БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ИЗ)
Создание ИИС связано с решением чисто «системных» вопросов: метрологическая унификация средств измерений (датчиков, преобразователей, указателей) независимо от вида измеряемых величин; оптимизация распределения погрешностей между различными средствами измерений, входящими в ИИС; наиболее целесообразное размещение указателей перед оператором, например указатели важнейших, определяющих параметров делают наглядными и размещают в центре щита или панели управления, а указатели менее важные — в поле бокового зрения оператора. Это необходимо потому, что человек-оператор не может одновременно воспринимать показания даже двух приборов. Он делает это последовательно во времени, поочерёдно переключая своё внимание с одного указателя на другой. Структурная схема любой ИИС может быть представлена так, как это показано на (рис .). Датчики воспринимают различные параметры объекта измерения, унифицирующие преобразователи унифицируют и передают по каналам связи сигналы датчиков в единый пункт сбора данных. Программное устройство воспринимает информацию датчиков и передаёт её получателю информации. По такой структурной схеме строятся практически все ИИС, включая современные системы передачи информации со спутников и автоматических межпланетных станций.
В ИИС наиболее перегруженным звеном оказывается человек — получатель информации, который практически не в состоянии одновременно воспринять показания множества приборов. Для облегчения его работы применяют мнемонические схемы , т. е. схематические изображения объекта измерения, на которых приборы заменены условными сигнализаторами. Обычно сигнализаторы показывают уже не абсолютные значения измеряемых величин, а главным образом их отклонения от заранее установленной нормы. При очень большом числе точек контроля приборы заменяют световыми сигнализаторами с условным цветовым кодом. Примером простейшей ИИС является д вухкоординатный самописец, позволяющий получать, например, вольтамперные характеристики диодов и кривые намагничивания. По мере увеличения числа каналов ИИС, как правило, появляется и существенное различие отдельных каналов как по точности измерений и быстродействию, так и по виду представления информации. Так, в относительно простой ИИС водителя автомобиля информация о пройденном пути представляется в цифровом виде с пределом измерения 99999,9 км и дискретностью не более 0,1 км , информация о скорости движения передаётся с погрешностью около 5%, шкала указателя запаса горючего имеет всего 4 градации (1/4, 1/2, 3/4 и 1), а информация о включении (работе) сигналов поворота и фар указывается всего двумя градациями («включено» — «выключено»). Аналогично этому и в больших ИИС (управление самолётом, газопроводом или электростанцией) часть информации передаётся с весьма высокой точностью, другая часть — с меньшей точностью, а отдельные каналы работают всего с 2—3 градациями («годен», «негоден» или «брак в + », «годен», «брак в — »).
Практически всегда в ИИС необходимы не только получение информации о различных параметрах объекта измерения, но и некоторая предварительная её обработка: сравнение полученных значений параметров со значениями, заданными в качестве минимальных (так называемых уставок), определение значения и знака разностей, вычисление некоторых обобщённых (производных) параметров и т. п.
Развитие ИИС, так же как и других информационных систем, идёт по пути их автоматизации. Автоматизация процессов измерения в ИИС заключается в более полной внутренней обработке полученной информации, когда оператору вместо сообщения значений отдельных параметров по каждому каналу выдаётся некоторый обобщённый показатель работы контролируемого объекта, определённый по значениям ряда отдельных параметров. Простейшими примерами ИИС с предварительной элементарной обработкой нескольких входных параметров и выдачей единого обобщённого показателя являются электрический ваттметр и счётчик электрической энергии (на их входы подаются ток и напряжение, подводимые к объекту, а показания соответствуют мощности или энергии).
Предварительная обработка значений отдельных параметров ещё более необходима в сложных ИИС. Так, например, в ИИС, обслуживающей цех химического производства, могут определяться не только состав конечного продукта, но и производительность процессов, их экономичность или массовый кпд. Однако такое обобщённое представление информации лишает человека-оператора конкретных сведений о том, какой именно частный параметр отклонился от оптимального значения и привёл, например, к снижению кпд процесса. Поэтому подобные ИИС целесообразно применять совместно с системами технической диагностики сложных агрегатов. ИИС технической диагностики устанавливает «диагноз болезни», т. е. осуществляет автоматический анализ всех воспринимаемых сигналов для обнаружения причины и места возникновения технической неисправности в агрегате. Выходной информацией ИИС технической диагностики является указание номера, кода или названия узла, агрегата, параметры которого отклонились от нормы (что удобнее всего дать в виде сигналов на мнемосхеме контролируемого агрегата), и, если это возможно, указание вида неисправности.
Лит.: Ильин В. А., Телеконтроль и телеуправление, М., 1969; Шенброт И. М., Гинзбург М. Я., Расчет точности систем централизованного контроля, М.,1970; Krebs Н., Rechner in Industriellen Prozessen, В., 1969; Woschni E. G., Meßgrößenverarbeitung, Lpz., 1969.
В. Новицкий.
Структурная схема измерительно-информационной системы: Д и D — датчики; УП — унифицирующий преобразователь; ПУ — программное устройство.
Измерительный преобразователь
Измери'тельный преобразова'тель, средство измерений, преобразующее измеряемую физическую величину в сигнал для последующей передачи, обработки или регистрации. В отличие от измерительного прибора, сигнал на выходе И. п. (выходная величина) не поддаётся непосредственному восприятию наблюдателя. Обязательное условие измерительного преобразования — сохранение в выходной величине И. п. информации о количественном значении измеряемой величины. Измерительное преобразование — единственный способ построения любых измерительных устройств. Отличие И. п. от других видов преобразователей — способность осуществлять преобразования с установленной точностью. Измерительное преобразование одного и того же вида (например, температуры в механическое перемещение) может осуществляться различными И. п. (ртутным термометром, биметаллическим элементом, термопарой с милливольтметром и т. п.). Концепция представления измерительных устройств как устройств, осуществляющих ряд последовательных преобразований от восприятия измеряемой величины до получения результата измерения, первоначально была выдвинута в СССР М. Л. Цукерманом и окончательно сформулирована применительно к измерению неэлектрических величин Ф. Е. Темниковым и Р. Р. Харченко в 1948. В 60-х гг. эта концепция стала общепризнанной во всех областях измерительной техники, приборостроения и метрологии.
Принцип действия И. п. может быть основан на использовании практически любых физических явлений. Господствующей тенденцией в 40—70-х гг. 20 в. стало преобразование любых измеряемых величин в электрический сигнал. По виду преобразуемых величин различают И. п. электрических величин в электрические, электрических — в неэлектрические, неэлектрических — в электрические, неэлектрических — в неэлектрические. Примерами первых могут служить делители напряжения и тока, измерительные трансформаторы , измерительные усилители тока и напряжения; примерами вторых — механизмы электроизмерительных приборов, преобразующие изменение силы тока или напряжения в отклонение стрелки или светового луча, датчики ультразвуковых расходомеров и т. п.; примерами третьих — термопары , терморезисторы , тензорезисторы, фотоэлементы, реостатные, ёмкостные и индуктивные датчики перемещения; примерами четвёртых — пневматические И. п., рычаги, зубчатые передачи, мембраны , сильфоны , оптические системы и т. п.
Конструктивное объединение нескольких И. п. является также И. п. Примерами такого объединения могут служить: датчик — совокупность И. п., вынесенных на объект измерения; так называемый промежуточный И. п. — совокупность И. п., преобразующих выходные сигналы датчиков в другие сигналы, более удобные для передачи, обработки или регистрации. По структуре составные И. п. подразделяют на И. п. прямого преобразования и уравновешивающего преобразования. Первые характеризуются тем, что все преобразования величин производятся только в одном (прямом от входной величины к выходной) направлении. В этом случае результирующая погрешность определяется суммой погрешностей (с учётом их корреляционных связей) всех составляющих И. п. Для вторых характерно применение обратного преобразования выходной величины в однородную с входной и уравновешивающую её величину. Результирующая погрешность при этом определяется лишь погрешностью обратного преобразования и степенью неуравновешенности. И. п. уравновешивания подразделяются на следящие преобразователи с обратной связью , статическим или астатическим уравновешиванием и преобразователи с программным уравновешиванием. Следящие И. п. с обратной связью обеспечивают непрерывность преобразования во времени; их недостаток — опасность потери устойчивости, проявляющейся в возникновении автоколебаний при увеличении глубины обратной связи. И. п. с программным уравновешиванием свободны от этого недостатка, но их особенностью является прерывность выходной величины, т. е. появление выходной величины лишь в отдельные дискретные моменты времени.
