями магнитопровода обычно составляют зазор 5, изменением которого можно регулировать величину отклонения подвижной части. Увеличивая этот зазор, снижают индукцию на рабочем участке 3 магнитной системы и, следовательно, уменьшают угол поворота указателя. Относительное смещение частей магнитопровода можно использовать также для корректирования в некоторых пределах характера шкалы. Катушка возбуждения 4 размещается на выступе магнитопровода 2. На оси подвижной части закреплены рамка 6, стрелка 9 и сектор магнитного успокоителя 10. Подвижная часть вращается в опорах которыми служит кольцевой мостик 11. Начальное или нулевое положение подвижной части регулируется корректором 7.

Измерительные цепи и погрешности ЭД и ФД приборов.

Для ферродинамических, так же как и для электродинамических приборов, наиболее характерными являются ваттметры. Поэтому при рассмотрении измерительных цепей, погрешностей и методов их компенсации рассмотрим только однофазный ферродинамический ваттметр, наиболее характерными погрешностями которого являются частотная (угловая)погрешность, погрешность от нелинейности кривой намагничивания и погрешность от асимметрии воздушного зазора. Угловая погрешность возникает вследствие различия фазовых соотношений в приборе и измерительной цепи. Однако в данных приборах задача компенсации погрешности имеет ряд особенностей, обусловленных наличием ферромагнитных масс. Вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, обмотке и расположенных вблизи катушки возбуждения металлических деталях магнитный поток катушек отстает по фазе от намагничивающего тока на угол . Погрешность от нелинейности кривой намагничивания проявляются в том, что отсчет по ваттметру одной и той же мощности различен при разных сочетаниях тока в нагрузке и напряжения. Практически погрешность появляется в тех случаях, когда напряжение сети или коэффициент мощности отличаются от значений, при которых производилась градуировка прибора. Снизить погрешность от нелинейности кривой намагничивания можно выбором рабочего участка кривой намагничивания материала магнитопровода. Погрешность от асимметрии или погрешность электромагнитного взаимодействия обусловлена асимметрией воздушного зазора. Если разомкнуть цепь катушки возбуждения и оставить включённой параллельную цепь, указатель ваттметра должен устанавливаться на нулевой отметке. В действительности рамка может занять другое положение, соответствующее минимуму магнитного сопротивления для потока, создаваемого рамкой. Система «рамка с током-магнитопровод» представляет собой обращенный электромагнитный прибор, в котором катушка возбуждения вращается вокруг неподвижного ферромагнитного сердечника. Погрешность от асимметрии обычно не превышает десятых долей процента, уменьшить ее можно только тщательной регулировкой измерительного механизма в процессе сборки.

Цифровые приборы.

Бурное развитие приборостроения в середине XX столетия стало отправной точкой интенсивной разработки и внедрения цифровых измерительных приборов.

Стоит отметить, что в эти перспективные разработки внесла научный вклад и наша кафедра. На заре у истоков (1950-1970гг) первоначальных исследований развития и создания цифровых приборов и преобразователей трудились молодые, талантливые преподаватели –ученые нашей кафедры: Д.И.Малов, Е.И.Теняков и В.А.Иванцов. Эти высокоэрудированные специалисты в цифровой вычислительной технике всегда принимали активное участие во всех конференциях по цифровой измерительной технике. Интересно, что первая конференция в СССР прошла в Ленинграде в номере гостиницы «Октябрьская», на которой присутствовало всего 10 человек. Участники конференции представляли ученых из Ленинграда, Новосибирска, Новочеркасска, Пензы, и Львова. Приятно вспоминать, что сотрудниками кафедры выполнялись хоздоговорные работы с Краснодарским заводом измерительных приборов (ЗИП), направленные на разработку автоматических измерительных цифровых вольтметров и мостов. На разных этапах выполнения этой важной и ответственной работы были приглашены на работу асс. А.Н.Комов, инженер Ю. А. Бахвалов а ныне д.т.н. почетный проф. ЮРГТУ, студенты В. В. Буравлев и др. Впоследствии эти молодые инженеры защитили кандидатские диссертации по разработке и исследованию автоматических цифровых приборов и преобразователей.

Цифровым прибором называется прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измеряемой информации, выдающий результаты в цифровом виде.

Сложную электронную схему цифрового измерительного прибора представим простой структурной схемой, показанной на рисунке 33,

где:

ВУ -входное устройство;

АЦП -аналого-цифровой преобразователь;

ЦОУ -цифровое отчетное устройство; N - цифровой вход;

УУ - устройство управления.

 

Рисунок 33 Структурная схема ЦП.

Измеряемый сигнал подается на входное устройство, в котором преобразуется до необходимого значения; входное устройство содержит переключатель рода измеряемой величины, переключатель пределов измерений.

Основным блоком любого цифрового прибора является аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует аналоговый сигнал в код, соответствующий измеряемой величине, далее сигнала с АЦП подается на ЦОУ, с которого снимаются результаты измерений. Всем процессом измерения управляет УУ.

АЦП - отдельный блок. Он характеризуется разрядностью, быстродействием.

Мультиметр – комбинированный ИП, служащий для измерения параметров электрической цепи (или параметров радиодеталей)(рисунок 36(а,б)).В последние время цифровые приборы, заняли доминирующее положение в информационно –измерительной технике т.к. они имеют ряд достоинств по сравнению с обычными аналоговыми электроизмерительными приборами.

Рисунок 35. Цифровой мультиметр В7 - 40

Рисунок 34. Квантование непрерывной (аналоговой) измеряемой величины по уровню.

Рисунок -36

А)Цифровой амперметр ЩП01; 2А, класс точности -0,5; Б) Цифровой мультиметр М-830В

 

Код (обычно в виде электрического сигнала) может также подаваться в регистрирующее устройство, вычислительную машину или другие автоматические устройства. Цифровой прибор производит дискретные измерения, причем измерения дискретны как по времени (производятся не непрерывно, а только для определенных моментов времени), так и по уровню (по величине), так как ограниченным количеством цифр отсчетного устройства можно выразить конечное количество величин измеряемого сигнала. Дискретными измерениями контролируемой величины и преобразованием ее в код цифровые приборы отличаются от аналоговых приборов с цифровым отсчетом (счетчики электрической энергии), которые не производят дискретных измерений и преобразования непрерывной (аналоговой) измеряемой величины в код.

Цифровой прибор можно рассматривать состоящим из двух обязательных узлов: кодирующего (аналого – цифрового) преобразователя и отсчетного устройства

Рисунок 36. Квантование непрерывной (аналоговой) измеряемой величины по уровню

Кодирующий преобразователь производит измерение непрерывной измеряемой величины в определенные моменты времени и её квантование по уровню, т.е. подбирает каждому измеренному значению эквивалентный сигнал, который может

принимать лишь определенные дискретные значения в соответствии с устройством преобразователя и ёмкостью отсчетного цифрового устройства. По полученному эквиваленту, т.е. в соответствии с квантованным по уровню значением измеряемой величины, кодирующий преобразователь производит кодирование, т.е. вырабатывает код. Таким образом, для цифровых приборов характерна погрешность дискретности, возникающая в результате квантования измеряемой величины по уровню, т.е. обусловленная тем, что бесконечное множество значений, которое принимает измеряемая величина, в цифровом приборе может отражаться лишь ограниченным количеством показаний отсчетного цифрового устройства. Возникновение погрешности дискретности поясняет рис. 34 где x(t)- график изменения измеряемой величины во времени; t_1,t_2,t_3, …..t_n–момент времени, в которые производятся измерения; a_1,a_2,a₃…..a_n–линии, характеризующие возможные показания цифрового прибора выбранном пределе измерения (уровни квантования); А₁, А₂, А₃ ……А_n- ординаты, соответствующие показаниям цифрового прибора при измерении x(t) момента времени t_1,t_2,t_3, …..t_n.В цифровых приборах применяется двоично-десятичный код, у которого для передачи каждого десятичного разряда имеется четыре элемента кода с «весами» 1,2,4,8. Очень часто используются так же «четырехэлементные» коды, у которых каждая цифра десятичного разряда передается четырьмя элементами кода, «вес» которых соответствует четырем целым положительным числам: А₁, А₂,А₃ , А₄. Эти числа выбираются так, чтобы их линейная комбинация S=A₁K₁+A₂K₂+A₃K₃+A₄K₄ могла принимать любое целое значение от 0 до 9; К₁, К₂, К₃ , К₄ принимают значение 0 или 1. Например, А₁-А₄ выбираются такими: 4,2,2,1, или 5,2,1,1, или 2,4,2,1 и т.п.