Цифровые измерительные приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство по образованию Российской Федерации

Дальневосточный Федеральный Университет

РЕФЕРАТ

Тема: Цифровые измерительные приборы

Выполнил: Добролюбов С.А

Владивосток 2011г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ

3. ПРИМЕР СОВРЕМЕННОГО ЦИФРОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

цифровой измерительный прибор аналоговый

1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Измерительный прибор -- средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Часто измерительным прибором называют средство измерений для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператора.

Классификация

По методу измерений:

Измерительный прибор прямого действия - измерительный прибор, например, манометр, амперметр в котором осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой величины и значение её находится без сравнения с известной одноимённой величиной

Измерительный прибор сравнения-измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно

По форме представления показаний:

Аналоговый измерительный прибор -- измерительный прибор, показания которого или выходной сигнал являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины

Цифровой измерительный прибор -- измерительный прибор, показания которого представлены в цифровой форме

По другим признакам:

По роду измеряемой величины:

- для измерения характеристик электрического тока (амперметр, вольтметр, мультиметр)

- измеряющие давление;

- измеряющие температуру;

- для измерения расхода, количества, состава, уровня, состояния вещества

- для измерения геометрических величин;

- для измерения механических величин;

- для физико-химических измерений;

- для измерения времени и частоты;

- для радиотехнических измерений;

- для магнитных измерений;

- для акустических измерений;

- для измерения ионизирующих излучений.

По способу получения данных приборы измерения делятся на:

- Показывающие - демонстрируют значение измерения величины в данный момент времени (тестер, частотомер);

- Регистрирующие - предназначены для автоматической записи измеряемой величины за время работы прибора;

- Сигнализирующие - снабжены световой или звуковой сигнализацией, срабатывающей в случае достижения измеряемой величиной заданного значения (тестер определения напряжения);

- Регулирующие - предназначены для автоматического поддержания конкретного значения измеряемой величины;

- Измерительные автоматы - это устройства, которые по результатам проведенных измерений выполняют некоторую последовательность действий, согласно заложенной программе.

Современные средства контроля и измерений размеров изделий для машиностроения

Важнейшую роль в обеспечении качества и конкурентоспособности продукции практически всех отраслей промышленности играет контрольно-измерительная техника, в которой особое место занимают средства измерения и контроля геометрических параметров ответственных деталей, узлов машин и механизмов.

В последние годы были созданы и выпускаются универсальные приборы и инструменты с цифровым электронным отсчетом, уникальные средства контроля прецизионных зубчатых колес и передач, приборы активного контроля и подналадчики для всех видов финишного станочного оборудования, комплекс приборов для контроля ответственных деталей колесных пар железнодорожного транспорта, приборы для контроля резьб и параметров труб нефтяного сортамента, средства контроля деталей компрессоров, подшипников, ряд специализированных приборов для различных отраслей машиностроения.

В основу создания нового поколения средств контроля и измерений геометрических параметров изделий положены следующие исходные принципы:

· использование перспективной элементной базы для автоматической обработки результатов контроля;

· цифровое представление измерительной информации;

· возможность выдачи цифровой информации на внешние устройства обработки, управления и регистрации;

· паспортизация результатов измерений;

· возможность встройки в автоматизированные технологические комплексы.

На базе различных измерительных систем разработана гамма современных цифровых универсальных приборов контроля геометрических параметров прецизионных деталей (индуктивные пробки для контроля диаметров, толщиномеры, глубиномеры, штангенрейсмасы). Разработана и поставляется портативная измерительная система с индуктивным преобразователем и автономным питанием, имеющая переключаемые диапазоны измерений от 0,04 до 4 мм и дискретность отсчета 0,01; 0,1 и 1 мкм.

Универсальные приборы применяются во многих отраслях машиностроения.

1. Глубиномер с цифровым отсчетом БВ-6389- предназначен для измерения глубины уступов, проточек, выточек и пазов в деталях машин в условиях любых машиностроительных предприятий.

Диапазон измерений - до 200 мм. Дискретность отсчета - 1 мкм

2. Толщиномер с цифровым отсчетом БВ-6392- предназначен для измерения наружных размеров и толщин деталей.

3. Пробка индуктивная с электронным модулем цифровой измерительный прибор контроль машиностроение

БВ-3348-предназначена для Контроля внутреннего диаметра (10 ? 120 мм) и формы отверстия с диапазоном измерений до ±250 мкм. Дискретность отсчета - 1 мкм

Серьезное внимание уделяет проблеме метрологического обеспечения производства ответственных резьбовых деталей. В рамках работ по этому направлению разработан комплекс индикаторных приборов для контроля параметров резьбы (шага, высоты и угла профиля, среднего диаметра и конусности резьбы), а также электронные цифровые приборы для контроля диаметров и прямолинейности отверстий труб, пригодные в том числе и для контроля труб погружных штанговых насосов. Созданы также электронные цифровые приборы для контроля конусности калибров-колец (ручной) и для контроля конусности и шага резьбы конических калибров-колец. Допускаемая погрешность приборов не превышает нескольких микрон. Указанные средства контроля обеспечивают измерение всех нормируемых параметров резьбы, включая калибры, образцовые детали, а также важнейших параметров гладкой части резьбовых деталей. Широко внедрены на ряде трубных, машиностроительных заводов и заводов по производству нефтегазового оборудования. Результаты контроля обрабатываются, запоминаются, выводятся на табло электронного блока и на печатающее устройство. Модули контролируемых зубчатых колес 7-12мм, диаметры 126-1000мм. Разработаны также две модификации цифровых нормалемеров, предназначенных для определения отклонения и колебания длины общей нормали цилиндрических зубчатых колес внешнего зацепления. Предел измерения длины общей нормали 0…120 или 50-320мм. В последние годы создано новое поколение приборов активного контроля, предназначенных для управления процессом обработки валов, отверстий и плоских поверхностей с непрерывной и прерывистой поверхностью на кругло- и внутришлифовальных станках-автоматах, полуавтоматах и станках с ЧПУ, отличающееся от ранее выпускавшихся существенно более высоким техническим уровнем (повышение в 1,5-2раза быстродействия и точности, уменьшение в 2-3раза габаритов, массы, энергопотребления, расширение технологических возможностей, использование единого для всей гаммы приборов активного контроля одной и той же модели малогабаритного электронного отсчетно-командного устройства на микропроцессорной базе). Гамма включает 7 основных моделей приборов с различными исполнениями и закрывает контроль деталей при всех видах шлифования, кроме бесцентрового. Диапазон размеров контролируемых валов и отверстий -2,5…200мм, дискретность цифрового отсчета -0,1 -1 мкм.

Разработаны также подналадчики для круглошлифовальных бесцентровых, токарных, сверлильно-фрезерно-расточных станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, гибких модулей и систем, унифицированные по механической и электронной части с приборами активного контроля.. Подналадчики обеспечивают контроль внутренних и наружных размеров при изготовлении деталей и выдачу в систему управления станками информации о необходимой подналадке оборудования.

Для контроля диаметра колес по кругу катания колес после их обточки на токарном станке создан специализированный прибор, позволяющий контролировать колеса диаметром 800…1200мм. В приборе используется угловой фотоэлектрический преобразователь. Результаты измерений обрабатываются, запоминаются и выводятся на табло электронного блока.

К особой группе следует отнести специализированные электронные цифровые приборы, созданные по заявкам отдельных предприятий различных отраслей промышленности. К этой группе относятся приборы для контроля углов хвостовиков лопаток рабочих компрессорных двигателей, рабочей поверхности профиля поршневых колец, для контроля и сортировки поршня по внутреннему диаметру. Измерительная система для контроля деталей типа тел вращения, позволяющая контролировать отклонения формы (круглость, овальность, огранка, волнистость) и расположения поверхностей (отклонения от перпендикулярности, соосность, радиальное биение).

Параметры контролируемых деталей: диаметры валов 1…250 мм, отверстий -- 7…250 мм, длина до 250 мм, масса до 10 кг. Погрешность измерений: отклонений формы -- 2 мкм, расположения поверхностей -4мкм. Эта система может использоваться на любых машиностроительных производствах. Несколько модификаций электронных цифровых приборов для контроля радиального и осевого зазоров большой номенклатуры подшипников (внутренние диаметры от 17 до 260 мм, внешние -- от 32 до 360 мм). Погрешность при контроле радиального зазора -- 0,010 -- 0,065 мкм, осевого зазора -- 0,05-0,397 мкм для подшипников разных размеров. Эти приборы (рис.3, 4) оснащены встроенными электронными блоками. В основном они поставляются авиационным предприятиям.

1. Прибор для контроля радиальных зазоров подшипников мод. БВ 7660.

2. Прибор для контроля осевых зазоров подшипников мод. БВ-7661.

Электронный профилометр портативный для измерения параметров шероховатости методом ощупывания плоских и цилиндрических (наружных и внутренних) поверхностей ответственных деталей.

Измеряемые параметры -Ra/Rq/Rz/Rmax/Sm. Основная относительная погрешность измерения - не более 2,5%.

2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ

Не следует считать, что ЦИП в будущем полностью вытесняет аналоговые приборы. Аналоговые приборы просты и надежны. В тех случаях, когда оператору необходимо следить за уровнями изменяющихся во времени сигналов, стрелочные указатели более удобны из-за наглядности представления об изменениях величины, о ее минимальном значении, приближении к порогу и т. п.

По результатам, полученным на основе опыта производства и эксплуатации аналоговых и цифровых приборов, можно обобщенно сравнить аналоговые и цифровые приборы в координатах «точность» и «быстродействие», «стоимость» и «сложность».

Каждый аналоговый и цифровой прибор можно изобразить одной точкой на плоскости в координатах «точность» и «быстродействие», а затем полосы, заполненные точками, сжать в обобщенные кривые, представленные на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Сравнение аналоговых и цифровых измерительных устройств

На основе полученных зависимостей можно сделать следующие выводы. В области средней и высокой точности цифровые приборы имеют значительно более высокое быстродействие, чем аналоговые, а в области наиболее высокого быстродействия более высокую точность имеют аналоговые приборы (рис. 2.1, а). Большая часть цифровых приборов имеет высокое быстродействие, но их возможная точность в этой области резко уменьшается, так как дальнейшее увеличение быстродействия после использования самых быстродействующих ключей возможно путем уменьшения числа ступеней квантования по значению, т.е. снижением точности. Точность аналоговых приборов с повышением быстродействия также уменьшается, но с определенного значения более медленно, чем у цифровых. Это объясняется использованием в аналоговых приборах с наиболее высоким быстродействием в качестве выходной величины перемещения почти безынерционного луча.

Если аналогичное изображение совокупности всех цифровых и аналоговых измерительных приборов представить в координатах стоимости прибора и сложности решаемой измерительной задачи, то получим кривые, представленные на рис. 2.1, б. Анализируя их можно прийти к следующим выводам:

1) менее сложные измерительные задачи с меньшими затратами решаются аналоговыми приборами;

2) более сложные измерительные задачи, например задачи измерительно-информационных систем, обрабатывающих результаты измерения по сложной программе, с меньшими затратами решаются автоматически цифровыми измерительными устройствами;

3) при повышении быстродействия элементов цифровых приборов точка пересечения кривых в координатах «точность» и «быстродействие» сдвигается вправо, расширяя зону, в которой более совершенны цифровые приборы;

4) применение микропроцессоров, позволяющее уменьшить число корпусов микросхем в ЦИП, снижает их стоимость. Это приводит к сдвигу точки пересечения кривых в координатах «стоимость» и «сложность» влево, что еще в большей степени расширяет зону, в которой более экономичны цифровые измерительные приборы.

3. ПРИМЕР СОВРЕМЕННОГО ЦИФРОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ СК6-13

Рис. 3.1 Внешний вид цифрового измерителя нелинейных искажений СК6-13

Автоматизированный цифровой прибор СК6-13 предназначен для измерения коэффициента гармоник при работе со встроенным генератором и среднеквадратического значения напряжения. Измеритель СК6-13 состоит из измерителя нелинейных искажений и перестраиваемого синхронно с ним генератора, что позволяет повысить производительность измерений при сокращении необходимых измерительных средств. Прибор СК6-13 обеспечивает автоматическое и ручное переключение пределов измерения, возможность запоминания значений частоты и напряжения генератора, вывод результата измерения на печать.

Основные технические характеристики прибора СК6-13

1. Диапазон рабочих частот: при измерений коэффициента гармоник - 10 Гц - 120 кГц; при измерении напряжения - 10 Гц - 600 кГц;

2. Диапазон измерения коэффициента гармоник (для входных напряжений 0.1... 100 В) 0,003-100% на пределах 0.01, 0.1, 1, 10, 100%;

3. Диапазон измерения среднеквадратического значения напряжения синусоидальной и искаженной формы (с КГ не более 30%) -- 100 мкВ ... 100 В на пределах 1, 10, 100 мВ;

4. 1, 10, 100 В в частотном диапазоне 10 Гц . . . 600 кГц;

5. Входное сопротивление прибора 15 кОм в режиме измерения КГ и не менее 500 кОм в режиме измерения напряжения;

6. Диапазон установки напряжения встроенного генератора - 1 мВ…9.99 В, выходное сопротивление Rвых = 600 Ом. Для напряжений 1…99.9 мВ (со встроенным делителем) Rвых не более 10 Ом.

Метрологические параметры прибора

1. Основная относительная погрешность измерения коэффициента гармоник [%];

2. Основная погрешность измерения напряжения [В];

3. Погрешность установки частоты встроенного генератора ±0.01f, напряжения [В];

4. Коэффициент гармоник встроенного генератора составляет 0.002…0.004% в диапазоне частот 100 Гц…20 кГц и не хуже 0.02% в диапазоне 20…120 кГц.

Прибор позволяет вывести результат измерения в двоично-десятичном коде 8-4-2-1 на разъем принтера. Прибор состоит из трех блоков - измерителя, генератора и микропроцессорной системы (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Структурная схема измерителя нелинейных искажений СК6-13

В режиме измерения коэффициента гармоник «» сигнал со входа измерителя поступает на масштабный усилитель-компрессор. Он ограничивает динамический диапазон сигнала с 60 до 6 дБ - то есть при изменении уровня входного сигнала от 0,1 до 100 В уровень выходного сигнала усилителя поддерживается в пределах 0,85...2,25 В. Это упрощает работу блоков фильтрации и цифрового вольтметра и снижает искажения, вносимые самим прибором.

Далее сигнал поступает на вход режекторного фильтра, построенного на основе трех RC-звеньев с коммутацией резистивных и емкостных матриц.

Этот фильтр удаляет (вычитает) из сигнала первую гармонику, оставляя высшие гармоники без изменения. Настройка режекторного фильтра производится микропроцессором тем же кодом, что и перестройка генератора. Тем самым обеспечивается точная настройка фильтра на частоту входного сигнала.

С выхода фильтра сигнал, представляющий собой сумму высших гармоник, подается на цифровой вольтметр. В его составе находится переключатель диапазонов измерения, преобразователь (детектор) среднеквадратического значения и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В приборе использован квадратичный детектор на сборке полевых транзисторов. Постоянное напряжение после детектора преобразуется АЦП двойного интегрирования в цифровой код.

Для вычисления коэффициента гармоник, согласно формуле

требуется сигнал суммы высших гармоник нормировать к уровню первой гармоники. Для этого в приборе предусмотрен блок выделения сигнала первой гармоники. Это полосовой фильтр и линейный детектор- выпрямитель. Постоянное напряжение, пропорциональное уровню первой гармоники, подается в качестве опорного на АЦП цифрового вольтметра. При этом АЦП вырабатывает код, равный отношению среднеквадратической суммы высших гармоник к уровню первой гармоники, как и полагается по формуле.

В режиме измерения напряжения «V» входной сигнал подается непосредственно на вольтметр. В качестве опорного в АЦП используется его собственный образцовый источник постоянного напряжения.

Генератор прибора представляет собой функциональный генератор с цифровым управлением. Он содержит два интегратора и суммирующий усилитель. Частота генератора регулируется переключением матрицы конденсаторов и резистивной матрицы делителя напряжения. Уровень выходного напряжения стабилизирован по амплитуде. К выходу функционального генератора подключен дискретный аттенюатор с цифровым управлением. Для получения малых значений выходного напряжения (до 100 мВ) предусмотрен дополнительный делитель напряжения 1:100, включаемый вручную тумблером на передней панели.

Управляющая часть прибора представляет собой цифровой блок, реализующий:

· прием и обработку команд с клавиш управления прибором;

· управление работой цифрового вольтметра;

· перестройку частоты генератора и режектроного фильтра;

· запоминание 9 значений частоты и уровня сигнала генератора (режим ПАМЯТЬ);

· переключение пределов измерения в ручном или автоматическом режимах;

· индикацию результатов измерения на цифровом табло.

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин. М.: Высш. шк., 1986.

2. Б.П. Хромой, Ю.Г. Моисеев. Электрорадиоизмерения: Учебник для техникумов. - М.: Радио и связь, 1985 - 288 с.

Размещено на Allbest.ru