Наиболее перспективные направления применения микропроцессорной техники в измерительных приборах

Рассмотрим наиболее перспективные направления применения микропроцессорной техники в измерительных приборах, которые приводят к улучшению метрологических характеристик СИ (средства измерения).

Одним из элементов автоматизации измерения является поддержание на определенном уровне заданного параметра сигнала при изменении режима работы прибора. Например, при измерении добротности в резонансных куметрах (измеритель добротности элементов ЭЦ) поддерживается постоянным входное напряжение измерительного контура, в измерителях коэффициента гармоник  - калибровочный уровень, в модулометрах - уровень несущей и т. д.

В обычных неавтоматизированных приборах оператор устанавливает нормированный уровень и поддерживает его неизменное значение по контрольному индикатору (или контрольной отметке). В автоматизированных приборах данная операция выполняется техническими средствами, как правило, аналоговыми, включающими в себя цепи стабилизации и регулирования. В таких приборах стабильность и точность во многом определяются совершенством схемного решения и качеством звеньев регулирования данного параметра.

Для цифровых измерительных приборов со встроенным МП задача поддержания определенного уровня не ставится. Например, для измерения добротности необходимо определить отношение Ue/Uс, где Uс - напряжение на измерительном конденсаторе контура; UBX - входное напряжение контура. Оба напряжения, поочередно измеряет цифровой вольтметр после автоматической настройки контура в резонанс. Причем к абсолютной точности измерения не предъявляют высоких требований. Основное требование, которому должен удовлетворять преобразователь «напряжение - код» (ПНК), - это линейность и стабильность преобразования. Результаты преобразования запоминаются в МП, и затем вычисляется отношение, которое индицируется на цифровом табло. В данном случае погрешность измерения определяется погрешностью от нелинейности характеристики преобразования ПНК и погрешностью вычисления отношения.

Другим элементом автоматизации измерений является автоматический выбор предела измерений. Рассмотрим эту проблему на примере цифровых вольтметров. Типичным схемным решением указанной задачи является схема амплитудного вольтметра ВА-3.1 разработанного компанией «НПП Марс-Энерго» города Санкт-Петербурга. Уникальный по своим характеристикам амплитудный вольтметр ВА-3.1 в основном предназначен для измерения пиковых (амплитудных) значений переменного напряжения с частотой генерации до 500 Гц  и калибровки амплитудных вольтметров класса от 0,2 и ниже.

Перед началом измерения схема переключает входной делитель в положение, при котором коэффициент деления достигает максимального значения 1:1000. Такой режим уменьшает вероятность перегрузки выходных цепей вольтметра. В вольтметре напряжение, подаваемое с делителя, сравнивается с опорным напряжением, равным 0,1 предельного входного напряжения ПИК. Если напряжение деления больше опорного, переключатель делителя остается в данном положении и далее происходит процесс измерения по заложенному в вольтметре принципу. Если напряжение делителя меньше опорного, схема переключает делитель в положение 1:100, вновь производится сравнение. Эта процедура повторяется до тех пор, пока напряжение делителя не будет больше опорного и схема не перейдет к режиму измерения напряжения.

Характерной особенностью данной схемы является нереверсивный режим работы, когда переключение пределов осуществляется только в одном направлении, и поэтому перед каждым измерением уровни напряжения вольтметр вынужден заново выбирать пределы, что увеличивает время цикла измерения.

Применение МП позволяет реализовать «анализирующий» принцип выбора предела измерения, заключающийся в следующем. Перед началом измерения схема вольтметра устанавливает входной делитель в положение, при котором достигается наибольшее значение коэффициента деления. Затем измеряется напряжение ГКМ-индикации на табло прибора. МП сопоставляет полученный результат с граничными значениями пределов, выбирает необходимый предел и выдает команду на переключение делителя в соответствующее положение. Следующий цикл работы прибора — измерительный, при котором результат измерения на выбранном пределе высвечивается на табло.

Дальнейшим развитием этого принципа является «адаптируемый» режим измерения. Для создания этого режима требуется, чтобы входной делитель имел значения коэффициентов деления не только кратные 10, но и другие промежуточные значения в пределах одной декады деления. Так же, как и в предыдущем случае, перед началом измерения входной делитель устанавливается в положение, при котором коэффициент деления имеет максимальное значение. Измеряется напряжение, значение которого вводится в МП. По полученному результату МП вычисляет, какое значение должен иметь коэффициент деления, чтобы при этом значении ПНК работал в верхней области диапазона преобразования. По результатам вычислений МП формирует команду на установку заданного коэффициента деления и запоминает в памяти это значение. В следующем цикле напряжение измеряется на установленном коэффициенте деления. Цифровое значение результата преобразования, снимаемое с выхода ПНК, пересчитывается МП с учетом установленного коэффициента деления в значение измеряемого напряжения, которое и высвечивается на цифровом табло.

На этом, дорогой читатель,  мы пока и остановим наш экскурс в мир микропроцессорной техники в ИП.  Продолжение следует, и я надеюсь, что вы почерпнули нечто новое из данной публикации. Жду ваших отзывов.