2. Измерительные системы: назначение, классификационные признаки, содержание метрологического обеспечения ис.

Измерительная система (ИС) – совок. определенным образом соединенных между собой СИ и других технических устройств, которая реализует процесс измерений и обеспечивает автоматическое или автоматизированное получение результатов измерений для множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве физических величин, характеризующих определенные свойства (состояние) объекта измерений.

Кроме этого ИС выполняет машинную обработку результатов измерений, их регистрацию и индикацию, а также преобразование в выходные сигналы для подачи в систему более высокого уровня.

Измерительные системы обладают основными СИи являются их специфической разновидностью(см .рис.15.1.).

ФП_m

Где обозначены: ИВ – измеряемая величина; ФП - функциональный преобразователь; Мuх - мультиплексор; DМuх - демультиплексор; ВК – вычислительный комплекс; ЛС – линия связи; ИП - измерительный преобразователь;

Компоненты ИС – входящие в состав ИС технические устройства, которые выполняют одну из функций, предусматриваемых процессом измерений.

Компоненты подразделяют на измерительные, вычислительные и связующие.

Построения ИС и последующего ее МО следует различать два вида ИС.

1) одноканальным имеет 1 вход и 1 выход.

2)многоканальный может иметь несколько входов и выходов, и его целесообразно представлять в виде совокупности каналов, принимая за канал часть системы от одного из ее входов до одного из ее выходов.

Измерительный компонент ИС – СИ: ИПр, ИП, мера, измерительный коммутатор.

К измерительным компонентам следует относить аналоговые «вычислительные» устройства, выполняющие по существу не вычисления (операции над числами), а специфические преобразования одних ФВ в другие. Такие устройства можно отнести в группу аналоговых вычислительных функциональных преобразователей (ФП на рисунке) с одним или несколькими входами (суммирующие, вычитающие, логарифмирующие, интегрирующие и т.п.).

Связующий компонент (СК) ИС (или линия связи (ЛС) ) – техническое устройство либо часть окружающей среды, предназначенные или используемые для передачи с min возможными искажениями сигналов, которые несут инф. об измеряемой величине от одного пространственно удаленного компонента ИС к другому.

К связующим компонентам относят проводные и радиолинии связи, линии электропередачи с каналообразующей аппаратурой, телефонные линии абонентской связи и др.

Вычислительный компонент (ВК) ИС – цифровое вычислительное устройство (или его часть) совместно с ПО, выполняющее функцию обработки (вычисления) результатов наблюдений (или прямых измерений) для получения результатов прямых (или косвенных, совместных, совокупных) измерений, выражаемых числом или соответствующим ему кодом.

Вспомогательный компонент ИС - техническое устройство (блок питания, вентиляции, коммутации и др.),обеспечивающее работу ИС, но не участвующее непосредственно в измерительных преобразованиях.

Измерительный канал ИС – последовательное соединение компонентов, выполняющее законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерения, выражаемого:

а) числом или соответствующим ему кодом, ИЛИ

б) до получения аналогового сигнала, один из параметров которого является функцией измеряемой величины.

Измерительные каналы (ИК) системы могут быть простыми и сложными. В простом канале осуществляется измерение прямоизмеряемой величины. Сложный канал представляет собой совокупность простых измерительных каналов, выходные сигналы которых используют для получения результатов косвенных, совокупных или совместных измерений.

Различают следующие виды ИК:

Аналоговый ИК – это ИК, который бесконечному (несчетному) множеству возможных значений измеряемой величины или ее носителя, действующих на входе ИК, ставит в соответствие бесконечное (несчетное) множество возможных значений выходного носителя (показаний) ИК.

Аналого-цифровой ИК - это ИК, который бесконечному (несчетному) множеству значений входной измеряемой величины ставит в соответствие конечное (счетное) множество возможных значений выходного кода (показаний).

Цифро-аналоговый ИК – это ИК, который конечному (счетному) множеству возможных значений входной величины (входного кода) ставит в соответствие бесконечное (несчетное) множество возможных значений выходных показаний ИК.

Цифровой ИК – это ИК, который конечному множеству значений входной величины (входного кода) ставит в соответствие конечное множество значений выходных показаний ИК (выходного кода).

Однотипные ИК – это ИК, составленные из компонентов одного и того же типа (типоразмера), имеющие одинаковые диапазоны измерений и граничные значения погрешности.

Измерительные каналы описываются следующим способом: а) указанием мест соединений компонентов ИС, между которыми определяют измерительный канал; б) описанием состава измерительного канала; в) описанием алгоритма обработки промежуточных результатов измерений в измерительном канале для получения конечного результата измерений.

Классификация измерительных систем

По применению принято классифицировать ИС на следующие типы:

1) широкого применения, разрабатываемые для серийного производства в виде законченных изделий, выпускаемых в РБ (или импортируемых в РБ партиями), для установки которых на месте эксплуатации достаточно указаний, изложенных в их эксплуатационной документации (далее ИС-1);

2) целевого применения, разрабатываемые для единичного (разового или повторяющегося мелкими партиями) изготовления в РБ в виде законченного изделия (или импортируемые в РБ единичными экземплярами или мелкими партиями), для установки которого на месте эксплуатации достаточно указаний, изложенных в его эксплуатационной документации (далее ИС-2);

3) целевого применения, проектируемые в РБ (или за границей) под определенные объекты (группы однородных объектов) и возникающие как законченное изделие только непосредственно на объекте эксплуатации путем его комплектации из компонентов серийного или единичного отечественного (или импортного) изготовления и соответствующего монтажа и наладки, осуществляемых в соответствии с проектной документацией (далее ИС-3).

Перечисленные виды ИС могут использоваться как автономные, так и входить в качестве измерительных подсистем в состав более сложных структур: автоматизированных систем контроля, диагностики, распознавания образов и других информационно-измерительных систем, а также автоматических систем управления технологическими процессами. Сложная структура измерительной подсистемы может выделяться на функциональном уровне.

Многообразие вариантов построения ИС принято классифицировать по некоторому набору определяющих особенностей, к которым относят следующие: 1) особенности выпуска ИС и монтажа на объекте; 2) разнесенность измерительных компонентов в пространстве; 3) изменяемость состава ИС в процессе эксплуатации; 4) доступность измерительных компонентов и ИС в целом для контроля и определения метрологических характеристик (МХ); 5) преобладающая структура ИС и др.

Каждая из перечисленных особенностей, как некий первичный признак, может быть представлена в виде совокупности вторичных признаков, которые называют классификационными признаками (КП).

Перечень основных особенностей ИС и их классификационные признаки

Особенности ИС	Классификационный признак (КП) ИС	Обозначение КП ИС
1 Особенности выпуска ИС и монтажа их на объекте	ИС как единое законченное изделие комплектуется на заводе-изготовителе (за исключением, может быть, линии связи и вычислительных компонентов)	КП1-1
	Различные измерительные компоненты выпускаются различными заводами-изготовителями; ИС как единое законченное изделие комплектуется только при монтаже на месте эксплуатации	КП1-2
2 Разнесенность измерительных компонентов в пространстве	Разнесенность измерительных компонентов такова, что она не препятствует контролю и определению МХ измерительных каналов ИС экспериментальным путем	КП2-1
	Разнесенность измерительных компонентов такова, что она затрудняет контроль и определение МХ ИС с учетом воздействия влияющих величин	КП2-2
	Разнесенность измерительных компонентов такова, что она затрудняет контроль и определение МХ измерительных каналов ИС	КП2-3
3 Изменяемость состава ИС в про- цессе эксплуатации	Состав измерительных компонентов остается неизменным в процессе эксплуатации	КП3-1
	ИС снабжена комплектом из небольшого числа сменных измерительных компонентов, позволяющих изменять ее состав в зависимости от целей измерений.	КП3-2
	ИС снабжена комплектом из большого числа сменных измерительных компонентов, позволяющих изменять ее состав в зависимости от целей измерений	КП3-3
	Предусмотрено наращивание ИС в процессе эксплуатации	КП3-4
	Некоторые измерительные компоненты ИС размещены на перемещающемся объекте и в процессе эксплуатации работают с различными экземплярами остальной части ИС	КП3-5
4 Доступность измерительных компонентов для контроля и определения МХ измерительных каналов ИС	Размещение измерительных компонентов на объекте, где установлена ИС, не препятствует доступу к ее входу с целью контроля и определения ее МХ	КП4-1
	Особенности размещения измерительных компонентов на объекте, где установлена ИС, препятствуют доступу к ее входу с целью контроля и определения ее МХ	КП4-2
5 Структура ИС	ИС параллельной структуры или сканирующая ИС	КП5-1
	ИС последовательно-параллельной структуры с малым числом параллельных частей однотипных измерительных каналов, сходящихся к одной и той же точке ИС	КП5-2
	ИС последовательно-параллельной структуры с большим числом параллельных частей однотипных измерительных каналов, сходящихся к одной и той же точке ИС	КП5-3

Содержание МО для ИС

МО ИС должно осуществляться на всех этапах жизненного цикла ИС: разработки (проектирования), производства (изготовления, монтажа и наладки на объекте эксплуатации) и эксплуатации.

МО ИС на этапах их жизненного цикла включает в себя следующие, традиционные для СИ, виды деятельности:

- регламентацию, нормирование и расчет метрологических характеристик (МХ) измерительных каналов ИС;

- метрологическую экспертизу технической документации на ИС;

- государственные приемочные и контрольные испытания ИС (испытания с целью утверждения типа и испытания на соответствие утвержденному типу (или единичному экземпляру));

- лицензирование деятельности по изготовлению ИС;

- поверку или калибровку ИС;

- сертификацию ИС;

- метрологический контроль за состоянием и применением ИС;

- государственный метрологический надзор за производством, монтажом, наладкой, состоянием и применением ИС.

Необходимым условием для МО ИС является наличие в технической документации, сопровождающей этапы жизненного цикла ИС, исчерпывающего перечня измерительных каналов ИС и их МХ.

Рассмотрим более подробно основные виды деятельности по МО ИС, рассматривая ИС как специфическую разновидность средств измерений.