- •119 П.Г.Леонов - Технические измерения и приборы
- •ТеХнические измерения и приборы
- •Часть I. Принципы, методы и средства измерений
- •Часть I –принципы, методы и средства измерений
- •Технические измерения и приборы.
- •Введение
- •Часть 1. Принципы, методы и средства измерений.
- •Понятие измерения физической величины.
- •1.2. Основные понятия метрологии.
- •1.2.3. Системы единиц измерений
- •1.2.4. Метрологическая служба.
- •1.3 Методы измерений и их классификация.
- •1.4. Погрешности измерений.
- •1.4.1. Основные определения.
- •1.4.2. Виды и источники погрешностей
- •1.5. Технические Средства измерений
- •1.5.1. Понятие меры.
- •1.5.2. Обобщенная структура средств измерений
- •1.5.3. Классификация измерительных средств
- •1.5.4. Характеристики измерительных средств.
- •1.6. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (гсп)
- •1.7. Современные средства измерений
- •1.7.1. Микропроцессоры в средствах измерений.
- •Типовые электронные схемы измерительных приборов
- •1.7.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •1.7.4. Виды микропроцессорных средств измерения
- •1.7.5. Встроенные измерительные системы (виртуальные приборы)
- •1.7.6. Программное обеспечение встроенных систем.
- •1.7.7. Стандарты информационного обмена в измерительных системах.
- •1.7.8.Тендиции развития средств измерения.
- •1.8. Помехи и шумы в измерительных системах.
- •1.8.1. Понятие шума и помехи.
- •1.8.2. Фундаментальные источники шумов.
- •1.8.3. Помехи.
- •1.8.4. Способы уменьшение влияния шумов и помех
- •1.9. Прннципы выбора технических средств.
- •Приложение 1. Обработка результатов измерений и определение погрешности измерений.
- •П.1. Систематическая погрешность.
- •П.2. Случайная погрешность.
- •П.3. Прямое однократное измерение
- •П.4. Прямое многократное измерение
- •П.5. Косвенные измерения.
1.7.4. Виды микропроцессорных средств измерения
Выбор конструкции измерительного прибора, его технических, эксплуатационных и эргонометрических показателей определяется не только сложностью и целью измерительной задачи, особенностями технического объекта, но и архитектурой и ролью измеряемой величины в организации работы системы управления, ее элементной базой и архитектурой, местом средства измерения в этой архитектуре. Этими же соображениями определяется необходимость иметь в составе средства измерений устройства те или иные средства информационного обмена, управления режимами работы и отображения измеряемой величины. В результате для измерения одной и той же физической величины в разных ситуациях целесообразно использовать различные типы измерительных приборов.
С егодня существует только сравнительно небольшая группа измерительных средств, в которых не используется микропроцессорная техника. Это автономные измерительные приборы в основном показывающие (реже регистрирующие), которые устанавливаются по месту, в шкафах или щитах управления (рис. 1.27). Их основным назначением является визуальная сигнализация о нахождении измеряемого параметра в некоторых заданных пределах или величине отклонения этого параметра от заданных границ. Проста, наглядность представления информации, энергонезависимость - все это делает подобные приборы незаменимыми в аварийных ситуациях, при монтажных и наладочных работах.
Во многих случаях использование максимально простых и надежных автономных энергонезависимых приборов, устанавливаемых параллельно средствам автоматического контроля и управления, является обязательным. Например, в химических и других потенциально опасных производствах.
В локальных системах управления функции обработки сигнала, отображения измеряемой физической величины, управления и обмена информацией с внешними устройствами (т.е. функции вторичных преобразователей) могут осуществляться микропроцессорными устройствами, входящими в состав средств локальной автоматики и расположенные в соответствующих модулях, шкафах или щитах управления. В этом случае в качестве средства измерения достаточно иметь либо только датчик с жестко заданным режимом работы и унифицированным аналоговым выходным сигналом (4-20 мА) или датчик с простейшее микропроцессорное устройство со стандартным цифровым интерфейсом (RS-485, USB и т.п.). Выбор определяется тем, какие средства информационного обмена включены в состав контроллеров системы управления. Функций обработки и отображения информации от измерительного прибора не требуется. Это наиболее простой и дешевый класс современных средств измерений (рис.1.28а)
Е сли штатное функционирование технического объекта связано с необходимостью периодического изменения режимов его работы, проверкой или наладкой технологического оборудования и соответствующего варьирования настроек измерительного прибора, то средства измерений должны обеспечивать персоналу возможность измерений и контроля параметров объекта непосредственно на рабочем месте (в месте установки датчика). Очевидно, что в этом случае в состав средств измерений, наряду со вторичными преобразователями, должны быть включены и средства отображения измерительной информации, органы управления режимами его работы (Рис.1.28б).
Современные микропроцессоры и микроконтроллеры (даже достаточно дешевые) имеют вычислительную мощность, часто избыточную для многих типовых задач измерений и управления. Это позволяет создавать системы локальной автоматики на базе измерительно-управляющих приборов, в которых интегрируются средства измерений и средства управления (рис.1.29). Такой измерительный прибор представляет собой комплексную автономную измерительно-информационную или измерительно-управляющую систему, способную взять на себе весь комплекс задач по измерению нескольких (обычно 2-8) однородных физических величин, автоматическому регулированию заданного технологического цикла изменения этих величин и связь со средствами управления более высокого уровня
О чень существенным с практической, экономической и эксплуатационной точек зрения является то, что подобные приборы могут иметь очень глубокую степень унификации. Фактически приборы для измерения различных физических величин и (или) управления различными параметрами технических объектов (например: температура и расход) будут отличаться только заложенными в них программой константами, характеристиками входных цепей (согласующих устройств).
Автономные микропроцессорные измерительные приборы обычно используются для наладки технологического оборудования, в том числе средств автоматизации, в системах неразрушающего контроля, в научных и прикладных исследованиях. В состав таких приборов входит весь комплекс необходимых средств - датчик, контроллер, средства индикации и управления. (Рис. 1.30). Связь в внешними устройствами и сетями осуществляется либо по стандартному проводному интерфейсу или с использованием беспроводных технологий. Как правило такие приборы имеют хорошие метрологические и функциональные показатели, но включение их в состав САУ нерационально по причине высокой стоимости подобных приборов.