Приборы общего и специального назначения со встроенными микропроцессорами для измерения физических величин

Функции микропроцессоров в измерительных приборах. Цифровые вольтметры постоянного тока с время - импульсным преобразованием. Назначение, принцип действия и устройство цифровых частотомера, спидометра, термометра электронного весового оборудования.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет) Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Златоусте

Факультет «Техники и технологии»

Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных процессов»

Реферат по метрологии по теме: «Приборы общего и специального назначения со встроенными микропроцессорами для измерения физических величин» Вариант №04

Выполнил:

студент группы ФТиТ-203 /Галиуллин Д. В./

Златоуст 2014

План

Введение

1. Функции микропроцессоров в измерительных приборах

2. Цифровые вольтметры постоянного тока с время - импульсным преобразованием

3. Цифровой частотомер

4. Цифровой спидометр

5. Цифровой термометр

6. Цифровые весы

Выводы

Список использованной литературы

Аннотация

В данном реферате рассмотрены преимущества использования микропроцессоров в измерительной технике. Рассмотрены измерительные приборы, в которых используются микропроцессоры. Работа производилась на основании источников посвященным измерительным приборам и микропроцессоров. Реферат предназначен для студентов технических специальностей, желающих получить знания по метрологии.

микропроцессор цифровой электронный прибор

Введение

Микропроцессорная техника получает все большее применение в приборостроении. Применение микропроцессоров (МП) преобразует измерительные приборы в «интеллектуальные» устройства, способные производить необходимую математическую обработку измерительной информации и представлять ее в наиболее удобном для восприятия виде.

В случаях, когда измерительные приборы выполняются в виде отдельных устройств, не связанных с информационно-измерительной системой, микропроцессоры обеспечивают весь необходимый комплекс обработки информации. В случаях, когда прибор входит в качестве звена в информационно-измерительную систему, микропроцессор производит либо полную обработку информации, либо предварительную обработку данных, оставляя задачи полной обработки информации за вычислительной частью информационно-измерительной системы.

Кроме задач математической обработки измерительных параметров микропроцессор выполняет функции управляющего устройства, обеспечивающего .подключение необходимых элементов приборов, прием командных сигналов, передачу выходных данных и др.

В зависимости от типов измерительного прибора и примененного микропроцессора возможна различная структура «интеллектуального» прибора. Возможно применение в приборе нескольких микропроцессоров, один из которых выполняет функции управления, в то время как другие выполняют задачи обработки информации.

Микропроцессоры получают значительное применение во всех основных направлениях развития информационно-измерительной техники.

1. Функции микропроцессоров в измерительных приборах

В приборах для измерения электрических и неэлектрических величин микропроцессоры выполняют следующие основные функции:

1) автоматическую установку пределов измерения, корректировку аддитивных и мультипликативных погрешностей;

2) автоматическое управление процессом уравновешивания в приборах сравнения постоянного и переменного токов;

3) первичную обработку данных -- определение отклонений от номинальных значений, определение моментов приближения к граничным условиям, вычисление отношений максимума-минимума, именованных значений отсчетов, умножение и деление на константы;

4) статистическую обработку данных: определение средних значений контролируемых величин за определенные интервалы времени, вычисление вариаций, дисперсий, средних квадратических значений и др.;

5) обработку данных по упрощенным алгоритмам: определение контролируемых параметров по измеренным значениям и известным зависимостям--определение расхода с вычислением по формулам, определение температур с учетом нелинейности характеристик термоэлементов и температуры окружающей среды, сглаживание полученных значений и др.;

6) обработку данных по алгоритмам, реализующим метод измерения: определение скоростей движения и значений расхода на основе корреляционных методов, определение параметров объекта на основе спектрального анализа сигналов и др.;

7) регистрацию данных в буферных (транзитных) регистраторах: управление частотой отсчетов, рациональное использование буферной памяти, подготовку данных к передаче в блоки основной регистрации;

8) визуализацию и регистрацию данных на осциллографах и дисплеях: управление процессом визуализации, организацию памяти, формирование знаков, управление цветом, формирование маркерных меток и др.;

9) диагностику функциональных узлов приборов: определение перед началом измерения исправности основных узлов сложных приборов, организацию тестов контроля и индикацию неисправностей;

10) управление работой узлов, выполняющих отдельные функции измерительного преобразования, в частности работой аналого-цифрового преобразователя и др.;

11) полное управление процессом измерения по заданной программе, включая управление внешними блоками, дополнительными устройствами (в том числе переключателями, вентилями, микродвигателями), для приборов, измеряющих неэлектрические величины.

Указанные выше области применения микропроцессоров в измерительных приборах относятся к отдельным приборам, не входящим в систему. В приборах, входящих в измерительную систему, микропроцессоры используются также для связи приборов в единый комплекс, кодирования и декодирования данных, передаваемых по каналам связи, повышения надежности системы путем защиты данных от искажений, сжатия данных и других задач, характерных для информационно-измерительных систем.

2. Цифровые вольтметры постоянного тока с время - импульсным преобразованием

Измеряемое постоянное напряжение преобразуется в интервал времени, который измеряется цифровым измерителем путем заполнения интервала счетными импульсами. Число импульсов, сосчитанное счетчиком измерителя, пропорционально напряжению. Цифровое отсчетное устройство показывает непосредственно измеряемое значения напряжения.

Напряжение измеряется циклами, задаваемыми схемой управления. В зависимости от ее структуры управление осуществляется вручную или автоматически, измерения могут быть однократными или периодически повторяющимися, с выдержкой результата или автоматическим его сбросом.

Схема цифрового вольтметра с время - импульсным преобразователем

В начале цикла импульс, посылаемый схемой управления (тактовый импульс), сбрасывает на нуль показание счетчика, полученное во время предыдущего цикла, и запускает генератор пилообразного напряжения. В результате сравнения пилообразного напряжения с нулевым уровнем в схеме сравнения 2 и с постоянным напряжением U_изм в схеме сравнения 1 возникают импульсы 1 и 2 (рис. а, б и в), разделенные интервалом времени ?t, пропорциональным U_изм.

Этот интервал измеряется цифровым измерителем (рис. г, д, е).

Благодаря использованию микропроцессоров в цифровых вольтметрах, мы получаем следующие преимущества:

- высокая точность измерений;

- широкий диапазон измеряемых значений напряжений;

- индикация результатов измерений в цифровой форме;

- возможность автоматического выбора шкал и полярности, подключения цифропечатающего устройства для механической регистрации результата, ввода информации об измеряемых величинах в ПК, применения для телеизмерений, превращения в измеритель сопротивлений или измеритель отношений двух напряжений.

Графики, поясняющие работу время - импульсного цифрового вольтметра

3. Цифровой частотомер

Примером такого измерительного прибора может стать пятиразрядный частотомер с цифровой индикацией результатов измерения, разработанный в радиокружке станции юных техников г. Березовский Свердловской области под руководством В. Иванова. Прибор позволяет измерять частоту электрических колебаний в пределах 100...99999 Гц и может быть использован для настройки различных генераторов, электронных часов, устройств автоматики. Амплитуда входного сигнала -- 1...30 В.

Структурная схема частотомера показана на рисунке 130. Его основные элементы: формирователь импульсного напряжения сигнала fх измеряемой частоты, генератор образцовой (эталонной) частоты, электронный ключ, счетчик импульсов с блоком цифровой индикации и управляющее устройство, организующее работу прибора. Принцип его действия основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени, равного в данном приборе 1 с. Этот необходимый измерительный интервал времени формируется в блоке управления.

Структурная схема цифрового частотомера

Сигнал fх, частоту которого надо измерить, подают на вход формирователя импульсного напряжения. Здесь он преобразуется в импульсы прямоугольной формы, частота следования которых соо...