Применение микропроцессоров в измерительных приборах

Применение микропроцессоров и микро-ЭВМ в измерительных при­борах явилось одним из важнейших этапов в развитии приборострое­ния.

Следует отметить, что микропроцессоры не являются измеритель­ными устройствами. Они предназначены для выполнения вычислитель­ных и логических операций с высокой скоростью и точностью. Совместная их работа с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобра­зователями в измерительной технике позволила резко повысить точ­ность, надёжность и быстродействие приборов, расширить их возмож­ности, создавать программируемые, полностью автоматизированные устройства.

Применение микропроцессоров позволило прежде всего улучшить метрологические характеристики – точность, чувствительность, поме­хоустойчивость. Повышение точности было достигнуто за счет введе­ния калибровочных операций, позволяющих минимизировать как адди­тивную, так и мультипликативную погрешность. Для исключения адди­тивной составляющей погрешности АЦП его входные зажимы замыкаются накоротко и заземляются. При этом число, полученное на выходе АЦП, характеризующее смещение, запоминается. При измерении оно вноситься в результат как поправка.

Для исключения мультипликативной составляющей погрешности перед циклом измерения на вход АЦП подаётся воспроизводимая мерой величина А₀. На выходе при номинальном значении чувствительности должно быть число В. Такое же число хранится в памяти микропроцессорной системы. При изменении чувствительности преобразователя на выходе АЦП получим число . Отношение В/В^/, вычисляемое микропроцессором, вводиться как поправочный множитель.

Повышение пороговой чувствительности и помехоустойчивости приборов достигается обработкой сигнала по алгоритмам, приведённым в первой главе, или по другим алгоритмам, включающим операции вычисления оценки среднеквадратического отклонения результата измерения, решения вопроса, выполняется ли гипотеза о нормальном распределении вероятностей случайных погрешностей, а также операции вычисления доверительных границ случайных погрешностей.

Цифровая фильтрация сигналов позволяет повысить чувствительность и расширить диапазон измеряемых величин в сторону малых значений.

Рассмотренные приёмы позволяют полнее использовать метрологические свойства мер и приблизить погрешности измерительных приборов к погрешностям применяемых в них образцовых мер.

Важным направлением применения микропроцессоров в измерительной технике является возможность получения различных математических функций измеренных значений и решения систем уравнений, что позволяет сравнительно просто перейти от косвенных, совокупных или совместных измерений к прямым. Причём микропроцессорные вычислители могут осуществлять эти операции с высокой точностью, значительно превышающей точность аналоговых вычислительных устройств. Многие приборы, содержащие микропроцессоры, позволяют автоматически выполнять запрограммированные функциональные и логические преобразования, например:

1.Умножение найденного значения на константу.

2.Определение отклонения измеряемой величины от заданной в абсолютных единицах, относительных или в процентах.

3.Сложение или вычитание константы.

4.Вычисление отношений: деление на константу, нахождение частного от деления одного результата измерения на другой результат, деление константы на результат измерения.

5. Нахождение максимума и минимума из ряда измерений.

6. Определение выхода измеряемой величины за пределы уставки максимума и минимума. Представление результата измерения в логарифмических единицах.

8. Линеаризация зависимостей.

Применение микропроцессорной техники позволило создавать мно­гофункциональные приборы, предназначенные для измерения несколь­ких параметров сигналов или характеристик объекта исследования. Функциональные возможности таких устройств определяются выполняе­мой программой, их можно легко видоизменить путем перехода к дру­гой программе, хранимой в ПЗУ. Программируемая логика работы в от­личие от жесткой создает гибкость перестройки, позволяет наращи­вать функции при модернизации прибора без существенных изменений в его схеме.

В результате сокращения числа компонентов в схеме прибора вследствие выполнения многих функций микропроцессорными системами уменьшились их габариты, вес, потребляемая мощность и стоимость. Существенно сократились сроки разработки измерительной аппа­ратуры.

Часто для получения новых свойств прибора не требуется значительных изменений в его схеме и тем более в конструкции. Раз­работка сводится к созданию необходимого программного обеспечения. Если учесть, что имеется библиотека совершенных типовых приклад­ных программ, то разработка програм­много обеспечения сводится к рациональному выбору имеющихся прог­рамм.