Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Продолжение табл. 2.8

Метод измерения

Особенности метода

Достигаутый уровень характеристик ЦВ

мощью цифро-аналогового преобразователя)

Итерационно-компенсационный (прямое преобразование - метод двойного интегрирования, обратное - ЦАП с широтной модуляцией опорного напряжения

Измерение среднего значения, высокая точность, высокая чувствительность, высокая помехоустойчивость, высокий уровень интеграции

Погрешность 0.0002-0,005%, чувствительность 10-100 нВ, быстродействие 1 - 50 с, подавление помех нормального вида 70 дБ, полная автоматизация управления работой прибора

"х R,

Преобразование окончено

Поспедоватепьный выходной код

ЦАП f]Koд

Устройство сравнения

Переферийный интерфейсный адаптер <Ч Л.-

Шина данных

Шина управления

7>

Шина адресов

- <

а) Микропроцессор МС6800

С Старт ~)

31

Сборка пе~ реферииного интерфейсного адаптера

Подготовка памяти-

Поворот указателя разряда

.Последний


Установка разряда в 1

Задержка для переключения устройства сравнения

Устройство

•разряд


Преоб-рэ.зо:вание Хкончено,

Задержка

Сброс разряда

Выход

Выход

Рис. 2.40. Функциональная схема АЦП кодово-импульсного типа, у которого логические функции выполняет микропроцессор (я), и алгоритм его работы (б)

Рис. 2.41. Упрощенная структурная схема АЦП двойного интегрирования с микропроцессором

Иитегра-



этого подготавливается память л устанавливается указатель разряда. Затем указатель поворачивается на одну позицию и проверяется, не последняя ли она, после чего данный разряд устанавливается в положение 1. После задержки, необходимой для срабатывания сравнивающего устройства, проверяется уровень на его выходе. Если выходное напряжение лог. 1, то ] записывается в регистр периферийного интерфейсного адаптера и следует переход к следующему такту. Если сигнал на выходе устройства сравнения равен О, данный разряд и соответствующий ему регистр периферийного интерфейсного адаптера устанавливаются в О и затем происходит переход к следующему такту. Задержка в петле «Да» нужна для выравнивания времени выполнения операций на обоих выходах этой части алгоритма. Время выполнения всей программы аналого-цифрового преобразования составляет 700 МКС.

Микропроцессоры используются для аналого-цифрового преобразования и в ЦВ двойного интегрирования. При этом программа аналого-цифрового преобразования получается проще, чем на рис. 2.40,6. Отличительной особенностью АЦП двойного интегрирования с МП (рис. 2.41) по сравнению с АЦП без МП (см. рис. 2.33, а) является отсутствие устройства фавнения. Нулевым напряжением интегратора считается пороговое напряжение входа микропроцессора. Процесс преобразования состоит из трех операций: коррекции нуля, интегрирования напряжения Uy в течение интервала интегрирования Т„ и интегрирования опорного напряжения Иоп до момента, пока на выходе МП не будет зафиксировано, что выходное напряжение интегратора достигло порогового уровня. Опорное напряжение Иоп с выхода 1 МП подается одновременно с запиранием ключа, выполненного на транзисторе V. Микропроцессоры в АЦП двойного интегрирования могут произвольно использовать время установки нуля (поскольку это время не ограничено жестко) для работы по основной программе.

2.6.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

В ЦВ (АЦП) автоматизации подлежат управление процессом измерения (аналого-цифровое преобразование и алгоритм работы прибора), выбор предела измерений, установка нуля и калибровка, определение работоспособности и диагностика неисправностей прибора, определение и индикация полярности, дистанционно-программное управление видом измерения и родом ра-

боты, запуск прибора, выбор времени измерений, обработка результатов измерений и другие операции процесса измерения и управления прибором.

Современные ЦВ и АЦП (особенно системные) имеют высокий уровень автоматизации. Следует отметить, что даже ряд аналоговых вольтметров имеет автоматический выбор пределов (АВП) измерений и дистанционное управление работой прибора (модели 2425 и 2426 фирмы «Брюль и Къер»), а также элементы автоматической установки нуля и калибровки. ЦВ и АЦП содержат устройства как внутриприборной, так и межприборной автоматизации. Устройства межприборной автоматизации обеспечивают работу ЦВ (АЦП) как звеньев современных ИИС, возросшая роль ЦВ и АЦП в которых отмечалась выше. Примерами межприборной автоматизации являются работа ЦВ (АЦП) через КОП по ГОСТ 26.003-80 и возможность их автоматизированной поверки с помощью соответствующих программ.

Устройства и элементы внутриприборной автоматизации обеспечивают АВП, автоматическую установку нуля и калибровку, автоматическое определение и индикацию полярности и автоматизацию других операций процесса измерений.

Ведущую роль в автоматизации процессов измерений, управления и обработки результатов у цифровых вольтметров играют МСВТ - ключевые изделия, направляющие в настоящее время развитие средств измерений; 20% всех выпускаемых за рубежом МСВТ используется в электронной измерительной аппаратуре. Микропроцессоры (благодаря замене аппаратных средств программными) позволили полностью автоматизировать процесс измерений, существенно упростить структуру ЦВ (АЦП) и управление ими, расширить их функциональные возможности, упростить и расширить возможности передачи и обмена информацией между ЦВ (АЦП) и другими устройствами ИИС.

ЦВ и АЦП - приборы, в которых преимущества МСВТ были реализованы рань-ще, чем в других приборах. В настоящее вре-. мя МСВТ применяются в ЦВ и АЦП достаточно широко, особенно в ЦВ (АЦП) для ИИС: зарубежных - 7055, 7065, 7081 фирмы Solartron-ScMumberger; 8500А, 8502А фирмы Пике; 7115 фирмы Systron Donner; 1071, 1081 фирмы Datron; 3455А фирмы Hewlett Packard; отечественных Щ1531, Щ1612, В7-39, В7-40; калибраторе-вольтметре В1-18, В1-18А.

В ЦВ и АЦП с помощью МП могут



быть реализованы следующие функции: автоматическая установка нуля; автокалибровка; автоматическая коррекция погрешностей, исключение погрешности от нелинейности характеристики преобразования АЦП, компенсация погрешностей, обусловленных изменением внешних условий и старением; принятие решений; преобразование и обработка данных, математическая обработка результатов измерений; индикация и представление информации; контроль работоспособности и диагностика неисправностей; выполнение интерфейсных функций по ГОСТ 26.003-80, в том числе функций микроконтроллера и др.

Предел измерения ЦВ определяется значением измеряемого сигнала и зависит от коэффициента передачи входного устройства прибора. В настоящее время все большее распространение получают устройства АВП измерения, осуществляющие адаптацию чувствительности прибора к значению измеряемого напряжения. Применение АВП позволяет сократить общее время измерения, делает возможным полную автоматизацию процесса измерения и использование прибора в ИИС.

Устройство АВП измерения можно рассматривать как логический автомат, который вырабатывает сигнал, изменяющий чувствительность входного устройства ЦВ. Такой автомат строится по схеме, изображенной на рис. 2.42. Измеряемое напряжение «х подается на входное устройство, коэффициент передачи которого изменяется с помощью опорных элементов. Из входного устройства сигнал поступает на устройство сравнения, которое сравнивает его с заранее установленными пороговыми напряжениями

Входное устройство (с ОПОрН№

ми элементами)

К АЛП

Устройство сравнивающее I

"пор

Устройство управления

Блок переключения опорных элементов

Устройство индикации предела измерения

Рис. 2.42. Упрощенная структурная схема АВП измерений

Устройство управления по заданному алгоритму осуществляет логическую связь между устройством сравнения и блоком переключения опорных элементов. Выходной сигнал блока переключения подается на устройство индикации предела измерения и для переключения опорных элементов во входном устройстве.

По алгоритму работы существующие устройства АВП измерения можно разделить на три группы:

устройства, в которых выбор предела осуществляется последовательным перебором пределов от наименее чувствительного в сторону увеличения чувствительности;

устройства, в которых выбор предела осуществляется последовательным перебором пределов в сторону уменьшения чувствительности;

устройства, в которых выбор предела осуществляется перебором пределов как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения чувствительности (реверсивного действия).

На рис. 2.43 приведены схема алгоритма работы (а) и функциональная схема (б) устройства АВП измерений с последовательным увеличением чувствительности. В устройствах АВП измерений с последовательным увеличением чувствительности выбор предела измерения для исключения перегрузок входного усилителя всегда начинается со старшего, наименее чувствительного предела. Согласно схеме алгоритма по сигналу Уст.О в начале каждого цикла измерения включается наименее чувствительный предел измерения N = n (JV - номер предела). При выполнении условия uJc/Ku (где kf/ - коэффициент передачи входного устройства на N-M пределе; и„ - нижнее пороговое напряжение) происходит переключение на более чувствительный предел измерения N = = и - 1. Если на этом пределе измерения условие Uxkfi < «„ продолжает выполняться, то происходит новое переключение на более чувствительный предел. Такое изменение чувствительности продолжается до тех пор, пока значение Uykj не превысит и„. На этом выбор предела заканчивается, и напряжение с входного устройства подается на АЦП, а выбранный предел индицируется на индикаторе предела измерения

Структурная схема устройства АВП на семь пределов измерения, работающая по описанному выше принципу, приведена на рис. 2.43,6. По сигналу Усш.О включается генератор импульсов ГИ, а триггеры Тг, Тг и Ггз устанавливаются в исходное состояние, при этом на вход схемы И- поступает



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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0149