Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ryabov_izmeritelnaya_tekhnika.doc
Скачиваний:
597
Добавлен:
03.05.2015
Размер:
6 Мб
Скачать
☆
    1. Разновидности измерительных информационных систем

Измерительные информационные системы, предназначенные для измерения и хранения информации, называются измеритель- ными системами (ИС).

Измерительные системы могут быть ближнего или дальнего действия. На вход системы поступает множество изменяющих во времени и (или) распределенных в пространстве величин. Упро- щеннаяклассификация измерительных систем представлена на рис. 6.4.

Измерительные системы

Прямые

Косвенные

Совместные

Совокупные

Параллельные

Последовательные (сканирование)

Параллельно- последвательные

Мультиплицированные

По методам сбора и обработки информации

По связи с измерительными системами

Frame89 Frame90 Frame91

Frame92 Frame93

Рис. 6.4. Упрощенная классификация измерительных систем

Наиболее распространены системы для прямых измерений.

Обобщенная структура ИС представлена на рис. 6.5.

Д С В Д

Frame94

Рис. 6.5. Обобщенная структура измерительной системы для прямых измерений

Для всех ИС основными элементами являются первичные преобразователи {Д}, элементы сравнения {С}, меры {М} и эле- менты отображения информации {В}. Для совместных и сово-

купных измерений часто используются многомерные и аппрок- симирующие системы.

Характеристики измерительных систем. Важнейшими ха- рактеристиками ИС являются эффективность, полнота выполня- емых функций, достоверность, надежность, быстродействие, характеристики входов и выходов, метрологические характери- стики.

Эффективность. Под эффективностью понимается улуч- шение работы объекта при использовании системы. Ограничим- ся рассмотрением экономической эффективности систем, пред- ставляющих наибольший интерес для народного хозяйства. Приращение экономической эффективности можно выразить формулой

Э = Э1 + Э2,

гдеЭ1 – экономический эффект от объекта в заданный промежуток времени без ИС; Э2 – экономический эффект от объекта в тот же заданный промежуток времени с применением ИС.

Экономический эффект целесообразно рассчитывать по обще- признанному критерию полных затрат.

Для сравнения различных измерительных систем удобнее ис- пользовать нормированный показатель эффективности, называе- мый коэффициентом эффективности:

Э2 Э1 ,

Эn Э1

где Эn – экономический эффект от объекта при использовании идеальной измерительной системы, выполняющей идеально все функции и при отсутствии на это затрат.

Коэффициент эффективности изменяется в пределах 0 < n < 1, который определяется и уточняется на нескольких этапах проек- тирования и эксплуатации системы.

На этапах проектирования (ТЭО, ТЗ, ТП, РД) производится предварительная оценка по ожидаемым данным, которая уточня- ется послеввода ИИС в эксплуатацию.

Полнота (глубина) выполняемых функций. Она показывает, какая часть контролируемого или управляемого объекта охвачена измерительной системой.

Коэффициент, характеризующий полноту:

P=Nb/N,

где N – общее число параметров объекта (например, контроля, измерения, управления); Nb – число параметров объекта, охвачен- ных ИС.

Достоверность. Достоверность относится к обобщенным ха- рактеристикам. Требования, предъявляемые к этому показателю, являются исходными для обоснования частных характеристик системы. Наиболее существенные факторы достоверности – точ- ность измерения контролируемых параметров, глубина контроля, надежность и помехоустойчивость работы всех устройств. С уменьшением достоверности возрастает вероятность неработо- способного состояния объекта контроля, измерения, управления при информации в системе в пределах допусков. Характерный пример низкой достоверности – работа с низкой помехоустойчи- востью в условиях помех. Аналогичная ситуация возникает при неудовлетворительной надежности системы и при недопустимо малой точности измерений.

Надежность. Критерий надежности и его числовые характе- ристики выбираются с учетом особенностей назначения ИС и характера решаемых задач.

К основным критериям надежности систем относятся:

    • средняянаработка на отказ t ;

    • среднее время восстановления t в;

    • средняянаработка до отказа t 0;

    • интенсивность отказов λ;

    • вероятность безотказной работы системы P(t) в течение за- данного времени t (вероятность восстановления F(tB));

    • вероятность завершения проверки объекта или группы объ-

ектов (вероятность восстановления) F(tB) в течение заданного времени;

    • коэффициент готовностисистемы Kr.

Для стационарных измерительных систем в народном хозяй-

стве широко используют критерии t 0, t в и частично Kr.

С целью уменьшения влияния ненадежности на работоспо- собность системы используют два основных метода самоконтроля в измерительной системе: программный и схемный аппараты.

Программный метод основан на использовании заранее отра- ботанных испытанных программ (тестов). Такой самоконтроль в основном позволяет проверить устройства системы, производя- щие обработку информации.

Схемный метод (самоконтроль) требует дополнительного оборудования (аппаратуры) для проверки системы. Одной из раз- новидностей схемного самоконтроля является применение кодов с обнаружением и исправлением ошибок. Методы самоконтроля требуют временной информационной или аппаратурной избы- точности.

Быстродействие. Быстродействие характеризуется средним временем выполнения операций (измерения, контроля, управле- ния, диагностики, поиска и т.п.). Для циклических систем быст- родействие характеризуется временем цикла tвосп. Во многих слу- чаях при определении быстродействия необходимо учитывать среднее время выполнения вспомогательных операций tBосп, к ко- торым относится включение источников питания разогрева аппа-

ратуры, подключение кабелей и т.п. В таких случаях быстро- действие, например системы измерения, определяется выражени- ем:

tr=tвосп+tосн+tон,

где tосн – среднее время самого контроля и поиска неисправно- стей, tон – среднее время считывания или записи и анализа ре- зультатов.

Быстродействие в ряде случаев удобно характеризовать ин- формационным критерием – количеством информации, перераба- тываемой в единицу времени. Для систем контроля и измерения быстродействие:

x

( H0i Hi ) B1 i 1 ,

tk 0 tn0 H 0

где H0i – энтропия i-го параметра до начала контроля; Hi – эн- тропия i-го параметра после контроля; tk0 – время измерения

определяющих параметров;

стей.

tn0 H 0

  • время поиска неисправно-

В расчетах используется критерий Шеннона, учитывающий количество информации и возможности ее статистического коди- рования. Однако при расчете быстродействия во многих случаях целесообразно использоватькритерий Хартли, учитывающий только физические возможности системы. Тогда быстродействие эквивалентной информационной емкости определяется по фор- муле:

B2

x

log m

i 1 ,

tk 0 tn0H0

где m – число различныхсостояний, например число уровней квантования в дискретной системе.

Характеристики входов и выходов системы. Они включают в себя перечень и данные входов системы, а также характеристи- ки устройств отображения информации. К последним относятся данные диспетчерского щита и пульта, данные дисплеев и других средств отображения информации.

Характеристики технических средств. Эти характеристики включают в себя данные элементной базы (типы и серии микро- схем и других элементов), типы готовых блоков, устройств и вспомогательного оборудования, включая источник питания, а также условия эксплуатации системы.

Многоканальный ИС параллельного действия. Это один из наиболее распространенных видов ИИС, обладающих наиболее высокой надежностью, более высоким быстродействием при од- новременном получении информации, возможностью подбора средств измерений к замеряемым величинам, что может исклю- чить унификацию сигналов. Однако они имеют повышенные сложность и стоимость (рис. 6.6).

Д1

B1

М1

Дn

Bn

Мn

Рис. 6.6. Структурная схема многоканальной измерительной системы

Мультиплицированные (с общей образцовой величиной) ИС (рис.6.7). Системы предложены Ф.Е. Темниковым. Их еще называют системами с развертывающим уравновешиванием. Си- стемы имеют меньшее число элементов, чем параллельные ИС, но несколько меньшее быстродействие. В этих системах измери-

тельная величина сравнивается с линейно изменяющейся величи- ной. При фиксированных моментах начала развертки и равенстве х и хк может быть определен интервал времени tx, пропорцио- нальный значению хк..

В многоканальной системе возникают трудности в разделении сигналов от элементов сравнения. В этом случае прибегают к специальным мерам.

Сканирующие (последовательного действия) ИС. С помо- щью одного канала они выполняют последовательно измерения множества величин и имеют сканирующее устройство (СкУ), ко- торое перемещает датчик в пространстве (рис. 6.8).

Д1 B1

Дn Bn

В

Д

СкУ М

М

Рис. 6.7. Структурная схема Рис. 6.8. Структурная схема сканирующей мультиплицированной измерительной системы измерительной системы

При пассивном сканировании траектория движения может быть запрограммирована, при активном сканировании может изменяться в зависимости от получаемой измерительной ин- формации.

Сканирующие системы применяются для измерения темпера- турных полей, нахождения экстремальных значений исследуемых полей (давлений, механических напряжений и т.д.) или нахожде- ния одинаковых значений параметра. Недостаток систем – малое быстродействие.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]