Устройства регистрации и представления информации

Бгту ‘’Военмех’’  им. д.ф. Устинова

Устройства регистрации  и представления информации.

Выполнила: Быстренина Е.В.

Группа К-381

Курс 5

Проверила: Буткарева Н.Г.

                                                         Дата сдачи:                                                                     

 

Санкт-Петербург

2012г. 

Содержание.

1.Введение………………………………………………………………………………………1

2. Виды регистрации измерительной информации.

3. Самопишущие приборы………………………………………………………………..........5

3.1. Определение.

3.2. Виды самопищущих приборов.

3.2.1. Самопишущие приборы  быстрого действия.

3.3. Характерные элементы и свойства приборов.

3.4.Влияющие величины и нормальные условия.

3.5. Погрешности и изменения  показаний самопишущих приборов.

4. Электроннолучевой осциллограф…………………………………………………………..13

4.1. Применение. Определение.

4.2. Блок-схема электроннолучевого  осциллографа.

4.3. Характеристики осциллографа.

5. Светолучевой осциллограф………………………………………………………………....17

5.1. Определение.

5.2. Блок-схема светолучевого  осциллографа.

5.3. Применение.

6. Магнитограф…………………………………………………………………………………19

7. Дисплей…………………………………………………………………….…………………20

7.1. Определение.

7.2. Виды дисплеев.

7.3. Применение.

8. Цифровое устройство………………………………………………………………………21

8.1. Определение.

8.2. Виды цифровых устройств.

8.3. Применение.

9. Аналого-цифровой преобразователь………………………………………………………23

9.1. Определение.

9.2. Классификация АЦП.

9.2.1. Параллельные АЦП.

9.2.2. Последовательно-параллельные АЦП.

9.3. Параметры АЦП.

9.3.1. Статистические параметры.

9.3.2. Динамические параметры.

10. Список используемой  литературы………………………………………………52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройства регистрации  и представления информации.

1. Введение.

   Для наблюдения  за технологическими процессами  на производстве, при научно исследовательских  и экспериментальных работах,  а также в медицинской практике  часто требуется не только  измерять те или иные физические  величины, но и автоматически  фиксировать их значения. Для  этой цели служат разнообразные  регистрирующие устройства. По результатам  регистрации измеряемых величин  можно определить текущие значения  измеряемой величины, установить  функциональные связи между несколькими  измеряемыми величинами и т.д.

2. Виды регистрации измерительной информации.

Регистрация – представление  измерительной информации в форме  видимых или скрытых изображений, размещенных на некоторых материальных носителях (бумага, магнитная лента, фотопленка и т.п.). Виды регистрации, применяемые в современных измерительных  приборах весьма разнообразны. В самопишущих  приборах широко используется запись чернилами на диаграммной бумаге. В осциллографах применяется  запись на фотопленке и фотобумаге. Запись чернилами осложнена возможностью засорения пера, высыханием чернил в проводящем капилляре и трением  пера о бумагу.

Регистрирующее устройство(регистратор) — прибор для автоматической записи на носитель информации данных, поступающих с датчиков или других технических средств. В измерительной технике — совокупность элементов средства измерений, которые регистрируют значение измеряемой или связанной с ней величины. В регистрирующих устройствах обычно предусматривается возможность привязки записываемых значений параметров к шкале реального времени. Кроме регистрирующих устройств для записи данных, существуют также устройства регистрации аудиовизуальной информации (магнитофоны, видеомагнитофоны, фото- и кино- и видеокамеры и т. д.).

Регистрирующие устройства могут представлять собой неотъемлемые функциональные узлы измерительных приборов, установок, блоки в составе информационных, измерительных, контрольных систем, комплексов, либо самостоятельные устройства.

Регистраторы представляют собой устройства, которые отображают перемещения в виде, удобном для  наблюдения, интерпретации, хранения. При статических измерениях используются цифровые вольтметры, при динамических— электронно-лучевые осцилографы.

 

1.Виды регистрирующих  устройств.

А) Аналоговые регистрирующие устройства — информация записывается в виде графиков, диаграмм.

В) Цифровые регистрирующие устройства— как правило, устройство для электронной записи информации в цифровом виде, иногда в технической литературе под этим выражением подразумевается цифропечатающее устройство.

Аналоговые устройства регистрации.

Виды аналоговой регистрации:

Аналоговая информация может  быть записана либо на электронные  носители, считывание с которых производится с помощью соответствующих технических  средств, либо, на носители, обеспечивающие непосредственное, визуальное считывание информации. К ним относят светолучевые осциллографы, самопишущие приборы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Самопишущие приборы.
1. Самопишущий прибор - прибор, записывающий или регистрирующий мгновенные эффективные (действующие) или средние значения, которые последовательно принимает измеряемая величина.

Самопишущие приборы бывают:

1. Прямого действия - самопишущий прибор, в котором пишущее устройство механически соединено с подвижной частью измерительного элемента и приводится в действие этой подвижной частью.
2. Косвенного действия - самопишущий прибор, в котором пишущее устройство приводится в действие с помощью мотора или другого устройства, управляемого измеряемой величиной электромеханическим или электронным способом.
3. Интегрирующий самопишущий прибор - прибор, записывающий интеграл какой-либо величины в определенный интервал времени.

 

В соответствии с координатами диаграммы:

 

1. Прибор с прямолинейными  ординатами - самопишущий прибор, в  котором перемещение пишущего  устройства при изменении измеряемой  величины осуществляется практически  по прямой линии, при этом  устройство привода диаграммы  остается неподвижным.

2. Прибор с криволинейными  ординатами - самопишущий прибор, в  котором перемещение пишущего  устройства при изменении измеряемой  величины осуществляется по кривой  линии, при этом устройство  привода диаграммы остается неподвижным.

 

В соответствии с типом  носителя диаграммы:

 

1. Самопишущий прибор с записью на ленту - самопишущий прибор, в котором носитель диаграммы имеет форму ленты, приводимой в действие в функции времени приводным устройством; лента может автоматически накапливаться или выходить из корпуса прибора через щель.

2. Самопишущий прибор с записью на барабан - самопишущий прибор, в котором носитель диаграммы наматывается в один слой на внешнюю поверхность цилиндрического барабана, приводимого в действие в функции времени приводным устройством.

3. Самопишущий прибор с записью на диск - самопишущий прибор, в котором носитель диаграммы имеет форму диска, приводимого в действие в функции времени приводным устройством.

 

В соответствии со способом записи:

 

1. Самопишущий прибор, пишущее устройство которого находится в контакте с носителем диаграммы, - самопишущий прибор, в котором запись осуществляется посредством устройства, имеющего материальный контакт с носителем диаграммы, например:

а) самопишущий прибор с  записью пером - самопишущий прибор, в котором запись на носителе диаграммы  осуществляется с помощью пера, питаемого  жидкими чернилами;

б) самопишущий прибор с  записью пишущим шрифтом (стержнем) - самопишущий прибор, в котором  запись осуществляется посредством  пишущего шрифта, не требующего чернил.

2. Самопишущий прибор, пишущее устройство которого не имеет контакта с носителем диаграммы, - самопишущий прибор, в котором запись осуществляется с помощью устройства, которое не имеет материального контакта с носителем диаграммы, например посредством светового луча.

 

В соответствии с характером записи:

 

1. Самопишущий прибор с непрерывной записью - самопишущий прибор, в котором запись осуществляется в виде непрерывной линии.

2. Самопишущий прибор с точечной записью - самопишущий прибор, в котором запись осуществляется отпечатыванием последовательных точек.

 

1. Самопишущие приборы прямого действия.

 К приборам этой  группы относятся электромеханические  измерительные приборы, имеющие  устройство для регистрации показаний  в форме диаграммы. Запись осуществляется  преимущественно чернилами. Рулон  бумажной ленты 1, надетый на ролик 2, в процессе работы прибора перемещается с постоянной скоростью и перематывается на ролик 3. Перемещение бумажной (диаграммной) ленты производится при помощи маломощного двигателя (на рисунке не показан), связанного с валиком 4. С осью 5 подвижной части измерительного прибора (на рисунке также не показанного) через рычаг 6 связана стрелка прибора 7. Непрерывная запись осуществляется пером 8,расположенным на конце стрелки, и фиксируется в виде кривой на бумажной ленте. Положение стрелки с пером определяется значением измеряемой величины.

   Рис. 1. Устройство  самопишущего прибора.

   Диаграммная бумага  для самопишущих приборов выпускается  в форме ленты и диска. Лента  имеет обычно по краям отверстия  (перфорации), в которые входят  штифты вращающегося валика лентопротяжного  механизма, сообщающего бумаге  поступательное движение.

 Дисковая диаграмма  вращается вместе с металлическим  диском, на котором она закреплена. Лентопротяжный механизм и металлический  диск приводятся в движение  синхронным электродвигателем. Скорость  перемещения бумаги устанавливается  в зависимости от скорости  изменения измеряемой величины (зависимость  носит пропорциональный характер). Скорость перемещения дисковой  диаграммы обычно невелика –  за сутки один оборот. Этот  вид диаграмм удобно применять  для записи медленно изменяющихся  величин.

Рис. 2.  Дисковая и ленточная диаграммная бумага.

 Бумажные ленты (длина  ленты в рулоне 5 – 100 метров) используются  при длительном наблюдении измеряемых  величин. Входят в практику  складывающиеся диаграммные ленты  – гармошки (рис. 3), которые более  удобны при просмотре полученной  записи.

 

   Рис. 3. Упаковка бумажной  ленты в пачку.

 

На диаграммной бумаге нанесена координатная сетка. В случае когда регистрирующий орган совершает прямолинейное перемещение, координатная сетка выполняется в прямоугольных координатах, при угловом перемещении – в криволинейных координатах. Запись в прямоугольных координатах является более удобной, так как при этом облегчается обработка диаграмм (автоматическая расшифровка, планиметрирование).

   Наличие пишущего  устройства в виде пера значительно  повышает трение, испытываемое подвижной  частью прибора. Поэтому для  уменьшения погрешности от трения  в самопишущих приборах применяются  измерительные механизмы со сравнительно  большим вращающим моментом, 0,5 –  1 мН*м. Такой момент можно получить  в магнитоэлектрических и ферродинамических  измерительных механизмах.

   Выпускаемые промышленностью  самопишущие приборы относятся,  в основном к приборам класса  точности 1,5 (переносные) и 2,5 (щитовые). Время успокоения не превышает  2 секунд. Частотный диапазон приборов  не нормируется: практически частота  регистрируемых процессов не  должна превышать 1 Гц.

   В последние годы  получили распространение быстродействующие  самопишущие приборы (БСП), позволяющие  регистрировать сигналы, изменяющиеся  с частотой до 150 Гц. Значительное  расширение рабочего диапазона  частот достигнуто путем совершенствования  конструкции измерительного механизма,  применением соответствующих способов  регистрации, а также применением  специальных электрических схем  для коррекции динамических погрешностей. Отличительными особенностями БСП  являются: отсутствие шкал для  визуального отсчёта показания,  сравнительно узкое по ширине  поле записи (не более 50мм), наличие  специальных измерительных механизмов  с большим вращающим моментом (0,2 – 0,3 Н*м). В современных БСП  применяются магнитоэлектрические  и электромагнитные (поляризованные) измерительные механизмы; используется запись на теплочувствительной бумаге, чернильная перьевая запись, запись на бумаге под копирку.

Самопишущий прибор применяют  тогда, когда недостаточно знать  только некоторое отдельное значение измеряемой величины, а требуется  проследить за её изменением с течением времени либо в зависимости от других физических величин. Такая запись может служить документом, позволяющим  судить об эволюции изучаемого явления, о ходе технологического процесса, работе контролируемых агрегатов или  действиях обслуживающего их персонала.

 

 

3. Характерные элементы и свойства приборов.

 

Измерительный орган

 

1. Измерительный элемент - активная(ые) часть(и) измерительного прибора, образованная(ые) комбинацией органов, взаимодействие которых приводит в действие подвижную часть прибора.

2. Пишущее устройство - часть самопишущего прибора, обеспечивающая запись измеряемой величины на носителе диаграммы.

В зависимости от характера  линии и способа записи этим органом  может быть:

- перо, объединенное с чернильницей;

- пишущий штифт, объединенный с питающим устройством;

- печатающее устройство, объединенное с чернильной лентой или чернильными лентами, или чернильными нитями;

- любое другое устройство, выполняющее эту функцию.

3. Механизм привода носителя диаграммы - механизм, обеспечивающий перемещение носителя диаграммы в функции времени.

Таким механизмом может быть:

- часовой механизм с ручным заводом;

- часовой механизм с электрическим заводом;

- синхронный двигатель с автоматическим запуском без резерва хода;

- синхронный двигатель с автоматическим запуском с резервом хода; -двигатель, приводимый в действие импульсом (импульсный или шаговый двигатель).

4. Носитель диаграммы и диаграмма:

А) Носитель диаграммы - лента или диск, имеющие отпечатанные линии с цифрами или без цифр, позволяющие определить значения измеряемой величины в функции времени, в частности, с помощью отсчетной линейки.

Б) Диаграмма - кривая, записанная пишущим устройством прибора, и линии на носителе диаграммы.

Градуировка носителя диаграммы - ряд линий, напечатанных на носителе диаграммы, с помощью которых  может быть прочитана диаграмма.

Различают два вида градуировки:

а) градуировка измеряемой величины (допускается применять  термин "градуировка") - ряд линий, с помощью которых может быть расшифровано (интерпретировано) значение измеряемой величины;

б) градуировочные линии времени - ряд линий, с помощью которых может быть прочитано время, соответствующее каждому значению измеряемой величины.

 

3.4.Влияющие величины и нормальные условия.

 

Влияющая величина - одна из величин, влияющая на запись и не являющаяся величиной, которую измеряет прибор.

Нормальные условия - условия, при которых измерительный прибор (или вспомогательная часть) удовлетворяет  требованиям в отношении основных погрешностей. Эти условия определяют нормальные значения или нормальные области значений для влияющих величин.

Нормальное значение - значение влияющей величины, при котором в  пределах допусков, прибор (или вспомогательная  часть) удовлетворяет требованиям  в отношении основных погрешностей.

Нормальная область значений - диапазон значений влияющей величины, при которых прибор (или вспомогательная  часть) удовлетворяет требованиям  в отношении основных погрешностей.

Рабочая область (рабочий  диапазон) применения - диапазон значений, установленный изготовителем, которые  может принимать влияющая величина так, чтобы изменение показаний  по записи прибора не выходило за пределы.

Полная продолжительность  работы механизма привода - для привода  с часовым механизмом это продолжительность  работы, установленная изготовителем, которая превышает номинальную  продолжительность работы.

Нормальный носитель диаграммы - носитель диаграммы, к которому отнесены погрешности самопишущих приборов и характеристики которого (перфорации, размещение линий и т.д.) соответствуют  характеристикам, установленным изготовителем.

Специальная отсчетная линейка - проградуированная линейка, поставляемая с прибором и используемая для  считывания отклонений пишущего устройства на носителе диаграммы.

 

3.5. Погрешности и изменения показаний самопишущих приборов.

 

Понятие погрешности относится  к внутренним свойствам прибора  в противоположность понятию  изменения показаний прибора, которое  соответствует применению прибора  в условиях, отличающихся от нормальных условий его работы.

Погрешности и изменения  показаний, связанные с измеряемой величиной, вызываются измерительным  элементом.

Эффекты трения пишущего устройства о носитель диаграммы имеют иной характер. Эти эффекты рассматриваются  отдельно с точки зрения их определения  и требований.

Абсолютная погрешность - алгебраическая разность между измеренным значением величины и ее истинным значением.

Абсолютная погрешность  по записи времени - это разность между  значением времени, соответствующим  перемещению носителя диаграммы  между записями двух конкретных событий, и истинным значением времени, прошедшим  между двумя этими событиями.

Относительная погрешность - отношение абсолютной погрешности  к истинному значению измеряемой величины.

Для записи времени это  отношение абсолютной погрешности  к истинному значению времени.

Изменение показаний - разность между записанными значениями какой-либо величины, когда одна из влияющих величин  принимает последовательно два  определенных значения.

Погрешности и  изменения показаний, относящиеся  к измеряемой величине:

  Погрешность (или изменение показаний), выраженная в процентах от нормирующего значения, - стократное значение частного от деления значения абсолютной погрешности (или изменения показаний) на нормирующее значение.

Погрешность (или изменение  показаний), выраженная в процентах  от истинного значения, - стократное значение относительной погрешности (или относительного изменения показаний).

 

Классификация.

 

1. В многоканальных приборах классы точности по измеряемой величине устанавливают раздельно для каждого канала измерения и (или) записи.

2. Для приборов с многоскоростными механизмами для перемещения диаграммы допускается устанавливать различные классы точности по записи времени для различных значений скорости перемещения диаграммы.

3. Для приборов с механизмами для перемещения диаграммы, снабженными несколькими переключающими приводными двигателями, допускается  устанавливать различные классы точности по записи времени для различных режимов работы прибора.

Взаимозаменяемые вспомогательные  части приборов (шунты, добавочные сопротивления, индуктивности и емкости) относят  к одному из следующих классов  точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0.

 

Допускаемые основные погрешности приборов.

 

Основные погрешности  по измеряемой величине:

1.Пределы основной погрешности.

Когда прибор находится в  нормальных условиях, и когда он применяется в пределах своего диапазона  измерения, основная погрешность не должна превышать пределы, установленные  в таблице 1 в зависимости от класса точности по измеряемой величине.

При определении основных погрешностей не должны учитываться  поправки, приведенные в таблице  поправок прибора.

Примечание - Основную погрешность  определяют при устранении трения пишущего устройства о носитель диаграммы.

 

 

 

Таблица 1 - Пределы основной погрешности по измеряемой величине

 

Обозначение класса точности по измеряемой величине

0,2

0,5

1,0

1,5

2,5

4,0*

5,0

Пределы основной погрешности, %

±0,2

±0,5

±1,0

±1,5

±2,5

±4,0

±5,0

_______________ * Для потребностей народного хозяйства. Примечание - Допускается  использовать также класс точности 0,3.

 

Основная погрешность  выражается в процентах от нормирующего значения.

Для омметров и приборов с логарифмической, гиперболической  или аналогичной шкалой определение  нормирующего значения и требования точности в настоящем стандарте  не устанавливают.

Пределы основной погрешности приборов по измеряемой величине допускается устанавливать  в соответствии с требованиями стандартов на конкретные группы электроизмерительных приборов в зависимости от измеряемой величины.

2.Условия, при которых  определяют основные погрешности

2.1 Перед началом определения погрешностей прибор должен быть приведен в температурное равновесие с окружающей средой. Относительная влажность внутри прибора должна быть такой же, что и относительная влажность окружающей среды.

Включают прибор в соответствии с инструкциями изготовителя.

2.2 Перед включением, пишущее устройство, когда для этого представляется возможность, должно быть установлено на соответствующую линию нормального носителя диаграммы, который должен быть перемещен на расстояние 5 мм. Для приборов с точечной записью регулировку проводят, когда на соответствующей линии градуировки напечатаны три последовательные точки.

2.3 Включение всех измерительных цепей прибора должно удовлетворять условиям.(таблица 2)

В приборах с несколькими  измерительными элементами все измерительные  цепи должны включаться при условиях, приведенных в таблице 2.

2.4 Нормальные условия для всех влияющих величин, кроме напряжения.

Таблица 2.

 

Параметр	Значение параметров для  приборов класса точности по измеряемой величине
	0,2; 0,5	1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0
Напряжение (в процентах  от номинального значения напряжения ) Ток (в процентах от номинального значения тока) Время между включением и  определением погрешностей, ч	100     100   Любое время (для удобства ограничено 2 ч)	100     80   0,5

 

 

Записанное значение измеряемой величины считывают :

с помощью отсчетной линейки, если она поставляется вместе с прибором. В этом случае ну левая отметка  на линейке (или метка, определенная изготовителем) должна совпадать с  соответствующей меткой градуировки. Во время считывания действительную длину градуировки, снова измеряют и, если она отличается от измеренной перед проведением испытания, вводят соответствующую поправку.

или по градуировке носителя диаграммы. В этом случае поправку в считывание вводят путем умножения измеряемого значения на отношение действительной длины градуировки.

Основные погрешности  определяют при увеличении и уменьшении значений измеряемой величины по одному из следующих методов:

а) приборы с непрерывной  записью

При движущемся носителе диаграммы  измеряемую величину подают на испытуемый прибор и по образцовому измерительному прибору последовательно изменяют до получения на образцовом приборе  выбранного значения таким образом, чтобы избежать превышения заданного  уровня ("переброс а").

Для каждого выбранного значения линию записывают таким образом, чтобы эффект трения оказался пренебрежимо мал, что может быть достигнуто за счет соответствующей скорости носителя диаграммы или иным подходящим способом, в том числе подачей носителя диаграммы от руки;

б) приборы с точечной записью

Измеряемую величину подают на испытуемый прибор таким же образом, как и в предыдущем случае, и  измеряют до получения на образцовом приборе выбранной величины.

Вторую точку берут  как записанную величину без учета  первой. Во время этого испытания  носитель диаграммы должен двигаться  с такой скоростью, чтобы обе  эти точки могли быть различимы; при необходимости может быть осуществлена ручная подача носителя диаграммы.

Приборы с отсчетным устройством

Когда прибор снабжен отсчетным  устройством (стрелка и циферблат), разность между значением, прочитанным  на нормальном носит еле диаграммы, и значением, прочитанным на циферблате, выраженная в процентах от длины  градуировки (ширины поля записи)*, не должна превышать обозначение класса точности ни в какой точке градуировки, в том числе и на нуле, если он имеется.

 

4.Электроннолучевой осциллограф.

 

Прибор для наблюдения функциональной связи между двумя  или несколькими величинами (параметрами  и функциями; электрическими или  преобразованными в электрические). Для этой цели сигналы параметра и функции подают на взаимно перпендикулярные отклоняющие пластины осциллографической электроннолучевой трубки и наблюдают, измеряют и фотографируют графическое изображение зависимости на экране трубки. Это изображение называют осциллограммой. Чаще всего осциллограмма изображает форму электрического сигнала во времени. По ней можно определить полярность, амплитуду и длительность сигнала. Осциллограф часто имеет проградуированные в в по вертикали и в сек по горизонтали шкалы на экране трубки. Это обеспечивает возможность одновременного наблюдения и измерения временных и амплитудных характеристик всего сигнала или его части, а также измерения параметров случайных или однократных сигналов. Иногда изображение исследуемого сигнала сравнивают с калибровочным сигналом или применяют компенсационный метод измерений.

Исследуемый сигнал А (рис. 1) поступает на вход усилителя вертикального отклонения, предназначенного для согласования величины отклонения луча с величиной входного сигнала. Коэффициент усиления регулируется. Горизонтальное перемещение луча создаётся генератором развёртки, который формирует для этой цели пилообразное напряжение Г (линейно изменяющееся во времени). Пилообразное напряжение поступает на вход усилителя горизонтального отклонения, который обеспечивает на выходе напряжение Е, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины трубки. Электронный луч перемещается по горизонтали с постоянной скоростью, создавая таким образом линейную развертку времени. Скорость развертки регулируется.