Ии Интерфейс б Шина данных

Шина

синхронизирующей

информации

Интерфейс В

ПИ

Шина управления

Контроллер

Интерфейс

Магистраль

Рис. 14.3. Схема подключения нескольких измерительных и вычисли­тельных устройств к общей магистрали

Интерфейсные части программно-управляемых приборов выпол­няют в двух вариантах:

в виде схем, реализованных и конструктивно оформленных внутри прибора как его составная часть, с установкой стандартно­го разъема на задней панели прибора (этот вариант применяется в новых приборах, выпускаемых в соответствии с действующими международными стандартами);

в виде отдельно выполненных модулей, подключаемых к серий­но выпускаемым или ранее выпущенным устройствам с выходным сигналом в виде кода. При подключении к магистрали интерфейс­ной части измерительных устройств присваивается кодированный адрес.

В магистрали несколько линий, выполняющих определенную функцию, объединены в шины интерфейса, а именно: шину данных, шину синхронизации, шину управления (рис. 14.3). Шина данных используется для передачи так называемых приборных (информа­ционных) сообщений, к которым относят сообщения о результатах и единицах измерений, последовательности (программе) измерений и т.д. По шинам синхронизации и управления передаются так назы­ваемые интерфейсные сообщения, обеспечивающие взаимодействие подключенных к магистрали устройств. К интерфейсным относятся сообщения, предписывающие этим устройствам реализацию тех или иных служебных (интерфейсных) функций, таких, как: источник информации, приемник информации, контроллер, синхронизация передачи, приема, запрос на обслуживание, параллельный опрос, очистка устройства, запуск прибора, дистанционное и местное уп­равление.

§ 14.3. Применение средств цифровой вычислительной техники в измерительных устройствах

Современный этап развития приборостроения характеризуется широким применением в составе средств измерений вычислительных устройств, построенных на базе микропроцессоров — микропроцес­сорных систем. Применением таких систем в измерительных устрой­ствах достигают двух целей: расширяют функции измерительных устройств и улучшают их характеристики.

Использование микропроцессорных систем (МПС) в средствах электрических измерений позволяет по-новому подойти к их компо­новке и алгоритмам функционирования, увеличить информационные возможности, повысить точность, надежность и быстродействие.

В области технологических измерений ведется поиск рациональ­ных решений и разработка измерительных устройств со встроенны­ми МПС.

В общем случае включение МПС в состав измерительных уст­ройств позволяет решить такие основные задачи, как:

вычисление по формулам (в том числе линеаризация, масштаби­рование, обработка результатов косвенных или совокупных измере­ний и т. п.);

вычисление по заданному алгоритму;

статистическая обработка;

анализ параметра (на максимум, минимум и т. п.);

корректировка статической характеристики (на основе методов повышения точности измерительных устройств);

автоматическая самоградуировка и самоповерка (в частности, восстановление коэффициента преобразования и корректировка ну­левого уровня сигнала);

связь с системой, к которой подключено измерительное устрой­ство;

самодиагностика;

управление измерениями;

стабилизация или программное регулирование режимных пара­метров измерительного устройства.

Однако включение МПС в состав измерительных устройств на­ряду с сообщением им несомненно новых положительных качеств приводит к существенному усложнению этих устройств. По сложно­сти измерительные устройства со встроенной МПС близки к изме­рительным системам, включающим микроЭВМ.

В качестве примеров рассмотрим структурные схемы, использу­емые в настоящее время для создания измерительных устройств технологических параметров (рис. 14.4). Наиболее широкое приме­нение имеет схема (рис. 14.4, а), реализующая метод вспомогатель­ных измерений (см. гл. 3). В работе измерительного устройства, построенного по такой схеме, используется информация об основном (измеряемом) параметре П и вспомогательных параметрах П1, П2 — влияющих величинах (окружающая температура, атмосфер­ное давление и т. п.). Учет с помощью МПС через функции влияния действия влияющих величин обеспечивает уменьшение погрешности измерительного устройства. По такой схеме строятся устройства для измерения давления, температуры, уровня, расхода, объема и др. При этом измерения основного и вспомогательного парамет­ров могут осуществляться методом прямого и уравновешивающего преобразования.

На рис. 14.4, б показана структурная схема измерительного уст­ройства со встроенной МПС, обеспечивающая реализацию измере­ний по методам образцовых сигналов и совместных измерений (см.гл. 3).

Измерительная часть данного устройства осуществляет изме­рение параметра П, меры (набора мер) М, а также совместное измерение параметра Я и набора мер. Обработка информации и управление процессом измерения осуществляет МПС.

Измерительное устройство, построенное по схеме (рис. 14.4, в), включает в свой состав операционный узел ОУ, в котором с помо­щью устройства формирования управляющих воздействий УФУВ по командам МПС осуществляются необходимые для выполнения измерения переключения элементов, в результате которых форми­руется воздействие (воздействия) измеряемого параметра П на чувствительный элемент ЧЭ.

хемы (рис. 14.4, б, в) находят применение при создании изме­рительных устройств массы, объема, плотности жидких сред и др. [32].

Н аиболее эффективным применением МПС считается их исполь­зование в средствах аналитической техники, где наряду с измерени­ем основного и ряда вспомогательных параметров требуется осуще­ствлять управление (логическое и аналоговое) узлами аналитиче­ского устройства и проводить в большом объеме вычисления, свя­занные с обработкой информации.

Рис.14.4. Структурные схемы устройств для технологических измерений со встроенной МПС:

ЧЭ, ЧЭ1, ЧЭ2 – чувствительные элементы: ППЭ, ППЭ1, ППЭ2 – промежуточные преобразовательные элементы: У, У1, У2 – усилители: ЭК – электрический коммутатор: ИФУ – интерфейсное устройство: М – мера (набор мер) : УФУВ – устройство формирования управляющих воздействий :ОУ – операционный узел: АЦП – аналогово-цифровой преобразователь: ЧЦП – частотно-цифровой преобразователь: ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь: МПС – микропроцессорная система: И–индикатор цифровой

Рис.14.5. Структурные схемы анализаторов качества со встроенным МПС:

АУ, АУ₁, АУ₂, … АУ_n – аналитические устройства: Д, Д₁, Д₂ ,…Д_n – детекторы:

БИП – блок измерения параметров аналитических устройств (остальные обозначения приведены на рис 14.4)

Таблица 14.1

Параметры химико-технологических процессов, измеряемые с помощью измерительных устройств со встроенными МПС

Измеряемый параметр	Вспомогательный измеряемый параметр	Информация, сохраняемая в памяти вычислительного устройства
Давление	Температура ЧЭ давления	Статические характеристики ЧЭ давления и температуры. Функция влияния температуры на сигнал измерительного устройства
Расход (по пере­паду давления на сужающем устройстве)	Температура ЧЭ пе­репада давлений	Статические характеристики сужающего устройства, ЧЭ перепада давле­ний и температуры. Функция влияния температуры на сигнал измерительного устройства
Температура (термоэлектриче­ским ЧЭ)	Температура «хо­лодного спая»	Статические характеристики термо­электрических ЧЭ и терморезисторов для измерения температуры «холодно­го спая»
Температура (пирометром спектрального отноше­ния)		Статическая характеристика фото­метра, длины волн, принятые для определения спектрального отноше­ния
Объем жидкости в резервуаре (по уровню)	Температура ЧЭ уровня	Статические характеристики ЧЭ уровня и температуры. Функции влияния температуры на сигнал измерительного преобразова­теля уровня. Тарировочная характеристика ре­зервуара
Масса жидкости в резервуаре (по гидростатическому давлению)	Температура ЧЭ давления	Статические характеристики ЧЭ давления, температуры. Функции влияния температуры на сигнал измерительного преобразовате­ля давления. Тарировочные характеристики резер­вуара
Физико-химиче­ские свойства, по­казатели качества, концентрация, со­став	Температура анали­тического устройства, расход и давление анализируемого, вспо­могательного и образ­цового веществ, ат­мосферное давление, режимные параметры электрических цепей	Статические характеристики ЧЭ тем­пературы, давления, расхода, тока, напряжения. Функции влияния для параметров, по которым осуществляется коррек­ция статической характеристики ана­лизатора. Справочные данные и константы, необходимые для обработки измери­тельной информации, и др.

На рис. 14.5, а показана обобщенная структурная схема автома­тического анализатора качества. В анализаторах, осуществляющих измерение одного параметра, основной сигнал измерительной информации формируется в аналитическом устройстве АУ с помо­щью того или иного детектора Д. Для уменьшения погрешности анализатора и обеспечения его нормального функционирования с помощью ряда чувствительных элементов осуществляется измере­ние ряда параметров, по значениям которых корректируется стати­ческая характеристика, стабилизируются режимные параметры аналитического устройства и осуществляются необходимые для проведения анализа переключения. Две последние функции реали­зуются МПС через УФУВ. В аналитический блок помимо анализи­руемого и вспомогательного (ВВ) веществ предусматривает­ся возможность подачи образцового вещества (0В), что обеспечи­вает периодическую самоградуировку анализатора.

В анализаторах (рис. 14.5, б), реализующих многопараметриче­ские методы анализа состава (см. гл. 12), используется несколько аналитических устройств с соответствующими детекторами.

Все необходимые измерения вспомогательных и режимных пара­метров осуществляются блоком измерения параметров аналитиче­ских устройств БИП, который коммутируется с блоком ЭК (на рис. 14.5, б связь между БИП не показана). Сигналы, необходимые для управления работой этих устройств, и стабилизация их режим­ных параметров вырабатываются МПС и поступают к аналитиче­ским устройствам через УФУВ. В табл. 14.1 приведены технологи­ческие параметры, для которых уже сейчас созданы измерительные устройства со встроенными микропроцессорными системами.