7.2. Средства отображения информации.

Средствами отображения информации (СОИ) называются устройства, сообщающие человеку-оператору данные о значении измеряемых и контролируемых параметров, характеризующих сос­тояние объекта, необходимые ему для анализа обстановки, принятия решения и управления объектом. Свою функцию СОИ выполняют посредством преобразования уловленных чувствитель­ным элемен­том и вторично преобразованных переда­точным элементом изме­нений состояния контро­лируемого объекта (сигналов) в восприни­маемую человеком (чаще всего визуально) форму. В качестве СОИ используются отсчётные и записы­ва­ющие устройства, цифровые табло (франц. tableau - картина), электроннолучевые трубки, мнемосхемы, телеэкраны, свето­вые сигналы и др. Панель сложных приборов состоит из отдельных приборов и индикаторов, каждый из которых несет информацию об определенном параметре объекта. Примеров создания панелей приборов и щитов очень много: это и панель приборов в кабине самолета и в салоне автомобиля, это различные электрические щиты приборов и т.д. Во многих случаях система отображения информации делают комбинированной, т.е. мнемосхе­ма может быть составной табло или панели приборов, а на последней часть данных отображается в виде табло и т.п. Не менее важный вопрос - это организация информационного потока, должна

исключать возможность перегрузки или недогрузки оператора. Информация, поступающая на экран средства отображения информации непосредственно от внешних источников, называется первичной, после её обработки - вторичной, одновременно от внешних источников и после её обработки - совмещённой.

В абстрактных СОИ информация представляется в виде сигналов-символов, для чего используют три основные формы зрительной индикации - стрелковую, знаковую, графическую. Стрел­кова индикация - это способ отображения информации для обеспечения оператора сведениями о ходе и направленность изменений, а также количественными характеристиками контро­лируемых параметров, в зоне допустимых значения. Основными преимуществами стрелковых индикаторов является простота их конструкции, удобство и легкость в эксплуатации, а также малая себестоимость. Несмотря на определенные недостатки – ограничен­ную наглядность, относительно большую площадь шкалы – стрелоч­ные индикаторы широко используются, поскольку операторы очень легко приспосабливаются к ним. Как свидетельствуют результаты экспериментов, эффективность восприятия информации из таких индикаторов зависит от характеристик отдельных элементов: шкалы, стрелки, оцифровки, разметки.

Отсчётные устройства - совокупность деталей, пред­на­­зна­ченных для зрительного определения измеряемой величины пос­редством наблюдения за положением указателя относительно сис­темы штрихов и цифр, расположенных на шкале. Иногда отсчёт­ное устройство связано с самописцем. Основными деталями отсчёт­ных устройств являются шкалы и указатели. Шкала - сово­куп­ность отметок (штрихов, цифр, букв), рас­по­ложен­ных по пря­мой линии или по дуге окружности и изобра­жающих ряд пос­ледовательных чисел, соответствующих значе­ни­ям измеряемой величины. Деталь, на которую нанесена шкала, называется циферблатом. Указатель- приспособление (стрел­ка, световое пятно и т. п.), которое занимает опре­делённое положение относительно шкалы и тем самым отмечает численное значение измеряемой величины.

Носитель шкалы - линия, на которой штрихами (отметками шкалы) отме­чают определённое значение измеряемой величины.

Цена деления (Н) - число единиц измеряемой величины соответству­ющее одному делению (участку шкалы между двумя соседними отметками).

Цена оборота (Аш) шкалы - число единиц измеряемой величины, соот­ветст­вующее одному обороту шкалы.

Масштаб шкалы (Мш) - отношение длины деления шкалы к цене деления.

Пределы шкалы (нижний Х_MIN и верхний Х_MAX) - соответствующие пре­делам изменения измеряемой величины пределы шкалы.

Шкала считается равномерной (линейной), если величина отно­шения максимальной длины деления шкалы к минимальной не превышает 1,3. Длина деления шкалы лабораторных приборов находится в пределах 0,5 - 2,5 мм, щитовых - 3 - 10 мм.

Длина шкалы L_Ш- произведение длины деления на их количество. Если в результате расчёта эта длина получается слишком большой, то деления шкалы располагают на диске по архимедовой спирали, а на барабане - по винтовой линии. Иногда применяют две шкалы: одну - для точного отсчёта (шкала точного отсчёта ШТО), а другую - для грубого отсчёта (шкала гру­бого отсчёта ШГО). Согласованные движения ШТО и ШГО обеспечи­ваются отсчётным механизмом с передаточным отношением, равным числу делений ШГО. Обе шкалы должны иметь одинаковое направление отсчёта.

Угол шкалы - угол, соответствующий длине дуги носителя шкалы между первой и последней его отметками.

Характеристика шкалы - функция зависимости показателя положе­ния ука­зателя прибора от значения измеряемой величины. Её первая производная по этой величине называется чувствител­ьностью прибора.

Отсчётные устройства классифицируются :

- по подвижности шкалы и указателя;

- по количеству шкал (одношкальные, многошкальные);

- по форме носителя и поверхности, на которой наносятся шкалы (шкалы плоские - прямые, дуговые, круговые, дисковые, спи­ральные, а также пространственные - цилиндрические, конические, винтовые);

- по расположению нулевой отметки на шкале (односто­ронние, безнуле­вые, двухсторонние).

Скорость и точность опознания и интерпретации отобра­жаемой информации называется читаемостью СОИ. Абсолютная погрешность отсчёта , зависит от погрешности снятия отсчёта (примерно равна половине цены деления прибора), погреш­ности механизмов приборов и неустойчи­вости измеряемого параметра.

Относительная погрешность прибора, % ,

= 100 /(Х_MAX - X_MIN).

Допускаемая относительная погрешность прибора определяет его класс точности. Так, для вольтметра, работающего в диапазоне из­мерений 0 — 30 В, класс точности 1,0 определяет, что указанная пог­решность при положении стрелки в любом месте шкалы не превышает 0,3 В. Класс точности прибора указывается на шкале при­бора. Если на шкале такого обозначения нет, то данный прибор вне­классный, а его относительная погрешность превышает 4%.

В задачу расчёта отсчётных устройств входит определение:

- цены деления Н шкалы;

- числа делений шкалы N_ш =(Х_MAX - X_MIN)/Н;

- расчётной длины шкалы L_Ш, мм,;

- передаточного отношения отсчётного механизма (при наличии та­ко­вого).

Исходными данными для расчёта отсчётных устройств являются:

- пределы изменения измеряемой величины (Х_MAX - X_MIN);

- соответствующий этим пределам угол поворота валика исполни­тель­ного элемента (ИЭ) прибора (выходного звена передаточного механизма, кинематически соединённого с входным звеном отсчётного механизма);

- назначение и класс точности прибора с соответствующими значениями относительной и абсолютной погрешности;

- длина деления шкалы в миллиметрах, соответствующая типу прибора;

- ориентировочные значения угла и диаметра шкалы.

Примеры механизмов отсчётных устройств:

1. Механизмы со спиральными и винтовыми шкалами. Служат для уве­ли­чения угла и длины шкалы.

2.Механизм с двумя шкалами, у которых валик шкалы грубого отсчёта соединён с валиком исполнительного элемента. Различают три вида механизмов:

- механизм отсчётного устройства с двумя соосными цилиндрическими шкалами и плане­тар­ным механизмом (рис. 7.2, а);

- механизм с параллельными осями двух дисковых шкал (рис. 7.2, б);

- червячный механизм с цилиндрической шкалой точного отсчёта и дисковой шкалой грубого отсчёта (рис. 7.2, в).

3.Микрометрические двухшкальные механизмы (микрометры, рис. 7.2, г).

а) б)

в) г)

Рис. 7.2. Схемы механизмов отсчётных устройств

Счётчики делятся на две группы:

1. Одноциферблатные с непосредственным суммарным отсчё­том. На рис.7.3 приведена схема четырёхдекадного счётчика с после­довательно соединён­ными мальтийскими механизмами, у которых каждый крест 1 имеет 10 пазов. На входном валике 2 закреплён только один поводок. Каждый крест соединён со следующим повод­ком и оцифрованным барабанчиком 3 парой одинаковых зубчатых колёс 4. За один оборот поводка крест повора­чивается на 1/10 оборота. Аналогичные четырёхдекадные счётчики конструируются на основе цевочных механизмов.

2. Многоциферблатные счётчики с раздельным отсчётом, состоящее из несколь­ких пар зубчатых колёс с передаточным отношением каждой пары, равным 10. Недостатком его является неудобство отсчёта по нескольким циферб­латам при вращении соседних стрелок в разные стороны. Функции счётчиков могут выполнять и двухшкальные механизмы отсчёт­ных устройств, если валик шкалы точного отсчёта соединить с валиком прибора, число оборотов которого требуется отсчитывать.

Рис.7.3.Схема четырёхдекадного счётчика с последовательно соединён­ными мальтийскими механизмами: 1-мальтийский крест; 2-входной валик; 3- оцифрованный барабан; 4- зубчатое зацепление.

Конструирование средств отображения информации на основе только технических предпосылок не может обеспечить надежной и высокоэффективной работы оператора. Для обеспечения взаимной приспособленности при выборе и разработке СОИ необходимо привлечение данных инженерной психологии, физиологии, гигиены, специальных методов художественного конструирования и техни­ческой эстетики. В частности, при размещении средств отображения ин­фор­мации необходимо соблюдать следующие требования: все устройства должны находиться в поле зрения, а важнейшие и требующие большей точности восприятия - в центре этого поля; уст­ройства должны быть сгруппированы по выполняемым функциям с учетом последовательности пользования ими, а также по какой-либо определенной системе, например по положению стрелок (в этом случае сокращается время контроля и расшифровки информации); должно соблюдаться функциональное соответствие между проте­кающим процессом и показанием. Шкалы следует делать гори­зон­тальные, так как отсчеты по вертикальным шкалам вызывают больше ошибок.