Скачать презентацию 6 2 Измерение температур Методы измерения температуры можно Скачать презентацию 6 2 Измерение температур Методы измерения температуры можно

2.Инжен. экспер (лекции 73-133).ppt

  • Количество слайдов: 61

6. 2 Измерение температур Методы измерения температуры можно разделить на две группы: • контактные; 6. 2 Измерение температур Методы измерения температуры можно разделить на две группы: • контактные; • бесконтактные. В контактных методах требуется непосредственный контакт первичного преобразователя с контролируемым объектом или средой. Бесконтактные методы позволяют измерять температуру на расстоянии от контролируемого объекта или среды. Все средства измерения, предназначенные для измерения темпе ратуры контактным методом, называются термометрами, а для измерения температуры бесконтактным методом — пирометрами. В состав термометра, как правило, входят термопреобразователь, линия связи и измерительный прибор. В состав пирометра часто входит пирометрический преобразователь. 73

6. 2. 1 Методы и средства измерения температуры 74 6. 2. 1 Методы и средства измерения температуры 74

75 75

6. 2. 1 Термометры расширения 1. Жидкостные стеклянные термометры Основная масса выпускаемых термометров по 6. 2. 1 Термометры расширения 1. Жидкостные стеклянные термометры Основная масса выпускаемых термометров по своей конструкции делится на две группы: • термометры с вложенной шкалой, у которых шкальная пластина вставлена внутрь оболочки и жестко скреплена с капилляром; • термометры палочного типа, у кото рых шкала нанесена непосредственно на внешнюю поверхность толстостенного капилляра. По способу применения термометры рассчитаны: • На частичное погружение в контролируемую среду (неполное погружение), • На погружение до считываемой температуры (полное погружение). По назначению жидкостные термометры подразделяются на: • лабораторные; • технические (производственные); • рабочие эталоны (образцовые). 76

Лабораторные ртутные термометры а — с вложенной шкалой: 1 — стеклянный резервуар; 2 — Лабораторные ртутные термометры а — с вложенной шкалой: 1 — стеклянный резервуар; 2 — капилляр; 3 — шкальная пластина; 4 — стеклянная оболочка. б — палочный: 1— резервуар; 2 — толстостенный капилляр; 3 — шкала на наружной поверхности капилляра. 77

Технические стеклянные термометры а — прямой; б — угловой. а б 78 Технические стеклянные термометры а — прямой; б — угловой. а б 78

Манометрический термометр 1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — манометр Конструктивно манометрический термометр Манометрический термометр 1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — манометр Конструктивно манометрический термометр состоит из термобаллона 1, погружаемого в контролируемую среду, манометра 3 для измерения давления и соединяющего их капилляра 2. Такие термометры используются для измерения температур от 200 до 600 °С 79

Биметаллический термометр с винтовой пружиной Биметаллическая пластина легла в основу двух различных измерительных элементов Биметаллический термометр с винтовой пружиной Биметаллическая пластина легла в основу двух различных измерительных элементов : • винтовая пружина; • спиральная пружина. Диапазоны показаний лежат между 70 и 600 °С при измерениях с классом точности 1 или 2, 5 80

6. 2. 2 Термопреобразователи сопротивления Термометром сопротивления называется комплект для измерения температуры, включающий термопреобразователь, 6. 2. 2 Термопреобразователи сопротивления Термометром сопротивления называется комплект для измерения температуры, включающий термопреобразователь, основанный на зависимости электрического сопротивления от температуры, и вто ричный рибор, показывающий значение температуры в зависимости п от измеряемого сопротивления а — термопреобразователь с Схемы термометров сопротивления вторичным прибором; б — термопреобразователь с нормирующим преобразователем; ТС — термопреобразователь сопротивления; ВП, ВП 1, ВП 2 — вторичные приборы; ЛC — линии связи; НП — нормирующий преобразователь; БРТ — блок размножения 81 токового сигнала.

Платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП) используются для измерения температуры в интервале ( 260. . . Платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП) используются для измерения температуры в интервале ( 260. . . 1100) °С. Чувствительный элемент платинового термопреобразователя 1 -платиновые спирали; 2 керамический каркас; 3 - изоляционный порошок; 4 выводы; 5 -глазурь; 6 - металлическая оболочка Медные термопреобразователи сопротивления (ТСМ) применяются длительного измерения температуры в интервале от 200 до 200 °С. Чувствительные элементы медных термопреобразователей а- с каркасной намоткой: 1 намотка; 2 каркас; 3 слой лака; 4 защитная обо лочка, 5 - выводы, б- с бескаркасной намоткой: 1 — намотка; 2 фторопластовая оболочка; 3 защитная оболочка; 4 изолирующий порошок; 5 выводы 82

Устройство термопреобразователя сопротивления с головкой и без крепежных деталей 1 — чувствительный элемент; 2 Устройство термопреобразователя сопротивления с головкой и без крепежных деталей 1 — чувствительный элемент; 2 — защитная арматура; 3 — выводы; 4 — изоляция; 5 — герметик; 6 — головка; 7 — клеммная сборка; 8 — зажимы; 9 — жилы кабеля; 10 — кабель; 11 — гайка 83

Структурная схема измерительного преобразователя температуры SITRANS TK L ТС – термопреобразователь сопротивления; У –усилитель; Структурная схема измерительного преобразователя температуры SITRANS TK L ТС – термопреобразователь сопротивления; У –усилитель; АЦП –аналого цифровой преобразователь; МП микропроцессор; ЦАП цифроаналоговый преобразователь. 84

6. 2. 3 Термоэлектрические преобразователи Термопара — это соединение двух разнородных проводников — электродов. 6. 2. 3 Термоэлектрические преобразователи Термопара — это соединение двух разнородных проводников — электродов. Для практического использования термопары ее электроды должны быть изолированы и помещены в защитную арматуру. Такая конструкция называется термоэлектрическим преобразователем. По определению «термоэлектрический преобразователь» (ТЭП) — это термопреобразователь, действие которого основано на зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры. В соответствии с ГОСТ Р 50431 92 ТЭП имеют следующие обозначения: • ТВР(А) вольфрамрений вольфрамрениевые; • ТПР(В) платинородий платинородиевые; • TПП(S, R) платинородий платиновые; • ТХА(К) хромель алюмелевые; • TXK(L) хромель копелевые; • ТХК(Е) хромель константановые; • THH(N) никросил нисиловые; • ТМК(Т) медь константановые; • ТЖК(J) железо константановые. 85

 Номинальная статическая характеристика (НСХ) термопреобразовталей – зависимость термо. ЭДС развиваемой термопарой от температуры Номинальная статическая характеристика (НСХ) термопреобразовталей – зависимость термо. ЭДС развиваемой термопарой от температуры рабочего спая при нулевой температуре свободных концов °С. Она задается в виде таблиц (градуировочных) или формул и обозначается условным символом в русском и международном обозначении. В обозначениях преобразователей первым указывается положительный электрод (например, у преобразователя ТХК положительный электрод хромелевый, отрицательный копелевый). 86

Цепи термопар а — соединение двух проводников; б, в — варианты включения третьего проводника; Цепи термопар а — соединение двух проводников; б, в — варианты включения третьего проводника; г, д — варианты включения измерительного прибора ИП 87

Конструкция термоэлектрического преобразователя общепромышленного назначения 1— электроды; 2 — рабочий спай; 3 — трубка; Конструкция термоэлектрического преобразователя общепромышленного назначения 1— электроды; 2 — рабочий спай; 3 — трубка; 4 — защитная арматура; 5 — керами ческий наконечник; б — заливка; 7 — головка; — сборка; 8 9 — зажимы; 10 — удлиняющие провода; 11— герметизированный ввод; 12 — элементы крепления термопреобразователя 88

Конструкция термоэлектрического преобразователя специального применения а, б — одно и многозонный преобразователи; 1— рабочий Конструкция термоэлектрического преобразователя специального применения а, б — одно и многозонный преобразователи; 1— рабочий спай; 2 — термоэлектроды; 3 — оболочка; 4 — втулка; 5 — герметик; 6 — выводы 89

6. 2. 4 Аналоговые вторичные измерительные приборы и преобразователи Вторичные приборы подразделяются на: • 6. 2. 4 Аналоговые вторичные измерительные приборы и преобразователи Вторичные приборы подразделяются на: • электрические для измерения и преобразования электрических сигналов (естественных и унифицированных); • пневматические для измерения и преобразования пневматических унифицированных сигналов (20. . . 100) к. Па. Основные группы электрических вторичных приборов и преобразователей предназначены для измерения и преобразования: • активного сопротивления; • термо. ЭДС и напряжения; • сигналов переменного тока в дифференциально трансформаторной системе дистанционной передачи; • унифицированных токовых сигналов 0. . . 5, 0. . . 20, 4. . . 20 м. А. Для измерения сопротивления термопреобразователей используются три метода: • по падению напряжения на ТС, создаваемому известным рабочим током (потенциометрический); • мостовой метод измерений; • с использованием логометров. 90

Структурная схема универсальных измерительных преобразователей SITRAN SТ фирмы Siemens ТС – термопреобразователь сопротивления; ИТ Структурная схема универсальных измерительных преобразователей SITRAN SТ фирмы Siemens ТС – термопреобразователь сопротивления; ИТ источник тока; М – мультплексор (перключатель); У – усилитель; АЦП –аналого цифровой преобразователь; МП микропроцессор; ГР – цепь гальванического разделения; ЦАП – цифроаналоговый преобразователь; Усг – устройство сигнализации отклонения измеряемой величины; СД –светодиод. 91

6. 2. 5 Цифровые вторичные измерительные приборы и преобразователи • • Подобно аналоговым вторичные 6. 2. 5 Цифровые вторичные измерительные приборы и преобразователи • • Подобно аналоговым вторичные цифровые приборы могут быть: показывающими; показывающими и регистрирующими. Структурная схема цифрового прибора «Метран 900» ТС – термопреобразователь сопротивления; ИТ источник тока; АЦП –аналого цифровой преобразователь; МП микропроцессор; ПЗУ внешнее постоянное запоминающее устройство; MRS – микросхема; RS 485 –интерфейс. 92

Основные элементы цифровых измерительных приборов • • Коммутатор представляет собой устройство с одним выходом Основные элементы цифровых измерительных приборов • • Коммутатор представляет собой устройство с одним выходом и несколькими информационными и управляющими входами. Коммутаторы (переключатели, мультиплексоры) применяются в аналоговых и цифровых многоточечных измерительных приборах, в УСО при последовательном вводе и выводе информации в ЭВМ. Коммутаторы бывают электромеханическими и электронными. Дешифратор (декодер), включающий интегральные логические элементы, представляет собой цифровое электронное устройство, которое различным кодовым комбинациям на его т входах ставит в соответствие и элементный двоичный код на его выходе. Цифроаналоговые преобразователи предназначены для преобразования двоичного кода в аналоговый сигнал по напряжению или току. Эти преобразователи стоят во всех вторичных цифровых приборах, имеющих токовый выходной сигнал. Аналого цифровые преобразователи предназначены для представления уровня аналогового сигнала на входе в виде двоичного сигнала на выходе. Все АЦП разделяются на два типа: последовательного и параллельного преобразования. 93

 • Микропроцессоры В настоящее время производятся разнообразные типы микропроцессоров, использующихся в персональных компьютерах, • Микропроцессоры В настоящее время производятся разнообразные типы микропроцессоров, использующихся в персональных компьютерах, управляющих контроллерах, устройствах обработки аналоговой информации, в бытовых приборах. Схема микропроцессорного устройства, которое помимо своей центральной части — МП микропроцессор; ПЗУ постоянное запоминающее устройство ; ОЗУ оперативное запоминающее устройство ; УВВ устройство ввода и вывода данных. 94

6. 2. 6 Измерение температуры тел по их тепловому излучению Бесконтактные методы измерения теоретически 6. 2. 6 Измерение температуры тел по их тепловому излучению Бесконтактные методы измерения теоретически не имеют верхнего предела измерения и возможности их использования определяются соответствием спектров излучения измеряемых тел или сред и спектральных характеристик пирометров. Серийно выпускаемые пирометры применяются для измерения температур до 4000 °С. По используемому методу измерения пирометры подразделяются на четыре группы: • монохроматические (квазимонохроматические); • полного излучения; • частичного излучения; • спектрального отношения. Монохроматические пирометры (иногда называют оптическими или визуальными) воспринимают излучение в столь узком диапазоне длин волн, что оно считается монохроматическим (обычно это излучение красной части спектра с X = 0, 65 мкм). 95

В монохроматическом (квазимонохроматическом) пирометре температура тела определяется по спектральной энергетической яркости. Спектральное распределение плотности В монохроматическом (квазимонохроматическом) пирометре температура тела определяется по спектральной энергетической яркости. Спектральное распределение плотности излучения для различных значений температуры 1 -6 Т=1000 К; 1200 К; 1400 К; 1600 К; 1800 К; 2000 К 96

Принципиальная схема квазимонохроматического пирометра с исчезающей нитью накала 1— объект измерения; 2 — объектив; Принципиальная схема квазимонохроматического пирометра с исчезающей нитью накала 1— объект измерения; 2 — объектив; 3 — плоскость фокусирования; 4 — пирометрическая лампа; 5 — окуляр; 6 — наблюдатель; 7— красный светофильтр; 8 — поглощающее стекло; 9 — электронный блок 97

Пирометры полного излучения (обычно называются радиационными) воспринимают излучение в столь широком спектральном интервале, что Пирометры полного излучения (обычно называются радиационными) воспринимают излучение в столь широком спектральном интервале, что зависимость интегральной энергетической яркости от температуры с достаточной точностью описывается законом Стефана—Больцмана, связывающим энергию излучения абсолютно черного тела с его температурой. Принципиальная схема пирометра полного излучения с батареей 1 объект измерения; 2 объектив телескопа; 3, 7 диафрагма; 4 -термобатарея; 5 вторичный измерительный преобразователь ПВ О; 6 окуляр; 8 наблюдатель 98

Пирометры спектрального отношения Пирометр, действие которого основано на использовании зависимости от температуры тела отношения Пирометры спектрального отношения Пирометр, действие которого основано на использовании зависимости от температуры тела отношения спектральной энергетической яркости для двух фиксированных длин волн, называется пирометром спектрального отношения (цветовым). Принципиальная схема пирометра спектрального отношения 1 объект измерения; 2 объектив; 3 фильтр; 4, 6 зеркало; 5, 7 фотоэлементы; 8 реохорд; 9 усилитель; 10 реверсивный двигатель; 11 резистор; 12 стабилизатор напряжения 99

6. 3 Измерение давления 6. 3. 1 Методы и средства измерения давления 100 6. 3 Измерение давления 6. 3. 1 Методы и средства измерения давления 100

При измерениях различают: • абсолютное давление; • избыточное давление; • вакуумметрическое давление. Средства измерения, При измерениях различают: • абсолютное давление; • избыточное давление; • вакуумметрическое давление. Средства измерения, предназначенные для измерения давления и разности давлений, называются манометрами, которые подразделяются на: • Барометры; • манометры избыточного давления; • вакуумметры; • манометры абсолютного давления. Дифференциальные манометры применяются для измерения разно сти давлений. 6. 3. 2 Жидкостные манометры и дифманометры В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. 101

Двухтрубные жидкостные манометры Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры Двухтрубные жидкостные манометры Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем (U образные). Однотрубные жидкостные манометры Для повышения точности отсчета разности высот уровней используются однотрубные (чашечные) манометры. Схема двухтрубного (а) и однотрубного (б) манометра: 1, 2 вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 основа ние; 4 шкальная пластина 102

Микроманометры Схема микроманометра типа ММН 1 — измерительная трубка; 2 — сосуд; 3— кронштейн; Микроманометры Схема микроманометра типа ММН 1 — измерительная трубка; 2 — сосуд; 3— кронштейн; 4 — сектор 103

Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Схема чашечного ртутного барометра 1 — нониус; 2 Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Схема чашечного ртутного барометра 1 — нониус; 2 — термометр 104

Компрессионные манометры (манометры Мак—Леода) Схема компрессионного манометра 1 — резервуар; 2, 5 — трубки; Компрессионные манометры (манометры Мак—Леода) Схема компрессионного манометра 1 — резервуар; 2, 5 — трубки; 3 — измерительный бал лон; 4 — глухой измерительный капилляр; 6 — капилляр сравнения; 7 — трехходовой кран; 8 — устье баллона 105

6. 3. 3 Деформационные манометры и дифманометры В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного 6. 3. 3 Деформационные манометры и дифманометры В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Упругие чувствительные элементы а — трубчатые пружины; б — сильфоны; в, г — плоские и гофрированные мембраны; д — мембранные коробки; е — вялые мембраны с жестким центром. 106

Показывающие манометры (механические) Схема пружинного показывающего манометра 1 одновитковая трубчатая пружина; 2 держатель; 3 Показывающие манометры (механические) Схема пружинного показывающего манометра 1 одновитковая трубчатая пружина; 2 держатель; 3 пробка; 4 поводок; 5 зубчатый сектор; 6 шестерня; 7 – стрелка 107

Схема электроконтактного манометра 1 — показывающая стрелка; 2, 3 — стрелки; 4 — электрические Схема электроконтактного манометра 1 — показывающая стрелка; 2, 3 — стрелки; 4 — электрические контакты; 5 — поводок; 6 — электрический контакт 108

6. 3. 4 Электрические манометры Пьезоэлектрические манометры Принцип действия манометров этого типа основан на 6. 3. 4 Электрические манометры Пьезоэлектрические манометры Принцип действия манометров этого типа основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца. Схема пьезоэлектрического манометра 1 — мембрана; 2 — кварцевые пластины; 3 — металлизированные плоскости 109

Манометры с тензопреобразователями Существуют два типа тензопреобразователей: давления и силы. Схемы преобразователей давления с Манометры с тензопреобразователями Существуют два типа тензопреобразователей: давления и силы. Схемы преобразователей давления с тензопреобразователями а давления: 1 тензопреобразователь; 2 электронный блок; б силы: 1, 2 мембраны; 3 рычаг тензопреобразователя силы 4; 5 электронный блок 110

Манометры с емкостными преобразователями Схема манометра с емкостным преобразователем 1 — разделительные мембраны; 2 Манометры с емкостными преобразователями Схема манометра с емкостным преобразователем 1 — разделительные мембраны; 2 — чувствительная мембрана; 3, 4 — неподвижные обкладки конденсаторов 111

Ионизационные и тепловые манометры а б Схемы ионизационного (а) и теплового (б) манометров: 1 Ионизационные и тепловые манометры а б Схемы ионизационного (а) и теплового (б) манометров: 1 - катод; 2 — анодная сетка; 3 — цилиндрический ионный коллектор 112

Грузопоршневые манометры Схема грузопоршневого манометра МП 60 1 поршень; 2 тарелка; 3 грузы; 4 Грузопоршневые манометры Схема грузопоршневого манометра МП 60 1 поршень; 2 тарелка; 3 грузы; 4 цилиндр; 5 вентиль; 6 резервуар 7 поршень винтового пресса 8; 9 стояк; 10 -12 - запорные вентили 113

6. 4 Измерение расхода жидкостей, газа и пара 6. 4. 1 Общие сведения Классификация 6. 4 Измерение расхода жидкостей, газа и пара 6. 4. 1 Общие сведения Классификация расходомеров 114

6. 4. 2 Измерение расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающем 6. 4. 2 Измерение расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве Сужающие устройства условно подразделяются на : • стандартные; • специальные; • нестандартные. В качестве стандартных сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара используются: • диафрагмы; • сопла; • трубы и сопла Вентури. а диафрагма, б сопло, в сопло Вентури 115

6. 4. 3 Расходомеры постоянного перепада давления Ротаметры В простейшем виде ротаметр представляет собой 6. 4. 3 Расходомеры постоянного перепада давления Ротаметры В простейшем виде ротаметр представляет собой вертикальную коническую (расходящуюся вверх) стеклянную трубку 1, внутри которой располагается поплавок 2 Схема ротаметра 1— стеклянная трубка; 2— поплавок 116

6. 4. 4 Тахометрические счетчики и расходомеры Тахометрическими называются расходомеры, в которых скорость движения 6. 4. 4 Тахометрические счетчики и расходомеры Тахометрическими называются расходомеры, в которых скорость движения рабочего тела пропорциональна объемному расходу измеряемой среды. В зависимости от устройства рабочего тела тахометрические расходомеры подразделяются на: • крыльчатые; • турбинные; • шариковые; • камерные; • кольцевые и др. Турбинки тахометрических расходомеров подразделяются на аксиальные и тангенциальные. У первых — ось совпадает с направлением потока, у вторых — она перпендикулярна потоку. Принципиальные схемы турбинных расходомеров: а) – аксиальный; б) – тангенциальный 1 – корпус; 2 – турбинка; 3 – тахометрический преобразователь частоты вращения. 117

Принципиальные схемы шариковых расходомеров: тангенциального (а); аксиального (б): 1 – шарик; 2 – камера; Принципиальные схемы шариковых расходомеров: тангенциального (а); аксиального (б): 1 – шарик; 2 – камера; 3 – тахометрический преобразователь частоты вращения. 6. 4. 5 Электромагнитные расходомеры Схема преобразователей электромагнитных расходомеров: а с внешним магнитом: 1 преобразователь; 2 электрическая изоляция; 3 электроды; б с внутренним магнитом: 1 обтекаемый корпус; 2 магнит; 3 — электроды; 4 кабель 118

6. 4. 6 Ультразвуковые расходомеры Схемы ультразвуковых преобразователей расходомеров: а — одноканального; б — 6. 4. 6 Ультразвуковые расходомеры Схемы ультразвуковых преобразователей расходомеров: а — одноканального; б — с отражателями; в — двухканального 119

6. 4. 7 Вихревые и массовые расходомеры Схема вихресилового расходомера: а — схема фрагмента 6. 4. 7 Вихревые и массовые расходомеры Схема вихресилового расходомера: а — схема фрагмента сенсора; 6 — структурная схема электронного блока 120

6. 5 Измерение количества теплоты 6. 5. 1 Теплосчетчики Теплосчетчик средство измерения, предназначенное для 6. 5 Измерение количества теплоты 6. 5. 1 Теплосчетчики Теплосчетчик средство измерения, предназначенное для определения количества теплоты. Количество теплоты обычно выра жается в гигаджоулях (ГДж) или гигакалориях (Гкал), 1 Гкал = 4, 1868 ГДж. Теплосчетчики можно разделить по следующим признакам : • по типу используемых преобразователей расхода; • по диаметрам трубопроводов теплоносителя; • по диапазону измеряемых расходов Gmax/Gmin; • по количеству потоков теплоносителя (каналов). Теплосчетчики устанавливаются как на источниках теплоты: ТЭЦ, РТС (районные тепловые станции), так и у потреби телей, теплоносителем служит вода, редко — пар. 121

Структурная схема тепловычислителя ТСРВ 010 ПТ – термопреобразователь; ПР – электромагнитный преобразователь расхода; ПД Структурная схема тепловычислителя ТСРВ 010 ПТ – термопреобразователь; ПР – электромагнитный преобразователь расхода; ПД – преобразователь давления; К коммутатор; АЦП – аналого цифровой преобразователь; МП – микропроцессор; ПЗУ – постоянное запоминающее устройство; ОЗУ – оперативное запоминающее устройство; ЖКИ – блок жидкокристаллического индикатора; ЦАП – цифроаналоговый преобразователь. 122

7. Система автоматизации экспериментальных исследований 7. 1 Назначение и состав САЭИ Автоматизация экспериментальных исследований 7. Система автоматизации экспериментальных исследований 7. 1 Назначение и состав САЭИ Автоматизация экспериментальных исследований имеет следующие цели: • обеспечение высоких темпов научно технического прогресса; • повышение эффективности и качества исследований за счёт получения, уточнения и применения более полных математических моделей; • получение качественно новых результатов, недоступных без САЭИ; • сокращение сроков, удешевление научных и экономических исследований. Требования к САЭИ: 1) высокая производительность; 2) надёжность; 3) удобство взаимодействия исследователя с системой; 4) гибкость и универсальность технической части САЭИ и программного обеспечения; 5) невысокая стоимость. 123

Во всяком экспериментальном исследовании можно выделить несколько основных частей: • экспериментальная установка с объектом, Во всяком экспериментальном исследовании можно выделить несколько основных частей: • экспериментальная установка с объектом, воспроизводящая исследуемый процесс или явление; • система управления экспериментальным объектом (процесс должен воспроизводиться при определённых значениях определяющих его параметров; • измерительная система. Первоначальными источниками информации о значении измеряемых величин служат датчики. Для поочерёдного подключения датчиков (опроса датчиков) к усилителю или к измерительным устройствам применяют коммутатор. Узел, переводящий аналоговую информацию в цифровую, носит название – аналого цифровой преобразователь (АЦП). Для управления экспериментальным объектом наоборот информация из цифровой переводится в аналоговую форму в цифро аналоговом преобразователе (ЦАП). Совокупность технических устройств (преобразователей, коммутаторов, усилителей и т. п. ) и правил обмена информацией между составными частями системы, обеспечивающих их совместную работу, называют интерфейсом. 124

Типовая схема автоматизированного экспериментального комплекса 125 Типовая схема автоматизированного экспериментального комплекса 125

Интерфейс осуществляет связь между экспериментальной установкой, средствами отображения информации и ЭВМ, т. е. возможен Интерфейс осуществляет связь между экспериментальной установкой, средствами отображения информации и ЭВМ, т. е. возможен ряд интерфейсов (сопрягающих устройств). Принято различать: • Системные интерфейсы; • Машинные интерфейсы; • приборные интерфейсы. В автоматизированных системах, в случае, если какие либо узлы или блоки системы, подключаемые к ЭВМ, не имеют стандартного интерфейса, они подключаются через адаптеры (переходники). Узел обработки и управления (ЭВМ) в САЭИ включает в себя: • центральный процессор; • запоминающее устройство, состоящее из оперативного (ОЗУ) и внешних носителей, в том числе базы данных (БД); • устройство ввода вывода (дисплей) и принтер. 126

7. 2 Стандартные интерфейсы 1. Интерфейсная система КАМАК (САМАС — Computer Appli ation to 7. 2 Стандартные интерфейсы 1. Интерфейсная система КАМАК (САМАС — Computer Appli ation to Measurement and Control) состоит ИЗ набора c стандартных программно управляемых модулей ; Механическую основу системы составляет крейт (кассета), содержащая 25 гнезд (станций) для модулей, из которых составляется необходимая для каждого случая измери тельная система. Размеры крейта: ширина 483, высота 222 и глубина 525 мм. В крейте можно поместить 25 модулей (блоков) шириной 17, 2 мм. В случае необходимости ширина модуля может удваиваться, утраиваться и т. д. Модуль представляет собой функциональное устройство (типа АЦП, ЦАП, комммутатора и т. п. ), выполненное с применением интегральных микросхем. Разъемы модулей соединяются магистральной линией (магистралью крейта), состоящей из системы шин. Станции с 1 по 24 называют нормальными и используют для размещения функциональных модулей. Крайняя правая станция удвоенной ширины называется управляющей. 127

Схема крейта КАМАК 1 –крейт; 2 – станция; 3 – модуль Функциональные модули можно Схема крейта КАМАК 1 –крейт; 2 – станция; 3 – модуль Функциональные модули можно условно разделить на пять основных групп: • первая группа входные модули (АЦП, устройства приема цифровых и сигнальных данных, счет чики, синхронизаторы); • вторая группа выходные мо дули, правляющие соленоидами, двигателями, у печатающими и перфорирующими устройствами, цифровыми и аналоговыми ин дикаторами и т. п. ; • третья группа соединительные модули, магнитные устройства памяти, телетайпы и т. п. ; • четвертая группа быстродействующие коммутаторы аналоговых сигналов, усилители с изменяемым коэффициентом усиления, пороговые дикриминаторы и т. п. ; • пятая группа — преобразователи двоичного в двоично десятичный код, устройства умножения и деления, арифметические устройства, работающие с плавающей запятой. 128

2. Приборный интерфейс МЭК (МЭК Международная электротехническая комиссия) ориентирован на построение САЭИ с использованием 2. Приборный интерфейс МЭК (МЭК Международная электротехническая комиссия) ориентирован на построение САЭИ с использованием серийных приборов. Стандарт МЭК не накладывает конструктивных ограничений на используемые для САЭИ приборы, кроме вида электрических разъемов и длины соединительной линии (до 20 м). Не обяза тельна энергетическая совместимость и приборов. Стандарт предусматривает десять интерфейсных функций, выполнение которых возлагается на интерфейсную часть, прибора и обеспечивает возмож ность подключенному в систему прибору принимать и передавать определенный ряд сообщений. Функциональная и интерфейсная части прибора почти не зависят друг от друга, а для обеспечения совместимости приборов требуется лишь разработка интерфейсных карт. Объединение автономных приборов с интерфейсной частью в систему производится путем их подключения к единой стандартной информационной магистрали, содержащей 16 шин. 129

7. 3 Вычислительная техника, используемая в САЭИ Структура ЭВМ В общем случае ЭВМ состоит 7. 3 Вычислительная техника, используемая в САЭИ Структура ЭВМ В общем случае ЭВМ состоит из процессора, включающего в себя арифметическое устройство и устройство управления, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и периферийного оборудования, содержащего внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), устройства ввода и вывода 130

7. 4 Математическое обеспечение САЭИ Под математическим обеспечением САЭИ понимают совокупность программ, обеспечивающих эффективное 7. 4 Математическое обеспечение САЭИ Под математическим обеспечением САЭИ понимают совокупность программ, обеспечивающих эффективное выполнение возложенных на систему функций. В математическом обеспечении (МО) САЭИ можно выделить две части : • операционную систему (ОС); • прикладное математическое обеспечение (ПМО). Операционная система управляет : • выполнением машинных программ; • вводом выводом данных; • обеспечивает трансляцию программ (перевод программ, написанных на языках Фортран, Алгол, Бейсик, Кобол, ПЛ 1, Ассемблер и др. , на машинный язык соответствующей ЭВМ) и их отладку; • распределяет память, другие ресурсы ЭВМ и т. п. ; К разрабатываемым программам ПМО предъявляется ряд, требований, основными из которых являются : • удобство использования; • оптимальные эксплуатационные характеристики, касающиеся прежде всего высокого быстродействия и минимизации потребного объема памяти; • возможность использования для других типов ЭВМ и в других САЭИ. 131

7. 5 Компьютерные методы статистической обработки результатов инженерного эксперимента Статистический пакет должен удовлетворять определенным 7. 5 Компьютерные методы статистической обработки результатов инженерного эксперимента Статистический пакет должен удовлетворять определенным требованиям, на которые в первую очередь надо обращать внимание при его выборе : • модульность программного обеспечения, автоматическая организация процесса обработки данных и связей между модулями пакета; • развитая система поддержки при выборе способов обработки данных, визуальном отображении результатов и их интерпретации; • наличие средств сохранения результатов проделанного анализа в виде графиков и таблиц; • совместимость с другим программным обеспечением. Модуль статистического исследования зависимостей является достаточно объемной частью любого статистического пакета. Он включает в себя решение следующих задач : • корреляционно регрессионный анализ; • дисперсионный анализ; • планирование регрессионных экспериментов и выборочных обследований и др. 132

Использование пакета MS EXCEL для статистической обработки экспериментальных данных • На базе электронных таблиц Использование пакета MS EXCEL для статистической обработки экспериментальных данных • На базе электронных таблиц можно провести некоторую статистическую обработку данных для большинства инженерных задач. Функции, реализующие статистические методы обработки и • анализа данных, в Microsoft Excel реализованы в виде специального программного расширения надстройки «Пакет анализа» , которая входит в поставку данного программного продукта и может устанавливаться по желанию пользователя. Установка надстройки «Пакет анализа» производится из меню «Сервис/Надстройки» , после чего в диалоговом окне «Надстройки» необходимо отметить флажок пункта «Пакет анализа» и нажать кнопку ОК. 133