1081

Обозначение классов точности производится в зависимости от способов задания пределов допускаемой основной погрешности.

Если класс точности выражается приведенной (2.40) или относительной (2.39) погрешностью, применяются соответственно следующие обозначения: 1,5 и 1,5 (обозначения приведены для класса точности 1,5).

В наиболее распространенных случаях обозначение класса точности дает информацию о пределе допускаемой основной погрешности. Числовые значения для классов точности выбирают из ряда предпочтительных чисел.

Для измерительных приборов и преобразователей, применяемых для технических измерений, как правило, нормальные условия эксплуатации выбирают так, что в большинстве случаев исключается необходимость нормирования дополнительной погрешности. Поэтому класс точности однозначно определяет точность этих средств измерений.

2.6.2. Нормирование метрологических характеристик измерительных систем

Особенности систем автоматизации с метрологической точки зрения по сравнению с отдельными измерительными устройствами следующие:

1)пространственная распределенность технических средств, поэтому изделия системы находятся в различных условиях эксплуатация;

2)наличие каналов связи, подверженных воздействию помех;

3)многофункциональность и многоканальность, следовательно, наличие измерительных коммутаторов, промежуточных преобразователей, взаимное влияние каналов;

4)наличие возможности изменения или развития структуры системы в процессе эксплуатации – гибкость;

5)связь с органами управления, регулирования и вычислительной техникой;

6)работа преимущественно в динамическом режиме;

7)длительное непрерывное функционирование;

61

8) невозможность полного отключения системы и ее отдельных устройств для профилактических работ без остановки технологического процесса.

Вышеперечисленные особенности усложняют проблему нормирования метрологических характеристик систем.

На практике определение погрешности измерения АСУ ТП и ин- формационно-измерительных систем осуществляется двумя способами:

1)по метрологическим характеристикам систем, являющихся составной частью более сложных систем;

2)по метрологическим характеристикам отдельных средств измерения, входящих в системы.

Системы автоматизации, в целях определения метрологических

иточностных характеристик, подвергаются государственным, межведомственным, ведомственным и приемо-сдаточным испытаниям.

В структурных схемах измерительных систем можно выделить цепочки, состоящие из измерительных преобразователей, каналов связи и вторичных приборов. Если для каналов связи нормированы те же характеристики, что и для измерительных преобразователей

иприборов, то можно представить систему как последовательное соединение нескольких преобразователей.

Функция преобразования измерительной системы через известные функции преобразования отдельных преобразователей может быть в общем случае записана в виде

Если функции преобразования указанных преобразователей линейны, функция преобразования измерительной системы имеет вид

где Ki – коэффициент преобразования i-го преобразователя. Динамические свойства измерительной системы определяются

динамическими свойствами входящих в ее состав преобразователей. С позиций теории автоматического регулирования измерительную

62

систему можно рассматривать как последовательное соединение ряда динамических звеньев. Поэтому ее передаточную функцию можно представить произведением передаточных функций преобразователей:

Для измерительных систем обычно нормируются те же метрологические характеристики, что и для измерительных устройств. В то же время следует подчеркнуть, что до сих пор не найдено теоретически обоснованное и практически целесообразное решение задачи нормирования метрологических характеристик измерительных систем.

При выполнении технических измерений имеется лишь информация о метрологических характеристиках измерительных устройств, входящих в измерительную систему. Обычно эта информация представляется в виде класса точности, что для измерительных устройств, используемых для технологических измерений, соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности. Поэтому для приближенной оценки приведенной погрешности измерительной системы из n включенных последовательно преобразователей с линейными функциями преобразования используют выражение

i 1

где i – приведенная погрешность i-го преобразователя.

Оценка погрешности измерительных систем, полученная с помощью выражения (2.45), является максимальной, так как предполагает одновременное появление максимальных погрешностей одного знака при любых значениях измеряемой физической величины у всех измерительных преобразователей, составляющих конкретную измерительную систему. Для получения более реальной погрешности измерительных систем суммирование приведенных погрешностей преобразователей осуществляется вероятностным методом

63

n

i 1

При этом предполагается, что погрешности всех преобразователей независимы, закон распределения погрешностей для каждого из преобразователей является равномерным, значение предела допускаемой приведенной погрешности определяет границы этого распределения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие существуют виды средств измерения?

2.Что такое образцовое средство измерения?

3.Что такое рабочее средство измерения?

4.В чем отличие измерительной системы от измерительной установки?

5.Какие основные составные части измерительных устройств?

6.Какова структурная схема прибора прямого преобразования?

7.Какова структурная схема прибора сравнения?

8.Какова структурная схема прибора с электрической отрицательной обратной связью (ООС)?

9.Какова структурная схема прибора с компенсацией погрешностей?

10.Какую структуру имеют схемы измерительных систем?

11.Какие статические характеристики имеют измерительные устройства?

12.Какие динамические характеристики свойственны измерительным устройствам?

13.По каким признакам классифицируются инструментальные погрешности?

14.В чем отличие систематической и случайной составляющей инструментальной погрешности?

15.Какие виды инструментальной погрешности свойственны нормальным и рабочим условиям применения?

64

16.Как определяется абсолютная, относительная и приведенная погрешность измерительных приборов?

17.Как определяется абсолютная, относительная и приведенная погрешность измерительных преобразователей?

18.Как оценивается приведенная погрешность измерительных систем?

65

3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Измерительные информационные системы (ИИС) – совокуп-

ность функционально объединенных измерительных, вычислительных

ивспомогательных технических средств для получения измерительной информации, преобразования, обработки с целью представления потребителю, в том числе ввода в АСУ ТП, либо для автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностики, идентификации.

Назначение ИИС – целенаправленное оптимальное ведение измерительного процесса и обеспечение смежных систем и систем высшего уровня достоверной информацией.

Основные функции ИИС – получение измерительной информации от объекта исследования, обработка, передача, предоставление информации оператору или ЭВМ, запоминание, отображение

иформирование управляющих воздействий.

Назначение измерительной информационной системы, необходимые функциональные возможности, технические характеристики и другие требования определяются объектом исследования, для которого данная система создается.

Разновидности реализации ИИС в зависимости от выполняемых функций:

–измерительная система;

–система автоматического контроля;

–система технической диагностики;

–система распознавания образов (идентификации);

–телеизмерительная система.

Всистемы автоматического контроля, технической диагностики

ираспознавания образов измерительная система входит как подсистема.

66

3.1.1. Поколения измерительных информационных систем

Первое поколение – формирование концепции ИИС и системная организация совместной автоматической работы средств получения, обработки и передачи количественной информации.

Системы первого поколения – это системы в основном централизованного циклического получения измерительной информации с элементами вычислительной техники на базе дискретной полупроводниковой техники. Этот период (конец 50-х – начало 60-х годов) принято называть периодом детерминизма, так как для анализа в ИИС использовался хорошо разработанный аппарат аналитической математики.

Второе поколение – использование адресного сбора информации и обработка информации с помощью встроенных ЭВМ.

Элементную базу здесь представляют микроэлектронные схемы малой и средней степени интеграции. Этот период (70-е годы) характерен решением целого ряда вопросов теории систем в рамках теории случайных процессов и математической статистики, поэтому его принято называть периодом стохастичности.

Третье поколение – широкое введение в ИИС БИС, микропроцессоров и микропроцессорных наборов, микроЭВМ и промышленных функциональных блоков, совместимых между собой по информационным, метрологическим, энергетическим и конструктивным характеристикам, а также создание распределенных ИИС.

Этот период характерен тем, что появились адаптивные ИИС. Четвертое поколение – появление гибких перестраиваемых про-

граммируемых ИИС в связи с развитием системотехники и вычислительной техники.

В элементной базе резко возрастает доля интегральных схем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Пятое поколение – это интеллектуальные и виртуальные измерительные информационные системы, построенные на базе ПЭВМ и современного математического и программного обеспечения.

Пятое поколение – современный этап развития ИИС.

67

3.1.2. Классификация ИИС

Измерительные информационные системы обычно классифицируют (по Н.П. Цапенко) по следующим характеристикам:

1. По разновидности входных величин (см. табл. 3.1).

2. По выходной информации:

–измерительные системы – на выходе количественная измерительная информация;

–контрольно-диагностические и распознающие системы –

на выходе количественные суждения о состоянии объекта. 3. По принципам построения (см. табл. 3.2).

68

О к о н ч а н и е т а б л . 3 . 2

По способу организации передачи информации между функциональными блоками различают цепочечную, радиальную и магистральную структуры измерительных информационных систем

(рис. 3.1).

ФБ1 ФБ2 ... ФБn Цепочечная

Контроллер

Рис. 3.1. Основные структуры измерительных информационных систем

69

3.1.3. Требования, предъявляемые к ИИС

Состав и структура конкретной информационно-измеритель- ной системы определяется: 1) общими техническими требованиями, установленными ГОСТ; 2) частными требованиями, содержащимися в техническом задании на ее создание.

Общие требования, предъявляемые к ИИС. Измерительная информационная система должна:

1)выполнять возложенные на нее функции в соответствии с назначением и целью;

2)управлять измерительным процессом в соответствии с принятым критерием функционирования;

3) обладать требуемыми показателями точности, надежности

ибыстродействия;

4)быть приспособленной к функционированию с измерительными информационными системами смежных уровней иерархии, другими ИИС и ИВК, т.е. обладать свойствами технической, информационной и метрологической совместимости;

5)отвечать экономическим требованиям, предъявляемым к способам и форме представления информации, размещения технических средств;

6)допускать возможность дальнейшей модернизации и развития.

3.1.4. Основные компоненты ИИС

Процессом функционирования измерительной информационной системы является целенаправленное преобразование входной информации в выходную информацию.

Это преобразование выполняется либо автоматически комплексом технических средств (КТС), либо совместно – оперативным персоналом и КТС в сложных информационно-измерительных системах.

Упрощенная схема взаимодействия основных компонентов ИИС представлена на рис. 3.2.

Организационное обеспечение – инструкции и правила, опре-

деляющие оптимальное совместное функционирование оперативного персонала и КТС.

70