Унификация, типизация и стандартизация деталей, узлов и приборов не только выгодны изготовителю благодаря возможности увеличения производства повторно применяемых изделий и автоматизации технологических процессов, но и обеспечивают более гибкое использование прибора, облегчение его обслуживания и ремонта. Разрабатываются типовые детали, узлы и приборы, вплоть до крупных систем, построенные по модульному принципу.
Сегодня условия окружающей среды исключительно разнообразны и включают экстремальные условия, в которых не работают никакие другие изделия. Современные приборы используются в жилых помещениях, лабораториях, производственных цехах, в строительных и сельскохозяйственных машинах, на автомобилях, самолетах и судах, в ракетах и космических аппаратах, под землей и на открытом воздухе в самых различных климатических условиях. Они испытывают дополнительные нагрузки при транспортировании, эксплуатации, обслуживании и ремонте, поэтому при конструировании приборов большое внимание следует уделять защите приборов в соответствии с требованиями действующих стандартов.
Рекомендуемая литература
1. [1]; 2. [2]; 3. [3]; 4. [4]; 5. [5]; 6. [10]; 7. [11].
Контрольные задания для СРС (тема 1) [1-5, 10, 11]
1. Жизненный цикл изделия приборостроения.
2. Роль стандартизации в технике конструирования ЭА.
3. Из каких разделов состоит техническое задание на разработку ЭА?
4. Чем определяются обратные связи в последовательности выполнения этапов разработки ЭА?
Тема 2. Измерение как процесс преобразования физической величины в информационный сигнал. Области применения приборов. Основные свойства приборов и их описание. (1 час)
План лекции:
1. Измерение как процесс преобразования физической величины в информационный сигнал;
2. Области применения приборов;
3. Основные свойства приборов и их описание.
Классическая область использования точных приборов (получение научно-технических данных с помощью соответствующих методов измерения) особенно расширилась к началу второй половины XX века. Новым стимулом к развитию приборостроения стало повышение требований к качеству информации и к освобождению человека от выполнения повторяющихся работ. Приборы стали одним из решающих факторов народного хозяйства; они находят применение везде, где необходимо повышение производительности труда. Общественная потребность в информации удовлетворяется с помощью различных средств, обеспечивающих получение, хранение, передачу и преобразование информации. Произошел переход от классического измерительного прибора к системе обработки информации. Большинство приборов можно рассматривать как такую систему.
Современный уровень развития средств автоматизации, определяемый совершенством используемых приборов, характеризуется все более широким применением микропроцессоров. Внутренняя структура микропроцессоров (так называемая шинная структура) обеспечивает возможность простого обмена информацией со многими периферийными устройствами. Микропроцессорная система чрезвычайно универсальна и может быть использована для автоматизации любых процессов, связанных с обработкой материалов, преобразованием энергии или информации. Одновременно с автоматизацией процесса микроэлектроника позволяет автоматизировать также работу самого прибора. Это открывает перспективы для оптимизации работы приборов и выполнения ими дополнительных функций, повышающих их потребительские свойства, а также для создания приборов, оснащенных средствами обнаружения, диагностики и устранения неисправностей.
Получение научно-технических данных соответствует традиционной задаче измерения физических величин. Сегодня приборы используются во всех областях человеческой деятельности. Иногда очень сложные и большие по объему задачи измерений, преобразования, обработки и подготовки данных могут быть решены только с помощью электронных средств обработки данных. При этом зачастую невозможно обойтись без автоматических измерительных систем, представляющих собой цепочку из нескольких измерительных приборов, автономно осуществляющих сбор, уплотнение, преобразование, обработку и подготовку данных измерений. Новые задачи приборостроения возникают в результате все более глубокого изучения микро - и макроструктур, которое без приборов просто невозможно.
Области применения определяют типы приборов.
Приборы для измерительной техники: для измерения линейных размеров; для измерения времени; для измерения усилия; для измерения электрических величин; оптические и электронные микроскопы, навигационная аппаратура, астрономические приборы, фотограмметрические приборы для топографической съемки, промышленной фотограмметрии, лазеры и др.
Приборы для автоматизации: чувствительные элементы; средства управления и регулирования; исполнительные устройства.
В области конструирования приборов основными направлениями дальнейшего прогресса являются поиск новых механических конструкций и использование достижений микроэлектроники для разработки более совершенных конструкций. Постоянно существует потребность в разработке новых принципов работы, отвечающих возможностям все более широко унифицируемых микроэлектронных узлов, позволяющих реализовать преимущества одновременно микроэлектроники, механики и электромеханики в одном изделии. Внедрение новых поколений приборов осуществляется возрастающими темпами; для образцов ЭВМ срок замены составляет примерно 3 г. Вследствие широкого круга дисциплин, оказывающих влияние на возможность реализации приборов различных типов (рис.1), сотрудничество специалистов различного профиля является определяющим фактором в сокращении времени такой реализации. Это должно позволить с самого начала разработки исследовать наиболее перспективные варианты общего решения изделия, его электромеханических, механических и оптических узлов, оптимальной технологии их изготовления, а также наиболее рационального использования изделия.
Основные свойства приборов и их описание
Для обеспечения единого подхода к конструированию различных приборов и требуемым для этого методам необходимы формулировки определенных ограничений и обобщений. Полезно рассматривать приборы в качестве систем. Понятие системы позволяет анализировать основные качества приборов с различными принципами действия и сложностью, например цепочки приборов, отдельные приборы и их отдельные элементы (узлы и детали).
Техническая система представляет собой ограниченную область реальной действительности, взаимодействующую с окружающей средой (U), выполняющую определенные функции (F) и имеющую структуру (S). Конструктор должен однозначно определить свойства U, F и S, чтобы описать прибор.
Окружающая среда U — совокупность внешних объектов, взаимодействующих с системой. В период эксплуатации прибор находится в определенном взаимодействии с окружающей средой. Это взаимодействие характеризуется объектом окружающей среды (технический объект, человек, среда, поле) и процессом взаимодействия (изготовление, контроль, испытание, хранение, транспортирование, установка, пуск в ход, эксплуатация, обслуживание, ремонт, сдача в лом, переработка). Каждый прибор подвергается воздействию различных условий и объектов окружающей среды. Взаимодействия с окружающей средой должны мысленно «проигрываться» в процессе конструирования, на базе чего могут быть сформулированы требования к прибору. Возможны два варианта описания взаимодействия: описание геометрических характеристик и материала системы, представляющей окружающую среду; описание входных и выходных величин, связывающих прибор и окружающую среду.
Функция F — используемое для определенной цели свойство системы, благодаря которому необходимые для этого входные величины Е; при определенных условиях Еn и Аn преобразуются в выходные величины Аf. Функция прибора — это объективное измеряемое свойство, которое может быть охарактеризовано параметрами системы. Количество потенциально выполняемых функций соответствует количеству используемых физических свойств прибора. Если прибор или деталь выполняет несколько функций, необходимо учитывать действующие между ними отношения.
Следует различать общую и частную функции системы. Общая функция охватывает множество всех входных и выходных величин, которое характеризует рассматриваемое изделие (прибор, узел или деталь) как одно целое. Частные функции могут быть классифицированы следующим образом:
- главные и вспомогательные — в зависимости от их значения в выполнении задачи;
- основные (превышение, пропускание, накопление и т. п.) и элементарные — в зависимости от типа изменений функции в процессе ее выполнения в приборе;
- частные функции обработки материала, преобразования энергии и информации — в зависимости от физического характера функции.
Классификация с учетом условий выполнения функций позволяет выделить в приборе функционально ограниченные подсистемы. Одна или несколько частных функций могут быть сформулированы в зависимости от применения прибора. При классификации функций на основные и элементарные необходим ответ на вопрос, до какого уровня рассматриваемая структура позволяет выделять из общих функций частные? Наименование элементарных функций присваивается функциям самого низшего уровня. Однако во многих случаях целесообразно ограничиться более высоким уровнем.
При анализе и синтезе необходимо учитывать, что элементаризация функции и структуры прибора приводит к различным результатам.
Структура S — совокупность элементов М и отношений R между ними внутри системы. S = {М, R}.
Рекомендуемая литература
1. [1]; 2. [2]; 3. [3]; 4. [4]; 5. [5]; 6. [10]; 7. [11].
Контрольные задания для СРС (тема 2) [1-5, 10, 11]
1. Системный подход к конструированию приборов.
2. Основные этапы и проблемы системного проектирования
3. Методология системного конструирования
Тема 3. Статические и динамические характеристики приборов. (1 час)
План лекции:
1. Режимы измерения;
2. Статические характеристики приборов;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
