Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя (стр. 8 )

Отношения между прибором и окружающей средой описываются обобщен­ной моделью функций, выполняемых прибором (рисунок 1).

С учетом характера этих отноше­ний выделяют три категории сопряжений прибора и окружающей среды, оказывающих решающее влияние на его структуру:

сопряжение 1 — уровень преобразования. Прибор предназначен для выполнения и стимуляции определенных технических операций или участия в них. В общем случае это реализуется посредством пре­образования прибором некоторого количества входных величин Ev, в резуль­тате чего на его выходе появляются величины Аv. Поэтому говорят о функции преобразования прибора;

сопряжение 2 — уровень коммуникации. С помощью прибора производится обмен информацией между прибором и человеком или другими техническими изделиями. Обмен осуществляется с помощью коммуникационных входных величин Ek, предназначенных для осуществления функции преобразования или управления ею, и коммуникационных выходных величин Ak, предназначенных для обратной связи или контроля выполнения этой функции. Поэтому речь здесь идет о функции коммуникации при­бора;

сопряжение 3 — уровень возмущений. На этом уровне учиты­ваются все не относящиеся к функции прибора и воздействующие на него в качестве независимых переменных входные и выходные величины, чаще всего нежелательно влияющие на прибор в виде возмущающих величин Еz и на окружающую среду в виде возмущающих величин Аz. С учетом этих величин необходимо предусматривать мероприятия, целью которых является в основном обеспечение надежности выполнения функций преобразования и, конечно, поддержание неизменными определенных условий среды, окружающей прибор. Эта функция называется функцией надежности.

Рисунок 7.1 - Обобщенная модель функций прибора:

1 - величины преобразования; 2 - величины коммуника­ции; 3 - величины возмущений

С помощью этих трех категорий входных и выходных величин можно построить структуру обобщенной модели функции, состоящую из трех частных функций: преобразования, коммуникации и надежности. В соответствии с их задачами последние две из этих функций имеют непосредственные внутренние связи с функцией преобразования.

Анализ принципиальной (с учетом элементов) структуры прибора производится с уровня абстрагирования, на котором рассматривается общность элементов прибора, описываемых геометрическими параметрами и их характеристиками, так называемых конструктивных элементов, а также отношения между этими элементами, так называемые расположения, характеризуемые такими же параметрами и характеристиками.

Уже было сказано, что описание структуры прибора целесообразно осуществлять с двух уровней абстрагирования: функционального и принципиального. Во-первых, только с помощью относительно абстрактного функционального описания прибора можно выявить основные взаимосвязи и закономерности его структуры и представить их в обобщенном виде. Во-вторых, геометрические параметры и характеристики элементов прибора определяются функциями, обеспечивая необходимую конструктивную реализацию всех частных функций и связей прибора. Обобщенная функциональная модель прибора позволяет построить его принципиальную полную модель (с учетом элементов), которая дает возможность получить системное описание структуры прибора с учетом его функций, геометрии и элементов.

На уровне геометрических параметров и характеристик элементов по известным частным функциям преобразования, коммуникации и надежности можно выделить преж­де всего три класса конструк­тивных элементов, которые с учетом их взаимных рас­положений образуют един­ство геометрических пара­метров и характеристик эле­ментов, учитывающее функции прибора. Поэтому эти классы можно называть функциональными группами, а именно:

-  конструктивные элементы, выполняющие функцию преобразования, и их взаимное расположение (функциональные группы, выполняющие функцию преобразования);

-  конструктивные элементы, выполняющие функцию коммуникации, и их взаимное расположение (функциональные группы, выполняющие функцию коммуникации);

-  конструктивные элементы, выполняющие функцию надежности (уста­новки и защиты), и их взаимное положение (функциональные группы, выполняющие функцию установки и защиты).

В эти три класса входят конструктивные элементы, осуществляющие связи в качестве проводящих и соединительных элементов, обладающих конкретными геометрическими размерами и выполненных из конкретных материалов. Другими словами, речь идет об элементах, которые реали­зуют связи между тремя частными функциями обобщенной функциональ­ной модели, а также между этой моделью и окружающей средой. В прин­ципиальной структуре прибора эти связующие элементы выполняют в основном две задачи: реализацию функциональных связей между конструктивными элемен­тами указанных трех классов с помощью конкретных деталей и реализацию взаимного расположения этих элементов.

Рекомендуемая литература

1. [1]; 2. [2]; 3. [3]; 4. [4]; 5. [5]; 6. [10]; 7. [11].

Контрольные задания для СРС (тема 7) [1-5, 10, 11]

1.  Функции преобразования.

2.  Функции коммуникации.

3.  Функции надежности.

4.  Функциональные группы, выполняющие функции преобразования, коммуникации, надежности.

5.  Конструктивные элементы, выполняющие функцию установки.

Тема 8. Функциональные узлы приборов. (1 час)

План лекции:

1.  Электрические и электронные функциональные узлы;

2.  Функциональные узлы на интегральных микросхемах;

3.  Электрические соединители;

4.  Функциональные узлы, собранные на печатных платах.

Применение достижений электроники в приборостроении ведет ко все более широкому применению цифровых методов обработки информации в приборах. Некоторые конструктивные элементы, ранее часто использо­вавшиеся в приборах, теперь теряют свое значение. Однако механические и электромеханические конструктив­ные элементы и функциональные узлы продолжают играть в приборах важную роль, особенно в качестве периферийных устройств. Это же относится и к оптическим функциональным узлам, тем более что требова­ния к точности приборов постоянно растут.

Электрические и электронные функциональные узлы представляют собой функционально, конструктивно и технологически ограниченные автономно работающие единицы. Вид и связи электрорадиоэлементов (ЭРЭ), расположенных между входами и выходами функционального узла, описываются преимущественно электрическими величинами (характеристиками электрического поля, током, напряжением и произ­водными от них величинами). Зависимости между входными и выходными величинами функционального узла определяются расчетными активными и паразитными связями всех его элементов. В зависимости от рабочей частоты воздействие активных, емкостных и (или) индуктивных ЭРЭ имеет распределенный или сосредоточенный характер. К элементам с распределенными параметрами можно отнести, как правило, высокочастотные элементы, а также кабели и проводники всех типов, к элементам с сосредоточенными параметра­ми — все электротехнические и электронные элементы.

Функции и свойства печатных плат в электронной аппаратуре для обработки информации зависят в основном от формы элементов и конструкции прибора. Все большее число частных функций в этой аппаратуре выполняется печатными платами, а в самих печатных платах — интегральными микросхемами (ИМС). Это ведет к сокращению числа соединений, т. е. к повышению надежности и уменьшению размеров и массы элементов и прибора в целом. Такая тенденция к интеграции элементов тесно связана с повышением требова­ний к точности и надежности приборов, изменением условий обеспечения отвода теплоты из них, определения объема партий однотипных элементов, их стандартизации, стоимостных характеристик и т. д. Под влиянием разнообразных требований и условий создания электрических и электронных функциональных узлов наметилась тенденция к широкому использованию цифровых методов обработки сигналов, даже для задач, которые могут быть решены с помощью аналоговых сигналов. В равной мере применяются дискретные и интегральные ЭРЭ; для электрических соединений внутри и вне функциональных узлов используются самые различные проводники (кроме проводников печатных плат).

Рекомендуемая литература

1. [1]; 2. [2]; 3. [3]; 4. [4]; 5. [5]; 6. [10]; 7. [11].

Контрольные задания для СРС (тема 8) [1-5, 10, 11]

1.  Источники электропитания.

2.  Электромеханические функциональные узлы.

3.  Оптические функциональные узлы.

4.  Оптоэлектронные функциональные узлы.

Тема 9. Первичный преобразователь измеряемой физической величины (датчик). Основные принципы проектирования различных датчиков. (1 час)

План лекции

1.  Определение понятия «датчик»;

2.  Механические величины и физические принципы их преобразования.

В настоящее время подавляющее большинство датчиков относится к электрическим преобразователям неэлектрических величин.

Прежде всего, отметим, что датчик представляет собой часть измерительной системы, имеющую самостоятельное конструк­тивное оформление, но вместе с тем обеспечивающую достижение полезного эффекта только при наличии всех других средств, входящих в систему.

Датчик осуществляет преобразование вида энергии сигнала, идущего от объекта, в другой вид, удобный для передачи информа­ции в пространстве и хранения в течение определенного времени.

Наконец, следует отметить то обстоятельство, что датчик всегда располагается в зоне объекта, о котором мы хотим получить измерительные данные.

С учетом всего сказанного можно сформулировать следующее определение понятия «датчик»:

Датчиком называется часть измерительной (или управляющей) информационной системы (ИИС), представляющая собой кон­структивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещен­ную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающую естественно закодированную информацию от этого объекта. Отметим особо, что в датчик могут входить любые звенья ИИС, вплоть до регистри­рующих средств и средств обработки сигнала, в любом количестве и в любых сочетаниях.