Реферат: Приборы выдачи измерительной информации

Московский ИнститутРадиоэлектроники и Автоматики

Реферат

по ОМСиИТ

ПРИБОРЫ ВЫДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Выполнил студент группы ЭЭ-1-97 Благодатских Дмитрий

Преподаватель:___________________

Москва. 1999 г.
Содержание

1.

Введение

2.

Аналоговые приборы выдачиинформации

3.

Показывающие приборы

4.

Регистраторы

5.

Приборы выдачи цифровойинформации

6.

Механические приборыцифровой индикации

7.

Оптические цифровые приборы

8.

Электронные цифровые приборы

9.

Дискретно – аналоговыепреобразователи

10.

Печатающие устройства

11.

Электронно-лучевыевизуальные приборы

12.

Список литературы

Введение

Различаютаналоговые и дискретные методы выдачи измеритель ной информации. В обоихслучаях простейшей формой выдачи является отображение результатов измерения навизуально считываемой шкале указывающего устройства. Для отображение тенденцийизменения измеряемой величины существует ряд аналоговых и цифровых методов,более подробно описываемых ниже

Аналоговые приборы выдачиинформации

Изпоказывающих приборов в настоящей главе описаны приборы магнитоэлектрической,электромагнитной и электродинамический систем. В измерительном: устройстве эти приборы могут быть использованылибо для непосредственного отображения измерительной информации (рис. 1), либов

качествеустройств, отображающих аналоговые значения преобразованных цифро-аналоговымпреобразованием дискретных значений измеряемых величин. Регистрируемые приборы,называемые самописцами, устанавливают в тех случаях, когда необходимофиксировать изменение измеряемых величин во времени. Диаграммные записинаглядны; при правильном выборе диапазона измерениям скорости перемещениябумаги они фиксируют существенные изменения измеряемых величин и являются надежнымдокументом,, отражающим ход производственных процессов. В основном применяютточечные регистраторы и приборы с непрерывной записью, При повышенныхтребованиях к точности используют компенсационные регистраторы или устройствазаписи в координатахX—Y(координатные регистраторы).

ПОКАЗЫВАЮЩИЕ ПРИБОРЫ

В первую очередь к этой группе приборов относятся приборы смагнитоэлектрической системой, в которых жестко связанная со стрелкойповоротная рамка вращается в однородном поле постоянного магнита. Возникающийпри протекании тока по рамке крутящий момент отклоняет ее до тех пор, покаразвиваемое возвратной пружиной усилие не уравновесит его. Шкала приборастрого линейна. Направление отклонения стрелки зависит только от направлениятока, так что нулевая отметка может находиться внутри шкалы. Минимальнодостижимые диапазоны измерения прецизионных приборов составляют примерно 0,3мкА (или 0,3 мВ), а для щитовых приборов 1 мкА (или 10 мВ). Потребляемаямощность в наилучшее случае не превышает ~1 мкВт.

Вэлектромагнитных приборах вращающийся железный сердечник, жестко связанный сострелкой, и неподвижный сердечник намагничиваются полем охватывающей ихкатушки. Под действием сил взаимного отталкивания возникает вращающий момент,уравновешиваемый усилием возвратной пружины. Подбирая форму сердечников иобмотки, можно обеспечить примерно линейную градуировку шкалы, хотя зависимостьмежду током в катушке и развиваемым выталкивающим усилием — квадратичная.Приборы электромагнитной системы измеряют эффективное значение тока и потомуприменимы для измерений как постоянного, так и переменного токов. Минимальнодостижимые диапазоны измерений составляют 1 мА (или 1,5 В). Потребляемая мощность~0,1 В*А.

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

ТОЧЕЧНЫЕ РЕГИСТРАТОРЫ

Вточечных регистраторах свободно подвешенная стрелка (задающая душка)периодически прижимается к красящей ленте, установленной над диаграммнойбумагой. Пишущая кромка образует хорду окружности, описываемой стрелкойизмерителя, что обеспечивает достаточную линейность шкалы. Последовательностьточек, образует линию, характеризующую значения изменения измеряемой величины.Метод регистрации позволяет использовать высокочувствительные механизмы, смалой потребляемой мощностью, развивающих малый крутящий момент. Прирегистрации медленно изменяющихся величин регистратор может быть использовандля многоточечной регистрации. Одновременно с переключением контролируемыхточек смещается красящая лента, в результате чего отдельные кривые записываютсяразными цветами. Потребляемая мощность ~10-7 Вт.

ИЗМЕРИТЕЛИ И РЕГИСТРАТОРЫС НЕПРЕРЫВНОЙ ЗАПИСЬЮ

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

Среднеевремя между изменениями измеряемой величины,

с...... 90 30 15 6 3 1,5 0,5

Скоростьперемещения бумаги, мм/ч 20 60 120 300 630 1200 3600

При выборерегистратора его чувствительность не всегда является ограничивающим фактором,поскольку существуют регистраторы со встроенными измерительными усилителями.

КОМПЕНСАЦИОННЫЕ РЕГИСТРИРУЮЩИЕПРИБОРЫ

Рис 2.

Входное напряжение Ux сопоставляетсяс выходным напряжением моста Уитстона Ur . При неравенстве этих напряжений возникаетразность напряжений D

U, которая приводит вдвижение двигатель, перемещающий движок компенсирующего потенциометра P до момента изчезновения DU. Одновременно с движком перемещаетсякаретка с пером, регистрирующим измеряемую величину. Минимальный диапазонизмерения 1 мВ, достижимая точность ±0,25%.Подобные устройства позволяют представить измеряемые величины в видефункции времени. При необходимости представления зависимости между значениямидвух измеряемых величин применяют двухкоординатные регистраторы компенсаторноготипа. Диапазоны измерения 0,1; 0,3; 1; 3; 10 мВ; точность ±0,25%.

Приборы выдачи цифровой информации.

В цифровойтехнике тоже применяют показывающие и регистрирующие способы представленияинформации, а также цифро-аналоговые преобразователи, позволяющие представлятьцифровые величины и аналоговой форме.

ЦИФРОВЫЕПРИБОРЫ

Во многих случаях можноограничиться выдали измерительной информации в виде визуально считываемыхпоказаний, высвечиваемых на различного типа цифровых табло, В отличие отаналоговой формы цифровое представление измерительной информации выгодно тем,что оно ограничивает субъективные ошибки считываний.

Механические приборы цифровой индикации

Существующиемеханические приборы визуальной цифровой индикации обеспечивают выдачу данныхцифрами высотой до одного метра. В общем случае показания приборов легкосчитываются и сохраняются при отключении прибора. Вследствие их механическойинерционности эти приборы применимы только при измерениях медленно изменяющихсявеличин и потребляют большую мощность. Наиболее распространенными типамиприборов являются приборы с цифровой лентой и с цифровым роликом. Цифры каждойдекады нанесены на бесконечную движущуюся ленту. Отдельным цифрам измеренногозначения, которые должны быть представлены в десятичном коде соответствуютконтакты ступенчатого переключателя цифрового показывающего прибора. Присоответствии между положением переключателя и имеющимся кодовым значениемконтакт реле отключает двигатель.

В приборах сцифровым роликом последний укреплен на поворотном магните трехкатушечногологометра и устанавливается в положение, соответствующее измеряемому значению,при помощи трех соединяемых звездой обмоток, переключаемых кодовымпреобразователем.

Оптическиецифровые показывающие приборы

В оптических цифровых показывающих приборах представление цифросуществляется при помощи диапозитивов (проекционные цифровые показывающиеприборы) или в виде цифр, выделяемых заливающим светом. Оба метода обладаюткрайне малым временем установления показаний по сравнению с механическимииндикаторами. Однако они не обеспечиваютзапоминания. Максимальная высота цифр около 10 см.

В проекционных цифровых указателях нанесенные на диапозитив цифры от 0до 9 проецируются каждая своей лампочкой и системой линз на матовое стекло.Другой способ предусматривает использование заливающего света. При этом цифрыгравируются ан передней пластине из оргстекла и освещаются лампой помещенной уее торца. Каждой цифре соответствует собственная пластинка; пластинкиустановлены друг за другом и являются световодами; свет излучается только вместах гравировки цифр, которые при этом становятся видимыми.

Электронныецифровые приборы.

Электронныецифровые приборы применяют наиболее часто. Используются, в частности,газоразрядные указатели — газонаполненные лампы с холодным катодом, указателисо свето-1иодами(LED)и указатели с жидкими кристаллами[LCD, liquid-crystal display].

Вгазонаполненных лампах с холодными катодами против сетчатого анода для каждойцифры установлен соответствующей конфигурации катод из тонкой проволоки.

Анод идесять катодов (от 0 до 9) размещены в пространстве друг за другом. Ввидувысокого рабочего напряжения при управлении полупроводниковыми элементаминеобходимо уделять особое внимание выбору размеров. В цифровых приборах сосветодиодами (из арсенида галлия) цифры образуются из точечных или штриховыхсегментов. Световое излучение возбуждается в результате полупроводникового эффекта:под действием подводимой электрической энергии носители зарядов перемещаются наболее высокий энергетический уровень. После короткой выдержки они вновьвозвращаются на низший энергетический уровень, Этот процесс сопровождаетсярекомбинацией электронов и дырок, при которой часть энергии отдается в видеизлучения (фотонов).

Введениесоответствующих примесей в материал полупроводников обеспечивает излучение ввидимой области спектра. Могут поставляться материалы с излучением следующихцветов: оранжевым (240 мЛб*/'Вт), желтым (3б0 мЛб/Вт) и зеленым (150 мЛб/В ).

Индикаторына жидких кристаллах применяются во многих областях. Эти соединенияпредставляют собой соединения с углеродом и кислородом, которые нижеопределенной температуры являются кристаллами, а выше этой температурыпревращаются в жидкость.

Преимуществаприменения этих элементов заключается в том, что не надо применять энергию длявызова световой эмиссии, а достаточно энергии самого падающего света.Потребляемая мощность очень мала всего 4* 10-6 Вт/см2.Уиндикаторов со штриховыми сегментами наибольшая высота цифр составляет около 18мм. У элементов в виде матрицы размером 6х7 точек высота может составлятьпримерно 13 см. Рабочая температура от – 25 до 85 С.

Дискретно – аналоговые преобразователи.

Наиболеечасто применяемыми способами являются следующие: дискретно-аналоговый(цифро-аналоговый) преобразователь со ступенчатым делителем омическогосопротивления, дискретно аналоговый преобразователь со ступенчатым делителем(разветвлением) токов и дискретно-аналоговый преобразователь с цепочкамисопротивлений. Менее употребительны способы с модуляцией продолжительностиимпульсов или с косвенным интегрирующим (суммирующим) преобразованием. Каждыйдискретно-аналоговый преобразователь содержит следующие конструктивныеэлементы: переключатель аналоговых величин, блок (сетка) сопротивлений иисточник опорного напряжения. В качестве переключателей применяют диоды:,транзисторы и теперь все чаще интегральные схемы. Блоки сопротивлений состоятиз проволочных или тонкослойных (пленочных) резисторов или же из элементовтолстопленочной техники. Источники опорного напряжения, выполненные наинтегральных схемах, обеспечивают в настоящее время точность ±0,005 % .

ПЕЧАТАЮЩИЕУСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Решающеезначение для расшифровки результата измерений имеет документирование ипротоколирование измеренных данных при помощи соответствующих печатающихустройств. В связи со все более широким применением печатающих устройств вразличных системах переработки информации — начиная от персональных компьютерови кончая мощными ЭВМ — в технологии печатания 22 последние годы достигнутзначительный прогресс. В частности применение микропроцессоров для управленияразличными функциями в печатающих устройствах позволило существенно расширитьобъем этих функций. Предложение различных печатающих устройств весьма широко,что видно уже по диапазону цен на них. Эти цены колеблются в пределах примерноот 1000 до 700 000 марок ФРГ.

Печатающиеустройства могут быть подразделены на два класса: ударного и безударногодействия. В печатающих устройствах ударного действия процесс печатанияпроисходит в результате удара рычага с литерой или символом или игл (вматричных печатающих устройствах) на красящую ленту. Имеются следующие типыударных печатающих устройств: с цилиндрической головкой, со сферическойголовкой с колесом в виде маргаритки(daisy-wheel),матричное, барабаня цепноеи ленточное.

Скоростьпечатания устройств от 10 знаков в секунду до 2000 строк вминуту.В безударных печатающих устройствах процесс печатана заключается в физическомили химическом воздействии на специально подготовленную бумагу. Имеютсяследующие типы таких печатающихустройств: тепловые матричные, электрочувствительные, электростатические,ксерографические и лазерные, а также с непрерывной подачей краски и с подачейкраски по требованию.

Скоростьпечатания здесь достигает от 300 до 45 000 строквминуту. Далее показаны некоторые примеры примененных печатающие устройств длявыдачи результатов измерений. Современные печатающие устройства отличаютсявысокой эффективностью в от ношении качества печати, быстроты печатания, выбораформатов (длины строк) и выбора различных шрифтов (нормальной прямого, курсивного,полужирного). Для управление этими функциями обычно применяется приборная схемас собственным «интеллектом» (микропроцессор). Интерфейс между системойпереработки результатов измерений и этой приборной схемой обычно являетсяпараллельным восьмиразрядным, а интерфейс между приборной схемой и самимпечатающим устройством является сериальным с постоянным током или же здесьприменяется интерфейс типаv24/v28.Сериальная(последовательная) передача информации выполняется асинхронно по семиразрядномукоду ИСО с одним разрядом контроля четности.

Процедурапередачи система переработки результатов измерений — приборная схема —печатающее устройство осущес7вляется под контролем организационной программы(рис. 2.6—15). Чаще всего применяются матричные печатающие устройства, причемлибо с игольчатым печатающим механизмом, либо с посылкой струи чернил(краски). В обоих вариантах применяется одинаковое матричное представление.

Для умеренныхскоростей печатания (от 250 знаков в секунду до 200 строк в минуту) можноприменить матричные печатающие устройства, описанные в литературе 115, 161.

Для высокихскоростей печатания (около 600 строк в минуту) необходимы барабанные печатающиеустройства.

Всепечатающие устройства управляются по процедуре передачи информации.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ВИЗУАЛЬНЫЕПРИБОРЫ

Электронно-лучевыевизуальные приборы (дисплеи) вместе со своей клавиатурой представляют собойуниверсальные устройства для ввода и выдачи информации в системах переработкирезультатов измерений. Наряду с алфавитно-цифровым вводом и выдачей текстаони могут также наглядно показывать в графическом виде состояние процесса и ходизменения измеряемых величин. Возможны три метода:

растровый;

световогокарандаша;

профильный.

При растровомспособе, как и в телевизионной технике, выполняется развертка—электронный лучотклоняется по строчкам и столбцам. В результате формирования светлых и темныхмест при сканировании получаются отдельные точки изображения, воспроизводящиетребуемую информацию.

Приметоде светового карандаша электронный луч, вызывающий свечение присканировании, воспроизводит на экране последовательности штрихов, отображающиетребуемую информацию.

Припрофильном методе знаки (символы) изображаются масками.

В настоящеевремя -внедрен.преимущественно растровый метод, потому что для него могут бытьиспользованы дешевые черно-белые и цветные мониторы. Имеются следующиевозможности изображения: алфавитно-цифровой, полуграфический и полностьюграфический методы.

При всех трехметодах изображения, как и в телевидении, исходят из тактового растр.

В отличие отметода чересстрочной развертки бытового телевидения с двумя взаимнопереплетающимися полуизображениями нередко оба полуизображения записывают однонад другим. Вместо 625 строк в таком случае имеется только 311 строк, изкоторых вследствие искажения у краев используют только 288 строк.Есликаждая строка имеет разрешающую способность, например, 488 точек, то всеизображение представляет собой матрицу, состоящую из 129 024 точечныхизображений. Чтобы не нужно было запоминать каждую точку в отдельности, наматрицу точечных изображений накладывают полевую матрицу, состоящую из 32 строки 64 столбцов. Каждое поле может адресоваться и состоит из 7х9 точек. В каждомполе может быть изображен алфавитно-цифровой знак или символ. Знаки или символыхранятся в памяти знаков или символов и могут быть вызваны оттуда памятьювоспроизведения изображений, которая содержит жит всю структуру изображения.При изображении кривых могут быть представлены семь кривых с 256 точками каждаяс разрешающей способностью по амплитуде в 255 ступеней.

Разрешающаяспособность при полу графическом изображении, которое показано выше, нередкооказывается недостаточной. В таком случае можно перейти к полностьюграфическому изображению [181. Этим методом можно получать двухмерные(плоские) и трехмерные (объемные) изображения. Обычно применяют 512Х <512точек изображения или в системах с высокой разрешающей способностью 3024 X1024 точек. Здесь тоже применяют растровый метод с тактовым растром.

Поскольку впамять воспроизведения изображений должна быть заложена каждая точкаизображения — а при 16 цветах это -ответствует объему информации в 4 мегабит —такие дисплеи стали экономичными только после того, как появились дешевыевысокоинтегральные модульные блоки для ЗУ и быстродействующие графическиепроцессора. Графический процессор разгружает центральную ЭВМ от графическихопераций, отнимающих много времени. Для этой цели он управляется программнымикомандами высокого уровня, напримерdraw line(«начерти линию»),draw arc(«начерти дугу») и т.д..Дополнительное контрольное устройство берет на себязадачи повторения изображений, запоминания новых изображений, освежения(актуазации) памяти воспроизведения изображений.

Простейшейзадачей графического процессора является изображение какой-либо точки наэкране. Для этого, однако, должно произойти отображение(mapping)физического уровня в память которая построена последовательно из слов по 16 бит(разрядов в логический адрес на дисплее(bit mapping).

С помощью«примитива» (элементарного оператора), например вычерчивания прямой, можносформировать более сложные «примитивы». Для трехмерного изображения графическихструктур требуется дополнительная схемно-аппаратная часть, в котораяосуществлялись бы алгоритмы с большим объемом операторов умножения. Требуетсяоперационное время умножения 16х16 разрядов порядка 65 нс. Около500 конечных точек конечного изображения.

Литература:

·

Измерения в промышленности. Справочник

·

Сканирующие системы

·

Обеспечение метрологических измерений в электронике

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Теории электрической связи: Расчет приемника, оптимальная фильтрация, эффективное кодирование

29 Августа 2013