- •ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И МЕТРОЛОГИИ
- •СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
- •Погрешности измерений и средств измерений
- •▲НАЛОГОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
- •Магнитоэлектрические приборы
- •Электромагнитные приборы
- •Электродинамические приборы
- •Электростатические приборы
- •Индукционные приборы
- •ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
- •АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
- •ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
- •Структура микропроцессорного прибора
- •Микропроцессор
- •ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
- •Ф = arcsin {уо!В).
Глава 6
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
6.1. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ПРИБОРЫ
Микропроцессоры нашли широкое применение в контрольно-из мерительной технике. Микропроцессоры, разработки которых ста новятся все более разнообразными, а производство непрерывно рас тет, служат также основой создания новых поколений электронных вычислительных машин (микроЭВМ), производство которых про грессирует благодаря достижениям в области технологии БИС и сверхбольших интегральных схем (СБИС). Благодаря этому появи лась возможность разработки одно- и многокристальных микропро цессоров и микроЭВМ, отличающихся низкой стоимостью, малыми размерами, высокой надежностью и низким потреблением энергии
[2].
Применение микропроцессоров в измерительной технике позво ляет резко повысить точность приборов, значительно расширить их возможности, повысить надежность и увеличить быстродействие. Кроме того, благодаря применению микропроцессоров достигаются многофункциональность приборов, автоматизация регулировок, самоблокировка и автоматическая поверка, упрощается управление процессом измерения, улучшаются метрологические характеристи ки приборов, появляется возможность выполнения вычислительных процедур и статистической обработки результатов наблюдений, соз даются программируемые полностью автоматизированные приборы. Радикально изменилась структура построения приборов: микропро цессор стал основной частью собственно прибора, что привело к из менению конструкции и схемных решений, компоновки, управления, включению обработки данных в измерительную процедуру, выпол няемую без участия экспериментатора.
Повышение точности, например, достигается при автоматиче ской компенсации (исключения) систематической погрешности, в ча стности, автоматической установки нуля перед началом измерения; автоматическом выполнении градуировочной операции (самоблоки ровки); выполнении самоконтроля; уменьшении влияния случайных погрешностей в результате проведения многократных наблюдений и последующего усреднения их результатов; выполнении и исключе нии грубых погрешностей; выведении на экран дисплея информации о числовых погрешностях по ходу измерения.
Использование косвенных методов позволяет в приборах с микро процессорами существенно расширить возможность измерений широ кого перечня параметров. Так, для измерения цифровым микропро цессорным вольтметром мощности Р, рассеиваемой на нагрузке R (Р = UVR), достаточно нажать клавишу Р (мощность); по этой
команде прибор автоматически в соответствии с заданной програм мой выбирает режим измерений, т. е. вначале измеряется сопротив ление нагрузки и запоминается полученный результат, затем изме ряется напряжение на нагрузке, после чего вычисляется мощность и найденное значение мощности выдается на дисплей.
Несмотря на расширившиеся возможности микропроцессорных приборов, управление ими упростилось благодаря тому, что при кно почной (клавиатурной) системе управления каждая клавиша управ ляет аналоговыми схемами косвенным образом — через микропро цессор, а уже последний селектирует различные сочетания сигналов, вводимых при нажатии клавиш.
Многие микропроцессорные приборы позволяют автоматически выполнять запрограммированные функциональные преобразования, а именно:
умножение найденного значения А на константу С; получение отклонения результата измерения А от номинального-
значения Лном (абсолютного А — Лпом и относительного, выражен ного в процентах по отношению к номинальному значению);
смещение, предполагающее вычитание константы из результатовизмерений;
вычисление отношений (деление на константу, нахождение част ного от деления одного результата измерения на другой);
представление результата измерения в логарифмических еди ницах;
линеаризация зависимостей; вычисление произвольных математических соотношений;
формирование оценок вероятностных характеристик (среднего значения, среднего квадратического значения, дисперсии, коэффи циента корреляции и др.).
В ЦИП наиболее часто систематические погрешности обусловле ны смещением нуля, несоответствием реального значения коэффи циента передачи тракта сигнала номинальному значению, влиянием характеристики АЦП. Для исключения смещения нуля, например, в цифровом вольтметре его входные зажимы замыкаются накоротко и присоединяются к точке с нулевым потенциалом (заземляются). При этом число, получаемое на выходе АЦП, характеризует смеще ние нуля. Оно запоминается и вычитается из показания прибора в процессе измерений.
Для учета случайных погрешностей используют вероятностные характеристики: среднее значение (математическое ожидание) и среднее квадратическое отклонение. Так как обычно число наблю дений всегда ограничено, то реально пользуются оценками статисти ческих характеристик. Например, при оценке среднего значения микропроцессорная система, входящая в состав прибора, накапли вает результаты многократных наблюдений и затем обрабатывает их в соответствии с выражением (28). Аналогичным образом вычисля ется оценка среднего квадратического отклонения случайной по