Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166


Сложность

Рис. 1.14. Сравнение аналоговых (А) и цифровых (Ц) измерительных уст« ройств:

а - в координатах «точность» и «быстродействие»; б - в координатах «стоимость» и «сложность».

С повышением быстродействия также уменьшается, но с определенного значения более медленно, чем у цифровых. Это объясняется использованием в аналоговых приборах с наиболее высоким быстродействием в качестве выходной величины перемещения почти безынерционного электронного луча. с j

Если аналогичное изображение совокупности всех цифровых и аналоговых измерительных приборов представить в координатах стоимости прибора и сложности решаемой измерительной задачи, то получим кривые, представленные на рис. 1.14,6, анализируя их можно прийти к следующим выводам:

менее сложные из.мерительные задачи с меньшими затратами решаются аналоговыми приборами:

более сложные измерительные задачи, например задачи измерительно-информационных систем, обрабатывающих результаты измерения по сложной программе, с меньшими затратами решаются автоматическими цифровыми измерительными устройствами;

при повышении быстродействия элементов цифровых приборов точка пересечения кривых в координатах «точность» и «быстродействие» сдвигается вправо, расширяя зону, в которой более совершенны цифровые приборы;

применение микропроцессоров, позволяющее уменьшить число корпусов микросхем в ЦИП, снижает их стоимость. Это приводит к сдвигу точки пересечения кривых в координатах «стоимость» н «сложность» влево, что еще в большей степени расширяет зону, в которой более экономичны цифровые измерительные приборы.

Глава 2

ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

До недавнего времени измерительные приборы состояли из небольшого количества звеньев. В результате усложнения измерительной задачи - повышения точности, быстродействия, чувствительности, автоматизации измерения, расширения диапазона и числа измеряемых величин и характеристик - структура измерительных устройств непрерывно изменяется, усложняется, включает в себя все большее количество звеньев.

В структурных схемах измерительный прибор изображается графически в виде нескольких преобразователей, соединенных между собой электрическими, магнитными, механическими, оптическими или другими связями. Каждый преобразователь изображается прямоуголь-



Ником. Внутри каждого прямоугольника указывается сокращенное обозначение преобразователя или коэффициент преобразования, а иногда входная и выходная величины со стрелкой между ними, обозначающей направление преобразования. Преобразователь является устройством, в котором осуществляется определенная функциональная зависимость между входной- и выходной величинами.

Рассмотрим более подробно процесс развития структур измерительных устройств по мере повышения их точности, чувствительности и бысгродействия; выясним также, как изменяются структуры в зависимости от числа измеряемых и входных величин, от вида и метода измерений, от особенностей измеряемых величин и при использовании современных средств микроэлектроники и вычислительной техники.

2.1. РАЗВИТИЕ СТРУКТУР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

В зависимости от числа входных сигналов, в которых содержится информация об измеряемой величине, входные преобразователи измерительных устройств бывают с одним и несколькими входами. На измерительный преобразователь с одним входом подается входной сигнал А (X), содержащий информативный параметр X, в простейшем случае измеряемую величину X (рис. 2.1,а).

На измерительный преобразователь с двумя входами подаются два входных сигнала Aj{X) и Ла {X), функционально связанные обычно с одним информативным параметром X. Измерительные преобразователи с двумя входами (рис. 2.1,6), например в измерителях мощности, фазометрах, логаметрах, измерителях отношений, называют трехполюсными функциональными преобразователями. На выходе таких преобразователей получают величину Y = КХ, пропорциональную измеряемой. Существуют измерительные устройства с тремя и более входными сигналами, функционально связанными с измеряемой величиной, например, измерители расхода тепла и др. В этих случаях в измерительных устройствах автоматизируются косвенные измерения.

Разработаны измерительные -устройства с большим числом входных сигналов н несколькими информативными параметрами, в этом случае для извлечения из входных сигналов А (Xi),...,/4 (Xg) информативных параметров: Xi, Х„ и определения зависимости между ними необходи.мы вычислительные устройства (рис. 2.1,е), Такие устройства относятся к информационно-измерительным. системам, в которых

Y=KX

y=f(x,...x„)

Рис. 2.1. Структуры измерительных преобразооатслей с различным числом входных сигналов: о - С одним; б с двумя; в с большим числом входных сигналов.



автоматизируется процесс совокуп- ув ун ных или совместных измерений и измерений зависимостей. Структурные схемы измерительных устройств в зависимости от метода измерения и от наличия связи

и-\/У-

выхода со входом подразделяются <- г-- "гйструкв*""" "

на разомкнутые н замкнутые. ...---------------

В измерительных устройствах, основанных на методе сопоставления или прямого преобразования с разомкнутой структурной схемой, передача информации с выхода на вход отсутствует (рис. 2.1,а).

Рри замкнутой одноконтрной структурной схеме измерительного устройства (рис." 2.2) выход связан со входом. В большинстве таких устройств измерение осуществляется по методу уравновешивания.

Выбор структуры измерительного устройства зависит и от особенностей измеряемой величины.

Известно, что перемещение 1, интервал времени Т, частота fx и напряжение являются величинами, наиболее удобными для автоматического квантования и для создания многозначных нерегулируемых мер, а следовательно, и наиболее удобными для точного цифрового измерения. Поэтому устройства для измерения перемещения, времени, частоты и напряжения имеют наиболее простую разомкнутую структуру.

Переход к замкнутой структуре измерительного устройства определяется главным образом свойствами измеряемой величины. Применение замкнутой структуры целесообразно для величин, наиболее удобных для сравнения," обладающих направленным действием: напряжений, токов, магнитных потоков, механических сил и моментов, и также при условии наличия точных обратных преобразователей.

Целесообразность применения устройств с периодическим вводом или периодическим сравнением входных величин также зависит от свойств измеряемых и входных величин. Наиболее удобными для переключения и коммутации являются входные величины, имеющие .физическую природу потока частиц, - свет, электрический ток, поток радиоактивных частиц.

Рассмотрим основные разновидности структур измерительных устройств, в зависимости от способа поддержания высокой стабиль- ности коэффициента преобразования измерительного устройства.

Уравнение измерительного устройства выражает зависимость меж-• ду измеряемой величиной X н результатом измерения Х или анало-; говой выходной величиной измерительного устройства Y, удобной \ для квантования. В это уравнение обычно входит также ряд параметров (например, различные величины, характеризующие свойства материалов, температура, частота, напряжение питания), тогда

F = /(X, а, ... , а„).

Особенности измерительных устройств с разомкнутой структурой.

/В измерительном устройстве, построенном по разомкнутой структуре





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166