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

указаниям. Совместимость средств измерений и других блоков обеспечивается во всех необходимых в каждом отдельном случае аспектах:

в метрологическом - согласно стандартам Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ); ГОСТ 22261-82; ГОСТ 14014-82; ГОСТ 22335-77;

в функционально-информационном, в частности в виде интерфейсов (п. 12.6) с другими средствами измерений и средствами вычислительной техники, ГОСТ 26.003-80;

в конструктивном - согласно ГСП, в частности системой УТК - универсальных типовых конструкций (ГОСТ 20504-81 «Приборы и средства автоматизации ГСП. Агрегатированные комплексы. Системы унифицированных типовых конструкций. Типы и основные параметры).

В эксплуатационном и энергетическом - согласно ГОСТ 22261-82 «Средства измерений электрических величин. Общие технические условия» и ГОСТ 14014-82.

Принцип технической реализуемости - соответствие проекта средства измерения технологическим возможностям производства, характеристикам материалов и комплектующих узлов и деталей.

Принцип надежности и метрологической стабильности - соответствие вероятности нормального функционирования средства измерения в течение данного Срока и в заданных условиях заданному экономически целесообразному значению характеристики надежности (ГОСТ 27.002-83) «Надежность в технике, термины и определения». Надежность средств измерений регламентируется ГОСТ 13216-74 «Приборы и средства автоматизации ГСП. Надежность. Общие технические требования и методы испытаний», а также ГОСТ 22261-82 и ГОСТ 14014-82. Разработаны методы, обеспечивающие возможность создания средств измерений с заданными характеристиками надежности.

Принцип оптимальности средства измерения в технико-экономическом смысле - достигаемая одновременно минимальность сложности и стоимости при полном соответствии всем заданным характеристикам, изложенным в технических требованиях, составленных согласно ГОСТ 22261-82 и ГОСТ 14014-82, в частности оптимальным распределением функций между аппаратной и программной частью СИ.

Принцип аргономичности - соответствие характеристик создаваемого средства измерения антропологическим, оптическим, акустическим, психическим и другим характеристикам оператора, оптимизирующее его деятельность. Этот принцип устанавливается стандартом ГОСТ 22973-78 «Система, «человек - машина». Общие эргономические требования. Классификация».

Перечисленные принципы не являются независимыми. Принцип информативности, например, связан с принципами инвариантности и ненарушения естественного функционирования объекта исследования. Усиление второго или третьего принципа приводит к усилению первого. И наоборот, ослабление принципа инвариантности или принципа ненарушения влечет за собой потерю информативности, т. е. нарушение первого принципа. Усиление или ослабление действия отдельных принципов производится в зависимости от степени их важности. При решении конкретной задачи принципы могут быть ранжированы по степени их влияния на достижение конечной цели, например, путем экспертного опроса компетентных специалистов, либо на основе заданных условий, требований технического задания.

Важной особенностью конструирования современных сложных цифровых средств измерительной техники и автоматики является переход к программному конструированию, ставшему возможным благодаря широкому внедрению в эти устройства микропроцессоров и микрокалькуляторов. Конструирование, например, цифровых измерительных приборов и информационно-измерительных систем при наличии серийно-изготовляемых блоков и агрегатов все чаще сводится в настоящее время к проектной компоновке и конструированию нового цифрового автомата, при помощи которого реализуется автоматическое функционирование всего ЦИП или ИИС. Сложность цифровых автоматов по их структуре и связям растет значительно быстрее роста сложности реализуемых ими функций. Настройка и регулировка такого ЦИП илн ИИС обладают большой трудоемкостью и занимают много времени, так как необходимое изменение функционирования ЦИП или ИИС может быть реализовано только путем перепайки плат, изменения



состава и связей "цифрового автомата с блоками ЦИП. Введение в состав ЦИП микропроцессора обеспечило возможность реализации программного конструирования нового цифрового измерительного" прибора путем создания программы команд для управления всеми блоками ЦИП. ТВ этом случае необходимое изменение функционирования ЦИП реализуется без нарушения его плат только путем составления и внесения в память микропроцессора новой измененной программы функционирования ЦИП.

Конструирование современных сложных многоэлементных средств автоматики, вычислительной и измерительной техники в настоящее время становится все более трудоемким. Это стало одной из причин быстрого развития автоматизации проектирования сложных изделий,.в том числе автоматизации проектирования средств измерений. Отечественной промышленностью созданы автоматизированные рабочие места для проектирования по основным специальностям: для проектирования электронных устройств, механических устройств и т. д.

На первом этапе автоматизируют проектную компоновку средств измерений на структурно-функциональном уровне, основанную на использовании готовой элементной и агрегатной базы. Использование ЭВМ в автоматизированном проектировании существенно расширяет границы реальных требований к степени оптимальности принимаемых решений.

При создании новых микропроцессорных средств измерения стала возможной автоматизация программного конструирования на базе реализации наиболее общего принципа-технико-экономической оптимальности средства измерения.

12.2. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЦИП

В проектировании конкретного ЦИП отражается его специфика, однако последовательность этапов проектирования общая и определяется она стандартами ЕСКД, принципами создания новых СИ и особенностями ЦИП. Основные этапы проектирования ЦИП следующие: 1) оценка полноты исходных данных; 2) составление технического задания; 3) выбор методов измерения и измерительного преобразоБания;4) разработка структуры ЦИП; 5) предварительный расчет погрешностей и выбор элементной базы, оценка пригодности структуры; 6) разработка функциональных схем звеньев; 7) синтез цифрового автомата; 8) разработка принципиальных схем звеньев; 9) расчет суммарной погрешности ЦИП; 10) разработка интерфейсных средств ЦИП; 11) разработка средств отображения информации.

Рассмотрим основное содержание этапов проектирования.

1. Оценка полноты исходных данных, содержащихся в задании на разработ-; ку ЦИП, имеет важное значение, поскольку .полнота исходных данных определяет возможность реализации основных принципов создания средств измерения.

Задание на разработку ЦИП должно содержать данные по следующим основным группам: функциональной (назначение и область применения); эксплуатационной (условия применения и область применения - системная или автономная, условия транспортирования, устойчивость к внешним воздействиям, помехозащищенности, надежности и ремонтопригодности); метрологической (пределы измерения, характер изменения X, частотный диапазон, неинформативные параметры сигнала, показатели точности в том числе требования к стабильно сти показаний при X = const и к характеру изменения абсолютной погрешности по диапазону, динамические характеристики); конструктивной (тип конструктивного исполнения," параметры энергопитания, тип производства, технология сборки); информационной (вид интерфейса, параметры входных и выходных сигналов управления); экономической (стоимость, окупаемость).

Уменьшение количества исходных данных приводит к увеличению неопределенности, увеличение количества исходных данных - к наложению на область решения дополнительных ограничений.

2. Составление технического задания должно состоять из следующих разделов:

основания для разработки;

назначения ЦИП и область применения; цели и технико-экономического обоснования разработки с анализом отече-ртвениых и зарубежных аналогов и предполагаемой потребности; .



источников разработки; технического требования.

Технические требования к проектируемому ЦИП составляются по следующим основным группам:

Эксплуатационные характеристики:

климатические и механические воздействия устанавливаются для нормальных и рабочих или рабочих условий применения и предельных условий транспортирования (ГОСТ 14014--82);

время установления рабочего режима и продолжительности непрерывной работы ЦИП по ГОСТ 22261-82;

электрическая прочность электрических цепей и сопротивление изоляции.

Конструктивные характеристики:

масса, габаритные размеры;

типы отсчетного устройства и интерфейса;

устойчивость к механическим воздействиям;

органы управления к кабелям питания;

комплектующие изделия.

Метрологические характеристики:

пределы измерения, выходной код, число разрядов кода, номинальная цена единицы наименьшего разряда кода (п. 6.5);

пределы допускаемой систематической составляющей погрешности и случайной составляющей погрешности, если ЦИП предназначен для применения в составе систем, в которых метрологические характеристики определяются расчетом, и при невысоких требованиях к стабильности показаний ЦИП при X = = const (п. 6.6), ГОСТ 14014-82, ГОСТ 22335-77;

предел допускаемого значения погрешности, если ЦИП предназначен для автономного применения, или при повышенных требованиях к стабильности показаний ЦИП при X = const ГОСТ 14014-82, ГОСТ 22335-77.

В зависимости от исходных данных по заданному характеру изменения погрешности ЦИП вдоль диапазона измерения выбирается форма выражения предела основной допускаемой погрешности ЦИП в виде приведенной у„= ± d (при заданном постоянстве абсолютного значения погрешности) или в виде относи-

тельной погрешности б =

(fri-)

% (при заданном постоянстве

относительного значения погрешности вдоль диапазона измерения);

Метрологические характеристики нормируют для нормальных и рабочих или для рабочих условий применения в зависимости от заданных условий применения и степени подверженности метрологических характеристик ЦИП влияющим величинам и неинформативным параметрам входного сигнала;

входной импеданс ЦИП;

время измерения;

функции влияния или наибольшие допустимые отклонения метрологических характеристик, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала в случаях, предусмотренных ГОСТ 14014-82.

Характеристики надежности (п. 6.6).

Безопасность при монтаже, обслуживании и ремонте согласно ГОСТ 14014-82, ГОСТ 22251-76.

Помехозащищенность согласно ГОСТ 14014-82. Средства и методы поверки согласно ГОСТ 14014-82, Правила приемки согласно ГОСТ 14014-82.

3. Выбор метода измерения, метода измерительного преобразования и структуры выполняют по заданному быстродействию, классу точности, известной выходной величине измерительного преобразователя (п. 1.3).

4. Структура ЦИП разрабатывается с учетом выбранного типа интерфейса, структурного анализа, составляются уравнения преобразования звеньев, уравнения из{лерения, предварительно анализируются погрешности с целью выявления звеньев с доминирующими погрешностями.

5. Предварительный расчет погрешностей состоит в распределении предела допускаемой суммарной погрешности между звеньями. На основе требований к отдельным звеньям выполняют предварительный выбор элементной базы из элементов разрешенных к применению.в данной области, прежде всего в иитеграль-





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