Цифровые измерительные приборы




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

В г. СМОЛЕНСКЕ

 

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Направление 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»

профиль «Энергообеспечение предприятий»

ОТЧЕТ

По научно-исследовательской работе

студента 4 курса ЭО-12 группы

(подпись) (фамилия, инициалы)

 

Место прохождения НИР:

(указать место прохождения НИР)


Отчет сдан «» 20 г.

 

Научный руководитель:

 


(должность) (подпись) (расшифровка подписи)

 

Защита отчета состоялась «» 20 г.

Оценка за НИР

(неудовлетворительно, удовлетворительно, хорошо, отлично)

Члены комиссии:

 

(должность) (подпись) (расшифровка подписи)

 

(должность) (подпись) (расшифровка подписи)

 

«» 20 г.

Смоленск 20

ЗАДАНИЕ НА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКУЮ РАБОТУ

Студента Хамдамова А.П.

(инициалы, фамилия)

Содержание задания

Анализ приборов для измерение теплофизических параметров

1. Цифровые измерительные приборы

2. Аналогово-цифровые преобразователи

 

Руководитель практики

(подпись) (инициалы, фамилия)

 

КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Научно-исследовательской работы

студента 4 курса ЭО -12 группы

Кухаренко Максима Игоревича

(фамилия, имя, отчество практиканта)

направления 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», «Энергообеспечение предприятий»

Наименование раздела (этапа) НИР Продолжительность (часы)
1. Подготовительный этап  
2. Основной этап  
3. Заключительный этап  
4. Обработка и анализ полученной информации  
5. Подготовка отчета по НИР  

Студент:

(подпись) (расшифровка подписи)

 

Руководитель практики:

 


(должность) (подпись) (расшифровка подписи)

 

 

Цифровые измерительные приборы

Во всех цифровых измерительных приборах (кроме простейших) используются усилители и другие электронные блоки для преобразования входного сигнала в сигнал напряжения, который затем преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Число, выражающее измеренное значение, выводится на светодиодный дисплей (СИД), вакуумный люминесцентный или жидкокристаллический (ЖК) индикатор (дисплей). Прибор обычно работает под управлением встроенного микропроцессора, причем в простых приборах микропроцессор объединяется с АЦП на одной интегральной схеме. Цифровые приборы хорошо подходят для работы с подключением к внешнему компьютеру. В некоторых видах измерений такой компьютер переключает измерительные функции прибора и дает команды передачи данных для их обработки.

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) это многопредельные, универсальные приборы, предназначенные для измерения различных физических величин, например: переменного и постоянного тока и напряжения, емкости, индуктивности, временных параметров сигналов (частоты, периода, длительности импульсов) и регистрации формы сигнала, его спектра и т.п.

В ЦИП входная измеряемая аналоговая величина автоматически преобразуется в соответствующую дискретную величину с последующим представлением результата измерения в цифровой форме.

По способу преобразования сигнала в цифровой код ЦИП подразделяются на следующие группы:

· приборы с поразрядным кодированием (осуществляется последовательное сравнение измеряемой величины с набором дискретных значений образцовой величины);

· приборы с время - импульсным кодированием (значение измеряемой физической величины преобразуется во временной интервал с последующим его заполнением импульсами эталонной частоты);

· приборы с частотно – импульсным преобразованием (это приборы интегрирующего типа, в которых происходит преобразование значения измеряемой величины в частоту следования импульсов).

 

По принципу действия и конструктивному исполнению цифровые приборы разделяют на электромеханические и электронные. Электромеханические приборы имеют высокую точность, но малую скорость измерений. В электронных приборах используется современная база электроники. Несмотря на схемные и конструктивные особенности, принцип построения ЦИП одинаков.

Рис.1 Структурная схема ЦИП.

 

Измеряемая величина (Х) поступает на входное устройство прибора ВУ, где происходит масштабное преобразование сигнала, затем он поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), где аналоговый сигнал преобразуется в соответствующий код, который отображается в соответствующий код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ). Для получения всех управляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления. Входное устройство прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр для исключения помех.

В зависимости от способа аналого-цифрового преобразования приборы разделяют на устройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешивающим преобразованием).

В основе работы цифровых измерительных устройств последовательного счета лежит принцип последовательного приближения значения эталонного сигнала, генерируемого схемой прибора, к значению измеряемого сигнала.

В ЦИП последовательного приближения происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины с известной квантованной величиной, изменяющейся по определенному алгоритму.

В ЦИУ считывания происходит одновременное сравнение измеряемой физической величины с заранее заданным набором значений эталонных сигналов.

На рисунке представлены графики, отражающие принцип работы рассмотренных типов ЦИП.

 

Рис. 2 Принципы преобразования измеряемого сигнала в ЦИП.

 

Основными элементами ЦИП являются триггеры, дешифраторы и знаковые индикаторы. Несколько знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устройство. В ЦИП в отличие от аналоговых обязательным элементом схемы являются АЦП и цифровые отсчетные устройства (ЦОУ). Схемное решение ЦИП определяется видом АЦП.

Существуют три основных типа АЦП: интегрирующий, последовательного приближения и параллельный.

Интегрирующий АЦП усредняет входной сигнал по времени. Из трех перечисленных типов это самый точный, хотя и самый «медленный». Время преобразования интегрирующего АЦП лежит в диапазоне от 0,001 до 50 с и более, погрешность составляет 0,1–0,0003%.

Погрешность АЦП последовательного приближения несколько больше (0,4–0,002%), но зато время преобразования – от ~10мкс до ~1 мс.

Параллельные АЦП – самые быстродействующие, но и наименее точные: их время преобразования порядка 0,25 нс, погрешность – от 0,4 до 2%.

Сигнал дискретизируется по времени путем быстрого измерения его в отдельные моменты времени и удержания (сохранения) измеренных значений на время преобразования их в цифровую форму. Последовательность полученных дискретных значений может выводиться на дисплей в виде кривой, имеющей форму сигнала. Возводя эти значения в квадрат и суммируя, можно вычислять среднеквадратическое значение сигнала. Их можно использовать также для вычисления времени нарастания, максимального значения, среднего по времени, частотного спектра и т.д. Дискретизация по времени может производиться либо за один период сигнала («в реальном времени»), либо (с последовательной или произвольной выборкой) за ряд повторяющихся периодов.

К наиболее важным характеристикам ЦИП относятся: разрешающая способность, входное сопротивление, быстродействие (число измерений в секунду), точность (близость результата к истинному значению величины), помехозащищенность.

Достоинства ЦИП: высокая чувствительность и точность измерений, удобство отсчета показаний, возможность дистанционной передачи измерительной информации, возможность сочетания с ЭВМ и другими автоматическими устройствами, высокая помехозащищенность.

Недостатки: сложность устройств, высокая стоимость, невысокая надежность.

Перспективы развития ЦИП: достигнутый уровень метрологических характеристик в целом удовлетворяет требованиям практики и приближается к характеристикам соответствующих эталонов, поэтому основные усилия разработчиков направлены на повышение надежности ЦИП и создание приборов с расширенными функциональными возможностями, обеспечивающими потребителю максимальные эксплуатационные удобства, что связано с широким применением микропроцессорной техники.

В качестве примера реализации в ЦИП способа последовательного счета можно рассмотреть устройство и принцип работы частотомера.

Основными структурными элементами таких цифровых измерительных приборов являются:

ГИСЧ – генератор импульсов стабилизированной частоты;

К – ключ;

ПУ – пересчетное устройство;

Тг – триггер;

ОУ – отсчетное устройство;

Ф – формирователь импульсов;

БВВИ – блок выделения интервалов времени;

ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения:

ВУ - вычислительное устройство;

СУ – устройство сравнения и др.

Например, на приведенных рисунках представлены структурные схемы некоторых типов ЦИП.

 

а)

 

 

б)

в)

 

Рис.3 Структурные схемы ЦИП, предназначенных для измерения напряжения (а), длительности интервалов времени и частоты следования импульсов (б), разности фаз сигналов (в).

 

Применение микропроцессорных систем в измерительных приборах позволяет существенно повысить их точность, расширяет возможности и упрощает управление процессом измерений, автоматизирует калибровку и проверку приборов, позволяет выполнять вычислительные операции, создавать полностью автоматизированные приборы.

Например, в ЦИП используется способность МП перестраивать свою структуру и изменять выполняемые функции под управлением подаваемых команд, что обусловливает его универсальность. С их помощью можно не только автоматически выбирать предел измерения, но и изменять структуру прибора при измерении ФВ по определенному алгоритму. При этом МП прибора может выполнять следующие функции:

· управление процессом АЦП;

· управление работой преобразователей ФВ;

· автоматический выбор пределов измерений;

· управление приборным интерфейсом;

· управление индикатором;

· диагностика неисправностей;

· обработка измерительной информации с целью повышения метрологических характеристик и др.

Выполнение МП разнообразных функций обеспечивает улучшение технико-экономических показателей приборов, что позволило создать новый класс цифровых программируемых многоканальных ИП, способных с высокой скоростью производить преобразование, обработку и отображение массивов аналоговой и цифровой информации.

ЦП с МП строятся по блочному принципу, что позволяет изменять их структуру и возможности. Они состоят из следующих основных блоков: коммутаторы, АЦП, МП, ОЗУ, ПЗУ, пульт оператора, модули сопряжения с внешними устройствами и ЭВМ. Могут содержать десятки и сотни измерительных каналов, опрашиваемых с изменяемой скоростью.

 

Программа прибора предусматривает выполнение основных задач по измерению, обработке и представлению измерительной информации. Это, например:

· масштабирование;

· линеаризация характеристик датчиков;

· вычисление экстремальных и средних значений;

· сравнение с уставками;

· сжатие данных;

· автокалибровка;

· самоконтроль основных функций.

В качестве встроенных средств отображения и регистрации информации используются многоразрядные цифровые индикаторы, видеодисплеи, печатающие устройства и т.п.

Ввод программы может осуществляться с пульта, с магнитных и других носителей информации. Приборы различаются степенью сложности, исполнения, обслуживания, стоимостью.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: