Измерительная система с аналоговой передачей информации.

Автоматизация измерений.

Автоматизация измерительного процесса. Основные понятия

Проведение измерений без участия человека, то есть автоматически позволяет обеспечить высокую объективность полученных результатов вследствие исключения погрешности, вносимой операцией.

Автоматизация позволяет обеспечить:

- сбор информации в местах недоступных для непосредственного участия человека;

- длительные, многократно повторяющиеся измерения;

- одновременное измерение большого числа величин;

- измерение быстропротекающих процессов.

Следует различать полную и частичную автоматизацию измерений. В первом случае весь процесс измерения осуществляется без участия человека – автоматические измерения. Во втором случае оператор является одним из участников цепи получения измерительной информации – автоматизированные измерения.

В функции оператора входят:

- поддержание нормального функционирования СИ;

- ввод начальных условий и программы измерения;

- анализ результатов измерений.

Обобщенная структурная схема СИ

 

 

где ИССИ – измерительные средства сбора информации

СОИ – средства обработки информации и принятия решений

СУО – средства управления объектом

СРР – средства регистрации результатов

ЗХПО – заданные характеристики и параметры объекта

 

В реальные средства измерения могут не входить некоторые элементы этой системы. Анализ обобщенной структурной схемы позволяет определить основные пути решения задачи автоматизации процессов измерения.

1. Автоматизация сбора измерительной информации.

Для этого необходимо обеспечить унификацию выходных сигналов измерительных преобразователей физических величин, программно-управляемую коммутацию этих сигналов на общий канал связи, автоматический выбор диапазонов измерения.

2. Автоматизация измерительной цепи.

Измерительная цепь – это совокупность преобразовательных элементов, усилителей, фильтров, АЦП и т.д. Автоматизация измерительной цепи должна обеспечивать отсутствие ручной регулировки и настройки элементов цепи.

3. Автоматизация передачи информации из измерительной цепи в ЭВМ.

Под этим понимается согласование измерительной цепи с информационной магистралью вычислительного устройства. Технические средства согласования получили название – интерфейс. Интерфейс определяет формат передаваемой и принимаемой информации, уровни сигналов, импедансы (сопротивления), линии связи, организацию управляющих сигналов и временных соотношения для них.

4. Автоматизация обработки измерительной информации.

Осуществляется включением ЭВМ в измерительную цепь.

5. Автоматизация индикации и документированной регистрации результатов измерений.

Применение цифровых индикаторов, дисплеев, печатающих устройств, графопостроителей.

 

 

Измерительная система с аналоговой передачей информации.

Используется для измерения небольшого количества величин.

 

 

 

ИП – измерительный преобразователь;

КМ – коммутатор – поочередно передает сигналы от ИП к ВП;

ВП – входной преобразователь – согласует выходы ИП с сигналом связи КС

ПП – приемный преобразователь – выделяет информационный сигнал

УАО – устройство аналоговой обработки сигналов (первичная обработка и усиление измерительного сигнала)

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь.

ИР – индикатор результатов измерений

ОПЕР – оператор.

Отличие аналоговых и цифровых сигналов

(1) (2)

1 – аналоговый сигнал (непрерывно изменяющийся во времени)

2 – дискретный сигнал (цифровой – последовательность прямоугольных импульсов).

Оценку полученной информации может осуществлять оператор.

 

Метод замещения

Данный метод часто называется методом замещения, так как воздействие величины Х замещается после переключения воздействием величины Xy.

Схема метода замещения:

 

КЛ – ключ

ЗУ – запоминающее устройство для хранения результата воздействия входного сигнала Х.

Уравновешивающая величина Xy формируется ОПЭ из некоторой стабильной величины Х0 однородной с Х.

Метод замещения позволяет избавиться от погрешности, обусловленной воздействием на чувствительный элемент обычно разнородных величин Х и Xy, однако преобразователи, использующие этот метод обладают значительно меньшим быстродействие и пригодны только для измерения усредненных величин или величин, постоянных в определенный интервал времени. Метод замещения снижает требования к стабильности ПЭ, что позволяет применять более чувствительные ПЭ.

 

Автоматический контроль(б7)

Процесс контроля сводится к проверке соответствия объекта установленным тех. требованиям. Контроль состоит из двух этапов:

1. Получение первичной информации о состоянии объекта (измерения).

2. Сравнение первичной информации с заранее установленными нормами. Обнаружение соответствия или несоответствия этим нормам является вторичной информацией.

Операции контроля могут осуществляться автоматически. Совокупность технических средств, с помощью которых выполняются операции автоматического контроля называются системами автоматического контроля.

Данные системы являются одним из основных звеньев систем автоматического управления САУ.

Структурная схема системы автоматического контроля.

УКИС – устройство коммутации испытательных средств

ГИВ – генератор испытательных воздействий

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

УККС – устройство коммутации контролируемых сигналов

ИП – измерительные преобразователи

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь

ПУИ – пульт управления и индикации

ИСО – интерфейсные схемы обмена

УВП – устройство ввода программ

РР – регистрация результатов

ВП – внешняя память

АИП – аналогово-измерительная подсистема

На структурной схеме можно выделить 5 подсистем:

1 – подсистема коммуникации (соединение) и связи – служит для непосредственного подключения системы к объекту контроля.

2 – подсистема измерительных преобразователей и генераторов испытательных воздействий – содержит преобразователи различных физ. величин в унифицированные эл. сигналы, а также генераторы сигналов, формирующих воздействие на объект контроля.

3 – подсистема согласующих профилей – содержит ЦАП и АЦП

4 – операционная система – содержит ЭВМ и ИСО.

5 – подсистема ввода-вывода информации – содержит устройства, обеспечивающие связь оператора с системой.

 

 

ЦАП и АЦП. Основные понятия.

ЦАП – это устройство, которое создает на выходе аналоговый сигнал (напряжение или ток) пропорциональный входному цифровому сигналу. При этом значение цифрового сигнала зависит от значения опорного напряжения, определяющего полную шкалу выходного сигнала.

АЦП – это устройство, преобразующее аналоговый сигнал на выходе в цифровой код на входе. Цифровой код определяется отношением преобразуемого аналогового сигнала к опорному напряжению. АЦП можно рассматривать как измеритель отношений или делитель напряжений с цифровым кодом.

Нелинейность ЦАП и АЦП

Нелинейность (Dл(х))- характеризуется отклонением значений реальной функции преобразования от прямой.

 

Значение Dл(х) зависит от метода линеаризации.

Дифференциальная нелинейность определяется отклонением приращения вых. сигнала преобразователя от номинального значения младшего разряда при последовательном изменении значений кодового вых. сигнала на единицу. Допускаемым значение дифференциальной нелинейности является ±1/2D, где - значение младшего разряда преобразователя. Относительная дифференциальная нелинейность вычисляется по формуле:

, где - напряжение полной шкалы

Dф – фактическое приращение вх. сигнала при изменении двоичного числа на 1.

 

Монотонность и коэффициент преобразования ЦАП и АЦП

Характеристики ЦАП и АЦП.

Время установления ЦАП.

Это интервал времени, в течение которого аналоговый сигнал ЦАП при смене кодовой комбинации достигает своего установившегося значения с допускаемой погрешностью.

Время преобразования АЦП

Это интервал времени, в течение которого вых. код преобразователя при скачкообразном изменении вх. аналогового сигнала достигает значения, отличающегося от установившегося на величину допускаемой погрешности.

 

Согласование импедансов.

Импеданс – полное сопротивление цепи переменного тока.

Согласуется входной Zвх и выходной Zвых импедансы преобразователей. Генераторные ИП характеризуются мощностью потока энергии, развиваемые преобразователем. В этом случае мощность, передаваемая от ИП1 с Zвых и ИП2 с Zвх будет макс. при Zвых = Zвх. Условия согласования импедансов генераторных ИП. При согласовании параметрических ИП следует учитывать непостоянство Zвых, т.к. вых сигналом является ток или напряжение, то условие Zвых = Zвх в данном случае невыполнимо т.к. необходимо руководствоваться след соображениями. Для ИП с потенциальным выходом (вых сигнал ЭДС) макс передаваемой ЭДС наблюдается при соотношении Zвых ³ Zвх. Относительная погрешность передачи тока равна:

Для ИП с потенциальным выходом (вых. сигнал ЭДС) макс. передаваемой ЭДС наблюдается при соотношении Zвх.³ Zвых. Относительная погрешность передачи изм информации равна

Автоматизация измерений.

Автоматизация измерительного процесса. Основные понятия

Проведение измерений без участия человека, то есть автоматически позволяет обеспечить высокую объективность полученных результатов вследствие исключения погрешности, вносимой операцией.

Автоматизация позволяет обеспечить:

- сбор информации в местах недоступных для непосредственного участия человека;

- длительные, многократно повторяющиеся измерения;

- одновременное измерение большого числа величин;

- измерение быстропротекающих процессов.

Следует различать полную и частичную автоматизацию измерений. В первом случае весь процесс измерения осуществляется без участия человека – автоматические измерения. Во втором случае оператор является одним из участников цепи получения измерительной информации – автоматизированные измерения.

В функции оператора входят:

- поддержание нормального функционирования СИ;

- ввод начальных условий и программы измерения;

- анализ результатов измерений.

Обобщенная структурная схема СИ

 

 

где ИССИ – измерительные средства сбора информации

СОИ – средства обработки информации и принятия решений

СУО – средства управления объектом

СРР – средства регистрации результатов

ЗХПО – заданные характеристики и параметры объекта

 

В реальные средства измерения могут не входить некоторые элементы этой системы. Анализ обобщенной структурной схемы позволяет определить основные пути решения задачи автоматизации процессов измерения.

1. Автоматизация сбора измерительной информации.

Для этого необходимо обеспечить унификацию выходных сигналов измерительных преобразователей физических величин, программно-управляемую коммутацию этих сигналов на общий канал связи, автоматический выбор диапазонов измерения.

2. Автоматизация измерительной цепи.

Измерительная цепь – это совокупность преобразовательных элементов, усилителей, фильтров, АЦП и т.д. Автоматизация измерительной цепи должна обеспечивать отсутствие ручной регулировки и настройки элементов цепи.

3. Автоматизация передачи информации из измерительной цепи в ЭВМ.

Под этим понимается согласование измерительной цепи с информационной магистралью вычислительного устройства. Технические средства согласования получили название – интерфейс. Интерфейс определяет формат передаваемой и принимаемой информации, уровни сигналов, импедансы (сопротивления), линии связи, организацию управляющих сигналов и временных соотношения для них.

4. Автоматизация обработки измерительной информации.

Осуществляется включением ЭВМ в измерительную цепь.

5. Автоматизация индикации и документированной регистрации результатов измерений.

Применение цифровых индикаторов, дисплеев, печатающих устройств, графопостроителей.

 

 

Измерительная система с аналоговой передачей информации.

Используется для измерения небольшого количества величин.

 

 

 

ИП – измерительный преобразователь;

КМ – коммутатор – поочередно передает сигналы от ИП к ВП;

ВП – входной преобразователь – согласует выходы ИП с сигналом связи КС

ПП – приемный преобразователь – выделяет информационный сигнал

УАО – устройство аналоговой обработки сигналов (первичная обработка и усиление измерительного сигнала)

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь.

ИР – индикатор результатов измерений

ОПЕР – оператор.

Отличие аналоговых и цифровых сигналов

(1) (2)

1 – аналоговый сигнал (непрерывно изменяющийся во времени)

2 – дискретный сигнал (цифровой – последовательность прямоугольных импульсов).

Оценку полученной информации может осуществлять оператор.