ния) максимально приближены к источникам информации (датчикам) с целью
минимизации потерь измерительной информации. С другой стороны, учиты-
вая сравнительно медленное изменение во времени контролируемых пара-
метров, к ИИС не предъявляют высоких требований по быстродействию. В
отличие от этого, ИИС для контроля электрических параметров должны об-
ладать максимально возможным быстродействием и конструктивно выполнены
по централизованному принципу.
Основные компоненты ИИС. Наиболее типовыми компонентами ИИС явля-
ются измерительные преобразователи (ИП), устройства согласования (ЦАП,
АЦП и др.), устройства сопряжения (интерфейсы), устройства обработки
измерительной информации (микроЭВМ и микропроцессоры), устройства ин-
дикации и регистрации.
Измерительные преобразователи. В соответствии с ГОСТ 16263 " Мет-
рология. Термины и определения", измерительным преобразователем назы-
вается средство для выработки сигнала измерительной информации в фор-
ме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и
(или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблю-
дателя. ИП имеет нормированные метрологические характеристики. Измери-
тельный преобразователь отличается от измерительного прибора тем, что
последний вырабатывает выходной сигнал в форме, доступной для непос-
редственного восприятия наблюдателем значения измеряемой физической
величины.
Совокупность ИП, обеспечивающих осуществление всех заданных пре-
образований измерительного сигнала с целью получения конечного резуль-
тата, составляет измерительную цепь (измерительный канал). В такую
- 88 -
цепь помимо ИП могут входить различные измерительные устройства для
проведения таких операций, как сравнение, масштабирование и др., не
имеющие отдельно нормированных метрологических характеристик.
Первый в измерительной цепи преобразователь, на который поступает
от объекта исследования первичный измерительный сигнал, получил назва-
ние первичного измерительного преобразователя (ПП). Ранее такой преоб-
разователь назывался датчиком. В данный момент под датчиком понимается
техническое средство, представляющее собой конструктивно завершенное
устройство, размещаемое в процессе измерения непосредственно в зоне
объекта исследования и выполняющее функцию одного или нескольких изме-
рительных преобразователей. В отличие от первичного преобразователя
все остальные ИП называются промежуточными или вторичными (ПрП). Пос-
ледний в измерительной цепи преобразователь называется выходным (ВП).
Выходной преобразователь в автономном измерительном приборе снабжен
отсчетным или регистрирующим устройством. В системах контроля и управ-
ления сигнал ВП используется для ввода информации в вычислительное или
управляющее устройство, поэтому в большинстве случаев он должен иметь
цифровую форму представления, что достигается, как правило, с помощью
аналого-цифровых преобразователей.
Аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи. Существует
три разновидности исполнения ЦАП, АЦП: модульное, гибридное и интег-
ральное; при этом доля производства интегральных схем ЦАП, АЦП в общем
объеме выпуска непрерывно возрастает, чему в значительной степени спо-
собствует распространение микропроцессорной техники и методов цифровой
обработки данных.
ЦАП - устройство, которое создает на выходе аналоговый сигнал
(напряжение или ток), пропорциональный входному цифровому сигналу. Ко-
личественная связь между входной числовой величиной N 4i 0 и ее аналоговым
эквивалентом A 4i 0, характеризующая алгоритм цифро-аналогового преобразо-
вания: N 4i 0=(A 4i 0+dA 4i 0)/ 7d 0A (79), где 7d 0A - аналоговый эквивалент единицы
младшего разряда кода; dA 4i 0 - погрешность преобразования при входном
цифровом сигнале N 4вх 0=N 4i 0.
АЦП представляет собой устройство для преобразования непрерывно
изменяющихся во времени аналоговых величин в эквивалентные значения
числовых кодов. Количественная связь между входной аналоговой величи-
ной A 4i 0 и соответствующей ей цифровой выходной величиной N 4i 0 имеет вид
A 4i 0=N 4i 0dA+dA 4i 0 (80), где dA - шаг квантования, т.е. аналоговый эквивалент
единицы младшего разряда кода; dA 4i 0- погрешность преобразования в дан-
ной точке характеристики.
Как правило, в ЦАП, АЦП используется двоичная система кодирова-
ния. При этом старший (1-й) разряд равен половине полной шкалы, 2-й
разряд - четверти полной шкалы и т.д.
ЦАП строятся в основном по принципу параллельного преобразования
на основе резистивных матриц различной конфигурации (матрицы R-2R,
матрицы с двоично-взвешенными резисторами R 4i 0=R*2 5i 0 (81) и др.) и перек-
лючателей тока, обладают более высокими быстродействием, точностью и
технологичностью изготовления в микроэлектронном исполнении.
При построении АЦП в настоящее время используется в основном один
из трех принципов: параллельного преобразования, последовательных
приближений, интегрирования входного сигнала с дискретными уровнями,
определяемыми выражением n=2 5b 0-1 (82), где b - число двоичных разрядов
АЦП.
АЦП последовательного приближения обладают сравнительно высоким
быстродействием и высокой разрядностью. Интегрирующие АЦП имеют низкое
быстродействие, но обеспечивают высокую помехозащищенность, поэтому
используются в ИИС и измерительных преобразователях, где требуется вы-
сокая точность при воздействии различного рода помех и шумов. В насто-
ящее время отечественная промышленность выпускает ЦАП и АЦП в интег-
- 89 -
ральном исполнении всех перечисленных выше типов.
Устройства сопряжения (интерфейсы). Устройства сопряжения (интер-
фейсы) обеспечивают совместное действие всех аналоговых, цифровых и
аналого-цифровых функциональных блоков. Под стандартным интерфейсом
подразумевается совокупность правил (протоколов) и программного обес-
печения процесса обмена информацией между функциональными блоками, а
также соответствующих технических средств сопряжения в системе. В нас-
тоящее время достаточно полно разработаны лишь цифровые интерфейсы,
обеспечивающие совместную работу цифровых функциональных блоков и циф-
ровых частей аналоговых и аналого-цифровых функциональных блоков.
В простых измерительных системах функциональные блоки, как прави-
ло, образуют каскадные соединения, характеризующиеся тем, что информа-
ционный поток проходит последовательно через все блоки. В таком вклю-
чении интерфейс получил название каскадного.
К устройству обработки измерительной информации - центральному
процессору можно подключать несколько функциональных блоков.
У нас в основном получили распространение интерфейсы МЭК и КАМАК.
Для первого из них соединение функциональных блоков между собой осу-
ществляется через многопроводный канал общего пользования общей длиной
не более 20 метров. Число функциональных блоков не должно превышать 15
при общем числе адресов приемников и передатчиков информации не более
31 при однобайтовой адресации и 961 при двухбайтовой.
Основными особенностями системы КАМАК являются:
- модульный принцип распространения, обеспечивающий возможность
создания агрегатных комплексов;
- конструктивная однородность системы, достигаемая унификацией
несущих конструкций для размещения функциональных блоков;
- магистральная структура информационных связей между функцио-
нальными блоками;
- широкое применение принципов программного управления, обеспечи-
вающих гибкость реализуемых системой алгоритмов.
Основу системы КАМАК составляет модуль - конструктивно завершен-
ное устройство, предназначенное для выполнения функций преобразования,
накопления, обработки информации, но не содержащее источников питания.
Модули размещаются в едином конструктиве, который называется крейт.
Микропроцессоры и микроЭВМ. Микропроцессор и микроЭВМ - централь-
ная часть любой электронной системы управления и обработки информаци-
онных сигналов. Микропроцессор (МП) в системе управления должен быть
сориентирован на обработку потока входных и выходных сигналов.
Устройства отображения и регистрации информации. Для представле-
ния накопленной информации в процессе измерений и обработки информации
в наиболее удобную для восприятия и оценки форму в состав ИИС входят
различные средства отображения и регистрации информации, которые можно
подразделить на устройства визуального воспроизведения информации и
документирующие устройства. Среди устройств визуального восприятия на-
иболее распространены цифровые индикаторы и дисплеи на электронно-лу-
чевых трубках.
Устройства регистрации информации обеспечивают ее перенос на ка-
кой-либо долговременный носитель (бумагу, магнитную ленту, магнитный
диск и т.д.). Запись может осуществляться либо в цифровой форме, с
различными кодовыми представлениями, либо в аналоговой форме в виде
графиков, гистограмм и т.д. Классификация устройств документальной ре-
гистрации информации чаще всего производится по форме представления
полученных документов двумя группами: для непосредственного восприятия
оператором и для последующей машинной обработки. К устройствам регист-
рации информации для непосредственного восприятия оператором относятся
самопишущие автопотенциометры, планшетные самописцы и графопостроите-
ли. Для регистрации цифровых сигналов широкое применение нашли алфа-
- 90 -
витно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ).
3.2. Типы погрешностей.
Характеристики действующих факторов.
Причины возникновения производственных погрешностей многочисленны