Цифрові вимірювальні прилади та вимірювально-інформаційні системи. Призначення, функції та переваги цифрових вимірювальних приладів та обчислювальної техніки.

Призначення, функції та переваги цифрових вимірювальних приладів та обчислювальної техніки

Цифровими вимірювальними приладами (ЦВП) називаються прилади, в яких під час вимірювання здійснюється автоматичне перетворення неперервної вимірюваної величини в дискретну з подальшою індикацією результату вимірювання у цифровій формі. Основними функціональними вузлами ЦВП є (рис.1): вхідний аналоговий перетворювач (ВАП), аналого-цифровий перетворювач (АЦП), обчислювальний пристрій (ОП), цифровий відліковий пристрій (ЦВП) і пристрій управління (ПУ). Вимірювана величина x(t) спочатку перетворюється за допомогою ВАП в іншу величину x'(t), зручну для подальшого аналого-цифрового перетворення. Наприклад, ВАП перетворює напругу або силу змінного струму в напругу постійного струму, електричний опір в напругу постійного струму, виконує масштабне перетворення вхідного сигналу тощо. Аналого-цифровий перетворювач перетворює величину χ '(t) у відповідний їй цифровий код Ν, який або надходить безпосередньо на цифровий відліковий пристрій ЦВП, або піддається додатковому опрацюванню в обчислювальному пристрої (ОП). Зокрема, ОП може усереднювати результати декількох вимірювань для зменшення випадкової похибки, визначення параметрів сигналів, наприклад, частоти на основі інформації про період та інші сервісні функції.

Рис.1 Узагальнена структурна схема ЦВП

Цифровий відліковий пристрій містить дешифратор для перетворення вихідного цифрового коду АЦП або ОП в десятковий цифровий код і табло індикації результату вимірювання. Вихідний цифровий код АЦП або ОП може надійти також на цифровий реєструвальний пристрій або на вхід ЕОМ і використовуватись у системах керування об'єктами (див. рис.1). Роботою всіх вузлів ЦВП керує пристрій управління ПУ Залежно від виду вимірюваних величин ЦВП діляться на: 1) вольтметри постійного та змінного струму; 2) вимірювачі частоти та інтервалу часу; 3) омметри та мости постійного та змінного струму; 4) комбіновані прилади (мультиметри); 5) вимірювачі потужності; 6) фазометри; 7) спеціалізовані ЦВП, призначені для вимірювання температури, витрати, швидкостей, механічних напружень тощо.

Особливості цифрових вимірювальних приладів:

• Точність: Забезпечують більш точні вимірювання в порівнянні з аналоговими приладами.

• Зручність: Вимірювання відображаються у вигляді чисел на цифровому дисплеї, що робить їх зручними для читання.

• Автоматизація: Можливість автоматичної передачі інформації через RS-485, що спрощує процес вимірів та аналізу.

• Мультифункціональність: Можливість вимірювання багатьох різних величин за допомогою одного приладу.

Цифрові вимірювальні прилади (ЦВП) набули в наш час широке розповсюдження завдяки таким перевагам:

• об’єктивності й зручності відліку та реєстрації результатів вимірювання;

• високій точності вимірювання при повній автоматизації процесу;

• високій швидкодії;

• можливості сполучення (комбінації) з мікропроцесорними пристроями;

• можливості дистанційної передачі результатів вимірювання у вигляді коду до засобів автоматики та обчислювальної техніки без зниження точності.

До недоліків ЦВП порівняно з аналоговими приладами слід віднести значну складність, високу вартість, у деяких випадках недостатню наочність подання інформації та недостатню надійність.

Вимірювально-інформаційні системи

Вимі́рювальна інформаці́йна систе́ма (ВІС) — сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів контролю, діагностування та інших технічних засобів, об'єднаних для створення сигналів вимірювальної та інших видів інформації з метою надання її споживачеві (в тому числі в АСК) у потрібному вигляді.

Класифікація вимірювальних систем, розглянута і систематизована згідно з різними критеріями, подана на рис. 2. Класифікація систем "згідно із застосуванням" виділяє:

• вимірювальні системи;

• системи контролю (тестування);

• системи діагностики.

Умови, які виконують ці системи, вже були описані. Класифікація "згідно із ступенем автоматизації" виділяє такі властивості:

• ручне керування;

• низький ступінь автоматизації;

• середній ступінь автоматизації;

• великий ступінь автоматизації.

Рис. 2. Узагальнена класифікація вимірювальних систем.

У літературі можна зустріти також інші умовні класифікації. Слід пам'ятати, що цілісність системи утворюють:

• конструкція, основні елементи якої визначаються структурою і технологією виконання (англ. hardware);

• програмний продукт (англ.software), який прив'язаний до концептуальної складової роботи системи.

Ступінь використання цих двох складових може визначити поділ систем на:

• системи жорсткої структури (з перевагою апаратурних рішень чи англ.hardware);

• системи гнучкої структури (з перевагою програмних рішень чи англ. software).

Інший поділ, що має істотне значення, стосується внутрішньої інтеграції системи, яка може працювати у режимі "on-line" (у дійсному часі) чи "off-line" (у власному часі). Застосовується також поділ системи по роботі: у відкритій петлі (англ. open loop) і у замкнутій петлі (англ. closed loop) зворотного зв'язку.

Систему, яка працює в умовах "off-line", можна вважати такою, що може працювати у довільному часовому інтервалі і не обмежена ніякими умовами.

Система "on-line" має деякі обмеження (визначені умови роботи у точно встановленому часовому діапазоні), наприклад, контроль, виконаний під час технологічного процесу, є однією з технологічних операцій. Умови технологічного процесу (визначаються після відповідних технологічних операцій) встановлюють часовий інтервал, в якому повинні контролюватись результати виконаних операцій. Якщо результати контролю (чи тестування) будуть зареєстровані чи пізніше інтерпретовані персоналом, а після виконання цього контролю продукт віддається на подальшу технологічну операцію, то маємо справу з роботою в умовах "online" - відкритої петлі. Коли результати контролю використовуються одразу для коригування технологічного процесу, то це може означати, що вимірювальна система працює в умовах "online" із замкнутою петлею.

У зв'язку з цим з'являється нова класифікація, пов'язана з синхронізацією роботи системи з середовищем на роботу:

• у власному часі (англ. person time)

• у реальному часі (англ. real time).

Перший випадок стосується лабораторних умов досліджень, де часові інтервали строго не регламентовані, другийавтоматизованого процесу виготовлення продукції, коли часові інтервали тестувань є визначеними апріорі[3].

Класифікація щодо видів вимірювань і контролю приводить до поділу систем на:

• параметричних вимірювань (статичні та динамічні вимірювання);

• функціонального контролю (статичний та динамічний контроль). Спостерігається тенденція до поєднання обох видів - параметричних вимірювань і функціонального контролю в одну систему.

Дайте відповіді на питання

1. Що таке цифрові вимірювальні прилади?

2. З яких основних вузлів складається ЦВП?

3. Які особливості ЦВП?

4. Що таке вимірювально-інформаційна сиситема?