Аналогові прилади видачі інформації

У вимірювальному пристрої прилади можуть бути використані або для безпосереднього відображення вимірювальної інформації, або як пристрої, що відображують аналогові значення перетворених цифро-аналоговим перетворенням дискретних значень вимірюваних величин. Реєстровані прилади, звані самописцями, встановлюють в тих випадках, коли необхідно фіксувати зміну вимірюваних величин в часі. Діаграмні записи наочні; при правильному виборі діапазону вимірам швидкості переміщення паперу вони фіксують істотні зміни вимірюваних величин і є надійним документом, що відбиває хід виробничих процесів. В основному застосовують точкові реєстратори і прилади з безперервним записом, При підвищених вимогах до точності використовують компенсаційні реєстратори або пристрої запису в координатах X - Y(координатні реєстратори).

Показуючі прилади      

В першу чергу до цієї групи приладів відносяться прилади з магнітоелектричною системою, в яких жорстко пов'язана із стрілкою поворотна рамка обертається в однорідному полі по-стоянного магніта. Що виникає при протіканні струму по рамці момент, що крутить, відхиляє її до тих пір, поки зусилля, що розвивається поворотною пружиною, не урівноважить його. Шкала при-бора строго лінійна. Напрям відхилення стрілки залежить тільки від напряму струму, так що нульова відмітка може знаходитися усередині шкали. Мінімально досяжні диапа-зоны виміру прецизійних приладів складають приблизно 0,3 мкА (чи 0,3 мВ), а для щитових приладів 1 мкА (чи 10 мВ). Споживана потужність в найкраще випадку не превы-шает ~1 мкВт.      У електромагнітних приладах залізний сердечник, що обертається, жорстко пов'язаний із стрілкою, і нерухомий сердечник намагнічуються полем котушки, що охоплює їх. Під дей-ствием сил взаємного відштовхування виникає мо-мент, що обертає, урівноважується зусиллям поворотної пружини. Под-бирая форму сердечників і обмотки, можна забезпечити приблизно лінійне градуювання шкали, хоча залежність між струмом в котушці і виштовхуючим зусиллям, що розвивається, - квадратич-ная. Прилади електромагнітної системи вимірюють ефективне значення струму і тому застосовні для вимірів як постоян-ного, так і змінного струмів. Мінімально досяжні диапа-зоны вимірів складають 1 мА (чи 1,5 В). Споживана мощ-ность ~0,1 В*А.      У приладах з поворотним магнітом плоский магніт, жорстко сполучений з покажчиком, встановлюється у напрямі ре-зультирующей полів, що створюються нерухомою, обтічною то-ком котушкою і встановлюючим магнітом. Шкала приблизи-тельно лінійна. Оскільки рухливий елемент не пов'язаний із струмопровідними дротами і не несе на собі поворотних пружин, він досить легкий і вібростійкий. Мінімально досяжні діапазони вимірів складають ~400 мкА (чи 4 В).

Точкові реєстратори     

 У точкових реєстраторах вільно підвішена стрілка (задаюча душка) періодично притискається до фарбувальної стрічки, встановленої над діаграмним папером. Кромка, що пише, утворює хорду кола, описуваною стрілкою вимірника, що забезпечує достатню лінійність шкали. Послідовність точок, утворює лінію, що характеризує значення зміни вимірюваної величини. Метод реєстрації дозволяє використовувати високочутливі механізми, з малою споживаною потужністю, що розвивають малий момент, що крутить. При реєстрації величин, що повільно змінюються, реєстратор може бути використаний для багатоточкової реєстрації. Одночасно з перемиканням контрольованих точок зміщується фарбувальна стрічка, внаслідок чого окремі криві записуються різними кольорами. Споживана потужність ~10 -7 Вт.

Вимірники і реєстратори з безперервним записом  

У реєстраторах цього типу стрільця вимірювального пристрою жорстко сполучена з реєструючим механізмом. Стрілка таких приладів повинна мати більшу жорсткість, чим в точкових реєстраторах, а вимірювальний пристрій повинен розвивати великий момент, що крутить, оскільки необхідно здолати тертя між пером і папером. Прямолінійний запис досягається за допомогою еліптичного такою, що випрямляє механізму. У приладах з безперервним записом стрільця забезпечується пером з капіляром; чорнило подається по тонкій трубці (шлангу) із спеціального балончика. Такий пристрій дозволяє запа-сать лінію завдовжки до 4500 м (споживана потужність 10 -3 Вт, за наявності підсилювача 10 -7 -10 -9 Вт). Необхідну швидкість пере-мещения паперової стрічки при відомих коливаннях вимірюваної величини можна визначити по приведених нижче даним:      Середній час між змінами вимірюваної величини, з..... 90 30 15 6 3 1,5 0,5      Швидкість переміщення паперу, мм/ч 20 60 120 300 630 1200 3600      При виборі реєстратора його чутливість не завжди є обмежуючим чинником, оскільки існують реєстратори зі вбудованими вимірювальними підсилювачами.

Компенсаційні реєструючі прилади     

 Часто точність реєструючих приладів прямого преобразо-вания виявляється недостатньою. У цих випадках застосовують автоматичні реєстратори компенсаційного типу. Такі самописні прилади випускаються з точковим записом на 6 або 12 точок виміру і з лінійним записом на 1-6 точок виміру.      Вхідна напруга U x зіставляється з вихідною напругою моста Уитстона U r. При нерівності цієї напруги виникає різниця напруги D U, яка приводить в рух двигун, що переміщає движок компенсуючого потенціометра P до моменту изчезновения D U. Одночасно з движком переміщається каретка з пером, реєструючим вимірювану величину. Мінімальний діапазон виміру 1 мВ, досяжна точність ± 0,25%. Подібні пристрої дозволяють представити вимірювані величини у вигляді функції часу. При необхідності представлення залежності між значеннями двох вимірюваних величин застосовують двокоординатні реєстратори компенсаторного типу. Діапазони виміру 0,1; 0,3; 1; 3; 10 мВ; точність ± 0,25%.   

Прилади видачі цифрової інформації      

У цифровій техніці теж застосовують показуючі і реєструючі способи представлення інформації, а також цифро-аналогові перетворювачі, позволяю-щие представляти цифрові величини і аналоговій формі. Цифрові прилади      У багатьох випадках можна обмежитися видали вимірювальній інформації у ви-де візуально прочитуваних свідчень, що висвічуються на різного типу цифрових табло, На відміну від аналогової форми цифрове представлення измери-тельной інформації вигідне тим, що воно обмежує суб'єктивні помилки прочитувань. Механічні прилади цифрової індикації   

Існуючі механічні прилади візуальної цифрової індикації забезпечують видачу даних цифрами заввишки до одного метра. У загальному випадку свідчення приладів легко прочитуються і зберігаються при відключенні приладу. Внаслідок їх механічної інерційності ці прилади застосовні тільки при вимірах величин, що повільно змінюються, і споживають велику потужність. Найбільш поширеними типами приладів є прилади з цифровою стрічкою і з цифровим роликом. Цифри кожної декади нанесені на нескінченну рухому стрічку. Окремим цифрам виміряного значення, які мають бути представлені в десятковому коді відповідають контакти ступінчастого перемикача цифрового показуючого при-бора. При відповідності між положенням перемикача і имею-щІМСя кодовим значенням контакт реле відключає двигун.      У приладах з цифровим роликом останній укріплений на поворотному магніті трьохкотушкового логометра і встановлюється в положення, відповідне вимірюваному значенню, при по-мощи трьох обмоток, що сполучаються зіркою, перемиканих кодовим перетворювачем. Оптичні цифрові показуючі прилади      У оптичних цифрових показуючих приладах представлення цифр здійснюється за допомогою діапозитивів (проекційні цифрові показуючі прилади) або у вигляді цифр, що виділяються заливаючим світлом. Обидва методи мають украй малий час встановлення свідчень в порівнянні з механічними індикаторами. Проте вони не забезпечують запам'ятовування. Максимальна висота цифр близько 10 см      У проекційних цифрових покажчиках нанесені на діапозитив цифри від 0 до 9 проектуються кожна своєю лампочкою і системою лінз на матове скло. Інший спосіб передбачає використання заливаючого світла. При цьому цифри гравіюються ан передній пластині з оргскла і освітлюються лампою поміщеною у її торця. Кожній цифрі відповідає власна пластинка; пластинки встановлені один за одним і є світлопроводами; світло випромінюється тільки в місцях гравіювання цифр, які при цьому стають видимими.

  Електронні цифрові прилади  

Електронні цифрові прилади застосовують найчастіше. Використовуються, зокрема, газорозрядні покажчики - газо-наполненные лампи з холодним катодом, покажчики зі свето-1иодами (LED) і покажчики з рідкими кристалами [ LCD, li - quid - crystal display ].      У газонаповнених лампах з холодними катодами проти сітчастого анода для кожної цифри встановлений відповідній конфігурації катод з тонкого дроту.      Анод і десять катодів (від 0 до 9) розміщені в просторі один за одним. Зважаючи на високу робочу напругу при управ-лении напівпровідниковими елементами необхідно приділяти особливу увагу вибору розмірів. У цифрових приладах зі світлодіодами (з арсеніду галію) цифри утворюються з точкових або штрихових сегментів. Світлове випромінювання збуджується в результаті напівпровідникового эф-фекта: під дією електричної енергії, що підводиться, носії зарядів переміщаються на вищий енергетичний рівень. Після короткої витримки вони знову повертаються на нижчий енергетичний рівень, Цей процес супроводжується рекомбінацією електронів і дірок, при якій частина енергії віддається у вигляді випромінювання (фотонів).      Введення відповідних домішок в матеріал напівпровідників забезпечує випромінювання у видимій області спектру. Можуть поставлятися матеріали з випромінюванням наступних кольорів: помаранчевим (240 мЛб*/'Вт), жовтим (3б0 мЛб/Вт) і зеленим (150 мЛб/В).      Індикатори на рідких кристалах застосовуються в багатьох областях. Ці з'єднання є з'єднаннями з вуглецем і киснем, які нижче певної температури є кристалами, а вище за цю температуру перетворюються на рідину.      Переваги застосування цих елементів полягає в тому, що не потрібно застосовувати енергію для виклику світлової емісії, а досить енергії світла, що самого падає. Споживана потужність дуже мала всього 4* 10 -6 Вт/см 2.У індикаторів з штриховими сегментами найбільша висота цифр складає близько 18 мм. У елементів у вигляді матриці розміром 6х7 точок висота може складати приблизно 13 см Робоча температура від - 25 до 85 С. Дискретно - аналогові перетворювачі.   

Найбільш часто вживаними способами є наступні: дискретно-аналоговий (цифро-аналоговий) перетворювач із ступінчастим дільником омічного опору, дискретно аналоговий перетворювач із ступінчастим дільником (розгалуженням) струмів і дискретно-аналоговий перетворювач з це-почками опорів. Менш споживані способи з моду-ляцией тривалості імпульсів або з непрямим інтегруючим (що підсумовує) перетворенням. Кожен дискретно-аналоговий перетворювач містить наступні конструктивні елементи: перемикач аналогових величин, блок (сітка) опорів і джерело опор-ного напруги. Як перемикачі застосовують діоди:, транзистори і тепер все частіше інтегральні схеми. Блоки со-противлений складаються з дротяних або тонкошарових (пленоч-ных) резисторів або ж з елементів товстоплівкової техніки. Джерела опорної напруги, виконані на інтегральних схе-мах, забезпечують в сьогодення вре-мя точність ±0,005 %.

Друкуючі пристрої для результатів вимірів   

Вирішальне значення для розшифровки результату вимірів має документування і протоколювання виміряних даних за допомогою відповідних друкуючих пристроїв. У зв'язку з усе більш широким застосуванням друкуючих пристроїв в різних системах переробки інформації - починаючи від персональних комп'ютерів і кінчаючи потужними ЕОМ - в технології друкування 22 останні роки досягнутий значний прогрес. Зокрема застосування мікропроцесорів для управління різними функціями в друкуючих пристроях дозволило істотно розширити об'єм цих функцій. Пропозиція різних друкуючих пристроїв дуже широко, що видно вже по діапазону цін на них. Ці ціни коливаються в межах приблизно від 1000 до 700 000 марок ФРН.      Друкуючі пристрої можуть бути підрозділені на два класи: ударної і ненаголошеної дії. У друкуючих пристроях ударної дії процес друкування відбувається в результаті удару важеля з літерою або символом або голок (у матричних друкуючих пристроях) на фарбувальну стрічку. Є наступні типи ударних друкуючих пристроїв: з циліндричною голівкою, з сферичною голівкою з колесом у вигляді маргаритки (daisy - wheel), матричне, барабанячи ланцюгове і стрічкове.      Швидкість друкування пристроїв від 10 знаків в секунду до 2000 рядків в хвилину. У ненаголошених друкуючих пристроях процес друкована полягає у фізичній або хімічній дії на спеціально підготовлений папір. Є наступні типи таких друкуючих пристроїв: теплові матричні, електрочутливі, електростатичні, ксерографії і лазерні, а також з безперервною подачею фарби і з подачею фарби на вимогу.      Швидкість друкування тут досягає від 300 до 45 000 рядків в хвилину. Далі показані деякі приклади застосованих що друкують пристроїв для видачі результатів вимірів. Сучасні друкуючі пристрої відрізняються високою ефективністю у від носінні якості друку, швидкості друкування, вибору форматів (довжини рядків) і вибору різних шрифтів (нормальною прямого, курсивного, напівжирного). Для управління цими функціями зазвичай застосовується приладова схема з власним "інтелектом" (мікропроцесор). Інтерфейс між системою переробки результатів вимірів і цією приладовою схемою зазвичай є паралельним восьмирозрядним, а інтерфейс між приладовою схемою і самим друкуючим пристроєм являється сериальным з постійним струмом або ж тут приме-няется інтерфейс типу v 24/ v 28. Сериальная (послідовна) передача інформації виконується асихронно по семиразряд-ному коду ИСО з одним розрядом контролю парності.      Процедура передачі система переробки результатів измере-ний - приладова схема - друкуючий пристрій осущесвляется під контролем організаційної програми (мал. 2.6-15). Найчастіше застосовуються матричні друкуючі пристрої, причому або з голчастим друкуючим механізмом, або з по-сылкой струменя чорнила (фарби). У обох варіантах застосовується однакове матричне представлення.      Для помірних швидкостей друкування (від 250 знаків в се-кунду до 200 рядків в хвилину) можна застосувати матричні друкуючі пристрої, описані в літературі 115, 161.      Для високих швидкостей друкування (близько 600 рядків в хвилину) потрібні барабанні друкуючі пристрої.      Усі друкуючі пристрої управляються за процедурою пере-дачи інформації.

Електронно-променеві візуальні прилади    

Електронно-променевими візуальними приладами (дисплеї) разом зі своєю клавіатурою є універсальні пристрої для введення і видачі інформації в системах переробки результатів вимірів. Разом з алфавітно-цифровим введенням і вы-дачей тексту вони можуть також наочно показувати в графічному виді стан процесу і хід зміни вимірюваних величин. Можливі три методи:   - растровий;   - світлового олівця;   - профільний.      При растровому способі, як і в телевізійній техніці, вы-полняется развертка-электронный промінь відхиляється по строч-кам і стовпцям. В результаті формування світлих і темних місць при скануванні виходять окремі точки зображення, відтворюючі необхідну інформацію.      При методі світлового олівця електронний промінь, вызываю-щий світіння, при скануванні відтворює на екрані после-довательности штрихів, що відображують необхідну інформацію.      При профільному методі знаки (символи) зображаються масками.      Нині впроваджений переважно растровий метод, тому що для нього можуть бути використані дешеві чорно-білі і кольорові монітори. Є наступні можливості зображення: алфавітно-цифровий, напівграфічний і повністю графічний методи.      При усіх трьох методах зображення, як і в телебаченні, виходять з тактового растр.      На відміну від методу чересстрочной розгортки побутового теле-видения з двома напівзображеннями, що взаємно переплітаються, нерідко обидва напівзображення записують одне над іншим. Замість 625 рядків у такому разі є тільки 311 рядків, з яких внаслідок спотворення у країв використовують тільки 288 рядків. Якщо кожен рядок має роздільну здатність, наприклад, 488 точок, то усе зображення є матрицею, що складається з 129 024 точкових зображень. Щоб не треба було запам'ятовувати кожну точку окремо, на матрицю точкових зображень накладають польову матрицю, що складається з 32 рядків і 64 стовпців. Кожне поле може адресуватися і складається з 7х9 точок. У кожному полі може бути зображений алфавітно-цифровий знак або символ. Знаки або сим-волы зберігаються в пам'яті знаків або символів і можуть бути викликані звідти пам'яттю відтворення зображень, яка містить жит усю структуру зображення. При зображенні кривих можуть бути представлені сім кривих з 256 точками кожна з раз-вирішальною здатністю по амплітуді в 255 східців.      Роздільна здатність при підлозі графічному зображенні, яке показане вище, нерідко виявляється недостатньою. У такому разі можна перейти до повністю графічному изобра-жению [181. Цим методом можна отримувати двомірні (плоскі) і тривимірні (об'ємні) зображення. Зазвичай застосовують 512Х <512 точки зображення або в системах з високою разрешаю-щей здатністю 3024 X 1024 точок. Тут теж застосовують растровий метод з тактовим растром.      Оскільки в пам'ять відтворення зображень має бути закладена кожна точка зображення - а при 16 кольорах це -ответствует об'єму інформації в 4 мегабіт - такі дисплеї стали економічними тільки після того, як з'явилися дешеві високоінтегральні модульні блоки для ЗУ і быстродействую-щие графічні процесора. Графічний процесор раз-гружает центральну ЕОМ від графічних операцій, що віднімають багато часу. Для цієї мети він управляється програмними командами високого рівня, наприклад draw line ("накресли ли-нию"), draw arc ("накресли дугу") і так далі.Додатковий контрольний пристрій бере на себе завдання повторення зображень, запам'ятовування нових зображень, освіження (актуазации) пам'яті відтворення зображень.      Простим завданням графічного процесора є зображення якої-небудь точки на екрані. Для цього, проте, повинне статися відображення (mapping) фізичного рівня в пам'ять яка побудована послідовно із слів по 16 біт (розрядів в логічну адресу на дисплеї (bit mapping).      За допомогою "примітиву" (елементарного оператора), наприклад викреслювання прямої, можна сформувати складніші "примітиви". Для тривимірного зображення графічних структур потрібно додаткову схемно-апаратну частину, в яка здійснювалися б алгоритми з великим об'ємом операторів множення. Потрібно операційний час множення 16х 16 розрядів близько 65 нс. Близько 500 кінцевих точок кінцевого зображення.    

 

Питання: