18432

Аналоговые и цифровые вторичные приборы ГСП

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 16. Аналоговые и цифровые вторичные приборы ГСП. Приборы выдачи информации. Различают аналоговые и дискретные методы выдачи измерительной информации. В обоих случаях простейшей формой выдачи является отображение результатов измерения на визуально считыв

Русский

2013-07-08

67 KB

20 чел.

Лекция 16.

Аналоговые и цифровые вторичные приборы ГСП. 

Приборы выдачи информации.

Различают аналоговые и дискретные методы выдачи измерительной информации. В обоих случаях простейшей формой выдачи является отображение результатов измерения на визуально считываемой шкале указывающего устройства. Для отображения тенденций изменения измеряемой величины существует ряд аналоговых и цифровых методов.

 

Аналоговые приборы выдачи информации.

Из показывающих приборов  разработаны приборы магнитоэлектрической,    электромагнитной    и электродинамической    систем.    В измерительном     устройстве    эти приборы   могут   быть    использованы  либо для  непосредственного    отображения измерительной информации, либо в качестве устройств, отображающих преобразованные цифро-аналоговым преобразователем дискретные значения   измеряемых   величин.   Регистрирующие   приборы,   называемые  самописцами,  устанавливают в тех случаях, когда необходимо фиксировать измеряемые величины  во времени.

 

Показывающие приборы.

В первую очередь к этой группе приборов относятся приборы с магнитоэлектрической системой, в которых жестко связанная со стрелкой поворотная рамка вращается в однородном поле постоянного магнита. Возникающий, при протекании тока по рамке, крутящий момент отклоняет ее до тех пор, пока развиваемое возвратной пружиной усилие не уравновесит его. Шкала прибора строго линейна. Направление отклонения стрелки зависит только от направления тока, так что нулевая отметка может находиться внутри шкалы. Минимально достижимые диапазоны  измерения  прецизионных   приборов  составляют   примерно 0,3 мкА (или 0,3 мВ), а для щитовых приборов 1 мкА (или 10 мВ). Потребляемая мощность в наилучшем случае не превышает ~1 мкВт.

 В электромагнитных приборах вращающийся железный сердечник, жестко связанный со стрелкой, а неподвижный сердечник намагничиваются  полем охватывающей  их  катушки.   Под действием сил взаимного отталкивания возникает вращающий момент,   уравновешиваемый   усилием   возвратной   пружины.   Подбирая форму сердечников и обмотки, можно обеспечить примерно линейную градуировку шкалы,  хотя зависимость между током в катушке и развиваемым выталкивающим усилием — квадратичная. Приборы электромагнитной системы измеряют эффективное значение тока и потому применимы для измерений как постоянного, так и переменного токов. Минимально достижимые диапазоны измерений составляют 1 мА (или 1,5 В). Потребляемая мощность ~0,1  В - А.

В приборах с поворотным магнитом плоский магнит, жестко соединенный с указателем, устанавливается в направлении результирующей магнитных полей, создаваемых неподвижной, обтекаемой током катушкой и устанавливающим магнитом. Подвижный элемент не связан с токопроводящими проводами и не несет на себе возвратных пружин, он достаточно легок и виброустойчив. Минимально достижимые диапазоны измерений составляют ~ 400 мкА (или 4 В).

 

Точечные регистраторы.

В  точечных   регистраторах свободно  подвешенная  стрелка   (падающая дужка) периодически  прижимается  к  красящей лепте, установленной    над   диаграммной   бумагой.   Пишущая   кромка  образует хорду окружности,  описываемой стрелкой измерителя, что обеспечивает достаточную линейность шкалы. Последовательность точек образует линию,  характеризующую значения измеряемой   величины.   Метод  регистрации   позволяет  использовать высокочувствительные измерительные механизмы с малой потребляемой мощностью, развивающие малый крутящий момент. При измерениях медленно изменяющихся величин регистратор может быть использован для многоточечной регистрации. Одновременно с   переключением   контролируемых   точек   смещается   красящая лента,  в результате чего отдельные зависимости  записываются разными цветами. Потребляемая мощность  ~10-7 Вт.

 

Измерители и регистраторы с непрерывной записью.

В регистраторах этого типа стрелка измерительного устройства жестко соединена с регистрирующим механизмом. Стрелка таких приборов должна обладать большей жесткостью, чем в точечных регистраторах,  а  измерительное  устройство должно  развивать большой   крутящий   момент,   так   как   необходимо   преодолеть трение между пером и бумагой.  Прямолинейная запись достигается при помощи эллиптического выпрямляющего механизма. В приборах с непрерывной записью стрелка снабжается пером с  капилляром;   чернила  подаются  по тонкой  трубке  (шлангу) из специального баллончика. Такое устройство позволяет записать линию длиной до 4500 м (потребляемая мощность 10-3 Вт, при наличии усилителя 10-7—10-9 Вт). Требуемую скорость перемещения бумажной ленты при известных колебаниях измеряемой величины можно определить по приведенным ниже данным:

Среднее   время   между   изменениями

измеряемой величины, с ..................       90      30     15      6         3        1,5      0,5

Скорость перемещения бумаги, мм/ч      20     60    120    300     600    1200   3600  При выборе регистратора его чувствительность не всегда является ограничивающим фактором, поскольку существуют регистраторы  со встроенными измерительными усилителями.

 

Приборы выдачи цифровой информации.

В цифровой технике тоже применяют показывающие и регистрирующие способы  представления  информации,  а также  цифро-аналоговые   преобразователи,   позволяющие представлять  цифровые величины в аналоговой форме.

Цифровые приборы.

Во многих случаях можно ограничиться выдачей измерительной информации в виде визуально считываемых показаний, высвечиваемых на различного типа цифровых табло. В отличие от аналоговой формы цифровое представление измерительной информации выгодно тем, что оно ограничивает субъективные ошибки считывания. Удобочитаемость цифровых индикаторных устройств и зависимость погрешности считывания от времени экспозиции представлены на рис. 1.

 

Рис. 1. Зависимость погрешности считывания от времени экспозиции

Механические приборы цифровой индикации.

Существующие механические приборы визуальной цифровой индикации обеспечивают выдачу данных цифрами высотой до одного метра. В общем случае показания прибором легко считываются и сохраняются при отключении прибора. Вследствие их механической инерционности эти приборы применимы только при измерениях медленно изменяющихся величин и  потребляют большую мощность.   Наиболее   распространенными  типами   приборов   являются приборы с цифровой лентой и с цифровым роликом.

 

Оптические цифровые показывающие приборы.

В оптических цифровых показывающих приборах представление цифр осуществляется при помощи диапозитивов (проекционные цифровые показывающие приборы) или в виде цифр, выделяемых заливающим светом. Оба метода обладают крайне малым временем установления показаний по сравнению с механическими индикаторами. Однако они не обеспечивают запоминания. Максимальная высота цифр составляет около 10 см

В проекционных цифровых указателях нанесенные на диапозитив цифры от 0 до 9 проектируются каждая своей лампочкой и системой линз на матовое стекло.

Электронные цифровые приборы.

Электронные цифровые приборы применяют наиболее часто. Используются, в частности, газоразрядные указатели — газонаполненные лампы с холодным катодом, указатели со светодиодами (LED) и указатели с жидкими кристаллами (LCD, liquid-crystal display.

В газонаполненных лампах с холодными катодами против сетчатого анода для каждой цифры установлен соответствующей конфигурации катод из тонкой проволоки.

Анод и десять катодов (от 0 до 9) размещены в пространстве друг за другом. Ввиду высокого рабочего напряжения при управлении полупроводниковыми элементами необходимо уделять особое внимание выбору размеров.

В цифровых приборах со светодиодами (из арсенида галлия) цифры образуются из точечных или штриховых сегментов. Световое излучение возбуждается в результате полупроводникового эффекта: под действием подводимой электрической энергии носители зарядов перемещаются на более высокий энергетический уровень. После короткой выдержки они вновь возвращаются на низший энергетический уровень, Этот процесс сопровождается рекомбинацией электронов и дырок, при которой часть энергии отдается в виде излучения (фотонов).

Индикаторы с жидкими кристаллами применяются во многих областях. Эти элементы представляют собой соединения с углеродом и кислородом (карбоксиды), которые ниже определенной температуры являются кристаллами, а выше этой температуры превращаются в жидкость. Такая ячейка состоит из двух параллельных стеклянных пластинок,  между которыми располагается жидко-кристаллическое вещество. Внутренняя поверхность стеклянных пластинок покрыта токопроводящим слоем,  например,  оксидом олова.  При отсутствии напряжения на этих обкладках ячейка прозрачна. При приложении постоянного напряжения (или переменного низкой частоты) ячейка становится  непрозрачной.  Непрозрачность обусловлена в основном так называемым «динамическим рассеянием» Такое рассеяние возникает потому, что при приложении напряжения ионы, блуждающие через вещество, нарушают ориентацию электрических дипольных моментов.   В итоге образуются регулярные центры рассеяния падающего света.

 

Дискретно-аналоговые преобразователи.

Наиболее часто применяемыми способами являются следующие: дискретно-аналоговый (цифро-аналоговый) преобразователь со ступенчатым делителем омического сопротивления, дискретно-аналоговый преобразователь со ступенчатым делителем (разветвлением) токов и дискретно-аналоговый преобразователь с цепочками сопротивлений. Менее употребительны способы с модуляцией продолжительности импульсов или с косвенным интегрирующим (суммирующим) преобразованием. Каждый дискретно-аналоговый преобразователь содержит следующие конструктивные элементы: переключатель аналоговых величин, блок (сетка) сопротивлений и источник опорного напряжения, В качестве переключателей используют диоды, транзисторы и теперь все чаще интегральные схемы. Блоки сопротивлений состоят из проволочных или тонкослойных (пленочных) резисторов или же из элементов толстоплёночной  техники.

 

Печатающие устройства для результатов измерений 

Решающее значение для расшифровки результатов измерений имеет документирование и протоколирование измеренных данных при помощи соответствующих печатающих устройств. В связи с  более широким применением печатающих устройств в различных системах переработки информации, начиная от персональных компьютеров и кончая мощными ЭВМ, в технологии печатания за последние годы достигнут значительный прогресс. В частности, использование микропроцессоров для управления различными функциями в печатающих устройствах позволило существенно расширить объем этих функций.

Печатающие   устройства   могут   быть   подразделены   на   два класса:  ударного и безударного действия.

В печатающих устройствах ударного действия процесс печатания происходит в результате удара рычага с литерой или символом или игл (в матричных печатающих устройствах) на красящую  ленту.

В безударных печатающих устройствах процесс печатания  заключается в физическом или химическом воздействии на специально подготовленную бумагу. Имеются следующие типы таких печатающих устройств: тепловые матричные, электрочувствительные, электростатические, ксерографические и лазерные, а также с непрерывной подачей краски и с подачей краски по требованию.

Скорость печатания здесь достигает от 300 до 45 000 строк в минуту.

 

Электронно-лучевые визуальные приборы.

Электронно-лучевые визуальные приборы (дисплеи) вместе со своей клавиатурой представляют собой универсальные устройства для ввода и выдачи информации в системах переработки результатов измерений. Наряду с алфавитно-цифровым вводом и выдачей текста они могут также наглядно показывать в графическом виде состояние процесса и ход изменения измеряемых величин. Возможны три метода:

- растровый;

- светового карандаша;

- профильный.

При растровом способе, как и в телевизионной технике, выполняется  развертка -  электронный  луч отклоняется   по строчкам и столбцам.  В результате формировании светлых  и   тёмных мест при сканировании получаются отдельные точки изображения воспроизводящие  требуемую   информацию.

При методе светового карандаша электронный луч, вызывающий свечение при сканировании, воспроизводит на экране последовательности  штрихов,  отображающие требуемую информацию.

При     профильном    методе    знаки    (символы)     изображаются масками.

В настоящее время внедрен преимущественно растровый метод,  потому что для него могут быть использованы  дешевые чёрно-белые и цветные мониторы.

PAGE  86


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70959. УПРАВЛЕНИЕ КОНФЛИКТНЫМИ СИТУАЦИЯМИ 281.63 KB
  Анализ показывает что конфликтующие как правило не могут сформулировать истинные причины конфликта зацикливаясь на наиболее возмущающих их моментах лежащих как говорят на поверхности и являющихся следствием более глубоких причин. Понятно что лечение без диагноза обрекает на худший исход.
70963. РЕАЛІЗАЦІЯ ПРОЕКТУ ЕЛЕКТРОННОГО ЖУРНАЛУ В СУЧАСНІЙ ШКОЛІ 136 KB
  Шкільний електронний журнал це програмний комплекс для зберігання та обробки інформації про успішність учнів виконаний у вигляді клієнтсерверного додатка й орієнтований на застосування в освітньому закладі; це програма у якій інформація про уроки оцінки і домашні завдання...