13. Опишите основные принципы компьютерного моделирования работы измерительных информационных систем.

Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения физических систем. Часто компьютерные модели проще и удобнее исследовать, они позволяют проводить вычислительные эксперименты, реальная постановка которых затруднена или может дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемых объектов, исследовать отклик физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.

Компьютерное моделирование требует абстрагирования от конкретной природы явлений, построения сначала качественной, а затем и количественной модели. За этим следует проведение серии вычислительных экспериментов на компьютере, интерпретация результатов, сопоставление результатов моделирования с поведением исследуемого объекта, последующее уточнение модели и т.д.

К основным этапам компьютерного моделирования относятся: постановка задачи, определение объекта моделирования; разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия; формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы; планирование и проведение компьютерных экспериментов; анализ и интерпретация результатов.

Принципы моделирования состоят в следующем:

1. Принцип информационной достаточности. При полном отсутствии информации об объекте построить модель невозможно. При наличии полной информации моделирование лишено смысла. Существует уровень информационной достаточности, при достижении которого может быть построена модель системы.

2. Принцип осуществимости. Создаваемая модель должна обеспечивать достижение поставленной цели исследования за конечное время.

3. Принцип множественности моделей. Любая конкретная модель отражает лишь некоторые стороны реальной системы. Для полного исследования необходимо построить ряд моделей исследуемого процесса, причем каждая последующая модель должна уточнять предыдущую.

4. Принцип системности. Исследуемая система представима в виде совокупности взаимодействующих друг с другом подсистем, которые моделируются стандартными математическими методами. При этом свойства системы не являются суммой свойств ее элементов.

5. Принцип параметризации. Некоторые подсистемы моделируемой системы могут быть охарактеризованы единственным параметром: вектором, матрицей, графиком, формулой.

1. Опишите основные типы датчиков, используемых в измерительных информационных системах.

1. Темперутурные датчики

Температурные датчики. Среди прочих датчиков температурные отличаются особенно большим разнообразием типов и являются одним из самых распространненых.

Терморезисторы сопротивления которых изменяется под влиянием температуры, используются довольно часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой стоимости датчиков данного типа. Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры).

Термопары особенно широко применяются в области измерений. В них используется эффект Зеебека: в спае из разнородных металлов возникает ЭДС, приблизительно пропорциональная разности температур между самим спаем и его выводами.

2. Оптические датчики Эти датчики можно разделить на четыре типа:  на основе эффектов фотоэлектронной эмиссии,  фотопроводимости, фотогальванического и пироэлектрических.

Фотогальваническая эмиссия,  или внешний фотоэффект - это испускание  электронов при падении света физическое тело. .

Эффект фотопроводимости,  или внутренний фотоэффект - это изменение электрического сопротивления физического тела при облучении его светом.

Фотогальванический эффект заключается в возникновении  ЭДС  на выводах p-n-перехода в облучаемом светом полупроводнике

Пироэлектрические эффекты - это явления,  при которых  на  поверхности физического тела вследствие изменений поверхностного температурного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. 

3. Датчики давления В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и они находят весьма широкое применение. Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости  и  др.  В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел,  например диафрагмы,  трубки  Прудона,  гофрированной мембраны.  Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики давления  имеют  на  выходе  электрический сигнал,  но сравнительно сложны в изготовлении.

В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры.

4. Датчики влажности и газовые анализаторы 

Влажность - физический  параметр,  с  которым,  как и с температурой,  человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков не было в течение длительного периода.  Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский волос,  удлиняющиеся или укорачивающиеся при изменении влажности. В настоящее время для определения  влажности  используется  полимерная  пленка, покрытая хлористым литием,  набухающим от влаги

Газовые датчики  широко  используются  на  производственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних  помещениях  - для обнаружения утечки горючего газа.  Газовые датчики могут быть  выполнены на основе МОП-транзисторов,  гальванических элементов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интерференции,  поглощения  инфракрасных  лучей  и т.д.

5. Магнитные датчики. Главной особенностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом, но в отличие от оптических этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению.